伍榮冬，韋金凡，龍艷艷，雷崇華，譚裕模，李廷化*，陳廷速*

(1.廣西農(nóng)墾國有金光農(nóng)場(chǎng)，廣西 南寧 530042；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所，廣西 南寧 530007；3.廣西物寶農(nóng)業(yè)科技集團(tuán)微生物應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

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叢枝菌根真菌對(duì)宿根蔗生長(zhǎng)的影響

伍榮冬1，韋金凡1，龍艷艷2,3，雷崇華1，譚裕模4，李廷化1*，陳廷速2,3*

(1.廣西農(nóng)墾國有金光農(nóng)場(chǎng)，廣西 南寧 530042；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所，廣西 南寧 530007；3.廣西物寶農(nóng)業(yè)科技集團(tuán)微生物應(yīng)用聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；4.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007)

探討不施肥的條件下，大田甘蔗接種叢枝菌根(AM)真菌一年后對(duì)宿根蔗生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)。采用原新植蔗砍收后，保持原施有AM真菌及對(duì)照的試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)期間不再施用任何肥料，分析大田接種AM真菌一年后，對(duì)土壤理化性質(zhì)、甘蔗根系內(nèi)生真菌及宿根蔗生長(zhǎng)的影響。研究結(jié)果表明：即使在不施肥的條件下，原所接種的AM真菌仍能提高土壤的pH值，活化土壤中的磷、鎂和有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)甘蔗對(duì)有效磷、鎂和有機(jī)質(zhì)的吸收利用。在甘蔗根系檢測(cè)到AM真菌以及有隔內(nèi)生真菌(DSE)，根系內(nèi)生真菌的定殖率受到土壤理化性質(zhì)的影響。AM真菌能促進(jìn)一年宿根蔗的生長(zhǎng)，增加甘蔗有效莖數(shù)，提高產(chǎn)量。

宿根蔗；叢枝菌根真菌；接種；大田試驗(yàn)

甘蔗是我國主要糖料作物，廣西是全國最大的產(chǎn)糖中心和原料甘蔗生產(chǎn)基地。甘蔗種植已成為廣西農(nóng)業(yè)重要支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增加收入的主要來源。近年來，甘蔗種植面積已超過100萬 hm2，占全國種植面積的68 %，蔗糖產(chǎn)量約占全國70 %[1]。作為C4作物，甘蔗具有生長(zhǎng)期長(zhǎng)，消耗養(yǎng)分多的特性，是對(duì)肥料需求較大的經(jīng)濟(jì)作物，需要充分的水肥條件，才能維持其旺盛的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[2]。由于廣西大部分蔗區(qū)采用單一連作制，加之蔗農(nóng)為了追求甘蔗產(chǎn)量，在甘蔗的生產(chǎn)管理過程中，普遍存在盲目地過度施用化肥，從而導(dǎo)致耕地結(jié)構(gòu)性變差，土壤板結(jié)，土壤呈酸性。通過增加施用化肥量的方法已無法提高甘蔗產(chǎn)量，這不僅導(dǎo)致甘蔗種植成本的增加、影響蔗農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)造成土壤退化和地下水資源污染。

叢枝菌根(Arbuscular mycorrhizas, AM)真菌與植物根系形成菌根共生體，促進(jìn)宿主對(duì)水分和營養(yǎng)元素的吸收[3]，改善土壤生態(tài)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)[4]，在退化土壤修復(fù)中起重要的作用[5]。本研究是在2014年大田試驗(yàn)結(jié)果[6]的基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)小區(qū)不施用任何肥料，繼續(xù)開展甘蔗品種“福農(nóng)41號(hào)”一年宿根的試驗(yàn)，進(jìn)一步探討大田甘蔗接種AM真菌后，對(duì)宿根甘蔗生長(zhǎng)的影響，為AM菌劑在甘蔗生產(chǎn)上的應(yīng)用打好基礎(chǔ)，也將為其在生態(tài)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試甘蔗品種:福農(nóng)41號(hào)。供試AM真菌菌株為地表球囊霉菌(Glomusversiforme)LCGX-58，菌株保藏號(hào)為CGMCC No.8775(中國科學(xué)院微生物研究所中國微生物菌種保藏中心)。由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所分離自甘蔗根際土壤。采用河沙為主要培養(yǎng)基質(zhì)，以玉米為宿主植物，接種GlomusversiformeLCGX-58，生長(zhǎng)期間每周噴淋25 %～50 % Hoagland營養(yǎng)液，培養(yǎng)4個(gè)月后，將孢子、宿主根系和培養(yǎng)基質(zhì)作為接種物(AM菌劑)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在廣西農(nóng)墾國有金光農(nóng)場(chǎng)前進(jìn)分場(chǎng)金光綜合試驗(yàn)站甘蔗試驗(yàn)基地實(shí)施。試驗(yàn)地為旱地，紅泥土，地塊平整，前作為甘蔗。新植蔗于2014年3月5日種植，共設(shè)6個(gè)處理:(A)AM-接種AM菌劑；(B)AM+1/2F-接種AM菌劑+50 %復(fù)合肥(375 kg·hm-2,下同)；(C) AM+F-接種AM菌劑+復(fù)合肥(750 kg·hm-2，下同)；(D)CK-空白對(duì)照；(E) 1/2F-50 %復(fù)合肥；(F) F-復(fù)合肥。施用AM菌劑(3個(gè)處理)與不施AM菌劑(3個(gè)處理)之間，設(shè)立隔離區(qū)30 m。每個(gè)處理3個(gè)小區(qū)，采用拉丁方設(shè)計(jì)。每個(gè)小區(qū)面積7.0 m×5.5 m。其中行距1.1 m，共5行，每行7 m。下種量為50個(gè)雙芽苗，共100個(gè)芽。所用復(fù)合肥為N∶P∶K=10∶9∶7(科泉復(fù)混肥，廣西南寧市壯禾肥業(yè)有限公司)。試驗(yàn)于2015年1月對(duì)新植蔗進(jìn)行實(shí)產(chǎn)驗(yàn)收后，進(jìn)行宿根蔗管理，種植期間不施任何肥料。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目

