益生菌肥料在桉樹人工林可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

黃寶靈，呂成群，呂世凡，姚姜明，任 函，孔藝菲

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益生菌肥料在桉樹人工林可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

黃寶靈1，呂成群1，呂世凡2，姚姜明1，任 函1，孔藝菲1

(1. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧530004；2. 廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，廣西 南寧530004)

為促進林木生長，減少化學(xué)肥料使用，保護環(huán)境，維護地力，本研究從林木根際分離植物益生菌，經(jīng)系統(tǒng)試驗，篩選出一批對桉樹生長具有明顯促進作用的優(yōu)良菌株。其中的DU07菌株兼具固氮、解磷、解鉀功能，被研制成菌劑、有機菌肥、益生菌復(fù)合肥。菌劑接種桉樹苗木的育苗和造林試驗覆蓋廣西桉樹大部分栽培區(qū)。在廣西高峰林場建立的146.2 hm2示范林，18月齡林木平均樹高達11.16 m，胸徑7.38 cm，均分別高于對照，起到了良好的示范作用。不含無機氮素的有機菌肥在試驗初期的肥效較慢，但半年后，菌肥處理的林木胸徑、樹高均超過對照，其肥效顯示長效緩釋作用；施用菌肥的桉樹根區(qū)土壤微生物、尤其是固氮菌數(shù)量明顯增多，土壤酶活性均有不同程度的提高。無機有機益生菌復(fù)合肥總養(yǎng)分≥15%，比總養(yǎng)分≥30.0%的對照肥減少一半，然而1.5年生試驗林的樹高和胸徑均分別高于對照，土壤的速效氮、磷、鉀也均高于對照。表明益生菌肥有利于土壤中各種物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，在改善土壤狀況和維護地力上具獨特作用。這對于在生產(chǎn)中減少無機化肥的使用，保護土壤環(huán)境具有重要的現(xiàn)實意義。

益生菌肥料；桉樹人工林；可持續(xù)發(fā)展；林木生長；微生物數(shù)量；土壤酶活性；速效養(yǎng)分

近年來，由于農(nóng)藥和化學(xué)肥料大量甚至過度地在桉樹人工林中使用，導(dǎo)致林地土壤養(yǎng)分失衡，酸化板結(jié)，土壤質(zhì)量不斷下降，并使水體受到污染，桉樹人工林的生態(tài)問題日益突出[1-5]。為促進林木生長，減少化學(xué)肥使用，保護環(huán)境，維護土壤肥力，本研究從林木根際分離植物益生菌PGPB (Plant growth promoting bacteria)，經(jīng)大量的育苗和造林試驗，篩選出一批對桉樹生長具有明顯促進作用的優(yōu)良菌株。其中的DU07菌株被研制成菌劑、有機菌肥、益生菌無機有機復(fù)合肥(簡稱復(fù)合菌肥)。在廣西國有高峰林場和廣西南寧樹木園進行了推廣示范及施肥試驗，取得了良好效果。

1 材料與方法

1.1 林地概況

益生菌菌劑推廣示范、復(fù)合菌肥施肥試驗均設(shè)在廣西國有高峰林場。益生菌有機菌肥施肥試驗設(shè)在廣西南寧樹木園。該兩地均地處南寧市郊，位于廣西中南部，東經(jīng)107°45' ~ 108°51'，北緯22°13' ~ 23°32'。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫21.6℃，年降水量1 340 mm，年平均霜期5 d。

1.2 試驗用肥料

試驗用肥料為本項目篩選的優(yōu)良菌株DU07菌株研制而成的菌劑、有機菌肥、復(fù)合菌肥，以市售桉樹專用復(fù)合肥為對照。

1.2.1 菌劑

阿須貝液體培養(yǎng)基[6]接入DU07菌株28℃培養(yǎng)約60 h的培養(yǎng)物。

1.2.2 有機菌肥

以泥碳土為肥料基質(zhì)，分別與擴大培養(yǎng)后的DU07菌液按比例配制成3種有機菌肥(表1)。

1.2.3 復(fù)合菌肥

分別與擴大培養(yǎng)后的DU07菌液按比例配制成4種菌肥(表1)。

表1 試驗設(shè)計與試驗材料情況

1.3 試驗方案

1.3.1 推廣示范林

采用漿根法，將洗凈根部培養(yǎng)基的組培瓶苗根部浸入DU 07菌劑3 ~ 5 min，然后定植于營養(yǎng)杯中，常規(guī)技術(shù)育苗出圃造林。

