肖衛(wèi)華，姚幫松，張文萍，張立成,2，黃 蔚，劉祝平

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙 410128)

0 引 言

眾所周知，根區(qū)土壤是由固、液、氣三相組成，現(xiàn)行灌溉措施使得根區(qū)土壤得到水分的同時，必定排擠出土壤中的空氣，導(dǎo)致根際臨時缺氧或長期缺氧，但是根系和根區(qū)土壤微生物進行正常的生理活動-呼吸作用時需要消耗氧，而作物需水高峰時也是對根系功能要求最高的時候，哪怕出現(xiàn)臨時的缺氧癥都會影響根系對水肥的吸收，由于灌溉農(nóng)業(yè)很難解決“水氧矛盾”問題，因此,作物根區(qū)缺氧也是灌溉農(nóng)業(yè)的主要瓶頸問題[1]，因此根區(qū)通氣增氧是解決因為灌溉存在“水氧矛盾”的有效途徑。根系是作物最活躍的吸收器官和合成器官，根系生長和根系活力直接影響作物的生長和產(chǎn)量水平[2]。在植物的根區(qū)輸送充足的氧氣能夠使植物的根系功能處于較佳狀態(tài)，有利于植物根區(qū)的礦物質(zhì)運移以及土壤微生物的活動，有利于作物的生長而提高自身生產(chǎn)力，為挖掘作物的增產(chǎn)潛能開辟了新的途徑，但目前尚未有通過根區(qū)通氣增氧措施對根際土壤微生物種群數(shù)量和纖維分解強度的影響研究。本文通過對不同通氣頻率在雜交稻不同生育期的根系性狀、根系活力、根際土壤微生物種群數(shù)量、微生物的纖維分解強度進行了檢測與分析，探究在根區(qū)通氣增氧處理下不同生長階段根際微生物種群和數(shù)量的變化規(guī)律，為優(yōu)化雜交水稻的高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

模擬微區(qū)試驗于2012年-2013年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園實驗基地的露天格田中進行，兩年試驗規(guī)律一致，本文采用數(shù)據(jù)2013年模擬微區(qū)試驗數(shù)據(jù)。試驗基地所處地理位置屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)。歷年平均氣溫為17.2 ℃，年平均無霜期280.5 d，年平均降水量1 360 mm，年平均相對濕度80%。長沙地區(qū)年日照時數(shù)達1 677 h。

1.2 試驗方案

試驗供試土壤為第四紀紅土發(fā)育的紅黃泥，肥力較好。試驗供試品種為雜交水稻深優(yōu)9 586，全生育期112 d。每塊格田尺寸為1.5 m×6.0 m，每塊格田再分3個微區(qū)，田埂高度30cm，采用PVC板封隔。按隨機區(qū)組分布，每個處理設(shè)3個重復(fù)。每個微區(qū)插秧30兜，單本。施肥：采用化肥與有機肥相結(jié)合的方式，有機肥采用熟化的豬糞堆肥，每微區(qū)施用5 kg，并于移栽前一次性施加。復(fù)合肥(N:P:K為15%:10%:15%)80 g，基肥：分蘗肥的比例為6∶4。水分處理：移栽至有效分蘗臨界葉齡期返青，一直保持1～3 cm淺水層，當田間群體苗數(shù)達到計劃穗數(shù)的85%時，排水擱田1周左右，之后一直到灌漿期均保持1～3 cm淺水層；成熟收割前7 d斷水。6月20日播種，7月2日移栽，10月12日收割。

試驗設(shè)置4個處理，通氣增氧處理是通過預(yù)埋在根區(qū)土壤中的管路系統(tǒng)，由定時開關(guān)控制定時通氣，通氣時間通過公式(1)估算而定，實施處理時間為移栽后一周起到收割前兩周結(jié)束。根據(jù)加氣增氧的頻率不同分為3個處理，A1(每日8∶00和17∶00)、A2(每日8∶00)、A3(每隔一天8∶00)和常規(guī)對照CK(無增氧處理)。

(1)

式中：t為通氣時間，min；N為每個氣泵控制的穴數(shù)；a為橫向間距，cm；b為縱向間距，cm；h為耕作層深度，cm；f為土壤孔隙度，%；Q為加氣泵的排氣量，L/min。

1.3 測定項目及方法

每個微區(qū)于分蘗期與齊穗期選取長勢一致的植株，提取網(wǎng)袋(網(wǎng)袋移栽前預(yù)埋)連同根區(qū)土壤，采用中低壓自來水小心沖洗獲取根樣，采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)掃描并分析根系生長特征指標，剪取距離根尖1～2 cm的白根通過氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測定根系活力。分別于分蘗期、齊穗期和成熟期用土鉆采取離植株10 cm，離表面1～20 cm處的帶根土壤，每微區(qū)隨機取4土鉆，混合均勻放置無菌自封袋，快速帶回實驗室進行微生物種群的檢測。土壤微生物細菌、真菌與放線菌數(shù)量采用稀釋平板測數(shù)法測定，并且分別采用牛肉膏蛋白陳瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良高氏1號培養(yǎng)基培養(yǎng)[3]。微生物纖維分解強度采用埋棉布法測定[4]。

