周 影，魏?jiǎn)⑺矗w荷娟，管永祥，陳 震，郭成寶，王 琳*

(1.江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 南京 210046；2.江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，江蘇 南京 210036)

蠶豆(ViciafabaL.)又叫羅漢豆、胡豆等，是一種介于糧食、飼料之間的重要經(jīng)濟(jì)作物，也是一種綠肥。蠶豆用作綠肥已有悠久的歷史，但隨著化肥的使用以及菜用蠶豆品種的問(wèn)世等，其作綠肥的應(yīng)用漸漸被人們忽視。然而化肥的過(guò)量施用不可避免地引發(fā)了土壤及農(nóng)作物的安全生產(chǎn)問(wèn)題,在綠色有機(jī)食品備受推崇的今日,有機(jī)肥料的使用再一次受到人們的普遍關(guān)注[1]。作為傳統(tǒng)綠肥，蠶豆有著許多優(yōu)于其他綠肥之處：蠶豆鮮草除磷含量略低于紫花苜蓿外,氮、鉀含量都超過(guò)了素有“牧草之王”美譽(yù)的紫花苜蓿，更是大大超過(guò)了紫云英[2]。蠶豆具有很強(qiáng)的固氮作用,固氮率顯著高于紫云英[3]。蠶豆抗鹽堿能力強(qiáng)，與紫云英、紫花苜蓿相比，對(duì)土壤的選擇性較低,適宜在較貧瘠的土壤條件下種植。蠶豆秸稈就地還田可以?xún)?yōu)化土壤的理化性質(zhì)，增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，增加土壤的碳、氮等養(yǎng)分含量[4]，提高作物產(chǎn)量[5-6]。植物根際促生菌(Plant Growth PromotingRhizobacteria，PGPR)是指自由生活在土壤或附生于植物根系的一類(lèi)可促進(jìn)植物生長(zhǎng)及其對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和利用，并能抑制有害生物的有益菌類(lèi)。其中，主要種類(lèi)包括芽孢桿菌屬(Bacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、慢生固氮菌屬(Bradyrhizobium)等。研究表明，對(duì)種植豆科植物接種與之相匹配的根瘤菌,不但可以提高間作體系中豆科植物的固氮優(yōu)勢(shì),而且可進(jìn)一步提高豆科/禾本科間作系統(tǒng)的間作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì),并改善間作作物的營(yíng)養(yǎng)狀況[7-9]。根瘤菌和AM真菌可提高蠶豆對(duì)磷和氮的吸收速率、增加對(duì)有機(jī)磷和氮的吸收量[10]。一些細(xì)菌(如枯草芽孢桿菌、固氮螺菌)和熒光假單胞菌交互使用防治病原菌，效果明顯好于單獨(dú)防治的效果[11]。內(nèi)生真菌擬莖點(diǎn)霉(Phomopsisliquidambari)B3菌株能與水稻建立共生關(guān)系，從而促進(jìn)其對(duì)氮素的吸收與積累[12-13]。慢生大豆根瘤菌和膠質(zhì)類(lèi)芽孢桿菌雙接種可促進(jìn)大豆生長(zhǎng),顯著提高相關(guān)的土壤酶活性[14]。蠶豆種植區(qū)的根系自然結(jié)瘤率較低，同時(shí)還有一些無(wú)效根瘤，嚴(yán)重影響了蠶豆的固氮效果。為提高綠肥蠶豆的還田效果，本試驗(yàn)研究了外接不同促生菌劑對(duì)蠶豆生長(zhǎng)狀況、植株養(yǎng)分積累量以及根際微生物等的影響，以期為綠肥蠶豆的高效栽培提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試菌株見(jiàn)表1，試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，各處理接種菌劑分別為：處理1，菌株1～5號(hào)復(fù)合；處理2，菌株6～7號(hào)復(fù)合；處理3，菌株6；處理4，菌株7；處理5，對(duì)照(CK)，不加菌。各處理所用的固體菌劑均由江蘇省微生物與功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

表1 供試菌株

試驗(yàn)于2018年3～5月在江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，每處理10盆，共計(jì)50盆。栽培基質(zhì)使用土壤改良培肥基質(zhì)(由句容藍(lán)天碧水生物科技有限公司生產(chǎn))、泥炭(德國(guó)維特育苗1號(hào)泥炭)和堆肥基質(zhì)，按質(zhì)量比2∶4∶1配制，每盆裝基質(zhì)1.3 kg。3月8日根瘤菌拌種點(diǎn)播蠶豆，每盆播2粒，每盆拌菌劑50 g。各處理分別于3月29日和5月4日澆施N∶P2O5∶K2O=20∶20∶20的水溶肥500倍稀釋液250 mL/(盆·次)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 生長(zhǎng)狀況 分別于3月29日、4月10日、4月24日、5月15日調(diào)查不同處理的蠶豆株高和分枝情況；于5月15日蠶豆盛花期每處理隨機(jī)取10株調(diào)查植株地上部和根的鮮重、干重等指標(biāo)。

