紀(jì)婧琦，夏志潔，司紅麗，戴美學(xué)

(山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014)

植物根系、土壤及土壤中的生物，尤其是微生物構(gòu)成了植物根際的微環(huán)境［1－3］，這是土壤和植物之間物質(zhì)和能量交換最為活躍的部分［4］。微生物對(duì)環(huán)境的變化較為敏感，土壤中微生物數(shù)量的變化，可以作為土壤生態(tài)恢復(fù)過程的早期指標(biāo)。甘薯作為一種重要的能源經(jīng)濟(jì)作物，其塊狀根既可直接食用，也可以作為食品、飼料和工業(yè)原料，用途十分廣泛。近年來(lái)，許多學(xué)者研究了覆蓋種植［5－6］、施肥［7］、藥劑處理［8］等不同的農(nóng)作方式對(duì)土壤微生物的影響，但對(duì)鹽堿地這一領(lǐng)域涉及較少。本研究選取鹽堿地為試驗(yàn)田，重點(diǎn)研究在以鹽堿地為背景的情況下甘薯品種及農(nóng)作方式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響，為鹽堿地改良以及甘薯的進(jìn)一步增產(chǎn)、推廣提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)田位于山東省東營(yíng)市墾利縣黃河口鎮(zhèn)青坨農(nóng)場(chǎng)。區(qū)內(nèi)以鹽化潮土和濱海鹽土為主土壤，含鹽量高，且土壤整體偏堿。試驗(yàn)田所種甘薯均由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)分別從品種評(píng)比試驗(yàn)區(qū)、密度及覆膜試驗(yàn)區(qū)、化學(xué)調(diào)控試驗(yàn)區(qū)、有機(jī)肥基肥試驗(yàn)區(qū)及鉀肥追肥試驗(yàn)區(qū)取樣。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)再按處理方式具體劃分小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為16 m2。

1.2.1 密度及覆膜試驗(yàn)區(qū)

密度1:每米4株，每小區(qū)80株，折合每畝3333株;密度2:每米5株，每小區(qū)100株，折合每畝4167株;密度3:每米6株，每小區(qū)120株，折合每畝5000株。覆膜試驗(yàn)區(qū):露地種植密度選擇密度2，覆膜試驗(yàn)區(qū)即為密度2區(qū)。

1.2.2 品種評(píng)比區(qū)

該區(qū)所種甘薯均為山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的濟(jì)薯21、濟(jì)薯23、徐薯26、徐薯27、徐薯28、濟(jì)薯04150。

1.2.3 有機(jī)肥基肥試驗(yàn)區(qū)

對(duì)照組:不施肥;A:每畝施45kg復(fù)合肥;B:每畝基施100kg有機(jī)肥和45kg復(fù)合肥;C:每畝基施150kg有機(jī)肥和45kg復(fù)合肥;D:每畝基施200kg有機(jī)肥和45kg復(fù)合肥。

1.2.4 鉀肥追肥試驗(yàn)區(qū)

對(duì)照組:不追肥;Ⅰ:每畝基施有機(jī)肥150kg+復(fù)合肥45kg，追加鉀肥K2HPO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%K2HPO4溶液葉面噴施);Ⅱ:每畝基施有機(jī)肥150kg+復(fù)合肥45kg，追加鉀肥KNO3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%KNO3溶液葉面噴施);Ⅲ:每畝基施有機(jī)肥150kg+復(fù)合肥45kg，追加鉀肥KNO3(每畝10kgkNO3溝施)。

除密度試驗(yàn)區(qū)外，各試驗(yàn)區(qū)種植密度均為密度2，除露地試驗(yàn)區(qū)外的各試驗(yàn)區(qū)均以地膜覆蓋。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 采用五點(diǎn)取樣法采集土樣

在甘薯成熟期，以試驗(yàn)區(qū)為單位采集土樣。裸地土樣在同一時(shí)間試驗(yàn)大田外圍未種植任何植物的區(qū)域采集。采用五點(diǎn)取樣法，去除3～5 cm表層上，在靠近植株根系區(qū)域取5～10 cm處的土壤，將每個(gè)試驗(yàn)區(qū)中5個(gè)取樣點(diǎn)的土樣混勻，密封，做好標(biāo)記置于冰盒運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，4℃保存。

1.3.2 采用稀釋平板法測(cè)定土壤微生物數(shù)量

土樣過3 mm篩后稱取1 g，加入100mL無(wú)菌水，置200 r/min的搖床振蕩15 min，使土粒均勻分散成懸液，靜置30 s，在超凈工作臺(tái)中，用10倍稀釋法稀釋，得到不同梯度的土壤稀釋液。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的適宜稀釋倍數(shù)進(jìn)行涂布培養(yǎng)(細(xì)菌和耐鹽細(xì)菌適宜稀釋度為10－4，放線菌和耐鹽放線菌的適宜稀釋度為10－3，真菌適宜稀釋度為10－2)。每處理3個(gè)重復(fù)，置適溫下培養(yǎng)，根據(jù)各種菌的生長(zhǎng)特性，培養(yǎng)5～7 d后觀測(cè)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各微生物的數(shù)量。