1.3.2 有機菌肥造林試驗

采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置3種有機菌肥和2個無菌對照肥共5個處理，即自配一號肥、二號肥、三號肥和CK1(市售復(fù)合肥，總養(yǎng)分含量為30%)、CK2(自配復(fù)合肥，基質(zhì)與有機菌肥相同，總養(yǎng)分含量為16%)，3小區(qū)重復(fù)。每個試驗小區(qū)面積大于0.2 hm2，株行距為2 m × 3 m，區(qū)組、小區(qū)之間分別設(shè)置隔離帶。

于2011年6月28日進行造林，2012年5月中旬進行追肥，各試驗區(qū)的基肥及追肥均為同一種肥料，施肥量均為300 g·株-1。

1.3.3 復(fù)合菌肥造林試驗

采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置4種復(fù)合菌肥和2個無菌對照肥共6個處理，即自配復(fù)合菌肥1、復(fù)合菌肥2、復(fù)合菌肥3、復(fù)合菌肥4和CK1(市售復(fù)合肥，除不含益生菌外，營養(yǎng)成分與復(fù)合菌肥的相同，但總養(yǎng)分含量為30%)、CK2 (除不含益生菌外，營養(yǎng)成分與復(fù)合菌肥的相同，總養(yǎng)分含量為16%)，每處理3小區(qū)重復(fù)。每個試驗小區(qū)面積不小于0.2 hm2，株行距為2 m × 3 m，區(qū)組之間分別設(shè)置隔離帶。

于2013年6月萌芽更新，2013年9月中旬施肥，施肥量均為300 g·株-1。

1.4 數(shù)據(jù)測定和處理

常規(guī)方法測定和分析林木生長、林地土壤微生物數(shù)量[7]、土壤酶活性[8]、土壤營養(yǎng)元素含量[9-10]，所得數(shù)據(jù)均采用Office Excel 2007進行處理，運用DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌劑示范林的林木生長

2012—2014年在廣西高峰林場完成培育接種益生菌苗木1 300余萬株，苗木健壯；輻射廣西桉樹主栽區(qū)7 220 hm2。建立146.2 hm2示范林，1.5 a林木平均樹高11.16 m，胸徑7.38 cm(表2)，分別高于對照24.41%和15.31%，充分展示了桉樹接種益生菌對林木生長的促生效果，起到了很好的示范作用。

表2 大塘分場益生菌劑示范林生長情況調(diào)查表

2.2 有機菌肥的施肥效果

2.2.1 有機菌肥對林木生長的影響

從表3可知，不含無機氮素的有機菌肥在試驗初期的肥效不如總養(yǎng)分含量較高的對照。但從6月齡開始，施用有機菌肥的林木胸徑、樹高生長開始超過CK2。到24月齡時，一號肥的樹高、胸徑均大于兩種對照肥，表現(xiàn)出其肥效具有長效緩釋作用。但含菌量較高的二號肥和三號肥的表現(xiàn)不如一號肥。

表3 施用不同含菌量的有機菌肥桉樹生長量測定結(jié)果

方差分析結(jié)果顯示(表4)，施肥初期的林木生長差異達到極顯著水平，但到24月齡后，5種肥料處理對林木生長的影響無顯著性差異，說明有機菌肥在不含無機氮素的情況下，能使桉樹的生長效果達到專用復(fù)合肥的效果。

2.2.2 有機菌肥對林地土壤微生物數(shù)量的影響

造林36月齡林地土壤微生物數(shù)量統(tǒng)計結(jié)果(表5)顯示，施用有機菌肥的林地土壤微生物總數(shù)明顯大于兩個對照肥，尤其是細菌和固氮菌數(shù)量比兩個對照有大幅度的提高。表6的方差分析結(jié)果說明，施用有機菌肥對林地的細菌和固氮菌數(shù)量有極顯著的影響，但對真菌和放線菌數(shù)量的影響不顯著。

