孟建宇， 高鳳芝， 佟 昕， 郭慧琴

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，應(yīng)用與環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特010011）

施肥是提高作物產(chǎn)量的主要途徑， 但由于片面追求高產(chǎn)使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化肥產(chǎn)生了嚴(yán)重的依賴性（李琦等，2020）。過(guò)量使用化肥會(huì)引起土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、有益菌群失調(diào)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染和食品安全威脅等問(wèn)題 （Bhattacharyya 等，2012；趙秉強(qiáng)等，2004），對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的影響（張志鵬等，2019；鄭良永和杜麗清，2013）。因此，探尋和開發(fā)新的環(huán)保型肥料顯得非常必要。

以植物根際促生菌（PGPR）制作的微生物菌肥是一類環(huán)境友好、資源節(jié)約、綠色安全和低能耗類型的微生物肥料 （蔣永梅等，2018；Parray 等，2016；劉丹丹等，2016），在土壤修復(fù)、地力培肥、減少作物病害、改善連作障礙和提升農(nóng)作物品質(zhì)等方面發(fā)揮了巨大功能（Beneduzi 等，2012）。 大量研究表明，微生物菌肥的PGPR 定植于植物根際，通過(guò)固氮、解磷、分泌IAA 和產(chǎn)鐵載體等作用，對(duì)植物的株高、莖粗、葉綠素含量等均有明顯的促進(jìn)作用（蔣永梅等，2018；古述江等，2016；左應(yīng)梅等，2015；Luisa 等，2015））。 微生物菌肥可用于多種植物，適用于各種土壤，是國(guó)內(nèi)外化肥替代物研究的熱點(diǎn)。

我國(guó)的微生物菌肥應(yīng)用研究進(jìn)展較緩， 菌體有效性難以達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，使用效果不佳（李琦等2020；劉軍輝等，2018）。 以纖維素為菌肥載體，可為其中的微生物創(chuàng)造獨(dú)立而相對(duì)適宜的生長(zhǎng)微環(huán)境，能提高微肥的施用效力。本研究以玉米為研究對(duì)象， 通過(guò)盆栽試驗(yàn)分析以纖維素為載體的微生物菌肥對(duì)植物生長(zhǎng)的影響， 為擴(kuò)大其適用范圍提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)菌種 纖維素降解菌、 固氮菌和解磷菌均由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院應(yīng)用與環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)室分離得到。各菌種擴(kuò)大培養(yǎng)后，按照1∶1∶1 的比例制成混合菌液。

1.1.2 明膠溶液 稱取明膠3 g，浸泡于100 mL 蒸餾水中，待明膠完全膨脹后，于60 ℃水浴中溶解。

1.1.3 纖維素 分別取秸稈、大塊木屑若干，經(jīng)研磨機(jī)研磨后，按 1：1 混合裝入燒杯中，封口，121 ℃滅菌20 min。

1.1.4 泥土 于校園林地中采集無(wú)植物根系的深層土壤若干，裝于燒杯中，封口，121 ℃，滅菌20 min后，于65 ℃烘箱中烘干。

1.2 纖維素載體的制備 按照50%的纖維素、25%明膠、25%泥土混合后，加入3%的混合菌液。將混合好的原料裝入打孔器中，壓實(shí)后擠出，即制成纖維素載體。

1.3 土壤有效氮含量的測(cè)定 稱取2 g 待測(cè)土壤置于清洗干凈的堿解擴(kuò)散皿外室， 再稱取1 g 硫酸亞鐵還原劑，同土壤一起攪拌均勻。用濾紙將內(nèi)室擦拭干凈，加入2 mL 2%的硼酸溶液，再加一滴定氮混合指示劑。 在擴(kuò)散皿外室邊緣涂抹阿拉伯膠，蓋上毛玻璃，先不要蓋嚴(yán)，使擴(kuò)散皿外室露出一條狹縫，迅速加入10 mL 氫氧化鈉溶液后蓋嚴(yán)毛玻璃。小心地用兩根橡皮筋交叉成十字圈緊，使毛玻璃固定，平穩(wěn)地放在恒溫培養(yǎng)箱中于40 ℃保溫24 h。 按照下面的公式計(jì)算有效氮含量。

式中：V 為消耗鹽酸的體積，mL；C 為鹽酸濃度，L/mol；m 為土樣質(zhì)量，g。

1.4 土壤有效磷含量的測(cè)定 稱取2.5 g 風(fēng)干土樣于150 mL 三角瓶中， 加入50 mL 碳酸氫鈉浸提劑，密封，于搖床上以180 r/min 轉(zhuǎn)速振蕩30 min，然后用抽濾機(jī)過(guò)濾。 取過(guò)濾液10 mL 于25 mL 比色管中，加5 mL 鉬銻抗顯色劑，慢慢搖動(dòng)，排凈氣泡，以蒸餾水定容至25 mL，靜置30 min。 同時(shí)作空白試驗(yàn)為參比，以10 mL 浸提劑代替土壤浸提液同上處理。 用內(nèi)徑1 cm 的比色皿在880 nm波長(zhǎng)測(cè)吸光度， 按照磷標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.7014x （R2=0.9989）計(jì)算磷含量。

1.5 植物盆栽試驗(yàn) 挑選大小一致的玉米種子100 顆，用浸濕的紗布包裹種子，放于培養(yǎng)皿中，于28 ℃光照培養(yǎng)箱放置24 h。 挑選發(fā)芽長(zhǎng)度相近的24 顆種子種植于含沙土的盆里，每盆均勻地種植2 顆。3 盆加入空載體，即纖維素載體中不加菌液，為空載體組；另3 盆什么都不加，為無(wú)載體組；剩余6 盆加有菌纖維素載體，為菌載體組。 三組均視土壤濕度情況澆灌自來(lái)水。

