菌劑與化肥對降香黃檀苗期生長、結(jié)瘤的影響

江業(yè)根，陸俊錕，康麗華，王勝坤，楊富成

（中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

菌劑與化肥對降香黃檀苗期生長、結(jié)瘤的影響

江業(yè)根，陸俊錕，康麗華，王勝坤，楊富成

（中國林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520）

篩選出能促進(jìn)降香黃檀苗期生長與結(jié)瘤的最佳施肥組合，探究菌劑在肥料中的作用。采用L9(34)正交設(shè)計，設(shè)立菌劑（根瘤菌＋溶磷菌混合液，簡稱M）、N、P、K等施肥因素，以不施肥為對照，研究不同施肥處理對11個月生降香黃檀的生長與結(jié)瘤影響。結(jié)果表明：不同施肥處理間降香黃檀的生物量、根瘤數(shù)、瘤質(zhì)量等指標(biāo)差異極顯著，施肥對降香黃檀的早期生長極為重要；降香黃檀的苗高、地上干質(zhì)量、地下干質(zhì)量、根瘤數(shù)和瘤質(zhì)量在最佳施肥處理中，相關(guān)的指標(biāo)分別是不施肥對照處理的1.98、4.86、4.34、78、400倍；影響降香黃檀生物量的4種因素從主到次排序為K＞M=P＞N，影響根瘤數(shù)的4種肥料因素從主到次的排序為K＞M＞P＞N，表明K是降香黃檀苗期生長與結(jié)瘤最為重要元素；按極差分析法，最佳肥料組合中，處理6 (M2N3P1K2）適宜苗高生長，處理3 (M1N3P3K3) 適宜全株生長，處理2 (M1N2P2K2) 適宜單株結(jié)瘤個數(shù)，處理7 (M3N1P3K2) 適宜單株結(jié)瘤質(zhì)量；菌劑與化肥在降香黃檀苗期的生長過程中尤為重要，且K在降香黃檀的生長與結(jié)瘤過程中影響最大，其次為菌劑；綜合分析各施肥處理在促生能力、化肥的使用量少等條件，處理2的施肥組合有利于降香黃檀苗期的生長與結(jié)瘤，且減少化肥施用量，即每株降香黃檀幼苗施入10 mL菌劑、0.54 g 尿素、11.56 g磷酸氫二鈉以及1.91 g氯化鉀。研究結(jié)果將進(jìn)一步了解降香黃檀苗期對菌劑、化肥的真實需求，并促進(jìn)降香黃檀微生物肥料的開發(fā)。

降香黃檀；苗期；菌劑；促生；結(jié)瘤

降香黃檀Dalbergia odoriferaT. Chen又稱海南黃花梨，為我國海南省特有的國家二級保護(hù)植物，屬蝶形花科落葉喬木，其心材珍貴，含有的芳香油具有極高的藥用價值[1-2]。近年來，降香黃檀的成年植株幾被砍伐殆盡，天然資源急劇減少。與多數(shù)蝶形花科植物一樣，降香黃檀能與慢生根瘤菌屬Bradyrhizobium、根瘤菌屬Rhizobium、中華根瘤菌屬Sinorhizobium、伯德霍爾菌屬Burkholderia等多種根瘤菌形成穩(wěn)定的共生關(guān)系，通過固氮作用為自身提供充足的氮源[3-5]。因此，降香黃檀以其根系發(fā)達(dá)、能形成根瘤固氮、耐干旱瘠薄等生物學(xué)特點，已被列為重要的植被恢復(fù)和生態(tài)重建樹種[6]。