培養(yǎng)基:細(xì)菌(牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基)、放線菌(高氏一號(hào)培養(yǎng)基)、真菌(馬丁氏培養(yǎng)基)、耐鹽細(xì)菌(NaCl含量為1 mol/L，其他成分同牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基);耐鹽放線菌(NaCl含量為1 mol/L，其他成分同高氏一號(hào)培養(yǎng)基)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)、圖表進(jìn)行處理，采用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，采用DPS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜和密度對(duì)甘薯根際微生物的影響

由圖1、表1看出，與裸地相比，種植甘薯后土壤中微生物總量顯著提高，密度2區(qū)＞密度1區(qū)＞密度3區(qū) ＞ 露地，分別提高了 413.11%、278.74%、221.16%、117.58%，土壤中耐鹽菌所占比重明顯下降，密度1區(qū)(25.33%)＞露地(22.37%)＞密度2區(qū)(18.41%)＞密度3區(qū)(17.10%)，對(duì)微生物總量和耐鹽菌含量進(jìn)行相關(guān)性分析，得到r=0.236，兩者為極弱相關(guān)性。露地區(qū)與密度2區(qū)的處理區(qū)別僅為地膜覆蓋與否，但兩者微生物數(shù)量呈現(xiàn)極顯著差異(P＜0.01)，密度2區(qū)中甘薯根際微生物的數(shù)量提高135.83%。在密度試驗(yàn)區(qū)中，微生物總量為密度2區(qū)＞密度1區(qū)＞密度3區(qū)，其中細(xì)菌數(shù)量與其一致，而放線菌和放線菌數(shù)量則為密度2區(qū)＞密度3區(qū)＞密度1區(qū)。顯著性分析顯示，密度1區(qū)和密度3區(qū)差異顯著(P=0.032＜0.05)，其余處理間均為極顯著差異。

圖1 覆膜及密度試驗(yàn)區(qū)微生物數(shù)量及耐鹽菌含量Fig.1 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerantmicroorganism in film mulching and density test site

表1 覆膜及密度試驗(yàn)區(qū)土壤微生物數(shù)量(×104cfu/g)Table 1 Rhizosphere soil microorganism amount in film mulching and density test site

2.2 甘薯品種對(duì)根際微生物的影響

由圖2、表2可以看出不同品種甘薯根際微生物數(shù)量有所不同，根際細(xì)菌數(shù)量為濟(jì)薯23＞徐薯26＞濟(jì)薯04150＞濟(jì)薯21＞徐薯28＞徐薯27，根際放線菌數(shù)量為徐薯27＞濟(jì)薯21＞濟(jì)薯23＞徐薯26＞徐薯28＞濟(jì)薯04150，而根際真菌數(shù)量為徐薯28＞濟(jì)薯04150＞濟(jì)薯23＞濟(jì)薯21＞濟(jì)薯23，相關(guān)性分析顯示，微生物數(shù)量與根際細(xì)菌數(shù)量在0.01水平上正相關(guān)(r=0.979，強(qiáng)相關(guān));微生物數(shù)量與耐鹽菌含量在0.05水平上呈負(fù)相關(guān)(r=－0.572，相關(guān));而三大微生物之間無(wú)相關(guān)性或相關(guān)性極弱(r＜0.3)。由圖2可以看出，濟(jì)薯23號(hào)根際土壤微生物數(shù)量最高，而耐鹽細(xì)菌含量最少。顯著性分析顯示，不同品種間均為極顯著差異(P＜0.01)。

圖2 品種評(píng)比區(qū)微生物總數(shù)量及耐鹽菌比重Fig.2 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in sweet potato varieties test site

表2 6種甘薯根際土壤各種微生物數(shù)量(×104cfu/g)Table 2 The amount of rhizosphere soil microorganism of six new sweet potato varieties

2.3 有機(jī)基肥對(duì)甘薯根際微生物的影響

由圖3、表3可以看出，處理A僅施加復(fù)合肥，與對(duì)照組相比，甘薯根際微生物總數(shù)量提高了32%，耐鹽菌所占比例下降了12.15%。與處理A相比，處理B、C、D施加有機(jī)基肥后，甘薯根際微生物總量變化為處理D＞處理 B＞處理 C，分別增長(zhǎng)了 77.35%、58.53%、51.10%，處理C和處理D中耐鹽菌含量與處理A相比分別下降了10.70%、3.09%，而處理B中耐鹽菌含量上升了4.22%。