1.2.2 葉片葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)的測(cè)定 采用日本Konica Minolta公司SPAD-502 Plus型葉綠素儀測(cè)定。于盛花期取樣測(cè)定，每處理測(cè)量10片葉片[15]。

1.2.3 養(yǎng)分含量 取盛花期的樣品烘干磨碎后進(jìn)行養(yǎng)分測(cè)定[16]。植株有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮，微量凱氏定氮法測(cè)定氮含量。

養(yǎng)分積累量計(jì)算公式：養(yǎng)分積累量=干物質(zhì)量×養(yǎng)分含量。

1.2.4 土壤微生物分析 采用稀釋平板計(jì)數(shù)法對(duì)土壤微生物進(jìn)行分析：細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基、放線菌采用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)[17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Excel 2003和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)綠肥蠶豆株高和分枝的影響

對(duì)不同時(shí)期各處理植株株高的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：接種不同菌劑對(duì)蠶豆株高產(chǎn)生了一定的影響。在整個(gè)測(cè)量期，處理3、處理4的株高均高于其他處理。在5月15日盛花期時(shí)，各外接菌劑處理的株高均高于不接菌的對(duì)照。其中，處理3的株高與對(duì)照相比，差異達(dá)顯著水平(圖1)。這表明接種不同菌劑均對(duì)蠶豆植株株高的增加有促進(jìn)作用。

各處理對(duì)蠶豆不同時(shí)期的分枝數(shù)會(huì)產(chǎn)生影響。分枝數(shù)隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，4月24日分枝數(shù)達(dá)到高峰。隨著無(wú)效分枝的衰退，5月15日分枝數(shù)已基本固定，此時(shí)的分枝多為有效分枝。處理3的蠶豆植株保留的有效分枝最多，平均比對(duì)照多0.6個(gè)/株；其余接菌處理的分枝數(shù)與對(duì)照相差不大。

2.2 不同處理對(duì)蠶豆葉片SPAD值的影響

對(duì)盛花期各處理蠶豆植株葉片的SPAD值進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示：不同菌劑處理植株的SPAD值均高于對(duì)照。其中，處理2和處理4與對(duì)照差異不顯著。處理1和處理3的SPAD值則均顯著高于不接菌的對(duì)照(圖2)。這說(shuō)明接種菌劑對(duì)蠶豆植株葉片的葉綠素含量有一定的促進(jìn)作用，從而影響植株的光合作用。

圖1 不同處理對(duì)蠶豆株高和分枝數(shù)的影響

圖2 不同處理對(duì)蠶豆葉片SPAD值的影響

2.3 不同處理對(duì)蠶豆固氮的影響

盆栽蠶豆植株全氮含量和吸氮量的測(cè)定結(jié)果顯示(表2)：處理1、處理3、處理4的植株地上部和根部的氮含量、氮積累量均高于對(duì)照。其中，處理3的各指標(biāo)均顯著高于對(duì)照，單株地上部氮積累量為0.22 g，根部氮積累量為0.051 g，分別較對(duì)照高57.14%和45.71%。處理2的植株氮含量和吸氮量與對(duì)照差異不顯著。這表明接種處理1、處理3、處理4的菌劑增加了蠶豆地上部和根系的氮含量。其中處理3的菌劑對(duì)蠶豆固氮有顯著的促進(jìn)作用。

表2 不同處理對(duì)綠肥蠶豆植株氮含量及其積累量的影響

注:表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差，同列數(shù)據(jù)后的小寫(xiě)字母表示各處理間在0.05水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

2.4 不同處理對(duì)盛花期蠶豆植株碳含量的影響

接種處理對(duì)蠶豆植株碳含量、碳積累量的影響結(jié)果顯示(表3)：接菌處理的地上部和根部有機(jī)碳含量均高于不接菌的對(duì)照。其中，根部的差異不顯著，而處理1和處理3的地上部有機(jī)碳含量顯著高于對(duì)照。在有機(jī)碳積累量上，處理3的地上部和根部碳積累量均最高，分別比對(duì)照高出52.5%和36.7%，差異達(dá)顯著水平。其次是處理1，處理2、處理4與不接菌的對(duì)照差異不顯著。

2.5 不同處理對(duì)蠶豆根際微生物量的影響

不同菌劑處理對(duì)蠶豆根際土壤微生物量的影響結(jié)果顯示：各接菌處理的根際土壤中細(xì)菌量均高于不接菌的對(duì)照。其中，處理3的數(shù)量最多，是對(duì)照的2倍左右。不同處理對(duì)根系土壤中真菌的影響效果不一，最多的為處理2，其余處理的真菌數(shù)與對(duì)照相差不大。對(duì)放線菌的影響方面，處理3的根際土壤放線菌量最多，為7.7×105CFU/g，比對(duì)照高14.9%。其次是處理1，處理4的放線菌數(shù)略少于對(duì)照(圖3)。