隨著我國珍貴樹種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，華南地區(qū)目前已大面積種植降香黃檀，培育與生產(chǎn)大量的降香黃檀苗木，在此過程中不免消耗大量的化肥。微生物肥料（下稱“菌肥”）以減少化肥使用量、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、活化土壤有機(jī)質(zhì)、提高農(nóng)林產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)等特點逐步被人們所認(rèn)識。目前菌肥的使用范圍和使用面積在不斷擴(kuò)大，特別是在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面其年用量超過400萬t[7]，而這一數(shù)據(jù)仍在逐年上升。國內(nèi)外關(guān)于豆科植物接種根瘤菌菌肥的研究已報道很多，表明合適的根瘤菌能與宿主結(jié)瘤共生，形成高效的固氮作用。此外，以往的研究證實磷是植物體內(nèi)產(chǎn)生能量傳遞和轉(zhuǎn)化的重要元素，還能直接或間接地影響植物與細(xì)菌形成的固氮作用[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，對豆科植物苜蓿同時接種溶磷菌和根瘤菌可以改善土壤的肥力，且顯著提高苜蓿的產(chǎn)量[9]。因此，為了更好地發(fā)揮菌肥在農(nóng)林業(yè)的優(yōu)勢，選擇多菌種、多功能的菌肥才能滿足現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)發(fā)展的需求，從以往的單一菌種肥料轉(zhuǎn)向復(fù)合菌種肥料的轉(zhuǎn)變勢在必行。

為豆科的苗木施入根瘤菌菌肥已成為我國苗木生產(chǎn)的重要措施[10-12]。本研究選取了根瘤菌 RITF1103Bradyrhizobiumspp.、RITF1022Bradyrhizobiumspp.[13]、溶磷菌SZ7-1Klebsiella oxytoca[14]和巨大芽孢桿菌217Bacillus megaterium等菌液進(jìn)行混合，作為菌劑；尿素、磷酸氫二鈉和氯化鉀分別作為化肥中的N、P、K肥，對降香黃檀苗期的各種施肥因素和不同因素的施肥水平進(jìn)行了研究，探討降香黃檀苗期施肥的最佳施肥配比，以期為降香黃檀的壯苗培育、廣泛栽培和推廣種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

降香黃檀苗期施肥試驗的因素及水平設(shè)計見表1，N、P、K的施肥量按照化合物中的有效元素含量計算。采用L9(34)正交設(shè)計[15]，不施肥作為對照，共10個處理（見表2）。施肥以實驗級藥品添加，N為尿素（CH4N2O含量99.8%），P為磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O含量99.0%），K為氯化鉀（KCl含量99.5%），菌劑由上述的4種細(xì)菌等體積混合而成，每種細(xì)菌培養(yǎng)濃度約為108cfu/mL。本試驗在中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所溫室進(jìn)行。

表1 4種施肥因素的水平Table 1 Level of four fertilization factors

表2 各施肥組合施用量Table 2 The actual quantity of four fertilizer in different fertilization associations

1.2 試驗材料與施肥方法

栽培基質(zhì)取自中國林科院熱林所內(nèi)后山的酸性磚紅壤黃心土，土壤化學(xué)成分見表3。培養(yǎng)容器用密封塑料盆。取黃心土10份，每份15 kg，按肥料處理號對應(yīng)加入菌劑、N、P、K量，充分均勻，分裝10盆（每盆1.5 kg）。選擇長勢相近的降香黃檀幼苗，苗高約為5 cm，每1株/盆，于2013年10月23日移栽，栽培11個月后收獲。

表3 栽培土壤的化學(xué)特性Table 3 The chemical properties of culture soil

1.3 試驗觀測與統(tǒng)計分析

調(diào)查指標(biāo)包括苗高、地上部分干質(zhì)量、地下部分干質(zhì)量、每株降香黃檀的結(jié)瘤數(shù)及瘤質(zhì)量等。采用SAS8.0[16-17]統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥處理對降香黃檀苗期生長的影響

從表3可見，本試驗采用pH值較低的酸性磚紅壤為基質(zhì)，但土壤全N、P處于較低水平，而全K處于中等水平[18]。對各處理的降香黃檀的苗高、地上物質(zhì)干質(zhì)量、地下物質(zhì)干質(zhì)量進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。結(jié)果表明，10個施肥處理間的苗高、地上干質(zhì)量和地下干質(zhì)量達(dá)極顯著差異水平。施肥對苗木生長性狀具有顯著影響，大部分施肥處理對苗木生長起促進(jìn)作用。