2015年3月調(diào)查出苗率、分蘗率，2015年12月實(shí)產(chǎn)測(cè)定株高、莖徑、有效莖數(shù)和產(chǎn)量等，評(píng)價(jià)施用AM真菌對(duì)宿根蔗的增長(zhǎng)效果。試驗(yàn)結(jié)果采用 DPS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 AM真菌對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

大田甘蔗施AM菌劑后，連續(xù)兩年的種植(2014-2015)，結(jié)果表明AM真菌能改善甘蔗土壤的理化性質(zhì)(表1)。AM真菌不僅能提高土壤的pH值，還能活化土壤中的磷、鎂和有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)甘蔗對(duì)有效磷、鎂和有機(jī)質(zhì)的吸收利用，滿足甘蔗生長(zhǎng)的需要。2015年AM、AM+1/2F和AM+F3個(gè)處理的pH值都比對(duì)照處理(CK、1/2F和F)的高，分別達(dá)到6.8、6.5和6.0，而除CK外，1/2F和F的pH值與2014年持平，變化不大。AM處理的有效磷同比2014年還增加了6.3 mg/kg。施AM菌劑的3個(gè)處理(AM、AM+1/2F和AM+F)的交換性鎂與2014年相比，呈上升趨勢(shì)，且AM處理的增幅最大，達(dá)到0.935 cmol/kg；其次是AM+1/2F，達(dá)0.455 cmol/kg；而對(duì)照處理(CK、1/2F和F)均下降了0.25 coml/kg以上。AM處理有機(jī)質(zhì)的降幅比CK低，AM+1/2F和AM+F的增幅比對(duì)照處理(1/2F和F)明顯。但AM菌劑在提高土壤pH值，活化磷、鎂和有機(jī)質(zhì)方面的效果受到復(fù)合肥施用量的影響，并隨著施肥量的增加而變?nèi)酢?/p>

2.2 甘蔗根系內(nèi)生真菌

甘蔗根際土壤存在AM真菌資源[7]和DSE資源[8]。不同處理的甘蔗根系內(nèi)生真菌的浸染結(jié)果存在差異(圖1)?？瞻讓?duì)照CK的DSE有明顯的微菌核和有隔菌絲。1/2F處理僅觀察到少量的AM真菌菌絲。F處理的微菌核及有隔菌絲較豐富；AM真菌菌絲較少，卻是唯一能觀察到叢枝結(jié)構(gòu)的處理。在AM+1/2F和AM+F2個(gè)處理中，DSE的微菌核及有隔菌絲較AM處理的多。說明施用化肥影響AM真菌和DSE在根系的定殖。

圖1 不同處理甘蔗根系內(nèi)生真菌(AM真菌及DSE)Fig.1 The endophytic(AM fungi and DSE) in roots of sugarcane with different treatments

如表2可知，施入AM菌劑和化肥后，相對(duì)于對(duì)照處理來說，AM真菌的定殖率呈上升趨勢(shì)。與空白對(duì)照CK相比，單施AM菌劑的AM處理中，AM真菌的定殖率上升幅度較大，增加15.1 %；而施用了復(fù)合肥的處理，不管是否加施AM菌劑，AM真菌的定殖率上升幅度都會(huì)受到較大限制。可能大田甘蔗在新植蔗時(shí)施用復(fù)合肥后，AM真菌在宿根蔗根系的定殖受到不同程度的影響。

