不同菌肥對(duì)油茶葉內(nèi)源激素及氮磷鉀含量和林下土壤理化性質(zhì)的影響

王曉艷

(福建省三明市林業(yè)局，福建 三明 365000)

油茶(Camelliaoleifera)是我國(guó)特有的木本油料植物，屬山茶科(Theaceae)山茶屬。油茶林的經(jīng)濟(jì)效益提升依賴于高強(qiáng)度的人為經(jīng)營(yíng)，特別是對(duì)土壤肥力的管控，其中速效化學(xué)肥料的施用占比較大。然而，高密度施肥增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也隨之出現(xiàn)了土壤環(huán)境的惡化，極大限制了油茶產(chǎn)量的穩(wěn)定性和持久性[1]，切實(shí)可行的土壤改良方法是解決該問題的重要途經(jīng)[2]。

目前，土壤改良可由微生物菌肥調(diào)控[3]，但由于菌肥中菌種種類和穩(wěn)定性及有效定值目前存在很大差異，因此其改良效果也大有不同。復(fù)合微生物菌是根據(jù)土壤生態(tài)學(xué)、植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理和現(xiàn)代有機(jī)可持續(xù)發(fā)展農(nóng)林業(yè)研制出來的生物肥料[4]。它通過微生物活動(dòng)供給植物養(yǎng)分和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，從而達(dá)到改善植物品質(zhì)的目的，為農(nóng)業(yè)綠色施肥和生產(chǎn)指明方向[5]。此外，據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，不同的施肥處理會(huì)給土壤環(huán)境造成不同的影響，從而導(dǎo)致土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，而土壤微生物的變化在肥料被利用過程中有著十分重要的作用，其中有機(jī)肥與菌肥配合施用對(duì)土壤微生物效果最佳[6]。應(yīng)用復(fù)合微生物菌肥可直接影響土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤含水率、電導(dǎo)率和pH等，改善土壤狀況，并通過土壤微生物活動(dòng)改變植物體內(nèi)激素和大量元素含量，從而調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育。

近年來，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中為追求高產(chǎn)，常配施高量的氮磷鉀肥，但肥料利用率不高，不僅會(huì)造成肥料的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)加重農(nóng)林業(yè)面源污染。目前應(yīng)用于油茶的肥料類型比較多，各肥料的肥效缺乏研究，對(duì)油茶林區(qū)施用功能微生物菌肥的相關(guān)報(bào)道較少，本文旨在通過對(duì)施用具有固氮能力、助益磷代謝和促鉀吸收的6種復(fù)合微生物菌肥，研究其對(duì)油茶林地土壤和油茶生長(zhǎng)的影響，從土壤理化性質(zhì)、植物內(nèi)源激素和N，P，K元素水平上對(duì)比分析，探尋有利于油茶林地生長(zhǎng)的復(fù)合微生物菌肥，為減少化學(xué)肥料的施用、提高肥料利用率和減少面源污染提高理論依據(jù)，為加快油茶林生長(zhǎng)提供有效途徑，為后續(xù)的經(jīng)營(yíng)管理方式提供充足的依據(jù)[7]。

1 材料與方法

1.1 樣本信息

所有試驗(yàn)樣品均于2021年6月21日采集自福建省清流縣山珍源有限公司(東經(jīng)116.90°，北緯25.92°，海拔652.485 m)，油茶林采樣區(qū)選擇在6個(gè)不同菌肥試驗(yàn)區(qū)內(nèi)和1個(gè)空白對(duì)照區(qū)，區(qū)內(nèi)油茶生長(zhǎng)狀態(tài)良好。試驗(yàn)所用的6種改良型復(fù)合微生物菌肥 (以下簡(jiǎn)稱為微生物菌肥)由福建農(nóng)林大學(xué)海峽聯(lián)合研究院提供(見表1)。

表1 不同菌肥組合及其功能

每種菌肥由1 L液體菌與10 kg有機(jī)肥混合而成，每種液體菌的OD值為0.6。1月在油茶林地投影區(qū)下方離主干4 m的位置溝施，因?yàn)?月為雨季，所以在6月中下旬采集土樣和葉樣。

1.2 樣品采集與處理

于6個(gè)菌肥區(qū)和空白對(duì)照區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)良好的油茶林分別設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)取樣品5份混成待測(cè)樣品1個(gè)。即共設(shè)置采樣點(diǎn)21個(gè)，采集測(cè)定樣21個(gè)。分別取深20—40 cm層次的林下土壤50 g于封口袋中。在21個(gè)采樣點(diǎn)分別選取5個(gè)單株生長(zhǎng)狀態(tài)良好的葉片混合成測(cè)試樣品1個(gè)，共21個(gè)葉片樣品，裝入紙袋，冰盒運(yùn)送，于-20 ℃冰箱中冷藏保存。

