微生物專用菌肥與化肥配施對紅三葉根系生長的影響

李智燕 ，張 榕 ，張 潔 ，姚 拓 ，武慧娟 ，周棟昌 ，陸 颯 ，譚立偉 ，溫 洪

（1.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，蘭州 730010；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，蘭州 730070）

大量化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)及過量使用是農(nóng)業(yè)污染的元兇之一。過量工業(yè)化肥的使用使得未被農(nóng)作物吸收利用的化肥進入土壤，從而導致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生土壤退化板結(jié)、生產(chǎn)力下降、水體污染、農(nóng)作物品質(zhì)變差等諸多問題。這些現(xiàn)實不斷給人們敲響警鐘［1-2］。在“一控兩減三基本”的新目標、新任務下，探尋環(huán)保友好型生物生態(tài)肥源以替代工業(yè)化肥和農(nóng)藥的研究倍受關(guān)注。微生物復合菌肥為解決以上問題提供了方向，微生物肥料具有良好的固氮、溶磷等作用，可緩解化肥造成的土壤污染，改善土壤結(jié)構(gòu)及微生物多樣性破壞等問題。本研究前期研制的復合菌肥，是針對特定植物，從其植株及根際土壤分離篩選出的具有生物固氮、溶磷、分泌植物激素等能力，且各菌株之間無拮抗作用的高效植物復合促生菌PGPR、根瘤菌及生防菌等，按其最適比例接種于合適的載體上擴繁制成的復合微生物菌肥。對植株而言，微生物復合菌肥既可分泌生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，抑制病原菌生長，增強植株抗病能力，促進植株生長，而且對植株根系的作用直接有效，在促進根系生長的基礎(chǔ)上，增強根系固氮、溶磷等能力［3-5］。

根是植物的三大營養(yǎng)器官之一，在植物生長發(fā)育過程中起著極為重要的作用，不僅可以支持和固定植株，吸收水分和養(yǎng)分，而且還可分泌有機物，并參與許多有機物的合成，整個植物的生命活動與根的活動緊密相聯(lián)。有研究認為，根長、根重、根系吸收面積等均與產(chǎn)量密切相關(guān)，根重與千粒重、穗數(shù)等也密切相關(guān)。根瘤數(shù)更是直接影響著植物的固氮能力。因此，植物根系關(guān)乎植物生命，植物通過根系從土壤中獲取水分、養(yǎng)分以及能源供給自身生長。根系與土壤之間也在隨時進行物質(zhì)和能量交換。目前，有關(guān)微生物復合菌肥對根系影響的研究報道甚少［6-9］。

岷山紅三葉（Trifolium pretenseL.cv.）是甘肅省高寒陰濕地區(qū)藥草兼用型高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草，其粗蛋白含量是玉米粗蛋白含量的2.3倍。岷山紅三葉在甘肅省優(yōu)質(zhì)高效草牧業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，至2015年，甘肅省岷縣岷山紅三葉留床面積達6 666 hm2［10-12］。本研究以岷山紅三葉為研究對象，通過小區(qū)試驗研究微生物復合菌肥與化肥不同比例的配施對岷山紅三葉根系生長的影響，從而對微生物復合菌肥的肥效進行科學評價，以期為岷山紅三葉微生物復合菌肥推廣提供相關(guān)的基礎(chǔ)資料和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于甘肅省蘭州市皋蘭山全國草品種區(qū)域試驗國家試驗點，海拔1 685 m，地處東經(jīng)104°00′，北緯36°05′，地形為臺地，無坡向坡度，土壤類型為灰鈣土類，土壤pH值7.8～7.9。全年降水295.5 mm，年均氣溫9.3℃，極端最高氣溫39.8℃，極端最低氣溫-18℃，無霜期 193 d，年積溫（≥0℃）3 816.3℃。

1.2 供試材料與設(shè)計

1.2.1 供試材料 岷山紅三葉種子發(fā)芽率70%。試驗用岷山紅三葉微生物復合專用菌肥由甘肅省草原技術(shù)推廣總站聯(lián)合甘肅農(nóng)業(yè)大學草地微生物實驗室共同研發(fā)而成?；蕿槟蛩睾土姿岫@。

1.2.2 岷山紅三葉微生物復合專用菌肥制作 采集岷縣當?shù)厣L旺盛的岷山紅三葉植株及周圍根系土壤，經(jīng)前期處理后分別分離純化而得根瘤菌、溶磷菌和生防菌菌株，將以上菌株分別接種于LB培養(yǎng)基中進行擴繁（根瘤菌菌株于YMA平板培養(yǎng)基上純化培養(yǎng)，再于YMA液體培養(yǎng)基中擴繁），擴繁而得各菌株菌懸液，備用。將木炭基質(zhì)與市售有機肥以2∶1比例混合作為復合菌肥載體，將混合載體于γ射線輻照滅菌。滅菌后的混合載體倒入無菌自封袋，用試驗用無菌吸管吸取所得菌懸液接種到自封袋載體中，立即封口。待菌液與載體混合均勻后，用滅菌針在自封袋中央扎幾個小孔，扎孔后的自封袋外面再套一個自封袋，并在外層自封袋的四周扎幾個小孔，以上操作均在無菌條件下進行。將做好的岷山紅三葉復合菌肥置于28～30℃下培養(yǎng)7 d，之后常溫保存，期間防止污染。復合菌肥制作在甘肅農(nóng)業(yè)大學草地微生物實驗室完成。菌肥所用菌株具有較強的固氮、溶磷、分泌植物生長素（IAA）的能力，同時具有生長快、競爭力強及利用碳源譜廣等特點。

