绿色木霉固态发酵物对番茄根系生长和土壤团聚体稳定性及理化性质的影响

摘要：为探究绿色木霉（Trichoderma viride）固态发酵物对番茄土壤团聚体及根系生长的影响，以不同比例绿色木霉固态发酵物为基质培育的番茄幼苗作为试验植株，以灭菌自然土培育的番茄幼苗作为对照植株，采用盆栽土培的方法，对番茄根系形态、土壤理化性质及土壤团聚体等进行分析。结果表明，与对照植株比较，0.75%处理的各项根系指标均有显著提高（Plt;0.05），其中0.75%绿色木霉固态发酵物拌土对番茄幼苗根系指标影响最大；土壤团聚体分级为gt;5、gt;3～5、gt;2～3、gt;1～2、gt;0.5～1、gt;0.25～0.5 mm，其中gt;0.5～1 mm的土壤团聚体含量最高，各处理的WR0.25、平均质量直径以及平均几何直径与对照相比均显著提高（Plt;0.05）；0.75%处理的土壤含水量、容重、孔隙度及土壤通气度均显著高于对照（Plt;0.05），施加绿色木霉固态发酵物使土壤pH值及盐分含量显著降低，土壤有机质含量显著增加，土壤铵态氮、有效磷及有效钾含量均有明显变化（Plt;0.05）。相关性分析表明，不同比例发酵基质拌土处理下番茄幼苗的总根长、根尖数、分支数、交叉数、平均直径、总根表面积、根体积及投影面积均显著正相关（Plt;0.05），番茄根系形态指标与gt;0.25～0.5 mm团聚体呈显著负相关，与gt;1～2 mm团聚体呈显著正相关；不同粒径土壤团聚体百分比与土壤理化性质均存在显著相关性（Plt;0.05）。综上所述，绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗生长有明显的促进作用，能提高土壤水稳性团聚体的稳定性，改善土壤环境。

关键词：绿色木霉；根系生长；土壤团聚体；稳定性；理化性质；番茄

中图分类号：S641.206" 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）24-0226-07

收稿日期：2023-09-25

基金项目：吉林省科技发展计划（编号：20210202017NC）。

作者简介：金 妍（1998—），女，吉林白城人，硕士研究生，主要从事植物遗传学研究。E-mail：1461877288@qq.com。

通信作者：周晓馥，教授，博士生导师，主要从事植物分子生物学研究。E-mail：zhouxiaofu@jlnu.edu.cn。

番茄（Solanum lycopersicum）是主要种植的设施蔬菜和重要的经济作物，栽培过程中过量灌水和施肥以及肥料不合理施用等现象普遍，导致土壤质量退化^［1］。绿色木霉（Trichoderma viride）是一种普遍存在的真菌，可以促进植株正常生长发育和诱导植物抗逆性等，因此绿色木霉经常被用作培育植株的基质肥料^［2］。绿色木霉作为肥料有灌根、叶面喷施、发酵等不同方式，其中利用绿色木霉固态发酵作微生物菌肥可改善土壤肥力。植物根系是吸收土壤中养分及水分的主要途径，在植物幼苗阶段可通过观察植物根部形态直接了解到根系发育状况。绿色木霉可以有效改善番茄幼苗根系形态并提高土壤养分含量，促进番茄植株生长^［3-5］。施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株根系形态指标均显著高于对照植株，同时绿色木霉还能通过促进玉米幼苗根系生长，缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系的伤害^［6-7］。