1.3 土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤樣品放入已知質(zhì)量的鋁盒中并測(cè)量其質(zhì)量m1，置于實(shí)驗(yàn)室烘箱中，在105 ℃溫度下烘3 d至恒定質(zhì)量，取出后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。從干燥器內(nèi)取出鋁盒，稱量鋁盒加烘干土的質(zhì)量m2[8]。

烘干土過2 mm篩孔，稱取10 g于50 mL燒杯中，加入水50 mL，充分混合后靜置30 min。使用OHAUS ST3100 pH計(jì)測(cè)定pH值(可直接讀取pH值)[9]。再稱取20 g土于250 mL的錐形瓶中并加入純水100 mL，將錐形瓶放到20 ℃的振蕩培養(yǎng)箱中震蕩30 min后，取出靜置30 min，放到3 000 r/min的離心機(jī)上離心30 min，將上清液過濾到100 mL的錐形瓶中。使用OHAUS ST3100C電導(dǎo)率儀直接讀取電導(dǎo)率值。

1.4 油茶葉片激素及N，P，K含量的測(cè)定

將植物樣品在液氮中分別研磨成粉末，冷凍備用。每個(gè)植物樣品稱取0.03 g于1.5 mL離心管(各3個(gè)重復(fù))，加入200 μL PBS(pH 7.4)，渦旋振蕩混勻，5 000 r/min離心20 min，收集上清液，待測(cè)。通過Plant GA ELISA KIT(ml072782，MLBIO，Shanghai),Plant IAA ELISA KIT(ml022829，MLBIO，Shanghai),Plant ABA ELISA KIT(ml064270，MLBIO，Shanghai)與Plant BR ELISA KIT(ml036309，MLBIO，Shanghai)試劑盒處理，使用TECAN Infinite 200Pro酶標(biāo)儀，將空白孔調(diào)零，在450 nm波長(zhǎng)下測(cè)定OD值[10]。以試劑盒內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)物的濃度為橫坐標(biāo)，測(cè)得的OD值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到直線回歸方程式，計(jì)算樣品含量。

將采集回來的油茶葉片洗凈，用牛皮紙包好后置入110 ℃條件下殺青30 min，置入90 ℃烘箱中，烘干至恒重后研磨并過0.25 mm孔篩，葉N含量的測(cè)定采用碳氮元素分析儀(VARIO MAX，Elementar，德國(guó))測(cè)定[11]；樣品采用微波消解儀(ETHOS UP，Milestone，意大利)消解萃取，再用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(PE OPTIMA 8000，PerkinElmer，美國(guó))測(cè)定葉P，K含量[12]。葉片相對(duì)N,P,K含量為所有數(shù)據(jù)除以對(duì)照的平均值，因此為相對(duì)含量(沒有單位)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2016 進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與圖表制作，并用 SPSS 26.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)和多重比較(LSD-t)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌肥對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

對(duì)土壤樣品進(jìn)行含水率、電導(dǎo)率與pH值等3種理化性質(zhì)的測(cè)定，結(jié)果如表2所示。

表2 不同菌肥處理的土壤含水率、電導(dǎo)率與pH

試驗(yàn)結(jié)果表明，在土壤含水率方面: 4號(hào)土壤含水率最高，且4號(hào)與1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)含水率相比差異顯著，2號(hào)、4號(hào)與對(duì)照組相比無顯著差異，2號(hào)、6號(hào)與對(duì)照相比無顯著差異，3號(hào)、5號(hào)含水率無顯著差異，1號(hào)土壤含水率最低且與對(duì)照組有顯著差異。在電導(dǎo)率方面， 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)電導(dǎo)率無顯著差異，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、6號(hào)電導(dǎo)率無顯著差異，5號(hào)電導(dǎo)率最高，對(duì)照組電導(dǎo)率最低，1—6號(hào)電導(dǎo)率與對(duì)照組差異顯著。在pH值方面，5號(hào)pH值最高且與4號(hào)無顯著差異，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)與對(duì)照的pH值無顯著差異，4號(hào)、5號(hào)pH值與1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)、對(duì)照的pH值差異顯著。

