劉小玉,付登強,余鳳玉

(1 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所,海南文昌,571339;2 海南省檳榔產(chǎn)業(yè)工程研究中心,海南文昌,571339)

檳榔ArecacatechuL.為棕櫚科檳榔屬多年生植物,是海南極具地方特色和優(yōu)勢的重要熱帶經(jīng)濟作物,也是海南省政府大力倡導(dǎo)發(fā)展的“三棵樹”之一[1]。為追求高產(chǎn),化肥常被過量施用,從而造成土壤酸化板結(jié)、微生態(tài)失衡、病蟲害嚴重等問題,這些問題已成為制約檳榔產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。微生物菌肥是添加有效微生物菌用于改善土壤微生態(tài)環(huán)境的功能性肥料,長期施用可以活化有機質(zhì)、增強土壤酶活力、改善果實營養(yǎng)品質(zhì)、增加作物產(chǎn)量、促進生長發(fā)育、減少環(huán)境污染等[2]。珊丹等[3]認為草原礦區(qū)排土場施用微生物菌肥,可改善原狀土壤環(huán)境,提高土壤肥力。羅玉蘭等[4]研究發(fā)現(xiàn),微生物肥能改善土壤質(zhì)量,提高有機質(zhì),速效氮、磷、鉀含量及微生物總量,調(diào)節(jié)pH值。Qin等[5]研究發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌L-S60可顯著改變黃瓜幼苗相關(guān)細菌群落結(jié)構(gòu),改善黃瓜幼苗生長條件。Chen等[6]發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌SQR9可幫助玉米植株抵御鹽脅迫,顯著促進玉米幼苗的生長,提高葉綠素含量。前人研究主要集中于微生物菌肥對土壤肥力的影響或?qū)δ撤N作物生長指標的影響,尚未見微生物菌肥對檳榔根系土壤微生態(tài)效應(yīng)的相關(guān)報道。本文以解淀粉芽孢桿菌ck-05為研究對象,分析該菌株對檳榔生長及土壤微生態(tài)效應(yīng)的影響,為該菌株在熱區(qū)土壤改良中的應(yīng)用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料與地點

試驗地位于海南文昌中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所檳榔示范園;供試菌株解淀粉芽孢桿菌ck-05為本課題組保存,供試檳榔苗為1年生 “熱研1號”檳榔。

1.2 菌株ck-05發(fā)酵液的制備

用液體LB培養(yǎng)基培養(yǎng)菌株ck-05,并置于28 ℃,200 r/min搖床上震蕩3 d,制成1×109CFU/mL菌懸液。

1.3 試驗設(shè)計

設(shè)計3個不同處理,T1為滅活菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d(對照),T2為菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d,T3為菌株ck-05發(fā)酵培養(yǎng)3 d后再高溫滅菌。每處理設(shè)10個重復(fù)。每盆種植1株檳榔幼苗,用盆裝好檳榔苗后埋在大田中,常規(guī)水肥管理,每隔15 d用200 mL相應(yīng)的發(fā)酵液灌根1次,連續(xù)處理3個月,1年后測量株高、莖粗、葉綠素SPAD、鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀[7],采集檳榔葉片檢測氮、磷、鉀,鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鈉等元素含量,同時采集檳榔根系土壤樣品,檢測土壤中微生物數(shù)量、土壤主要養(yǎng)分含量及土壤酶活性。

1.4 指標測定

1.4.1 檳榔農(nóng)藝性狀的測定 用卷尺測量株高;游標卡尺測量莖粗;用天平稱鮮質(zhì)量,用SPAD-502 Plus葉綠素測定儀測量葉綠素SPAD值,每個葉片測定5點,取平均值[8]。

1.4.2 檳榔植株養(yǎng)分的測定 H2SO4-H2O2法消煮樣品后,用擴散法測定檳榔植株全氮含量,鉬銻抗比色法測定檳榔植株全磷含量,火焰光度計法測定檳榔植株全鉀含量。干灰化-稀鹽酸溶解法處理樣品,用原子吸收分光光度法測定檳榔植株鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鈉等元素含量[9]。