由于施肥對生長性狀影響極顯著，通過對各處理間進(jìn)行多重比較分析，獲得最優(yōu)施肥組合（見表5）。施肥處理9、處理10在3種生長性狀上表現(xiàn)最差，表明適當(dāng)?shù)氖┓视欣L，這與吳國欣等[19]對降香黃檀和梁坤南等[20]對柚木的研究結(jié)果一致。10個施肥處理中，處理6的苗高、處理3的地上干質(zhì)量和處理7的地下干質(zhì)量分別達(dá)到最高值。苗高的最佳處理6其值是對照的197.79%，地上干質(zhì)量的最佳處理3其值是對照的486.37%，地下干質(zhì)量的最佳處理7是對照的433.69%。綜合全株進(jìn)行的多重比較，處理3為促進(jìn)降香黃檀苗期生長的最佳施肥處理，結(jié)果與地上干質(zhì)量相同。處理3的苗高、地上干質(zhì)量和地下干質(zhì)量分別是對照的1.84倍、4.86倍和3.97倍。

表4 各施肥組合對11個月降香黃檀生長影響的方差分析?Table 4 Variance analysis of fertilization treatments for growth index of 11-month-old D. odorifera

表5 不同施肥處理下11個月降香黃檀的生長特性?Table 5 Growth characteristics of 11-month-old D. odorifera grown in different fertilization treatments

2.2 施肥處理對降香黃檀結(jié)瘤的影響

各處理間降香黃檀根部都能形成圓形、褐色的根瘤（見圖1）。結(jié)瘤數(shù)、瘤干質(zhì)量等指標(biāo)的方差分析表明，處理間平均單株結(jié)瘤個數(shù)及單株結(jié)瘤質(zhì)量的差異極顯著，表明結(jié)瘤性狀受不同施肥處理影響顯著（見表6）。因此，通過檢驗篩選出合適的施肥處理，以利于降香黃檀生長的最佳施肥組合，檢驗結(jié)果見表7。

由表7可見，根瘤個數(shù)最高為處理2，是對照的78倍；瘤質(zhì)量最高的是處理7，達(dá)到0.402 g/株；而對照處理10及處理9結(jié)瘤量極低，明顯抑制降香黃檀的結(jié)瘤。

2.3 施肥水平對降香黃檀苗期生長性狀的影響

對11個月降香黃檀的不同施肥水平進(jìn)行正交方差分析，結(jié)果見表8。結(jié)果表明，4種不同的施肥因素，其施肥水平對苗高生長影響達(dá)到顯著或極顯著P促進(jìn)結(jié)瘤的最佳施入量為水平3，表明降香黃檀苗11個月生前施P對結(jié)瘤影響不大，不施入反而有利于結(jié)瘤。水平；施肥因素的不同水平對地上干質(zhì)量的影響也達(dá)到顯著和極顯著水平，而對地下干質(zhì)量則除N外其它3因素的不同水平間達(dá)到顯著和極顯著水平。結(jié)果表明，施肥因素影響苗木的生長性狀，由此通過正交試驗的極差分析法（見表9）獲得4種施肥因素的主次關(guān)系和不同性狀所決定的最佳施肥組合。

圖1 降香黃檀苗期的根瘤Fig. 1 Nodules of 11-month-old Dalbergia odorifera

表6 施肥處理對降香黃檀苗期結(jié)瘤影響的方差分析Table 6 Variance analysis of fertilization treatments for nodulation characteristics of 11-month-old D.odorifera

表7 施肥處理間降香黃檀苗期的結(jié)瘤情況Table 7 Nodulation characteristics of 11-month-old D. odorifera grown in different fertilization treatments

2.4 施肥水平對降香黃檀結(jié)瘤性狀的影響

不同施肥水平對降香黃檀結(jié)瘤性狀的方差分析結(jié)果見表8。由表8可見，4種施肥因素對平均單株結(jié)瘤個數(shù)和結(jié)瘤質(zhì)量影響不同，除K肥對前者影響達(dá)到顯著、菌劑和K肥對后者影響達(dá)顯著到極顯著水平外，其它施肥對結(jié)瘤性狀影響均不顯著。結(jié)果表明，結(jié)瘤植物結(jié)瘤性狀的影響因素在早期生長時僅菌劑和K肥影響較大。因此，在降香黃檀苗期應(yīng)注意對這2種肥的補(bǔ)給。