1.2.3 田間試驗設(shè)計 試驗處理具體見表1，試驗設(shè)計4個處理和對照（CK），每個處理重復3次。試驗以全量化肥作為對照（CK），不同比例的化肥與微生物復合專用菌肥分A、B、C、D四個處理。每個小區(qū)種植面積為3 m×2.5 m=7.5 m2。播種量 18 kg/hm2，條播，行距 30 cm，播種深度2 cm。播種時氣溫27℃。定期田間管護，進行人工除草、灌溉等，不使用除草劑。

表1 試驗設(shè)計

播種前種子預處理：播種前除CK組外，其余各處理將岷山紅三葉種子用微生物復合專用菌肥拌種，置于蔭涼、避光處2 h（使復合專用菌肥充分附著在種子表面）后可播種。復合專用菌肥用量為125 g固體菌肥拌1 kg種子，對照處理（CK）的種子用無菌水拌種。施肥量：對照（CK 100%化肥）用量為尿素255 kg/hm2、磷酸二銨255 kg/hm2，其余各處理分別按表1中所列比例減少化肥施用量，微生物菌肥的量除CK不加外，其余各處理添加量一致（菌肥與種子拌種，效用一般與量的多少無關(guān)）。

1.3 測定指標及方法

岷山紅三葉為多年生牧草，于初花期刈割后，在每個小區(qū)內(nèi)隨機挖10株植株根系，抖去根系浮土，在田間粗洗，帶回實驗室用水沖洗干凈。將洗干凈的根系均勻鋪開放置于干燥陰涼通風的室內(nèi)，待水分晾干，地上部分和地下部分分離，分別稱重，計算根冠比，用游標卡尺測定根長并記錄，然后測定結(jié)瘤數(shù)、分枝數(shù)，并用根系掃描儀掃描根系，注意防止污染。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 17.0對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理及顯著性檢驗、相關(guān)性分析。顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物復合菌肥對岷山紅三葉植株主根長的影響

作物主根長度是衡量和決定根系性狀的主要指標之一。由表2可見，紅三葉生長第1年，施以菌肥的處理B、C、D相較 CK全量化肥處理主根長增加 4.06%～11.31%，但各菌肥處理與全量化肥處理間差異不顯著（P＞0.05）。紅三葉生長第2年，A、B、C、D組相較CK組主根長增加10.92%～19.06%，且C組顯著高于CK組（P＜0.05），其余處理間差異均不顯著（P ＞0.05）。通過對紅三葉微生物復合菌肥與化肥配施后兩年的根長對比分析（圖1）可知，第2年根長明顯大于第1年，第1年處理B組根長最長，第2年處理C組根長最長。

表2 岷山紅三葉微生物復合菌肥對植株根長、分枝數(shù)、結(jié)瘤數(shù)量等影響

圖1 岷山紅三葉兩年根長比較

2.2 微生物復合菌肥對岷山紅三葉植株結(jié)瘤數(shù)的影響

作物結(jié)瘤數(shù)是衡量和決定根系固氮能力的主要指標之一。由表2可見，紅三葉生長第1年，施以菌肥的處理B、C、D相較CK全量化肥處理結(jié)瘤數(shù)增加179.63%～301.11%，且各菌肥處理與全量化肥處理CK間差異顯著（P＜0.05），A、B、C、D 組之間均差異不顯著（P＞0.05）。紅三葉生長第2年，施以菌肥的處理A、B、C、D相較CK全量化肥處理結(jié)瘤數(shù)增加80.52%～344.17%，且C組和D組與CK間差異均顯著（P＜0.05），D組顯著高于C組（P＜0.05）。通過對紅三葉微生物復合菌肥與化肥配施后兩年的結(jié)瘤數(shù)對比分析（圖2）可知，第2年結(jié)瘤數(shù)明顯大于第1年，第1年和第2年都是處理D結(jié)瘤數(shù)最多。