土壤健康对植株生长至关重要。根据相关研究显示，不同植物的根系形态与土壤性质之间存在明显的相关性^［8］。不同植株的根系形态与土壤结构呈显著相关，同时也与土壤物理性质相互影响。此外，根系活动还会对土壤中养分的积累产生影响^［9-10］。团聚体是衡量土壤质量与健康程度的一个重要指标^［11］。目前多将水稳性团聚体的分布规律作为评价土壤团聚体质量的标准^［12］。研究发现，植株根系与土壤团聚体稳定性息息相关，土壤团聚体稳定性降低时不利于植株根系的生长；同时植株根系显著影响不同粒径土壤团聚体的组成及其相关有机碳含量^［13-15］。因此，本研究以番茄幼苗为研究对象，通过施加绿色木霉固态发酵物，探究其对番茄幼苗根系形态、土壤理化性质及土壤水稳性团聚体的影响，以期进一步了解绿色木霉固态发酵物、根系及土壤团聚作用三者之间的互动关系，为番茄高产稳产和改善土壤质量提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2023年3—9月在吉林省植物资源科学与绿色生产重点实验室进行，该实验室地理位置为43°09′21″N、124°20′13″E，属于中温带湿润季风气候，四季分明，土地资源较丰富，试验期间日均气温10～28 ℃，适宜种植多种农作物。

1.2 供试材料

供试菌种：绿色木霉（T." viride），菌种编号为ZXF-LSMM-1。供试培养基：马铃薯葡萄糖琼脂培养基（PDA）。供试植株：番茄（S. lycoprsicum），供试品种为吉优大粉。供试土壤取自梨树试验田，具体理化性质如下：速效氮含量 487.8 mg/kg、有效磷含量265.3 mg/kg、有效钾含量 362.4 mg/kg，土壤经高压蒸汽灭菌器121 ℃、103.4 kPa 灭菌 30 min，放至常温备用。供试基质为木糖渣，购自四平绿健生物技术有限公司，高压蒸汽灭菌器 121 ℃、103.4 kPa 灭菌30 min，风干备用。供试固态发酵基质为绿色木霉和木糖渣发酵物。

1.3 盆栽试验设计

绿色木霉固态发酵基质盆栽试验共设置6个处理，其中CK仅称取1 kg灭菌土，其他处理分别加入0.5%（5 g）、0.75%（7.5 g）、1%（10 g）、1.25%（12.5 g）、1.5%（15 g）绿色木霉固态发酵基质与 1 kg 灭菌土拌匀，分别记为0.5%处理、0.75%处理、1%处理、1.25%处理、1.5%处理。

1.4 取样及测定方法

1.4.1 土壤及根系取样 待测土壤样品取自盆栽试验，将土壤样品去除杂质并自然晾干后分为2份：其中1份用手将土样分成粒径1～2 cm大小的土块，进行土壤团聚体分级；第2份土样放入 4 ℃ 冰箱保存，用于土壤理化性质的测定。将番茄根系从营养盆里小心取出，清水洗净，用于根系形态参数的测定。

1.4.2 土壤容重测定 采用环刀法测定土壤容重，其计算公式为：

dv=（W-W环）/V。

式中：dv为土壤容重，g/cm3；W为烘干后环刀重（W环）+干土重，g；V为环刀容积，100 cm3。

1.4.3 土壤孔隙度测定 采用环刀法测定土壤孔隙度。将环刀一端垫有滤纸，并将该环刀放入盛薄层水的铁盘中，将环刀浸入水中，当表面滤纸开始湿润时拿出环刀擦干水分并称重W1。然后将此环刀重新浸泡，滤纸充分湿润时称重W2，环刀连同土样一起烘干至恒重W3。计算公式为：

毛管孔隙度=（W1-W3）/V×100%；

总孔隙度=（W2-W3）/V×100%。

式中：V为环刀容积，100 cm3。

土壤通气度=总孔隙度（%）-体积含水量（%）。

1.4.4 土壤团聚体测定 土壤团聚体的分级采用湿筛法^［16］：利用土壤团粒结构分析仪进行分级^［17］。套筛尺寸分别为5、3、2、1、0.5、0.25 mm。团聚体稳定性用平均重量直径（MWD） 、平均几何直径（GMD） 表示，对于＞0.25 mm 的水稳性团聚体含量用指标WR0.25进行评价，计算公式如下：