1.6 指標(biāo)測(cè)量 莖粗：根基部周長(zhǎng)；莖高：根部到第1 片真葉的距離；葉寬：第5 片真葉最寬處；根長(zhǎng)：根部到最長(zhǎng)根尖距離；莖緊實(shí)程度：莖質(zhì)量與莖體積的比值；莖干重：將莖放于60 ℃烘箱中烘干24 h 后測(cè)量。

1.7 葉綠素含量的測(cè)定 將玉米葉片剪下，每組均稱取0.2 g 葉片，撕成約1 mm 寬的細(xì)絲，放入裝有25 mL 浸提液 （無(wú)水乙醇和無(wú)水丙酮以2：1的比例配制而成）的比色試管中（試管用錫箔紙包住，避免葉綠素見光分解），封管口后于暗中提取，中間輕輕搖晃試管幾次以縮短提取時(shí)間。 待葉片全部變白后，將管內(nèi)溶液輕輕倒入比色杯中，分別于663 nm 和645 nm 處測(cè)吸光值，葉綠素含量計(jì)算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有效氮含量 如圖1 所示，未加纖維素載體、未種植物的原樣土的氮含量最低，為2×10-6mol/g；只加纖維素載體不種植物的土壤氮含量最高，為 5.5×10-6mol/g，比原樣土增加了 175%，說(shuō)明加入的纖維素載體可以釋放氮素， 大幅提高土壤中氮的含量； 而種植植物無(wú)載體和有載體的氮含量均有提高。 有植物無(wú)載體的土壤氮含量升高的原因可能是植物根系本身會(huì)分泌一些激素等含氮物質(zhì)，以及自然界中可能會(huì)存在一定的根際，促生菌本身是和玉米根系互作共生的， 來(lái)為植物提供氮素，使得土壤氮含量增加；有植物有載體的土壤氮含量比有植物無(wú)載體的含量高， 但是沒(méi)有無(wú)植物有載體的含量高， 原因是載體釋放的氮素一部分已被植物吸收利用。 因此本研究所做的微生物菌肥可以提高土壤有效氮的含量。

圖1 土壤氮含量

2.2 土壤有效磷含量 如圖2 所示，無(wú)植物有載體的土壤磷含量為6.21 mg/kg，比原土（1.51 mg/kg）的磷含量增加311%，增加效果十分顯著，有植物有載體的土壤磷含量（4.31 mg/kg）次之，然后是有植物無(wú)載體的土壤（3.19 mg/kg）。有植物的土壤磷含量低于無(wú)植物有載體的土壤磷含量， 可能是由于植物會(huì)吸收利用土壤中磷素； 而有植物有載體的土壤磷含量高于有植物無(wú)載體的土壤磷含量，可能是載體中的植物促生菌起到的效果。因此，菌載體中的植物促生菌可以起到增加土壤營(yíng)養(yǎng)含量的作用。

圖2 土壤磷含量

2.3 植物生長(zhǎng)狀況 由圖3 ~ 圖5 可知， 無(wú)載體植物、 空載體植物、 菌載體植物莖粗分別為1.73、1.88、2.07 cm，菌載體植株比空載體植株莖略粗，比無(wú)載體植株莖明顯增粗； 莖高分別為3.69、3.66、3.82 cm；葉寬分別為 1.85、2.20、2.27 cm；根長(zhǎng)分別為 50.43、50.07、50.66 cm； 莖干重分別為 0.0525、0.0614、0.0677 g。 菌載體植株莖粗相對(duì)于無(wú)載體植株和空載體植株分別增加19.65%和10.11%；在莖高上， 分別增加3.52%和4.37%； 葉寬分別增加22.70%和3.18%；根長(zhǎng)分別增加11.94%和10.50%；莖干重分別增加28.95%和10.26%。

圖3 植株的莖粗、莖高和葉寬

圖5 植株的莖干重

2.3 葉綠素含量 如圖6 所示，加入菌肥的植株葉綠素含量明顯增加， 較無(wú)載體植株的葉綠素含量增加17.37%。

圖6 植株的葉綠素含量

3 結(jié)論與討論

圖4 植株的根長(zhǎng)

片面依靠化肥投入的集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題， 必須充分發(fā)揮作物生長(zhǎng)發(fā)育與土壤有益微生物良性互作的功能， 從根本上改變高肥料投入、高污染的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，破解綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展的理論與技術(shù)瓶頸。 土壤中的功能微生物可以固定氮素，促使腐殖質(zhì)的形成與轉(zhuǎn)化，釋放N、P、K 等多種重要的營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化起至關(guān)重要的作用（康林玉等，2017）。微生物菌肥是一種環(huán)境友好的新型肥料，能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高作物品質(zhì)，改善土壤環(huán)境，通過(guò)在植物和促生菌構(gòu)建的良好關(guān)系， 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)可循環(huán)經(jīng)濟(jì)的形成（武杞蔓等，2021）。 植株的株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬等性狀指標(biāo)可以表征植株幼苗的表觀生長(zhǎng)狀況（楊軍偉等，2017）。本研究中，施加微生物菌肥后，可以明顯提高土壤有效氮和磷的含量；玉米的莖更高更粗壯，根系更加密集，具有豐富的根毛，葉片更加寬大，葉綠素含量明顯增加，表明以纖維素為載體的混合微生物菌肥對(duì)玉米有較好的促生長(zhǎng)作用，可以提升玉米的品質(zhì)。