宋言三,李 廣,張 婷,朱 芳,何 磊,柴瑞娟

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

稀土元素與生物活性菌肥對農(nóng)作物的促生效果

宋言三,李 廣,張 婷,朱 芳,何 磊,柴瑞娟?

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

以開發(fā)稀土元素輔助的高效生物活性菌肥為目的,采用盆栽大豆、小麥、玉米、水稻為實驗材料,分別用稀土元素協(xié)同活性菌肥溶液、稀土元素溶液、活性菌肥溶液和蒸餾水定期澆灌,測定植物幼苗相關(guān)生長指標．結(jié)果顯示,稀土元素及活性菌肥溶液對供試作物均有一定促生效果,但稀土元素協(xié)同活性菌肥溶液的促生效果更優(yōu)越．稀土元素協(xié)同活性菌肥的使用有更高的潛在肥力．

稀土元素;活性菌肥;農(nóng)作物;促生作用

稀土元素(rare earth elements)是指元素周期表中原子序數(shù)為57～71的15種鑭系元素,以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧(Sc)和釔(Y)．稀土元素在礦床學(xué)[1]、發(fā)光材料[2]等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用．隨著研究的發(fā)展,稀土元素對生物機體的生理作用研究也越來越受到人們的關(guān)注．

有研究顯示鈰和鑭可以促進椰子樹[3]根系的生長,葉面噴施鑭和鈰也可以促進春秋兩季油菜莖葉干、鮮物重增加,同時,增加干鮮比[4]．此類研究表明,稀土元素在農(nóng)業(yè)上施用有望提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性,可降低農(nóng)藥及化肥的用量,節(jié)省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,同時實現(xiàn)環(huán)境的保護．

我國是稀土大國,于1972年將稀土肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5],截止20世紀90年代,稀土肥料在我國已累積使用9 300萬畝．目前常用的是以鑭、鈰元素為主的稀土微肥,以及少量的鐠、釹元素在內(nèi)的輕稀土無機鹽或有機鹽．而單用稀土施肥可能導(dǎo)致稀土元素在土壤中的累積、超標,造成二次污染．考慮到眾多細菌具有土壤污染修復(fù)[6]的能力,因此,稀土元素與菌肥的結(jié)合使用有望降低此風(fēng)險．

生物活性菌肥是指采用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的含有活性微生物的特定制品,它與化學(xué)肥料的本質(zhì)區(qū)別是不含大量營養(yǎng)元素,主要是以微生物的生命活動及產(chǎn)物來改善植物的營養(yǎng)條件,發(fā)揮土壤潛在的肥力,因此,不僅可以減少環(huán)境污染,還可以提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)．目前使用的生物肥料肥效緩慢、成本高,雖然無化學(xué)肥料的弊端,但在使用上受到限制．

對比稀土元素、活性菌肥及二者聯(lián)合使用的3種處理對幾種農(nóng)作物的促生效果,將稀土元素和活性菌肥相結(jié)合,探討研制新型稀土生物肥料,為降低化學(xué)肥料的使用,提高生物肥料肥效提供一條新的途徑．

1 材料與方法

1．1 實驗材料

大豆、小麥、玉米、水稻、某品牌生物菌肥．

1．2 試劑與儀器

水合硝酸鑭、水合硝酸鈰、丙酮、無水乙醇、石英砂、碳酸鈣,均為分析純(AR),由國藥集團化學(xué)試劑有限公司提供;紫外可見分光光度計(UV-3600,日本島津公司);分析天平(FA1204B,上海精科天美貿(mào)易有限公司)．

1．3 實驗方法

(1)材料預(yù)處理．選取籽粒飽滿、組織結(jié)構(gòu)完整、大小基本相同的供試種子,用0．1%的氯化汞溶液浸泡10min后,用清水沖洗35次,25℃用供試溶液浸泡12 h．