相關(guān)性分析顯示，不同處理間根際微生物總數(shù)量與細(xì)菌數(shù)量在0.01水平上正相關(guān)(r=0.976，強(qiáng)相關(guān));與耐鹽菌含量在0.01水平上負(fù)相關(guān)(r=－0.778，較強(qiáng)相關(guān))。除不同處理間的放線菌數(shù)量顯著差異(P=0.024＜0.05)外，其他變量均為極顯著差異(P ＜0.01)。

圖3 有機(jī)基肥試驗(yàn)區(qū)微生物數(shù)量及耐鹽菌含量Fig.3 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the contentofsalt tolerant microorganism in organic fertilizer test site

表3 有機(jī)基肥試驗(yàn)區(qū)甘薯根際土壤微生物數(shù)量(×104cfu/g)Table 3 The amount of rhizosphere soil microorganism in organic fertilizer test site

2.4 鉀肥追肥對(duì)甘薯根際微生物的影響

由表4、圖4可以看出，相對(duì)于對(duì)照組，處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理Ⅲ中甘薯根際土壤微生物總量分別增加了33.42%、40.66%、13.42%，耐鹽菌含量分別增加了 21.73%、13.15%、16%;而處理Ⅲ中微生物總量明顯小于處理Ⅰ和處理Ⅱ。分別對(duì)微生物總量和耐鹽菌含量進(jìn)行顯著性分析，處理Ⅰ、處理Ⅱ與對(duì)照比較均為極顯著差異(P＜0.01)。就微生物總量而言，P(Ⅰ，Ⅱ)=0.385 ＞ 0.05，無(wú)顯著性差異;P(Ⅰ，Ⅲ)=0.003，P(Ⅱ，Ⅲ)=0.01均為極顯著差異;而就耐鹽菌含量看來(lái)，各處理之間差異極顯著(P＜0.01)。相關(guān)性分析顯示，微生物總量與細(xì)菌數(shù)量強(qiáng)相關(guān)(r=0.82)，微生物總量與耐鹽菌含量較強(qiáng)相關(guān)(r=0.74)。

圖4 鉀肥追肥試驗(yàn)區(qū)微生物總數(shù)量及耐鹽菌含量Fig.4 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in potassium topdressing test site

表4 鉀肥追肥試驗(yàn)區(qū)根際土壤微生物數(shù)量(×104cfu/g)Table 4 The amount of microorganism in potassium topdressing test site

4 討論

種植甘薯后土壤微生物數(shù)量顯著提高，耐鹽菌的含量有不同程度的降低。細(xì)菌在根際微生物群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其數(shù)量變化與根際微生物總量的變化密切相關(guān)，該現(xiàn)象在各試驗(yàn)區(qū)均有體現(xiàn)。

不同的農(nóng)作方式可以通過根系生物量和空間分布調(diào)節(jié)土壤有機(jī)碳組分變化［13］，覆膜后土壤水分蒸發(fā)減少，保持了土壤的濕潤(rùn)，為一些水溶性養(yǎng)分的利用提供了良好的環(huán)境，同時(shí)改變了土壤的理化性質(zhì)［10］，在一定程度上降低了土壤的pH值，使鹽堿土得到改善，有利于微生物的生長(zhǎng)。以密度2種植時(shí)根際微生物數(shù)量增加最大。較高密度種植會(huì)使土壤養(yǎng)分被塊根大量吸收利用，較低密度種植則不利于根際微環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)，都不利于土壤的改善。

不同品種甘薯在鹽脅迫下生長(zhǎng)發(fā)育狀況亦不相同。適宜鹽堿地理化性質(zhì)的甘薯品種，生長(zhǎng)發(fā)育較好，植株和土壤之間的物質(zhì)和能量交換相對(duì)來(lái)說(shuō)較強(qiáng)，使根際微環(huán)境發(fā)生改變，從而進(jìn)一步影響了微生物數(shù)量。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在鹽堿地中濟(jì)薯23根際微生物數(shù)量最高，濟(jì)薯品種根際微生物數(shù)量明顯高于徐薯品種，于立峰［1］等人的相關(guān)實(shí)驗(yàn)也表明，濟(jì)薯23耐鹽性最好，濟(jì)薯耐鹽性優(yōu)于徐薯。

有機(jī)基肥試驗(yàn)區(qū)可以看出，有機(jī)基肥和無(wú)機(jī)復(fù)合肥配合使用，使土壤微生物數(shù)量變化更為明顯。可能是因?yàn)橛袡C(jī)基肥對(duì)土壤的pH值、土壤酶的數(shù)量及活力［12］以及鹽堿土中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、速效磷、速效鉀的含量的影響［13］，改善了根際的微環(huán)境，從而提高了根際微生物的數(shù)量。