1.4.3 根系微生物數(shù)量的測定 采用稀釋涂布平板法對土壤中細菌、真菌、放線菌分別進行計數(shù),具體方法參照余鳳玉等[10]土壤微生物計數(shù)方法。

1.4.4 土壤主要養(yǎng)分含量的測定 采用pH計測土壤pH值;重鉻酸鉀滴定法測土壤有機質(zhì);堿解氮擴散法測堿解氮;鉬銻抗比色法測有效磷;火焰光度計法測速效鉀,具體方法參照納小凡等[11]土壤環(huán)境化學指標測定。

1.4.5 土壤主要酶活性的測定 土壤酶活性測定指標包括土壤脲酶、土壤過氧化氫酶和土壤磷酸酶,均采用檢測試劑盒測定。試劑盒購買于北京索萊寶科技有限公司。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理及繪圖采用WPS表格,數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用 SAS 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 對檳榔農(nóng)藝性狀的影響

株高、莖粗、葉綠素SPAD值、鮮質(zhì)量等指標是檳榔幼苗的主要農(nóng)藝性狀,同時也是判斷檳榔幼苗質(zhì)量的重要依據(jù)[12]。與對照T1相比,解淀粉芽孢桿菌ck-05發(fā)酵液處理(T2)的檳榔苗株高增高率為13.22%,莖粗增長率為9.94%,葉綠素SPAD增長率為44.61%,植株鮮質(zhì)量增長率為11.12%;處理T3與T1之間的株高、莖粗、葉綠素SPAD及鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀差異均不顯著(見表1)。說明解淀粉芽孢桿菌ck-05可顯著促進檳榔植株生長。

表1 解淀粉芽孢桿菌ck-05對檳榔農(nóng)藝性狀的影響

2.2 對檳榔植株養(yǎng)分的影響

植株中含有的N、P 、K、Ca、Mg、Fe等營養(yǎng)元素對植物的生長起著重要的平衡作用,如N是植物體內(nèi)不可或缺的元素,直接關(guān)系到植株器官分化和植物體的形態(tài)建成[13]。P能提高植株體內(nèi)相關(guān)酶的生理活性,增強植物的代謝活性。K有提高農(nóng)作物的抗逆性作用。由表2可以得知,處理T2的氮含量為13.09 mg/g,鉀含量為4.73 mg/g,均顯著高于T1和T3,而T1和T3之間的差異不顯著,說明菌株ck-05能顯著提高檳榔植株中氮和鉀的含量。而不同處理間的磷含量差異不顯著,說明菌株ck-05對檳榔植株的磷含量沒有顯著影響。根據(jù)鐵和鋅含量的結(jié)果來看,處理T2和處理T3中的鐵、鋅含量均顯著高于對照T1,而處理T2和處理T3之間的差異不顯著,說明菌株ck-05及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高檳榔植株中的鐵和鋅含量。處理T2中的錳為40.21 mg/kg,銅為15.05 mg/kg,鎂為697.44 mg/kg,均顯著高于T1和T3,而T1和T3之間的差異不顯著,說明菌株ck-05能顯著提高檳榔植株中錳、銅、鎂的含量。不同處理間的鈉和鈣含量差異均不顯著,說明菌株ck-05對檳榔植株的鈉和鈣含量影響不大。由此可見,解淀粉芽孢桿菌ck-05對檳榔植株的主要養(yǎng)分含量有顯著促進作用。