(2)協(xié)同溶液的配制．配制5 mg/L的硝酸鑭和硝酸鈰溶液,按照使用說明分別加入某品牌生物菌肥,使稀土元素占菌肥的10%,菌肥質(zhì)量濃度為0．05g/L,攪拌均勻用于浸泡供試植物種子．

(3)材料的培養(yǎng)．將泡好的種子播種于塑料花盆中(上口徑20cm×16cm下口徑×13cm高)的土壤中,放在通風(fēng)良好,陽光充足的窗臺上,每7d澆一次供試溶液．

(4)對照實驗．分別以5mg/L的硝酸鑭和硝酸鈰溶液,0．05g/L的活性菌肥溶液以及蒸餾水做對照．

(5)生長情況測定．待幼苗生長30 d時檢測平均根長、根數(shù)、株高、植株鮮重及葉片長度．每個處理5盆,重復(fù)3次．

(6)葉綠素含量的測量．參照文獻[7]測定植株葉片的葉綠素含量．

(7)稀土元素對菌肥中細菌生長的影響．在錐形瓶中加入200mL液體牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、硝酸鑭(5mg/L)及硝酸鈰(5mg/L)及加入菌肥,質(zhì)量濃度為0．05 g/L,150 r/min,30℃震蕩培養(yǎng)12 h后測定溶液吸光度(A600)．在不加稀土元素的錐形瓶中培養(yǎng)菌肥菌,作為對照．

(8)不同處理對土壤中細菌總數(shù)的影響．稱取種植過幼苗的土壤適量,參照文獻[8]中方法,分光光度計測定溶液吸光度(A600)．

(9)統(tǒng)計分析．處理組數(shù)據(jù)與對照組做統(tǒng)計學(xué)分析．

2 結(jié)果與討論

2．1 硝酸鑭協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用

根系是植物吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的重要器官,對植株地上部分的生長、發(fā)育及生存都有影響[9-10]．硝酸鑭協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用如表1所示．由表1可知,硝酸鑭協(xié)同活性菌肥處理對大豆根長、根數(shù)及水稻根長的促進作用與對照硝酸鑭、活性菌肥、蒸餾水相比均有顯著差異,硝酸鑭協(xié)同活性菌肥對大豆幼苗根系的生長具有良好的促進作用．葉綠素含量會影響植物的光合和生長[11],從而反應(yīng)在植株鮮重上有較大差異,硝酸鑭協(xié)同活性菌肥處理對水稻葉片葉綠素含量、植株鮮重及大豆植株鮮重有顯著影響．綜合表1數(shù)據(jù)說明,稀土元素協(xié)同活性菌肥在某種程度上對供試植物根系及植株生長的促生效益優(yōu)于它們的單獨使用．

2．2 硝酸鈰協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用

硝酸鈰協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用如表2所示．由表2可知,硝酸鈰協(xié)同活性菌肥的促生作用與對照相比有顯著差異,可以明顯促進大豆根長、根數(shù)、株高、植株鮮重,促進小麥株高、玉米葉綠素含量、水稻葉綠素含量．實驗結(jié)果說明,稀土元素協(xié)同活性菌肥的使用有更高的潛在肥力．

2．3 稀土元素對菌肥中細菌生長的影響

適當濃度稀土元素可以促進細菌的繁殖[12],菌肥菌對稀土元素也有此生理反應(yīng)．經(jīng)過一段時間培養(yǎng),加入稀土元素的培養(yǎng)基中細菌總數(shù)明顯高于不加稀土元素的培養(yǎng)基,菌肥菌數(shù)量的增加可能是菌肥功能表現(xiàn)的一個方面．