2.2 不同菌肥對(duì)油茶葉內(nèi)源激素的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明(見表3)，GA激素含量方面，1—6號(hào)的GA含量與對(duì)照組相比具有顯著差異，1號(hào)與3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)及對(duì)照之間的GA含量相比具有顯著差異，2號(hào)與3號(hào)、對(duì)照的GA含量相比具有顯著差異，1號(hào)、2號(hào)、6號(hào)之間的GA含量無顯著差異，2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)之間的GA含量無顯著差異，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)之間的GA含量無顯著差異；IAA激素含量方面，2號(hào)與對(duì)照菌肥之間IAA激素含量有顯著差異，1—6號(hào)IAA激素含量平均值無顯著差異，1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、對(duì)照之間IAA激素含量無顯著差異；ABA激素含量方面，1—6號(hào)ABA激素含量平均值均顯著高于對(duì)照菌肥, 而1—6號(hào)之間的ABA激素含量平均值無顯著差異；BR激素含量方面，6種菌肥與對(duì)照之間BR激素含量平均值無顯著差異。

表3 不同菌肥處理下油茶葉內(nèi)GA，IAA，ABA，BR含量

2.3 不同菌肥對(duì)油茶葉片N，P，K含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明(見圖1)，N元素相對(duì)含量：1—6號(hào)菌肥使用后油茶葉片內(nèi)的N相對(duì)含量與對(duì)照組相比都會(huì)上升，尤以2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)菌肥處理下葉片N相對(duì)含量與對(duì)照組相比具有顯著性差異，1號(hào)、5號(hào)、6號(hào)菌肥處理下葉片N相對(duì)含量與對(duì)照組相比無顯著差異。

不同小寫字母表示差異性顯著(t test, P<0.05)圖1 油茶葉片中的N,P,K相對(duì)含量

P元素相對(duì)含量：1—6號(hào)菌肥使用后油茶體內(nèi)的P相對(duì)含量與對(duì)照組相比都會(huì)上升，6號(hào)菌肥處理下P相對(duì)含量最高，且與5號(hào)菌肥處理無顯著差異。5號(hào)、6號(hào)菌肥處理下P相對(duì)含量與2號(hào)菌肥、對(duì)照組相比具有顯著性差異，1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)菌肥處理下P相對(duì)含量與對(duì)照組相比無顯著差異，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)菌肥處理下P相對(duì)含量無顯著差異。

K元素相對(duì)含量：1—6號(hào)菌肥使用后油茶體內(nèi)的K相對(duì)含量與對(duì)照組相比都會(huì)上升，6號(hào)菌肥處理下K相對(duì)含量最高，且與其他處理組相比具有顯著差異，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)菌肥處理與對(duì)照組相比無顯著差異。

3 結(jié)論與討論

肥料對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有至關(guān)重要的作用，與土壤營(yíng)養(yǎng)的循環(huán)及健康狀態(tài)密切相關(guān)，研究不同組合功能微生物菌肥對(duì)油茶的響應(yīng)，可以了解不同組合功能微生物菌肥對(duì)油茶的影響。土壤是氣候、植被、地形和土壤結(jié)構(gòu)的綜合反映[13]，而土壤水分作為土壤的重要組成部分，是植物生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)汲取的必要條件，通常用土壤含水率來表征土壤的水分狀況。通過施加6種復(fù)合微生物菌肥，1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)菌肥與對(duì)照組相比土壤含水率顯著性降低，這與李甜江等[14]研究結(jié)果不一致，這很有可能與微生物群落有關(guān)，本研究地土壤為花崗巖類風(fēng)化的殘坡積物發(fā)育的亞熱帶紅壤[15]，可蝕性高，施肥后土壤有機(jī)質(zhì)含量較高，土層中腐殖質(zhì)較多[16]，使得耕作層土壤比較疏松，土壤微生物豐度大，其土壤含水量低。但是，油茶耕作層土壤含水量在一個(gè)適中范圍，表明施肥后其土壤的保水性和通氣性良好。精密農(nóng)林業(yè)研究不可或缺的參數(shù)是土壤電導(dǎo)率[17]，本文結(jié)果表明1—6號(hào)菌肥處理下的土壤導(dǎo)電率均顯著高于對(duì)照組，因施加菌肥后微生物大量擴(kuò)散和繁殖造成了土壤可溶性離子數(shù)目較多,導(dǎo)致土壤電導(dǎo)率增加，這與許逸林等[18]研究結(jié)果一致。研究區(qū)地處福建省清流縣，屬酸性紅壤區(qū)，若想緩解土壤pH，可適量補(bǔ)充菌肥[19]。欲施用菌肥改良酸性土壤，因酸性土壤中存在大量酸性物質(zhì)，故必須使用耐酸性微生物菌株制備微生物菌肥，篩選出效果最優(yōu)菌株，并將其投入肥料生產(chǎn)以減少化學(xué)肥料的使用，進(jìn)而減少環(huán)境污染。通過施加不同組合的微生物菌肥與空白對(duì)照樣地做比較，pH整體呈酸性，但4號(hào)、5號(hào)與對(duì)照組相比有顯著緩解作用。土壤pH從4.07提升到了4.53，使油茶的生長(zhǎng)更符合其生物學(xué)特性，這與劉應(yīng)珍等[20]研究結(jié)果一致。