表2 解淀粉芽孢桿菌ck-05對檳榔植株主要養(yǎng)分含量的影響

2.3 對土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在有機質(zhì)分解、養(yǎng)分循環(huán)和植物養(yǎng)分利用過程中發(fā)揮著重要作用,也是土壤養(yǎng)分貯存庫和植物生長所需養(yǎng)分的重要來源[14]。從表3可以看出,處理T2和處理T3中的土壤細菌數(shù)量均顯著高于對照T1,其中處理T2中的土壤細菌數(shù)量達到最大,為3.5×108CFU/g,說明解淀粉芽孢桿菌ck-05菌株及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高土壤中細菌數(shù)量,但菌株ck-05的作用更顯著。根據(jù)真菌數(shù)量的試驗結(jié)果來看,對照T1的真菌數(shù)量為4.0×104CFU/g,而處理T2的真菌數(shù)量為2.1×104CFU/g,顯著低于T1,而T1和T3之間的差異不顯著,說明菌株ck-05能顯著降低土壤中的真菌數(shù)量。但不同處理間土壤中放線菌數(shù)量差異不顯著,說明菌株ck-05對土壤放線菌影響不大。由此可見,解淀粉芽孢桿菌ck-05能改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。

表3 解淀粉芽孢桿菌ck-05對土壤微生物數(shù)量的影響 CFU/g

2.4 對土壤主要養(yǎng)分含量的影響

土壤有機質(zhì)是為作物生長發(fā)育提供養(yǎng)分的倉庫,也是衡量土壤肥力的重要指標。土壤中的堿解氮、有效磷和速效鉀是作物根系吸收利用的主要狀態(tài),含量較高有利于作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量及品質(zhì)的形成[15]。從表4可以看出,處理T2和處理T3的有機質(zhì)含量均高于對照T1,其中處理T2的有機質(zhì)含量為18.04 g/kg,顯著高于處理T3,說明解淀粉芽孢桿菌ck-05菌株及其發(fā)酵后的代謝產(chǎn)物均能顯著提高土壤有機質(zhì)含量,但菌株ck-05的作用更顯著。從堿解氮的試驗結(jié)果可以看出,處理T2的堿解氮含量31.50 mg/kg,顯著高于T1和T3,說明菌株ck-05能顯著提高土壤堿解氮含量。而不同處理間的土壤pH值、速效鉀和有效磷含量差異均不顯著,說明菌株ck-05對土壤pH值、速效鉀和有效磷影響不大。由此可見,解淀粉芽孢桿菌ck-05能提高土壤有機質(zhì)和土壤堿解氮含量,可有效改善土壤的養(yǎng)分狀況。

表4 解淀粉芽孢桿菌ck-05對土壤主要養(yǎng)分含量的影響

2.5 對土壤主要酶活性的影響

土壤酶活性代表了土壤微生物的新陳代謝能力,與土壤質(zhì)量有密切關(guān)系,且不同的酶有著獨特的功能[16]。其中,土壤脲酶可以將尿素水解成氨和二氧化碳,土壤脲酶活性高對提高尿素肥料的利用率有重大意義。土壤磷酸酶能將土壤中無效態(tài)磷活化成植株可以吸收利用的有效態(tài)磷,土壤磷酸酶活性高對提高磷肥的利用率具有重要作用[17]。而土壤過氧化氫酶能夠催化土壤中過氧化氫分解,有利于防止過氧化氫對土壤產(chǎn)生毒害[18]。從表5 可以看出,處理T2的脲酶活性為253.48 U/g,顯著高于T1和T3,說明菌株ck-05能顯著提高土壤的脲酶活性。而不同處理間的土壤過氧化氫酶活性和磷酸酶活性差異均不顯著,說明菌株ck-05對過氧化氫酶和磷酸酶影響不大。由此可見,解淀粉芽孢桿菌ck-05能提高土壤脲酶活性,對土壤酶活性有一定的影響。

3 討論

微生物作為土壤中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的參與者之一,在礦化有機質(zhì)、分解腐殖質(zhì)、轉(zhuǎn)化植物營養(yǎng)等過程中發(fā)揮著重要作用。微生物菌劑可作為用于改善土壤微生態(tài)環(huán)境的功能性肥料,近年來,微生物菌肥的應(yīng)用研究越來越受到大家的青睞。解淀粉芽孢桿菌為芽孢桿菌屬,在生長過程中能夠產(chǎn)生赤霉素、吲哚乙酸等多種生理活性物質(zhì),提高植物抗病能力;也可分泌伊枯草菌素、表面活性素等多種抗菌物質(zhì),增強機體抵抗致病菌的能力,有被開發(fā)為微生物菌肥的潛力。