施肥水平對降香黃檀結(jié)瘤性狀的影響還可由表9看出，菌劑促進(jìn)兩個結(jié)瘤性狀的最佳施入量均為水平1，說明菌劑施入量大對結(jié)瘤促進(jìn)作用也越明顯；N和K促進(jìn)結(jié)瘤的最佳施入量均為水平2，此時促進(jìn)結(jié)瘤需求在土壤中施入少量N、K即可；

表8 不同因素在3種水平下降香黃檀生長與結(jié)瘤特性的方差分析Table 8 Variance analysis of four fertilizer for growth and nodulation characteristics of 11-month-old D. odorifera

3 結(jié)論與討論

本研究通過設(shè)立了4種肥料因子、3個水平施肥組合的正交試驗，初步了解促進(jìn)降香黃檀苗期生長與結(jié)瘤的最優(yōu)施肥量。研究發(fā)現(xiàn)菌劑對苗木高生長、地上干質(zhì)量和地下干質(zhì)量最佳施入量均為水平1（10 mL/株），說明菌劑在施入量大的條件下對降香黃檀苗期的生長有明顯的促進(jìn)作用。研究中所使用的菌種包括能與降香黃檀結(jié)瘤共生的根瘤菌，還有克雷伯氏菌、巨大芽孢桿菌等溶磷菌，為降香黃檀在氮與磷的供應(yīng)方面提供了充足的養(yǎng)分。因此，N、P對苗木的生長性狀起作用的最佳施入量并不是最高的量，結(jié)果表明在菌劑的輔助下，對N和P的需求量不高，通過添加過多的N或P可能會產(chǎn)生抑制生長的作用，少施或不施入反而有利于生長。研究結(jié)果與以往其它樹種的苗期施肥試驗結(jié)果一致[19-22]。然而K肥對降香黃檀苗期生長的最佳施入量為水平2（0.1 g/株），表明在土壤基質(zhì)中的K基礎(chǔ)量不能滿足降香黃檀苗期的生長，需補(bǔ)給后才能促進(jìn)苗木生長，且補(bǔ)足量中等最適宜生長。

表9 不同施肥因子在3種水平間降香黃檀的生長和結(jié)瘤表現(xiàn)Table 9 Growth and nodulation performances of 11-month-old D. odorifera under 3 levels of different fertilization

綜合施肥處理和施肥水平對降香黃檀生長和結(jié)瘤的影響，發(fā)現(xiàn)多量菌劑和少量K肥對苗木早期生長起明顯促進(jìn)作用，而N、P對降香黃檀的苗木生長影響不大。同樣，多量菌劑和少量K肥能有效促進(jìn)降香黃檀的苗期結(jié)瘤，少量的N、P施入后也會對降香黃檀的結(jié)瘤起到一定的促進(jìn)作用。根瘤菌是通過豆科植物根毛、側(cè)根杈口或其它部位侵入，形成侵入線進(jìn)入皮層，刺激宿主皮層細(xì)胞分裂，形成根瘤[23-26]，產(chǎn)生固氮作用。因此，在降香黃檀根毛形成后，施入菌劑和少量N、P、K有助于降香黃檀與根瘤菌結(jié)瘤共生，為宿主提供充足的氮源。本研究中促進(jìn)降香黃檀結(jié)瘤的最佳施肥組合為處理2（M1N2P2K2），再次證實了接種根瘤菌能促進(jìn)豆科植物的結(jié)瘤、生長[27]，這在今后為降香黃檀施肥時應(yīng)注意添加適量的根瘤菌，從而可以減少化學(xué)肥料的施放。