WR0.25=gt;0.25 mm团聚体总重未筛分前土壤总重×100%；

MWD=∑ni=1XiWi。

式中：MWD为平均重量直径，mm；Xi为第i个孔径筛和第（i+1）个孔径筛的孔径平均值，mm；Wi为第i个孔径筛上团聚体重量百分比^［18］；

GMD=exp［∑ni=1wilnxi/∑ni=1wi］。

式中：xi为i组团聚体直径中的中值；wi为i组团聚体含量^［18］。

1.4.5 根系测定 对番茄幼苗根系进行取样，利用Epson 11000扫描仪（Epson America，Inc.，USA）对番茄幼苗根系进行扫描，通过Win RHIZO 2012b（Regent，Canada）根系分析系统进行分析，所获图像进一步分析根系参数，同时计算出比根长（SRL）、比根表面积（SRS）。

1.4.6 土壤理化性质测定 利用高精度土壤肥料养分检测仪（TY-04+，郑州腾宇仪器仪表有限公司）测定。

1.5 数据处理与分析

利用SPSS 27和OriginPro 2022进行处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗土壤团聚体分级及稳定性的影响

不同比例绿色木霉固态发酵基质拌土处理下土壤团聚体组成如表1所示，不同处理的土壤水稳性团聚体优势粒径为gt;0.5～1 mm，占测试土样的14%～22%，1.5%处理的优势粒径含量显著高于CK；各处理中gt;2～3 mm粒径的含量均最少，仅占测试土样的1%～4%，其中0.5%处理显著高于CK（Plt;0.05）。此外，gt;5mm团聚体含量表现为0.75%处理最高（约5%）且显著高于CK（Plt;0.05），1.25%处理最低（约3%）；gt;3～5 mm团聚体表现为1%gt;0.5%gt;0.75%gt;1.5%gt;CKgt;1.25%，其中1%处理显著高于CK（Plt;0.05）；gt;1～2 mm团聚体含量表现为0.5%gt;1%gt;0.75%gt;1.25%gt;1.5%gt;CK，其中0.5%显著高于CK（Plt;0.05）；gt;0.25～0.5 mm团聚体含量表现为1.5%gt;1.25%gt;CKgt;0.5%gt;0.75%gt;1%，其中1.5%处理显著高于CK（Plt;0.05）。

WR0.25、水稳性团聚体MWD和GMD可表征团聚体稳定性（表2）。相比CK，0.5%处理和1.5%处理WR0.25 显著提高7.61、8.66百分点（Plt;0.05）；各处理的水稳性团聚体MWD相比CK均显著提高（Plt;0.05），表现为0.5%gt;1%gt;0.75%gt;1.5%gt;1.25%gt;CK，其中0.5%处理的水稳性团聚体MWD为最大值；各处理的水稳性团聚体GMD相比CK均显著提高，表现为0.5%gt;1%gt;0.75%gt;1.25%gt;1.5%gt;CK，分别比CK提高60.41%、37.90%、49.16%、12.57%、7.13%（Plt;0.05）。0.5%处理可显著提高土壤的WR0.25和团聚体稳定性，改善土壤结构，而绿色木霉固态发酵基质超过1%则不利于保持土壤团聚体的稳定性。

2.2 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗根系生长的影响

通过对不同比例绿色木霉固态发酵基质拌土处理下番茄幼苗的根系形态指标进行测定，结果（图1）表明，不同处理番茄幼苗根体积、根尖数、分支数、交叉数、平均直径及投影面积均呈先上升后下降趋势，但其比根长、比根表面积整体呈上升趋势（表3），其中0.75%绿色木霉固态发酵基质拌土处理各根系形态指标显著最高（Plt;0.05），分别为0.24 cm3、540个、794个、204个、0.52 mm、6.54 cm2。与对照相比，0.75%绿色木霉固态发酵基质拌土处理番茄幼苗根体积、根尖数、分支数、交叉数、平均直径及投影面积分别增加58.33%、48.87%、56.86%、34.62%、40.72%、45.72%，而1.5%处理的根系形态指标均低于对照。可见，0.5%、0.75%、1%、1.25%绿色木霉固态发酵基质均会促进番茄幼苗根系生长，同时随着拌土比例的增大，对番茄幼苗根系促生效果变差，且拌土比例为1.5%时表现为抑制作用。