2．4 不同處理對土壤中細菌總數(shù)的影響

稀土元素對菌肥中細菌生長的影響如表3所示．稀土元素對土壤中細菌總數(shù)的影響如表4所示．由表3、表4可知,只澆蒸餾水時,種植不同作物的土壤中細菌總數(shù)均比種植前有所增加．因為在適合作物生長的培養(yǎng)條件下,只要是適宜的溫度和濕度,細菌也可以利用土壤中的碳源和氮源進行繁殖,只澆硝酸鑭和硝酸鈰的土壤中細菌總數(shù)與只澆蒸餾水組相比有明顯差異,說明稀土元素也可以促進土壤中原有細菌的生長和繁殖;澆稀土元素組和活性菌肥組的土壤中細菌總數(shù)沒有顯著差別,可能是因為它們對土壤中細菌總數(shù)的影響相差不大;稀土元素協(xié)同活性菌肥組的土壤中細菌總數(shù)最高,是因為稀土元素促進細菌繁殖的作用與外加活性菌肥的作用相疊加．因此,稀土元素協(xié)同活性菌肥的良好促生作用可能是通過促進土壤中細菌繁殖,改善土壤微生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)的．

表1 硝酸鑭協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用

表2 硝酸鈰協(xié)同活性菌肥對植物的促生作用

表3 稀土元素對菌肥中細菌生長的影響

表4 稀土元素對土壤中細菌總數(shù)的影響

3 結(jié)論與討論

稀土元素和活性菌肥均有較好的促生作用,有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)．研究說明這一現(xiàn)象的存在,如與不施肥的蒸餾水組相比,硝酸鑭單獨使用可以促進大豆根數(shù)、株高、植株鮮重,小麥和玉米根數(shù),水稻根長;硝酸鈰可以促進大豆根長、根數(shù)、株高,小麥根數(shù);活性菌肥組與不施肥的蒸餾水組相比有利于大豆株高,小麥根數(shù)．但稀土元素與活性菌肥之間的促生作用難分伯仲．

菌肥菌在土壤中的生長和繁殖速度關(guān)系到菌肥的肥力,在農(nóng)田中施加菌肥也會對土壤微生態(tài)環(huán)境有一定影響[13-15]．同時,稀土元素不僅對植物生長有一定促進作用,對微生物生長也有一定促進作用[16]．因此,推測稀土元素協(xié)同活性菌肥的高效促生效應(yīng)可能與稀土元素促進了活性菌肥菌和土壤中微生物的生長有關(guān)．低濃度的La3＋會刺激紅壤中硝化細菌活性[17],也會增強黑曲霉抗氧酶活性[18],因此,稀土元素協(xié)同活性菌肥的高效促生效應(yīng)也可能是因為稀土元素影響了活性菌肥菌生理活性而表現(xiàn)出來的．實驗室后續(xù)將擬從施加稀土元素和活性菌肥后,土壤中的微生物菌群數(shù)量及微生物的生理功能變化入手,探討它們協(xié)同使用肥力增強的機理．

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Rare earth elements and biologically active fertilizer interaction promoting effect of several major crops

SONG Yan-san,LI Guang,ZHANG Ting,ZHU Fang,HE Lei,CHAI Rui-juan?
(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

In order to assist the development of efficient bio-active rare earth element fertilizer with potted soybean,wheat,maize,rice as experimental material,and with the rare earth element synergistic activity fertilizer solution,a solution of rare earth elements,active-fertilizer solution and distilled water regularly watered respectively,the relevant plant seedling growth indexes are determined．The results show:rare earth elements and active-fertilizer solution on the test crop have certain growth-promoting effect,but synergistic activity of rare earth elements fertilizer promoting effect is superior solution．The use of rare earth elements synergistic activity fertilizer possesses a higher potential fertility．

rare earth element;active fertilizer;crop;growth-promoting effect

Q945．3

A

1672-2477(2015)04-0012-05

2014-12-20

省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基金資助項目(201310363139)

宋言三(1993-),男,安徽安慶人,本科．

柴瑞娟(1975-),女,內(nèi)蒙古烏蘭察布人,副教授,碩導(dǎo)．