生物膜化生物肥對(duì)馬尾松幼苗氣體交換和生物量累積的影響

摘要：生物膜化生物肥是目前國(guó)際上流行的一種生物肥，因不同的植物所需的微生物種類不同，在其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)之前需進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，為了更好地培育馬尾松幼苗，本研究利用一種自制的生物膜化生物肥，將其應(yīng)用到馬尾松幼苗的培育上，以期檢驗(yàn)其效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物膜化生物肥的使用可以顯著地增加馬尾松幼苗的凈光合速率，而顯著地降低其胞間二氧化碳濃度，但顯著降低光能和水分利用效率。生物膜化生物肥可以顯著地增大Y（II）、ETR和Fv/Fm，而對(duì)qP和qN沒(méi)有顯著的影響。光合速率的增大導(dǎo)致馬尾松幼苗的根、地上部分以及總生物量地顯著增加。這些結(jié)果表明，本生物膜化生物肥能夠應(yīng)用到馬尾松幼苗的培育。

關(guān)鍵詞：生物膜化生物肥；馬尾松；氣體交換；生物量累積

中圖分類號(hào)：S723.1+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-3020（2017）05-006-04The Effects of Biofilmed Biofertilizer Infection on Gas Exchange

and Biomass Accumulation of Pinus massoniana SeedlingsXiang Qingsong

（Forestry Bureau of JianshiEnshi445300）

Abstract： Biofilmed biofertilizers （BFBF） are different from regular biofertilizers. Different plants symbiose with different microorganisms， therefore BFBF should be tested before they are used in agriculture and forestry. In the present study， a new BFBF was used in culture of Pinus massonicana seedlings. These results showed that the BFBF significantly increased net photosynthesis rate and decreased intercellular CO2 concentration， and at the same time significantly reduced the use efficiency of water and light. The BFBF significantly increased Y（II）， ETR， and Fv/Fm， but showed no effect on qP and qN. Increase in net photosynthesis rate induced by the BFBF resulted in significant increase in root biomass， shoot biomass， and total biomass.

Key words：biofilmed biofertilizer；Pinus massoniana；gas exchange；biomass accumulation

在中國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r下，農(nóng)村大部分青壯年勞力紛紛進(jìn)入城市工作，留守在農(nóng)村的為老弱婦女。這些人無(wú)力在保證農(nóng)作物生長(zhǎng)良好、產(chǎn)量高的條件下，繼續(xù)保持農(nóng)田肥力的持續(xù)維持。在農(nóng)作過(guò)程中，他們大量使用化學(xué)肥料，而極少使用有機(jī)肥，從而使農(nóng)田肥力持續(xù)下降，同時(shí)對(duì)農(nóng)田周圍的河流湖泊造成面源污染。

面對(duì)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)耕作栽培技術(shù)得到了廣泛的推廣[1]。這些技術(shù)的推廣旨在維持農(nóng)田土壤的持續(xù)性以及農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的管理。在這種大背景下，生物膜化生物肥的使用為人們大力提倡。

生物膜化生物肥是指由多種有益的微生物構(gòu)成的復(fù)雜群落以及具有粘性的細(xì)胞外聚合物質(zhì)組成的復(fù)合體薄膜 。這些有益的微生物包括固氮菌和溶磷真菌。在生物膜化生物肥中，有益微生物是固定的，它們被包裹在細(xì)胞外聚合物中，與環(huán)境中的其它微生物建立緊密聯(lián)系。在生物膜化生物肥中，微生物占其干重的比例低于10%，而細(xì)胞外聚合物則超過(guò)90%。這類生物膜附著在植物根系表面，可被用作生物膜化的生物肥和非豆科植物的生物控制劑。目前，國(guó)際上生物膜化生物肥已在水稻、茶葉、小麥、玉米、西紅柿、辣椒、大白菜等農(nóng)作物上得到評(píng)價(jià)與應(yīng)用[15]。生物膜化生物肥的優(yōu)點(diǎn)是：①生物膜化生物肥中的聚合物可以為自身的微生物和植物根際微生物提供營(yíng)養(yǎng)；②生物膜化生物肥可以加強(qiáng)土壤顆粒形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)以改善土壤結(jié)構(gòu)；③聚合物可以幫助植物免遭水分脅迫；④生物膜內(nèi)的微生物可以促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收；⑤生物膜內(nèi)的微生物可以增強(qiáng)植物的抗病和抗蟲(chóng)能力。在農(nóng)田條件下，生物膜化生物肥可以節(jié)省50%的化肥而不降低農(nóng)作物的產(chǎn)量[6]。這樣，生物膜化生物肥比傳統(tǒng)的生物肥對(duì)農(nóng)民更具有吸引力。正因?yàn)槿绱?，目前在?guó)外大力開(kāi)展生物膜化生物肥的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究[5，78]。

湖北林業(yè)科技第46卷第5期向青松：生物膜化生物肥對(duì)馬尾松幼苗氣體交換和生物量累積的影響生物膜化生物肥是當(dāng)前國(guó)際上流行的新型生物肥，它與通常的生物肥不同。目前，生物膜化生物肥在園藝作物生產(chǎn)上應(yīng)用較多，而在林業(yè)苗木生產(chǎn)運(yùn)用較少，而且不同的植物所共生的微生物不同，因此，生物膜生物肥在應(yīng)用林木苗木生產(chǎn)之前，需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后確定生物膜生物肥的微生物組成，最后才能在實(shí)際生產(chǎn)上進(jìn)行應(yīng)用。本研究試圖將生物膜化生物肥應(yīng)用于林業(yè)苗木生產(chǎn)上，為苗木生產(chǎn)節(jié)省生產(chǎn)成本，同時(shí)為維持苗床土壤肥力提供一種新途徑。