2.3 土壤团聚体各粒径百分比及番茄幼苗根系形态指标的相关性分析

采用相关性热图对土壤团聚体各粒径百分比与番茄幼苗根系形态各指标进行分析。结果（图2）表明，不同比例发酵基质拌土处理下番茄幼苗的总根长、根尖数、分支数、交叉数、平均直径、总根表面积、根体积及投影面积均显著正相关（Plt;0.05），说明根系形态参数与生长状态良好。番茄幼苗根系形态指标与gt;0.25～0.5 mm团聚体呈显著负相关，与gt;1～2 mm团聚体呈显著正相关，gt;5 mm 团聚体和gt;3～5 mm团聚体与平均直径显著正相关，gt;3～5 mm团聚体与交叉数显著正相关（Plt;0.05）。

2.4 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗根际土壤物理性质的影响

不同比例拌土处理的土壤物理性质测定结果如表4所示，与对照组相比，0.5%和0.75%绿色木霉发酵基质拌土含水量均明显提高（Plt;0.05），其他处理土壤含水量均低于对照组。随着绿色木霉发酵基质比例升高，土壤容重呈先上升后下降再上升的趋势 其中0.5%、0.75%和1.5%处理均高于CK，增幅较小但存在显著差异（Plt;0.05）。土壤孔隙度、毛管孔隙度及土壤通气度整体呈先上升再下降的趋势，其中0.75%和1%处理显著高于CK（Plt;0.05）。

2.5 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗根际土壤化学性质的影响

不同比例绿色木霉固态发酵基质拌土处理对番茄幼苗化学性质的测定结果如图3所示，结果表明，随着不同比例基质拌土的升高，番茄幼苗土壤中有机质含量呈先上升后下降再上升趋势，其中除对照外，以1.0%绿色木霉固态发酵基质拌土处理番茄幼苗有机质含量最低，为9.83%。与对照相比，0.5%、0.75%、1.25%处理有机质含量分别增高0.07%、0.05%和27.3%，但差异不显著（Plt;0.05），1.5%处理较CK显著增高32.84%（Plt;0.05）。

不同比例基质拌土处理对番茄幼苗土壤铵态氮含量、土壤酸碱度及土壤盐分含量均呈先下降后上升的趋势，其中CK的土壤铵态氮含量、土壤酸碱度及土壤盐分含量显著高于其他处理（Plt;0.05）。

不同比例基质拌土处理对番茄幼苗土壤有效磷及有效钾含量测定结果如图3-C、图3-D所示，呈先上升后下降的趋势，所有处理有效磷含量均显著高于CK（Plt;0.05），其中0.75%处理的有效磷含量最高，为235.95 mg/kg；0.5%处理的有效钾含量最高，为237.73 mg/kg，与对照相比显著提高13.63%（Plt;0.05）。

2.6 土壤团聚体各粒径百分比及理化性质的相关性分析

土壤团聚体百分比与土壤理化性质的相关性分析表明（图4），gt;0.5～1 mm团聚体含量和gt;0.25～0.5 mm团聚体含量与土壤有机质呈显著正相关（Plt;0.05）；gt;1～2 mm团聚体含量与土壤物理性质、土壤有效磷含量及有效钾含量呈显著正相关（Plt;0.05）；2～3 mm团聚体含量与有效钾含量呈显著正相关（Plt;0.05）；gt;3～5 mm团聚体含量与土壤孔隙度、毛管孔隙度及有效钾含量呈显著正相关（Plt;0.05）；gt;5 mm团聚体含量与土壤含水量及土壤容重呈显著正相关（Plt;0.05）。土壤含水量、土壤孔隙度及土壤毛管孔隙度与土壤通气度、土壤有效磷含量及有效钾含量呈显著正相关（Plt;0.05）；土壤pH值与土壤盐分及土壤铵态氮含量呈显著正相关（Plt;0.05）。