沒施用AM菌劑的處理中，1/2F和F的DSE的定殖率，相比于空白對(duì)照呈下降趨勢(shì)，可能化肥對(duì)DSE抑制作用。但在施用AM菌劑的處理中，AM+1/2F和AM+F處理的DSE定殖率都比AM處理高。AM真菌與DSE在根系內(nèi)的互作關(guān)系有待進(jìn)一步的研究。

2.3 AM菌劑對(duì)宿根蔗生長(zhǎng)的影響

AM菌劑對(duì)宿根蔗的發(fā)株率、分蘗數(shù)幾乎沒有影響(數(shù)據(jù)未顯示)。施用AM菌劑能促進(jìn)植株生長(zhǎng)。3個(gè)處理(AM、AM+1/2F和AM+F)植株高度均比對(duì)照(CK)高，且差異都達(dá)顯著水平(圖2)。AM+F分別和AM 、1/2F相比，差異也都達(dá)顯著水平。施用AM菌劑在對(duì)甘蔗莖徑方面有一定影響，表現(xiàn)在3個(gè)處理(AM、AM+1/2F和AM+F)植株莖徑均比對(duì)照(CK)高，且差異都達(dá)顯著水平(圖3)，但是不同施肥水平之間的植株莖徑差異不顯著。

施用AM菌劑能提高甘蔗有效莖數(shù)。處理AM、AM+1/2F、AM+F的有效莖數(shù)全都高于處理CK，且差異都達(dá)顯著水平。此外， AM+F與另外4種施肥水平(AM、AM+1/2F、1/2F和F)之間的差異的達(dá)到顯著水平(圖4)。在產(chǎn)量方面，施用AM菌劑的處理AM、AM+1/2F、AM+F的產(chǎn)量分別為62.010、68.253、74.657 t·hm-2；對(duì)照CK、1/2F、F的產(chǎn)量分別為41.477、 61.350、68.867 t·hm-2(圖5)。處理AM比CK增產(chǎn)49.5 %，AM+1/2F比1/2F增產(chǎn)11.3 %，AM+F比F增產(chǎn)8.4 %，其中，AM和CK，AM+1/2F和1/2F，AM+F和F3組的差異都達(dá)顯著水平。施用AM菌劑的3個(gè)處理AM、AM+1/2F、AM+F之間的產(chǎn)量都達(dá)到差異顯著水平?？傊筇锔收嵩谑┯肁M菌劑后，一年宿根蔗即使在不施肥的條件下，甘蔗的增產(chǎn)效果仍然很明顯。

表2 宿根蔗根系內(nèi)生真菌的定殖情況

圖2 不同處理的植株株高Fig.2 Plant height in different treatments

圖3 不同處理的植株莖徑Fig.3 Plant diameter in different treatments

圖4 不同處理的公頃有效莖數(shù)Fig.4 Millable stalks per hectare in different treatments

圖5 不同處理的甘蔗產(chǎn)量Fig.5 Cane yield in different treatments

3 討論與結(jié)論

叢枝菌根(AM)真菌是自然界分布最為廣泛的一種植物根系內(nèi)生真菌，它能促進(jìn)水分和養(yǎng)分的吸收和利用，提高植物的抗逆性，在自然生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中具有重要作用。之前的相關(guān)研究表明，大田甘蔗接種AM真菌，能提高土壤的pH值，促進(jìn)甘蔗植株的生長(zhǎng)，提高甘蔗產(chǎn)量[6,9]。由于本試驗(yàn)是在同一地塊進(jìn)行，以2015年的試驗(yàn)結(jié)果與2014年的試驗(yàn)結(jié)果[6]相比較，其結(jié)果足以說明大田甘蔗的過量施肥問題，以及AM真菌能促進(jìn)甘蔗對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收，減少化肥用量的效果。在株高方面，2015年的6個(gè)處理(AM、AM+1/2F、AM+F、CK、1/2F、F)的株高同比2014年分別提高了6.3 %、10.8 %、21.1 %、5.6 %、11.1 %、22.6 %(圖6)。莖徑方面，CK處理的莖徑顯著變小，而AM處理和其他處理沒有多大變化，說明在不施任何肥料的同等條件下，AM菌能促進(jìn)植株對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收，保證植株的正常生長(zhǎng)(圖7)。有效莖數(shù)方面，相同處理相比，AM、AM+1/2F、1/2F、FM4個(gè)處理的有效莖數(shù)都比2014年的多，AM+F、CK2處理的有效莖數(shù)比2014年的有所減少。處理1/2F、F的有效莖數(shù)同比2014年雖然有顯著提高，但仍然比處理AM+1/2F、AM+F的少(圖8)。產(chǎn)量方面，相同處理相比，AM、AM+1/2F、CK3個(gè)處理同比2014年，分別減產(chǎn)了12.5 %、2.3 %、26.9 %；處理AM+F、1/2F、F分別增產(chǎn)8.0 %、7.2 %、16.0 %，其中AM+F、F同比2014年，差異達(dá)顯著水平(圖9)。說明，大田甘蔗施用復(fù)合肥750 kg·hm-2已過量，其殘余下的肥料養(yǎng)分仍能滿足第二年宿根蔗生長(zhǎng)的需要。