圖2 岷山紅三葉兩年結(jié)瘤數(shù)量對比

2.3 微生物復合菌肥對岷山紅三葉植株分枝數(shù)的影響

豆科牧草分枝數(shù)是衡量根系性狀的重要指標之一。由表2可見，紅三葉生長第1年，施以菌肥的處理相較CK全量化肥處理分枝數(shù)增加51.21%～170.53%，且各菌肥處理與全量化肥處理間差異均顯著（P＜0.05），而各菌肥處理間差異均不顯著（P＞0.05）。紅三葉生長第2年，施以菌肥的處理相較CK全量化肥處理分枝數(shù)增加了20.14%～138.17%，且C組和D組與CK組間差異顯著（P＜0.05），D組顯著高于 A 組和B組（P＜0.05）。通過對微生物復合菌肥與化肥配施后紅三葉兩年的分枝數(shù)對比分析（圖3）可知，第2年分枝數(shù)明顯大于第1年，第1年處理B分枝數(shù)最多，第2年處理D分枝數(shù)最多。

圖3 岷山紅三葉兩年分枝數(shù)比較

2.4 微生物復合菌肥對岷山紅三葉地下生物量及根冠比的影響

豆科牧草地下生物量和根冠比是衡量根系性狀的重要指標。由表2可見，施以菌肥的處理相較CK全量化肥處理地下生物量增加了11.24%～49.08%，且C、D處理與全量化肥處理間差異顯著（P＜0.05）。施以菌肥的處理相較CK全量化肥處理根冠比增加了33.33%～95.23%，且D處理與全量化肥處理間差異顯著（P＜0.05）。

3 討論與結(jié)論

岷山紅三葉微生物復合專用菌肥研發(fā)成功，經(jīng)實驗室測定有較強的固氮、溶磷、分泌生長激素等能力，各菌株內(nèi)部無明顯的拮抗作用，實驗室及盆栽效果表現(xiàn)良好。

植物根系的發(fā)生、生長和生理活性等受到所施用肥料的種類、施用量、施用時期和施用方法的影響。接種大量有益菌株于作物根際可以起到調(diào)節(jié)生態(tài)平衡的綜合作用，相當于在植物根際形成一個生物屏障，可阻止有害菌的定殖和入侵，促進有益菌群對作物生長的復合有益功能的發(fā)揮，比如促生、固氮、溶磷、抗病等有益作用。大量研究已表明，復合菌肥和化肥配合使用，在保證作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，對整個環(huán)境也能發(fā)揮其生態(tài)作用［13-14］。本試驗設(shè)計了復合菌肥與化肥的配施比例，以進一步發(fā)掘菌肥的利用潛能。

根系能分泌生長素、有機酸、酶、生物堿等物質(zhì)，影響土壤中礦物質(zhì)和肥料的有效性，及根際微生物的種類和數(shù)量。反過來，菌肥中包含的植物促生根際微生物可生產(chǎn)大量的有機酸，溶解土壤中不溶性磷，從而增強土壤中無效磷的有效化，增加土壤中磷對作物的供應。在植物根系周圍生存繁衍的植物促生菌還可將少量固定的氮素供給植物，為植物提供良好的固氮促生作用。此外，植物根系周圍的促生菌可分泌植物生長激素IAA，IAA可引導根對重力作出反應使其向下生長，成為促進根系生長的外源。因此，復合菌肥中PGPR菌與根系互作效應的研究有待開展，以期定向培養(yǎng)出在某一方面具有高度活性的促生菌來滿足某種專門的需要。

岷山紅三葉微生物復合菌肥與化肥配施，對植株根系各指標均有不同程度的促進作用。本試驗綜合評價效果為：處理 D＞C＞B＞CK＞A，即 75%化肥+岷山紅三葉微生物復合專用菌肥配比對植株根系促進作用最為明顯。微生物菌肥作用于土壤，微生物的活動加劇，促進土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而直接作用于根系，微生物在植株根上附著和繁殖，促進根系生長；微生物復合菌肥中有較高固氮酶活性的根瘤菌加速活動，提高植株結(jié)瘤率，從而通過生物固氮作用為作物提供所需氮肥；復合菌肥中優(yōu)良溶磷菌則轉(zhuǎn)化土壤中難以吸收利用的磷，提高植株根系對磷等礦質(zhì)元素的有效利用率，從而將養(yǎng)分直接供給給植株。所以，適合比例的化肥與微生物菌肥相結(jié)合的配施方式有助于改善根系生長的土壤微環(huán)境，各種有益微生物綜合作用于根系，有效吸收釋放土壤中被固定的養(yǎng)分，提高根系的養(yǎng)分利用率，直接影響著整株植株。宏觀來看，提高了本種植區(qū)的草地生產(chǎn)力。由此推斷，適合比例的化肥與微生物菌肥配施的模式可以提高草地生產(chǎn)力水平。

本研究表明，施用合適配比的化肥與微生物菌肥，可減少化肥投入量20%～50%，降低施用化肥的經(jīng)濟成本。這為減少大量使用化肥對環(huán)境和土壤造成污染，促進土壤可持續(xù)利用，以及草牧業(yè)環(huán)保高效發(fā)展提供了理論依據(jù)。

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