2.7 番茄幼苗各因子主成分分析

选取番茄幼苗根系形态指标、土壤理化性质及土壤团聚体百分比等25个指标，利用主成分分析法对其进行综合分析。通过主成分分析（图5）发现，25个形态指标形成了2个主要的变异维度，第一轴是以铵态氮含量、gt;2～3 mm团聚体含量、有效钾含量、毛管孔隙度和土壤含水量为主的维度，共解释57.5%的性状变异；第二轴由有机质含量、gt;0.5～1 mm 团聚体含量和gt;0.25～0.5 mm团聚体含量构成，解释11.8%的性状变异。

3 讨论

3.1 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗土壤团聚体组成与稳定性的影响

0.25 mm以上的稳定性团聚体能够反映土壤结构的优势特点^［17-18］。当前，分别采用干筛法研究土壤团聚体机械稳定性，采用湿筛法研究土壤团聚体水稳定性。本试验采用湿筛法对番茄幼苗根际土壤团聚体进行分级，结果（表1）表明，施加绿色木霉固态发酵物显著影响番茄幼苗根际土壤团聚体组成，各处理gt;0.5～1 mm团聚体百分比最高，其中0.75%处理显著高于其他处理。各处理的WR0.25为45%～55%，一般认为WR0.25lt;30%属于不良团聚状态。前人研究表明，从土壤团聚体质量水平看，水稳性较高，不易受外界水分干扰^［19］，本研究结果与之一致。

3.2 绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗根系生长及土壤理化性质的影响

植物根系在维持土壤结构稳定和吸收、运输土壤养分等过程中具有重要作用。本试验结果表明，施加绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗根系形态指标均有显著提高，说明绿色木霉固态发酵物对番茄幼苗生长有明显的促进作用，这与其他相关研究结果^［20］一致。土壤物理性质能够有效地指示土壤质量，本研究中0.5%绿色木霉发酵物对土壤容重、孔隙度、含水量和通气度等物理性质影响最为显著。根系具有很强的趋肥性，而且它的分布与土壤中的营养物质有紧密的联系，所以根系越发达的植物对土壤中的营养物质的吸收能力越强。对土壤养分的研究结果（图3）表明，施加绿色木霉固态发酵物使土壤酸碱度及盐分显著降低，土壤有机质、铵态氮、有效磷及有效钾含量均有显著变化（Plt;0.05）。

3.3 施加绿色木霉固态发酵物后土壤团聚体稳定性与根系分布的关系

土壤结构与根系的空间分布密切相关，土壤团聚体的形成、稳定与周转过程中植株根系发挥着重要作用^［21］。研究表明，根系通过穿插、挤压和缠绕等机械作用能有效促进水稳性团聚体的形成，植物细根能够与菌丝共同作用提高大粒径团聚体的含量^［22-23］。本研究中，番茄幼苗根系形态指标与 gt;0.5～1 mm团聚体、gt;0.25～0.5 mm团聚体呈显著负相关，与 gt;1～2 mm团聚体呈显著正相关（Plt;0.05）（图2），说明番茄根系对土壤水稳性团聚体的影响较大。

4 结论

绿色木霉固态发酵物可以显著影响番茄幼苗的生长发育，其中番茄幼苗根系形态指标增幅明显；WR0.25、水稳性团聚体平均质量直径和平均几何直径均比对照显著提高；土壤pH值及盐分含量显著降低，土壤有机质含量显著提高。与对照相比，0.75%绿色木霉固态发酵物处理对番茄幼苗的根系生长效果更加显著，0.5%绿色木霉固态发酵物处理可显著提高土壤的WR0.25和团聚体稳定性，改善土壤结构。

参考文献：

［1］孝惠爽，赵 杰，傅声雷. 华南典型尾叶桉纯林经营对土壤理化性质、微生物和线虫群落的影响［J］. 生态学报，2023，43（19）：7963-7973.

［2］张紫瑶，谈 韫，樊 航，等. 绿色木霉和枯草芽孢杆菌对番茄苗期根系形态及土壤速效养分的影响［J］. 江苏农业科学，2022，50（9）：111-115.

［3］王志康，祝 乐，许晨阳，等. 秦岭天然林凋落物去除对土壤团聚体稳定性及细根分布的影响［J］. 生态学报，2022，42（13）：5493-5503.