表4 施用菌肥桉樹樹高方差分析結(jié)果

注：表中的數(shù)據(jù)是各處理樣地0 ~ 10 cm的平均值。

表5 施用不同肥料的桉樹林地土壤微生物數(shù)量統(tǒng)計表

表6 施用不同肥料的桉樹林地土壤微生物數(shù)量方差分析結(jié)果

表7 施用不同肥料的桉樹林地土壤酶活性 mg·g-1

2.2.3 有機菌肥對林地土壤酶活性的影響

表7顯示，施用不同肥料的桉樹林地土壤酶活性表現(xiàn)不一，其中蛋白酶活性無差異，而總養(yǎng)分含量最高的CK1的尿酶活性最低，兩個對照的蔗糖活性則均低于有機菌肥的，說明有機菌肥對土壤酶活的影響程度不同。方差分析表結(jié)果顯示，試驗林地土壤蛋白酶、尿酶和蔗糖酶的活性差異均未達到顯著水平(蛋白酶=0.516，尿酶=0.945，蔗糖酶=0.618，均<0.05(4,10)=3.48)。

2.3 復(fù)合菌肥的施肥效果

2.3.1 復(fù)合菌肥對林木生長的影響

施用復(fù)合菌肥的林木生長(表8)及其方差分析(表9)表明，除復(fù)合菌肥4在前期略低于CK1外，其余處理均高于兩個對照，其中含菌量較低的復(fù)合菌肥1前期顯效明顯，而含菌量較高的復(fù)合菌肥4后期肥效最好。本試驗結(jié)果表明，復(fù)合菌肥不僅前期肥效快、后勁促，而且能在大量減少化肥用量的情況下，促進林木生長。

表8 施用不同含菌量復(fù)合菌肥桉樹生長量測定結(jié)果

表9 施用復(fù)合菌肥桉樹林木生長方差分析結(jié)果

2.3.2復(fù)合菌肥對林地速效養(yǎng)分的影響

2.3.2.1復(fù)合菌肥對林地堿解氮的影響

從林地堿解氮含量測定結(jié)果(表10)可看出，施用復(fù)合菌肥的林地土壤堿解氮含量均高于兩個對照，且隨著時間的推移趨勢不變。說明復(fù)合菌肥有利于土壤中氮素的釋放和林木的吸收。方差分析結(jié)果顯示(表11)，復(fù)合菌肥對土壤堿解氮的影響在不同時期均達到極顯著水平。

表10 施用不同含菌量復(fù)合菌肥林地堿解氮含量測定結(jié)果 mg·kg-1

表11 施用復(fù)合菌肥林地堿解氮、速效磷及速效鉀含量方差分析結(jié)果

2.3.2.2 復(fù)合菌肥對林地速效磷的影響

試驗地土壤速效磷含量測定結(jié)果見表12。從表中可知，施肥前各樣地的含磷量基本一致，然而施肥后，CK2林地速效磷的含量自始至終都處在最低水平；含磷量最高的CK1在施肥后，其林地土壤含磷量也不是最高的。而含磷量只有CK1一半的復(fù)合菌肥，在施用它們的林地中，除復(fù)合菌肥2外，其他3種菌肥處理的土壤含磷量相對較高。說明復(fù)合菌肥能夠促進土壤礦物磷的釋放和有利于林木吸收。方差分析結(jié)果顯示(表11)，復(fù)合菌肥對土壤速效磷的影響在不同時期均達到極顯著水平。

表12 施用不同含菌量復(fù)合菌肥林地速效磷含量測定結(jié)果 mg·kg-1

2.3.2.3 復(fù)合菌肥對林地速效鉀的影響

試驗地土壤速效鉀含量測定結(jié)果見表13。從表中可知，施肥前各樣地的土壤含鉀量無顯著性差異，但在施肥后的各個時間段里，林地土壤的速效鉀含量發(fā)生了明顯的變化，總體呈上升的趨勢。其中，施用4個復(fù)合菌肥的林地土壤速效鉀含量均高于兩個CK。說明復(fù)合菌肥能夠促進土壤礦物鉀的釋放和有利于林木吸收。方差分析結(jié)果顯示(表11)，復(fù)合菌肥對土壤速效鉀的影響在不同時期均達到極顯著水平。