菌劑、N、P、K影響下的降香黃檀苗期生長和結(jié)瘤的極差值分別是：苗高極差的大小順序為K＞N＞P＞M；地上干質(zhì)量極差的大小順序為K＞M＞P＞N；地下干質(zhì)量極差的大小順序為K＞P＞N＞M；全株干質(zhì)量極差的大小順序為K＞M=P＞N；根瘤數(shù)極差的大小順序為K＞M＞P＞N；瘤質(zhì)量極差的大小順序為K＞P＞M＞N。由此說明4種肥料對生長影響的主次關(guān)系。無論是對于降香黃檀的生長、還是結(jié)瘤，K元素都是最主要的因子。從最佳肥料組合中，處理6即M2N3P1K2適宜苗高生長，處理3即M1N3P3K3適宜全株生長，處理2即M1N2P2K2適宜單株結(jié)瘤個數(shù)，處理7即M3N1P3K2適宜單株結(jié)瘤質(zhì)量。由于植物不同部位的生長速度在不同時期有所差異[28]，因此，在考慮少使用化肥使的情況下，結(jié)合對降香黃檀苗期生長與結(jié)瘤的影響，建議處理2（M1N2P2K2），即每株降香黃檀幼苗施入10 mL的菌劑、0.54 g 尿素、11.56 g磷酸氫二鈉以及1.91 g氯化鉀，更有效、更環(huán)保地促進(jìn)降香黃檀苗期的生長與結(jié)瘤。

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Effects of microbial inoculums and chemical fertilizer on growth and nodulation performances of Dalbergia odorifera seedlings

JIANG Ye-gen, LU Jun-kun, KANG Li-hua, WANG Sheng-kun, YANG Fu-cheng
(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, Guangdong, China)

Bio-fertilizers have emerged as an important component of the integrated nutrient supply system and have great potential to improve plant growth and reducing use of chemical fertilizers. Understanding the best association between microbial inoculums (M)and chemical fertilizer has theoretical and practical signi fi cance in Dalbergia odorifera plantations. The trial designed by orthogonal design with a L9(34) of M, N, P and K was to research the effects of different fertilizer treatments on the growth and nodulation of D.odorifera seedlings. The results of variance analysis of fertilizer trial of D. odorifera seedling showed that there are signi fi cant difference between 10 fertilizer treatments on the growth and nodulation performances. Height, shoot dry weight (DW), root DW, nodule number and dry weight of per plant of D. odorifera seedlings grown were 1.98, 4.86, 4.34, 78 and 400 times greater in the optimum fertilization association than in the negative control treatment. The rank of fertilization factors in D. odorifera seedlings growth was K＞M=P＞N, and the rank of nodulation was K＞M=P＞N, both indicating that the K element play a key role in the growth and nodulation of D. odorifera seedlings. According to the range analysis, the optimum fertilization associations of height, total plant DW, nodule number and DW per plant of D. odorifera seedlings were treatment 6 (M2N3P1K2), treatment 3 (M1N3P3K3), treatment 2 (M1N2P2K2) and treatment 7 (M3N1P3K2), respectively. K and microbial inoculums, two major fertilizers, were identi fi ed to be key limiting factors for D.odorifera seedlings growth and nodulation. Based on improving growth and reducing use of chemical fertilizers, it could be concluded that treatment 2 (including 10 m microbial inoculums, 0.54 g urea, 11.56 g Na2HPO4·12H2O and 1.91 g KCl) would be the optimal fertilization association for D. odorifera seedlings. The generated results may have important implications for understanding of the actual fertilizer demand of D. odorifera seedlings, and for successfully producing the microbial fertilizers of D. odorifera.

Dalbergia odorifera; seedling; microbial inoculums; growth-promoting; nodulation

S718.81；S753.53+2

A

1673-923X(2016)05-0006-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.002

2015-02-17

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目 (2012KJCX004-03)；中國林科院熱帶林業(yè)研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（RITFYWZX201207）

江業(yè)根，高級工程師 通訊作者：康麗華，研究員；E-mail：klh587@126.com

江業(yè)根，陸俊錕，康麗華，等. 菌劑與化肥對降香黃檀苗期生長、結(jié)瘤的影響[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2016, 36(5):6-10, 25.

[本文編校：謝榮秀]