株高、莖粗及生物量是衡量植株生長發(fā)育的重要指標,也可反映植株吸收養(yǎng)分并利用、積累的情況。保善存等[19]研究結(jié)果表明,施用解淀粉芽孢桿菌LN3和LN4后,枸杞的株高、冠幅、地徑、結(jié)果枝長、葉面積等生長指標均明顯得到改善,枸杞葉片SPAD 值、蒸騰速率、胞間CO2濃度、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度等指標也顯著提高。何嘉等[8]研究結(jié)果表明,微生物菌劑能顯著提高枸杞幼苗的成活率、發(fā)根量和根系生長量,也可改善果實品質(zhì)。王軻永[20]等研究表明,微生物菌劑Super ER·MI能促進連作切花菊植株對氮、磷、鉀的吸收。本研究發(fā)現(xiàn),與對照相比,施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,檳榔幼苗的株高、莖粗和葉綠素SPAD值、鮮質(zhì)量等生長指標均不同程度增長,說明解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著促進檳榔植株生長。另外,與對照相比,施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,檳榔植株中氮、鉀、鐵、錳、銅、鎂、鋅等元素的含量均顯著增加,說明解淀粉芽孢桿菌ck-05能促進檳榔植株對養(yǎng)分的吸收。

土壤微生物是土壤的重要組成部分,可促進土壤養(yǎng)分循環(huán),也是影響土壤微生態(tài)的關(guān)鍵因素。本研究發(fā)現(xiàn),施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,土壤中的細菌數(shù)量顯著高于對照T1,而真菌數(shù)量顯著低于對照T1,說明菌株ck-05能明顯改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),這與很多研究結(jié)果相似。呂雅悠等[21]研究認為,菌株A21-4可顯著提高辣椒根際土壤中細菌和放線菌的數(shù)量,改善土壤微生物結(jié)構(gòu)。胡基華等[22]認為,施用解淀粉芽孢桿菌TF28能調(diào)節(jié)黃瓜根際土壤微生物結(jié)構(gòu),提高土壤中細菌和放線菌的數(shù)量,降低真菌數(shù)量,抑制連作引起的由“細菌型”向“真菌型”轉(zhuǎn)變。

土壤是作物生長的基礎(chǔ),土壤的肥力直接決定了作物的生長發(fā)育,影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[23]。本研究發(fā)現(xiàn),施用解淀粉芽孢桿菌ck-05后,土壤中的有機質(zhì)和堿解氮含量均得到顯著增加,土壤中養(yǎng)分狀況明顯得到改善,這與很多研究結(jié)果相似。楊超才等[24]研究發(fā)現(xiàn),施用含枯草芽孢桿菌有機肥可增加土壤養(yǎng)分含量。張學超等[25]認為,接種解淀粉芽孢桿菌Z-14能顯著增加小麥根際土壤有機質(zhì)的含量。呂亮雨等[26]發(fā)現(xiàn),微生物菌劑的施用有效增加了枸杞園土壤全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量,改良了枸杞園的土壤理化性質(zhì)。

土壤酶活性反映了土壤的健康狀況,土壤酶主要來源于土壤中的微生物、植物根系分泌釋放、動植物活體或者殘體等其他的有機組織[27]。曾令濤等[28]研究表明,解淀粉芽孢桿菌X益生菌的添加顯著提高了土壤酶活性。張學超[25]認為,接種解淀粉芽孢桿菌Z-14能顯著提高小麥根際土壤脲酶活性和酸性磷酸酶活性。丁方麗等[29]認為,菌株A21-4 能顯著提高黃瓜根際土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性。本研究發(fā)現(xiàn),解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著提高土壤脲酶活性,改善土壤理化性質(zhì)。

4 結(jié)論

解淀粉芽孢桿菌ck-05能顯著促進檳榔植株生長,改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu),同時也改善了土壤養(yǎng)分狀況,提高了土壤主要酶活性,對土壤微生態(tài)有很好的改良作用,可用來開發(fā)為微生物菌肥。