利用SPSS17.0和Microsoft Excel進行試驗數(shù)據(jù)的分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 根區(qū)通氣增氧對根系的影響

2.1.1對根系生長特性的影響

在分蘗期的根總長、根尖數(shù)和根干重的變化規(guī)律與齊穗期的根系總根長、總表面積、總體積、根尖數(shù)和根干重都是隨著增氧頻率的降低先降低，再升高，但分蘗期的根總表面積、平均根系直徑、根總體積的和齊穗期的平均根粗的規(guī)律恰好與之相反，如表1所示。同時可以得出通氣增氧處理的雜交水稻根系的所有指標都明顯優(yōu)于常規(guī)對照CK。

表1 分蘗末期雜交水稻根系指標

2.1.2對根系活力的影響

由圖1可得，不管是在分蘗期還是在齊穗期，對于所有增氧處理的TTC還原強度由強到弱的規(guī)律均為： A1>A2>A3>CK，說明增氧處理有利于提高雜交水稻的根系活力，且在試驗設(shè)計范圍內(nèi)隨著增氧頻率的提高而增強，A1的根系TTC還原強度相比CK，在分蘗期提高了45.7%，在齊穗期提高了26.5%。

圖1 不同生育期各處理的TTC還原強度

2.2 根區(qū)通氣增氧對根區(qū)土壤微生物的影響

根際是指植物根系與土壤微生物之間相互作用的獨特圈帶，根際微生物是作物根際重要的組成部分，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分[5]。根區(qū)通氣增氧對雜交水稻根際土壤微生物種群的影響見圖2所示，在分蘗期和成熟期，細菌數(shù)量和真菌數(shù)量都是隨增氧頻率的降低而減低，但細菌數(shù)量在抽穗期間的規(guī)律恰好相反。抽穗期的真菌數(shù)量和分蘗期的放線菌數(shù)量的變化規(guī)律是隨通氣增氧頻率的降低先升高，再減低，而成熟期的真菌和放線菌數(shù)量的變化規(guī)律一致，都是隨頻率的降低先降低，后升高。根區(qū)通氣增氧處理除了真菌數(shù)量在抽穗期均低于常規(guī)對照(CK)，以及A3處理在成熟期的細菌數(shù)量和A1處理在分蘗期的放線菌數(shù)量低于CK外，其他各類微生物數(shù)量均優(yōu)于CK處理。

圖2 根際土壤微生物數(shù)量

分解纖維素的微生物主要是好氧細菌，微生物對纖維的分解作用是自然界生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)的基礎(chǔ)，微生物的纖維分解強度從側(cè)面反映好氧微生物的數(shù)量和活性，纖維分解釋放出有機質(zhì)中的氮、磷、鉀、硫等有效態(tài)養(yǎng)分，對提高土壤肥力，改善植物的營養(yǎng)吸收具有重要意義[6]。根區(qū)通氣增氧對根際微生物纖維分解強度的規(guī)律如表2，分蘗期和抽穗期根際土壤微生物纖維分解強度都是隨通氣增氧頻率的降低先升高后降低，并且相比CK處理優(yōu)勢不明顯，但是在成熟期，根際土壤微生物纖維分解強度隨頻率的降低，先降低后升高，且通氣增氧處理均顯著高于CK處理，是CK處理的1.68～2.56倍。

表2 不同生育期根際微生物纖維分解強度 %

3 結(jié) 語

作物根際氧含量影響土壤微生物的呼吸作用，影響根際土壤微生物的種群與活性，根際通氣增氧可以促進土壤有機質(zhì)礦化和養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，改善土壤理化性質(zhì)，促進作物的生長。試驗結(jié)果表明：根區(qū)通氣增氧處理的雜交水稻根系的所有特征指標都明顯優(yōu)于常規(guī)對照CK處理，并且有利于提高雜交水稻的根系活力，且表征根系活力的TTC還原強度隨著增氧頻率的降低而減弱：A1>A2>A3>CK。根區(qū)通氣增氧處理增加了根際細菌、真菌和放線菌等微生物的數(shù)量，除了抽穗期的真菌數(shù)和成熟期的細菌外，其他各類微生物數(shù)量在分蘗期、抽穗期和成熟期均優(yōu)于CK處理。成熟期的根際土壤微生物纖維分解強度隨通氣增氧頻率的降低，先降低后升高，且其強度均顯著高于CK處理。

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[1] S P Bhattarai, R J Balsys, P Eichler, et al. Dynamic changes in bubble profile due to surfactant and tape orientation of emitters in drip tape during aerated water irrigation[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2015,75(5) 137-143.

[2] 楊建昌.水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,44(1):36-46.

[3] 王金鳳,康紹忠,張富倉,等.控制性根系分區(qū)交替灌溉對玉米根區(qū)土壤微生物及作物生長的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006,39(10):2 056-2 062.

[4] 謝 東.增氧灌溉對超級稻根際土壤微生物的影響[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[5] 賀祖宏，王相晶，向文勝.作物根際微生物與植物保護[J].世界農(nóng)藥，2013,(5):42-50.

[6] 李振高.土壤與微生物環(huán)境研究法[M].北京科學(xué)出版社，2008,(9):391-392.