研究表明不同激素對(duì)植物有不同的調(diào)控作用, 張笑等[21]曾指出ABA可抑制細(xì)胞伸長(zhǎng)，促進(jìn)葉子脫落；GA，IAA與BR參與調(diào)控細(xì)胞伸長(zhǎng)、分裂，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。在本試驗(yàn)結(jié)果中，施加不同菌肥的樣地，葉內(nèi)1—6號(hào)GA、2號(hào)IAA、1—6號(hào)ABA激素含量顯著高于空白對(duì)照，BR激素含量與對(duì)照無顯著差異。這與袁小軍等[22]的研究結(jié)果一致，土壤中適量加施氮、鉀肥可提高IAA 含量；ABA 被認(rèn)為是植物感知逆境的信息物質(zhì)，施用復(fù)合微生物菌肥可顯著提高油茶葉片 ABA 含量，這與羅帥等[23]的研究結(jié)果一致。此外，在葉片中存在GA與BR的關(guān)聯(lián)，BR通過促進(jìn)GA合成來調(diào)控植物的生長(zhǎng)[24]。在一定范圍內(nèi)合理利用氮肥，可促進(jìn)油茶的光合作用，加速有機(jī)物的轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分的積累[25]，在本試驗(yàn)結(jié)果中，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)N相對(duì)含量與對(duì)照相比顯著上升，這與曹永慶等[26]的研究結(jié)果總體上相符合。本文采用不同配比方式，施加復(fù)合微生物菌肥后，土壤微生物活動(dòng)加強(qiáng)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量變高，土壤pH降低速率就變小，可減緩?fù)寥浪峄M(jìn)程，提高土壤pH值，尤以5號(hào)菌肥的pH最大。2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)菌肥配比不同，4號(hào)菌肥配比較2號(hào)和3號(hào)菌肥更利于提高土壤的pH。施用5號(hào)菌肥(Am1+G3)比對(duì)照的pH顯著提高，說明5號(hào)菌肥可促進(jìn)P吸收，相關(guān)文獻(xiàn)也表明施用P肥，可顯著提高試驗(yàn)地pH含量。土壤中的磷元素主要是以有機(jī)磷和無機(jī)磷的形式存在，有機(jī)磷不容易被植物體吸收，經(jīng)G3菌肥轉(zhuǎn)化后變成無機(jī)磷[27]。油茶需要足夠的磷元素來維持正常的生長(zhǎng)發(fā)育，且福建是缺磷地區(qū)，而磷元素的獲得主要依賴于油茶根系從土壤內(nèi)吸收游離態(tài)無機(jī)磷，本研究通過隨油茶林地施加不同的復(fù)合微生物菌肥，發(fā)現(xiàn)在施用5號(hào)和6號(hào)菌肥后磷含量顯著上升，這也在羅東漢[28]的研究中得到驗(yàn)證。鉀元素是公認(rèn)的植物品質(zhì)元素，合理施用鉀元素可以提高油茶林的抗旱性，提高油茶果的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加其種子含油量，降低裂果率。而鉀元素的吸收依賴于氮元素和磷元素[29]，6號(hào)菌肥與其他處理組相比具有顯著差異，此結(jié)果也與黃瞇等[30]的研究相符。

綜上所述，人為添加有益菌能快速培養(yǎng)形成優(yōu)勢(shì)菌群，通過施加功能性菌肥等有目的地調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而改變油茶葉片內(nèi)源激素的含量，從而協(xié)調(diào)氮、磷、鉀在油茶葉片內(nèi)的積累和分配，促進(jìn)油茶對(duì)氮、磷、鉀的吸收，尤以5號(hào)菌肥效果最好。5號(hào)菌肥不僅能改變土壤微生物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，還能為作物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，改善土壤環(huán)境，在合理范圍內(nèi)提升電導(dǎo)率和pH，調(diào)控試驗(yàn)地土壤酸性，保證油茶處于適宜生存的土壤條件，也可為花崗巖類風(fēng)化的殘坡積物發(fā)育的亞熱帶紅壤地區(qū)油茶的栽培推廣提供理論參考，減少化學(xué)肥料的使用，緩解土壤污染狀況，活化土壤肥素，促進(jìn)油茶林健康生長(zhǎng)[16]。但由于油茶林還處于幼苗期，短時(shí)間內(nèi)對(duì)油茶增益影響較小，長(zhǎng)期施肥將對(duì)油茶成林的影響更為顯著。因此，下一步在長(zhǎng)期施加菌肥的基礎(chǔ)上對(duì)油茶果實(shí)大小、出籽率、含油率進(jìn)行研究。