［4］Abdelkhalek A，Al-Askar A，Arishi A A，et al. Trichoderma hamatum strain Th23 promotes tomato growth and induces systemic resistance against tobacco mosaic virus［J］. Journal of Fungi，2022，8（3）：228.

［5］王 建，赵 单. 丛枝菌根真菌与绿色木霉对干旱胁迫下苹果树苗生长、生理特征及水分利用的影响［J］. 江苏农业科学，2023，51（4）：164-170.

［6］邓 薇，张祖衔，曹宇航，等. 绿色木霉缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系生长的影响［J］. 山东农业科学，2022，54（2）：40-45.

［7］张欣玥，徐洪伟，周晓馥. 绿色木霉固态发酵物对黄瓜幼苗促生作用的影响［J］. 北华大学学报（自然科学版），2021，22（5）：617-621.

［8］Wang J，Deng Y S，Li D Y，et al. Soil aggregate stability and its response to overland flow in successive Eucalyptus plantations in subtropical China［J］. Sci Total Environ，2022，807：151000.

［9］宋明霞，张晓婷，樊 航，等. 绿色木霉和枯草芽孢杆菌对番茄幼苗促生效应的研究［J］. 吉林师范大学学报（自然科学版），2021，42（3）：100-104.

［10］Cao S，Zhou Y Z，Zhou Y Y，et al. Soil organic carbon and soil aggregate stability associated with aggregate fractions in a chronosequence of citrus orchards plantations［J］. J Environ Manage，2021，293：112847-112855.

［11］樊 博，林 丽，曹广民，等. 不同演替状态下高寒草甸土壤物理性质与植物根系的相互关系［J］. 生态学报，2020，40（7）：2300-2309.

［12］吕 渡，杨亚辉，赵文慧，等. 不同恢复类型植被细根分布及与土壤理化性质的耦合关系［J］. 生态学报，2018，38（11）：3979-3987.

［13］罗永清，赵学勇，王 涛，等. 沙地植物根系特征及其与土壤有机碳和总氮的关系［J］. 草业学报，2017，26（8）：200-206.

［14］雷宏军，胡世国，潘红卫，等. 土壤通气性与加氧灌溉研究进展［J］. 土壤学报，2017，54（2）：297-308.

［15］柴 华，何念鹏. 中国土壤容重特征及其对区域碳贮量估算的意义［J］. 生态学报，2016，36（13）：3903-3910.

［16］孙元宏，高雪莹，赵兴敏，等. 添加玉米秸秆对白浆土重组有机碳及团聚体组成的影响［J］. 土壤学报，2017，54（4）：1009-1017.

［17］孙文泰，马 明，牛军强，等. 陇东雨养苹果覆膜对土壤团聚体结构稳定性与细根分布的影响［J］. 生态学报，2022，42（4）：1582-1593.

［18］孙文泰，马 明. 黄土高原长期覆膜苹果园土壤物理退化与细根生长响应［J］. 植物生态学报，2021，45（9）：972-986.

［19］陈建爱，祝文婷，李润芳，等. 黄绿木霉T1010定殖动态及其对日光温室耕层土壤结构性状的影响［J］. 西南农业学报，2011，24（2）：649-653.

［20］熊 荣，董佳伟，曹 昆，等. 绿色木霉对紫花苜蓿促生效应的研究［J］. 通化师范学院学报，2023，44（2）：44-48.

［21］Norby R J，Ledford J，Reilly C D，et al. Fine-root production dominates response of a deciduous forest to atmospheric CO2 enrichment［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2004，101（26）：9689-9693.

［22］任俊波，杨雪丽，陈 平，等. 种间距离对玉米-大豆带状套作土壤理化性状及根系空间分布的影响［J］. 中国农业科学，2022，55（10）：1903-1916.

［23］夏梓泰，程伟威，赵吉霞，等. 不同种植模式对玉米根系及土壤团聚体稳定性的影响［J］. 生态环境学报，2021，30（12）：2331-2338.