表13 施用不同含菌量復(fù)合菌肥林地速效鉀含量測定結(jié)果 g·kg-1

3 討論

植物益生菌對農(nóng)作物生長的促進作用已有大量的報道[11-14]，益生菌對桉樹林木生長的促進作用的研究起步較晚，但現(xiàn)有的報道也表明固氮菌等一些益生菌對桉樹生長具有明顯的促進作用[15-17]，本項研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致。但有針對性的應(yīng)用益生菌開發(fā)桉樹專用肥的研究不多，這可能與桉樹人工林地環(huán)境的復(fù)雜性和林木生長的長周期性相關(guān)，開發(fā)難度也更大。本課題在反復(fù)篩選和廣泛的區(qū)域性試驗的基礎(chǔ)上，篩選出兼具固氮、解磷、解鉀功能DU07菌株，具有較強的抗逆性和適應(yīng)性，由其配制的菌肥在促進林木生長的同時，也能使桉樹根區(qū)土壤微生物數(shù)量、尤其是固氮菌數(shù)量顯著，土壤酶活性均有不同程度的提高，土壤中的速效氮、磷、鉀含量相對較高，說明益生菌起到了主導(dǎo)作用，菌肥有利于土壤中各種物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，改善土壤的營養(yǎng)狀況，在維護地力上具有獨特的作用，這也與已有的研究結(jié)果相吻合[18-22]，同時還能大量減少無機化肥的使用，這對于保護桉樹人工林地的土壤環(huán)境，推動桉樹產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

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Application of PGPB Fertilizer in Green Development to Enhance the Sustainability of Eucalypt Plantations

HUANG Bao-ling, LV Cheng-qun, LV Shi-fan, YAO Jiang-ming, REN Han, KONG Yi-fei

(1.,,530004,,; 2.,,530004,,)

For promoting tree growth, decreasing chemical fertilizer application, protecting the environment and maintaining soil fertility, a study was conducted to isolate PGPB (Plant growth promoting bacteria) from the tree rhizosphere and examine potential benefits of these when used in eucalypt plantation silviculture. Some selected strains, which are known for their distinct ability to promote tree growth, were screen out and used to prepare a PGPB solution, PGPB organic fertilizer, PGPB organic and inorganic complex fertilizer. The PGPB preparation was used to inoculate 1.3 Mseedlings from 2012.10 to 2014.3; at 18 months after planting the plantations of these seedlings had an average height of 11.2 m and average DBH of 7.8 cm. The results from the fertilizer application trials showed that PGPB organic fertilizer, which had some inorganic additives, resulted in slower early growth than that of the standard chemical (inorganic) fertilizer (the control - CK). But from 6 till 36 months, all PGPB fertilizer treated trees had greater average height and DBH than the control treatment. Also, the number of soil microbes, especially azotobacter, was found to be much higher in the soil around PGPB fertilizer treated trees than in the soil around the trees in control treatment, as was soil enzyme activity and azote contention. The PGPB organic and inorganic complex fertilizer only contained 15% inorganic nutrient control treatment compared to 30% inorganic nutrient content in the control fertilizer (CK), but average tree height and DBH of PGPB organic and inorganic fertilized trees exceeded that of the control, and at age 1.5 years trees averaged 12.2 m and 9.0 cm respectively. The results showed that PGPB fertilizer enhanced tree growth, decreased chemical fertilizer requirements whilst helping to protect the environment, maintain soil fertility and enhance the sustainability of eucalypt plantations.

PGPB fertilizer; eucalypt plantations; green development; microorganism number; soil enzyme activity

S792.39; S144.1

A

2015-08-13

廣西自然科學(xué)基金項目“桉樹益生菌的篩選及其協(xié)同促生作用研究”( [桂科自0832046])；中央財政林業(yè)科技成果推廣示范資金項目“桉樹益生菌的推廣應(yīng)用與示范”( [2012] TG08)；廣西林業(yè)重大項目“廣西桉樹新型多功能肥料研制與示范”(桂林科字[2010]第6號)

黃寶靈(1957— )，女，博士，教授，博導(dǎo)，主要從事森林培育和森林微生物生態(tài)學(xué)教學(xué)科研