鉀肥在甘薯種植過程中，一般是以基肥的形式施加。追施鉀肥可進(jìn)一步提高作物的產(chǎn)量與質(zhì)量、土壤肥力和肥料利用率［14－15］，但對(duì)根際微生物數(shù)量的影響因追肥方式的不同而異。每畝溝施KNO310kg(處理Ⅲ)與不追加鉀肥(對(duì)照組)的微生物數(shù)量無(wú)顯著性變化，而耐鹽菌數(shù)量反而增加，可能是因?yàn)殁浄蕼鲜┦雇寥赖臐B透壓增加，造成了耐鹽菌的富集，反而不利于鹽堿地的改善。而用2%K2HPO4溶液葉面噴施(處理Ⅰ區(qū))和1.5%KNO3溶液葉面噴施(處理Ⅱ區(qū))的時(shí)微生物數(shù)量與對(duì)照相比顯著增加。可能是因?yàn)樽芳逾浄蔬M(jìn)一步增加了葉片葉綠素和可溶性蛋白含量，降低了MDA(丙二醛)含量和POD(過氧化物酶)活性［16］，提高了SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(過氧化氫酶)的活性降低，從而減少葉片損傷，增加植株的抗逆性，提高了葉片光合效率。隨著甘薯物質(zhì)與能量代謝的加快，甘薯必須同時(shí)增加與土壤的物質(zhì)和能量交換才能滿足植株生長(zhǎng)，這在一定程度上調(diào)節(jié)了甘薯根際的微環(huán)境，使其微生物數(shù)量增加。由試驗(yàn)結(jié)果推斷出，追加鉀肥對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響僅體現(xiàn)在其施加方式上，而鉀肥以何種載體(K2HPO4或KNO3)施加對(duì)其影響不大。

［1］孫海新，劉訓(xùn)理.茶樹根際微生物研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24(7):1353 －1357.

［2］GERMIDA J J，WALLEY F L.Plant growth-promoting rhizobacteria alter rooting patterns and arbuscular mucorrhizal fungi colonization of field-grown spring wheat［J］.Biology and Fertility of Soils.1996，23(2):113 － 120

［3］呂東英，李衛(wèi)紅，楊玉海，等.多枝檉柳幼苗根際微生物數(shù)量與分布對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)［J］.中國(guó)沙漠，2012，32(3):737－743.

［4］李北齊，邵紅濤，孟瑤，等，生物有機(jī)肥對(duì)鹽堿土壤養(yǎng)分、玉米根際微生物數(shù)量及產(chǎn)量影響［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，17(23):99－102.

［5］溫曉霞，殷瑞敬，高茂盛，等.不同覆蓋模式下旱作蘋果園土壤酶活性和微生物數(shù)量時(shí)空動(dòng)態(tài)研究［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20(11):82 －88.

［6］王靜，張?zhí)煊?，楊娟娟，?王亞亞旱地不同膜覆蓋種植模式對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，27(6):55－58.

［7］劉苗，孫建，李立軍，等.不同施肥措施對(duì)玉米根際土壤微生物數(shù)量及養(yǎng)分含量的影響［J］.土壤通報(bào)，2011，42(4):816－821.

［8］張麗榮，康萍芝，沈瑞清，等.不同藥劑對(duì)馬鈴薯土壤微生物數(shù)量的影響［J］.河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，41(1):73－75.

［9］趙海超，劉景輝，張星杰.春玉米種植密度對(duì)土壤有機(jī)碳組分的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21(6):1051－1056.

［10］張成娥，梁銀麗，賀秀斌.地膜覆蓋玉米對(duì)土壤微生物量的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22(4):508－512.

［11］于立峰，馬箐，王寶山，等.六個(gè)甘薯新品種耐鹽性比較研究［J］.山東師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，26(4):105－109.

［12］喬旭，黃愛軍，褚貴新，等.有機(jī)與無(wú)機(jī)肥配施對(duì)小麥土壤速效養(yǎng)分、酶活性及微生物數(shù)量的影響［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，48(8):1399 －1403.

［13］李北齊，王倡憲，孟瑤，等.生物有機(jī)肥對(duì)鹽堿土壤養(yǎng)分及玉米產(chǎn)量的影響［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，17(21):182－186.

［14］顧志權(quán)，秦軍，范培賢.脲銨氮肥用作小麥追肥的肥效研究［J］.中國(guó)土壤與肥料，2009(2):60－63，66.

［15］李春杰，許艷麗，王喜斌，等.追肥方式對(duì)連作大豆生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響［J］.大豆科學(xué)，2008，27(6):1003－1006.

［16］曾宇，雷雅麗，李京，等.氮磷鉀用量與種植密度對(duì)油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18(1):146－153.