3 結(jié)論與討論

以翻壓還田為目的的綠肥作物，獲得較高的產(chǎn)草量和養(yǎng)分積累量是栽培的關(guān)鍵。王清湖等[18]研究表明：根瘤菌與豆科作物形成共生固氮體系，對(duì)豆類(lèi)作物增產(chǎn)和培肥土壤具有重要的理論與實(shí)踐意義。根瘤菌接種對(duì)促進(jìn)蠶豆生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量具有明顯的效果。石茂玲等[19]研究發(fā)現(xiàn)苜蓿-根瘤菌的共生固氮可以提高苜蓿產(chǎn)量、改善品質(zhì)。李淑敏等[10]研究了接種根瘤菌、AM真菌和雙接種對(duì)蠶豆的影響，結(jié)果表明：雙接種和單接AM真菌的蠶豆株高、葉綠素含量和生物量顯著增加。在本試驗(yàn)中，不同菌劑處理對(duì)綠肥蠶豆的株高、分枝數(shù)和葉片葉綠素含量產(chǎn)生了影響。各接菌處理的蠶豆植株株高和葉片葉綠素含量均高于不接菌的對(duì)照，說(shuō)明外接菌劑對(duì)蠶豆株高的增加和植株的光合作用會(huì)產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。不同處理對(duì)蠶豆分枝數(shù)的影響差異不顯著，與李淑敏等[9]的研究結(jié)果有所不同，在本試驗(yàn)條件下，接種Bradyrhizobium2-8的各生長(zhǎng)指標(biāo)和葉綠素含量均最高，且顯著高于對(duì)照；而單接PhomopsisliquidambariB3的處理4以及雙接根瘤菌和內(nèi)生真菌的處理2的各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照差異不顯著，這可能是由于種植蠶豆品種和接種菌劑的不同和栽培條件的差異等導(dǎo)致的。

表3 不同處理對(duì)蠶豆植株有機(jī)碳含量的影響

細(xì)菌：×106 CFU/g；真菌：×104 CFU/g；放線菌：×105 CFU/g。

碳、氮代謝是作物體內(nèi)和土壤最基本代謝途徑之一，不僅影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程和土壤的理化性質(zhì)及養(yǎng)分狀況，而且對(duì)作物的產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用，還影響著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源和碳匯[20]。植物固定碳、氮是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳、氮儲(chǔ)量組成的重要部分[21]。在本試驗(yàn)中，不同處理間蠶豆植物的碳、氮積累量差異較大，且與蠶豆的干物質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系。Bradyrhizobium2-8處理的蠶豆植株地上部和根部的碳、氮積累量均顯著高于不接菌的對(duì)照，表現(xiàn)出了較明顯的優(yōu)勢(shì)。在本試驗(yàn)條件下，接種Bradyrhizobium2-8可有效發(fā)揮豆科植物-根瘤菌共生固氮優(yōu)勢(shì),增加植株的碳、氮含量和積累量，能固定更多的碳和氮進(jìn)入蠶豆田土壤，翻壓后可歸還土壤的碳、氮量更大，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的積累和減少氮肥的施用具有積極作用和更好的生態(tài)效應(yīng)。

土壤微生物是土壤的重要組成部分,大部分土壤中的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程都是由微生物的活動(dòng)引起的,能客觀地反映土壤肥力狀況,是土壤肥力的重要指標(biāo)之一[22]。在本試驗(yàn)條件下，接種Bradyrhizobium2-8的處理促進(jìn)了盛花期蠶豆根系土壤中細(xì)菌和放線菌的增加，微生物總量最大。這可能是由于該處理的蠶豆植株生長(zhǎng)狀況較好，豐富的根系分泌物為土壤微生物提供了大量的營(yíng)養(yǎng)和能源物質(zhì)以及豐富的碳、氮源,從而促進(jìn)了土壤微生物活動(dòng)[23-24]。

豆科作物對(duì)外接菌株的反應(yīng)在很大程度上受土壤中土著菌數(shù)量、土壤有效氮和作物對(duì)氮需求的影響[25]。與盆栽基質(zhì)相比，大田土壤條件復(fù)雜得多。因此，在基質(zhì)盆栽的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步在大田做驗(yàn)證試驗(yàn)。選擇適宜的菌劑接種，可有效提高蠶豆植株的生物量；充分發(fā)揮綠肥蠶豆高效固氮、固碳作用，增加植株碳、氮積累，取得更好的還田效果。