1材料與試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)材料

馬尾松種子從林木種子公司購(gòu)買。以05%高錳酸鉀溶液對(duì)馬尾松種子進(jìn)行消毒 15 min，清洗后播入裝有素沙的塑料盆中。待發(fā)芽長(zhǎng)出一片真葉后移入裝有培養(yǎng)基質(zhì)的塑料盆（直徑25 cm），每盆栽植3棵小苗。一周后對(duì)小苗進(jìn)行接種處理：每盆加入20 mL生物膜化生物肥。該生物膜化生物肥由銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum Rifai）、巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium de Bary）等菌種和1%的生物聚合物組成。對(duì)照處理只澆灌20 mL的1%生物聚合物。各個(gè)處理均20盆。所有苗木放在露天培養(yǎng)，根據(jù)培養(yǎng)基質(zhì)的水分情況進(jìn)行澆水。endprint

1.2氣體交換和熒光的測(cè)定

氣體交換采用LiCor 6400 光合儀（美國(guó)LI-COR公司）測(cè)定。在晴朗的上午900～1200，采用該光合儀的配件針葉葉室測(cè)定，每個(gè)處理選擇生長(zhǎng)狀況一致的20株小苗進(jìn)行測(cè)定。熒光參數(shù)測(cè)定采用JuniorPAM熒光儀（德國(guó) WALZ 公司），在已測(cè)定氣體交換的馬尾松幼苗上選擇3根針葉，并攏后夾上熒光葉室。測(cè)定時(shí)PAR強(qiáng)度設(shè)置為190 μmol·m-2· s-1。

1.3生物量分析

將馬尾松幼苗從培養(yǎng)基質(zhì)中取出，用自來(lái)水清洗干凈后帶回實(shí)驗(yàn)室，將幼苗用吸水紙吸干表面水分后裝入信封，然后在烘箱中以80 ℃溫度烘12 h。帶樣品冷卻后，用剪刀從根頸處將幼苗分開(kāi)，然后以分析天平分別稱量。

1.4數(shù)據(jù)處理

根莖比以各幼苗的根生物量除以其地上部分的生物量計(jì)算。以SPSS軟件（v10）對(duì)氣體交換和熒光各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以p=005為差異顯著性檢驗(yàn)水平，分析處理組和對(duì)照組各參數(shù)之間的差異。

2試驗(yàn)結(jié)果

2.1接種對(duì)馬尾松幼苗氣體交換的影響

接種顯著地增加了馬尾松幼苗的凈光合速率和蒸騰速率（圖1A，p<005），而顯著降低葉片胞間二氧化碳的濃度（圖1B，p<005）。接種對(duì)氣孔導(dǎo)度沒(méi)有顯著的影響（圖1C，p>005），而顯著地增大了水分虧缺（圖1C，p<005）。

2.2接種對(duì)水分和光能利用效率的影響

接種對(duì)馬尾松幼苗水分和光能利用效率產(chǎn)生了影響（圖2）。從圖2來(lái)看，接種顯著地降低了馬尾松幼苗的水分利用效率（圖2A）和光能利用效率（圖2B）（p<005）。

2.3接種對(duì)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

接種對(duì)不同的葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響不同（圖3）。接種顯著地增加了Y（Ⅱ）（圖3A， p<005），而對(duì)qL沒(méi)有顯著地影響（圖3A，p>005）。接種對(duì)NPQ沒(méi)有顯著地影響（圖3B，p>005），而顯著地增

加Fv/Fm （圖3B，p<005），也顯著增大ETR（圖3C， p<005）。接種對(duì)熒光參數(shù)Y（NO）和Y（NPQ）均沒(méi)有顯著的影響（圖3D，p>005），對(duì)熒光參數(shù)qP和qN也沒(méi)有顯著的影響（圖3E，p>005）。

2.4接種對(duì)生物量累積和根莖比的影響

接種顯著地增加了馬尾松幼苗根、莖和總生物量（圖4A，p<005），但對(duì)根莖比沒(méi)有顯著地影響（圖4B，p>005）

3討論

本研究所用的生物膜化生物肥的使用可顯著地增大馬尾松幼苗凈光合作用速率（圖1A），這種效果來(lái)自生物膜化生物肥對(duì)光合作用機(jī)制的影響。它對(duì)光合作用機(jī)制的影響又分為兩個(gè)方面，其一是該生物膜化生物肥可以顯著地降低馬尾松幼苗葉片的胞間二氧化碳的濃度（圖1B），其次，這種生物膜化生物肥的使用顯著增加了Y（II）、Fv/Fm和ETR，盡管它沒(méi)有對(duì)qP和qN沒(méi)有顯著的影響（圖3E），對(duì)Y（NO）和Y（NPQ）也沒(méi)有顯著的影響（圖3D）。

凈光合作用速率的顯著增加（圖1A）引起了馬尾松幼苗生物量累積的變換。盡管生物膜化生物肥中的微生物在植物根際活動(dòng)會(huì)增大植物向根際的碳輸送，但并沒(méi)有引起根生物量和總生物量的下降，反而導(dǎo)致根生物量、地上部分生物量和總生物量的顯著增加（圖4A）。從此可以看出該生物膜化生物肥對(duì)馬尾松幼苗的增效作用。

從圖2A來(lái)看，該生物膜化生物肥顯著地降低了馬尾松幼苗的水分利用效率，因此建議在使用該生物膜化生物肥時(shí)，需加強(qiáng)其水分管理以增強(qiáng)該生物膜化生物肥的效果。

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2017年10月湖 北 林 業(yè) 科 技endprint