圖6 不同處理的植株株高(2014-2015)Fig.6 Plant height in different treatments(2014-2015)

圖7 不同處理的植株莖徑(2014-2015)Fig.7 Plant diameter in different treatments(2014-2015)

圖8 不同處理的有效莖數(shù)(2014-2015)Fig.8 Millable stalks in different treatment(2014-2015)

圖9 不同處理的甘蔗產(chǎn)量(2014-2015)Fig.9 Cane yield in different treatments(2014-2015)

甘蔗根系內(nèi)生真菌包括AM真菌和DSE。DSE是一類定殖于植物根系的小型土壤真菌，其具有與菌根真菌類似的生態(tài)學(xué)功能，能促進(jìn)宿主礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收[10]，提高宿主的抗逆性[11- 12]和抗病能力[13]，在不同生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。在脅迫條件下，DSE往往產(chǎn)生大量的菌絲和微菌核，其黑色素可能在宿主植物抗逆性增強(qiáng)的改變中起著一定的作用[14]。AM和DSE往往存在于植物的同一根段。在本研究中，施用復(fù)合肥和AM菌劑均影響DSE在甘蔗根系的定殖，這同張金蓮[9]的研究結(jié)果一致。但這兩種根系內(nèi)生真菌如何在甘蔗生長(zhǎng)中發(fā)揮作用，它們的互作關(guān)系如何，有待深入研究。

我國的甘蔗種植方式大部份是采用單一連作制，普遍存在的指導(dǎo)思想是只有增加化肥用量，才能提高產(chǎn)量。但我們近年的研究表明，這樣的方式不僅達(dá)不到增產(chǎn)的效果，還增加生產(chǎn)成本，造成土壤嚴(yán)重退化。目前我國甘蔗產(chǎn)業(yè)提出高產(chǎn)高糖的目標(biāo)，除了品種因素，過于側(cè)重考慮通過改善水利設(shè)施和施肥來達(dá)到雙高的目標(biāo)。但這種高投入是否能夠高產(chǎn)出，將面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)。如果我們能合理利用土壤有益微生物來改善土壤生態(tài)，減少化肥用量，繼而降低甘蔗生產(chǎn)成本，將更能促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

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(責(zé)任編輯 溫國泉)

Effect of Inoculation of Arbuscular Mycorrhizal Fungi on Ratoon Sugarcane Grown in Field

WU Rong-dong1, WEI Jin-fan1, LONG Yan-yan2，3,LEI Chong-hua1, TAN Yu-mo4, LI Ting-hua1*, CHEN Ting-su2,3*

(1.Guangxi State Farms Jinguang Farm, Guangxi Nanning 530042,China; 2.Microbiology Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007,China; 3.Microbial Lab of Guangxi Wubao Agricultural Technology, Guangxi Nanning 530007,China; 4.Agricultural Resource and Environment Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007,China)

To reveal the effect of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi inoculation on the first year ratoon sugarcane, sugarcane species ‘Funong No.41’ grown in fields which inoculated AM fungi were kept after harvested and no chemical fertilizer input during the year, and the plants growth, soils chemical properties and the endophytic fungi in roots were investigated. The results showed that AM fungi increased the pH value, stimulated ratoon sugarcane absorbed magnesium and organic matter, especially available phosphorus. The AM fungi and Dark Septate Endophyte(DSE) colonization in roots were examined, and both AM fungi and DSE were affected by soil chemical fertilizer. AM fungi still promoted first year ratoon sugarcane growth, increased the millable stalks and cane yield.

Ratoon Sugarcane; Arbuscular mycorrhizae fungi; Inoculation; Field research

1001-4829(2016)11-2648-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.025

2016-06-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31360356)；國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-20-6-5；CARS-20-3-5)；廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院基金項(xiàng)目(2014YP06，2015YT81)

伍榮冬(1981-)，男，廣西臨桂人，農(nóng)藝師，主要從事甘蔗栽培技術(shù)研究工作,*為通訊作者：李廷化，E-mail:lthfsl@163.com；陳廷速，E-mail:chen20409@hotmail.com。

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