土壤与作物2021年3月第10卷第1期SoilsandCrops,Mar 2021,10(1):99-107
黄国东,宋清晖,王晓慧,等 含枯草芽孢杆菌肥料对大豆叶片光合作用及土壤酶活性的影响[J] 土壤与作物,2021,10(1):99-107
HUANGGD,SONGQH,WANGXH,etal EffectsoffertilizerscontainingBacillussubtilisonphotosynthesisofsoybeanleavesandsoilenzymeactivities[J] SoilsandCrops,2021,10(1):99-107
收稿日期:2020-08-10;修回日期:2020-12-22
基金项目:寒区农业土壤面源污染微生物调控技术的研究(TD2019C002);黑龙江省自然科学基金研究团队项目 第一作者简介:黄国东(1997-),男,在读硕士,主要从事微生物生态学研究 E-mail:hgd2281407@163 com 通信作者:宋福强(1969-),男,教授,博士,主要从事微生物生态学研究 E-mail:0431sfq@163 com
含枯草芽孢杆菌肥料对大豆叶片光合作用及
土壤酶活性的影响
黄国东1,2,宋清晖3,王晓慧1,2,王学刚3,冯宇涵1,2,孙思淼1,2,李洪涛3,张占胜3,王 楠3,宋福强1
,2
(1 黑龙江大学农业微生物技术教育部工程研究中心,黑龙江哈尔滨150500;2 黑龙江大学黑龙江省寒地生态修复与资源利用重点实验室,黑龙江哈尔滨150080;3 黑龙江省庆东阳光农业生物科技股份有限公司,黑龙江肇东151100)
摘 要:为了减少大豆生产过程中化肥的施用量及对黑土地的保护,开展大豆田间试验,分别施用大豆专用复合肥(CK)、枯草芽孢杆菌+氨基酸型有机肥(T1)、枯草芽孢杆菌+黄腐酸钾肥(T2)、枯草芽孢杆菌+海藻精粉颗粒肥(T3)、枯草芽孢杆菌秸秆腐熟有机肥(T4)、枯草芽孢杆菌鸡粪腐熟有机肥(T5),综合评价各种肥料对大豆光合作用和土壤酶活的作用效果。结果表明:光合参数方面,T1、T4和T5处理的净光合速率较CK增加了5 0%、0 7%和8%,但差异不显著;蒸腾速率的最大值为T5,较CK增加了30%,最小值为T2,较CK降低了43 1%;气孔导度从高到低依次为T5>T4>T1>CK>T3>T2,其中T2、T3和T5与CK差异显著;T2处理胞间CO2浓度最低,较CK显著降低了12 0%,T1、T5处理较CK分
别增加了5%和7%。叶绿素含量中,T4和T5的叶绿素含量均显著低于CK,T1处理的叶绿素a含量最高,较CK增加了17 3%,T2处理的叶绿素b含量较CK提高了2%,T3处理与CK相比无明显变化。各处理的土壤脲酶活性均显著高于CK,T5处理为最大值,较CK提高17 7%;土壤蔗糖酶从高到低依次为T1>T3>CK>T5>T4>T2,其中T1较C
K提高了18 9%,T2较CK降低了27 8%;土壤碱性磷酸酶的最小值为T3处理,酶活仅为8 55mg·g-1,最大值为T4
处理,较CK增加了7%。作为环境友好肥料,枯草芽孢杆菌+氨基酸型有机肥、枯草芽孢杆菌秸秆腐熟有机肥和鸡粪枯草芽孢腐熟有机肥部分代替化肥,具有应用潜力。
关键词:大豆;枯草芽孢杆菌;光合参数;叶绿素;土壤酶活
中图分类号:S144 9 文献标识码:A 文章编号:2095-2961(2021)01-099-09DOI:10 11689/j issn 2095-2961 2021 01 010
EffectsoffertilizerscontainingBacillussubtilisonphotosynthesisof
soybeanleavesandsoilenzymeactivities
HUANGGuodong1,2,SONGQinghui3,WANGXiaohui1,2,WANGXuegang3,FENGYuhan1,2,SUNSimiao1,2
,
LIHongtao3,ZHANGZhansheng3,WANGNan3,SONGFuqiang
1,2
(1 EngineeringResearchCenterofAgriculturalMicrobiologyTechnologyMinistryofEducation,HeilongjiangUniversity,Harbin150500,China;2 KeyLaboratoryofEcologicalRestorationandResourceUtilizationintheColdRegionofHeilongjiangProvince,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3 HeilongjiangQingdongSunshine
AgriculturalBiotechnologyCo Ltd ,Zhaodong151100,China)
Abstract:Inordertoreducechemicalfertilizersinsoybeanproductionandconservetheblacksoil,weconductedafieldexperimentincludingfollowingtreatments:specialcompoundfertilizer(CK),Bacillussubtilis+aminoacidgranularfertilizer(T1),Bacillussubtilis+fulvicacidpotassiumfertilizer(T2),Bacillussubtilis+seaweedrefinedpowdergranularfertilizer(T3),strawBacillussubtilisdecomposedorganicfertilizer(T4),andchickenmanureBacillussubtilisdecomposedorganicfertilizer(T5) Theeffectsofvariousfertilizersonsoybeanphotosynthesisandsoilenzymeactivitieswerecomprehensivelyevaluated Theresultsshowedthat,asforphotosyntheticparameters,thenetphotosyntheticrateofT1,T4,andT5i
ncreasedby5 0%,0 7%,and8%comparedwithCK,
土壤与作物第10卷
withoutsignificantdifferencesamongthetreatments ThemaximumandminimumvaluesoftranspirationratewereT5andT2,whichwas30%higheror43 1%lowerthanthatofCK,respectively ThestomatalconductancevaluewasintheorderofT5>T4>T1>CK>T3>T2,andsignificantdifferenceswerefoundamongT2,T3,T5andCK TheconcentrationofintercellularCO2inT2waswiththesmallestvalue,significantlylowerthanCKby12 0%,whilethatofT1andT5was5%and7%higherthanCK ThechlorophyllcontentsinT4andT5weresignificantlylowerthanthatofCK;T1waswiththemaximumvalueofchlorophyllacontent,17 3%higherthanthatofCK ThechlorophyllbcontentinT2increasedby2%comparedwithCK,whileT3hadnoeffect Thesoilureaseactivityineachtreatmentwassignificantly
higherthanthatofCK,andT5waswiththemaximumvalue,17 7%higherthanthatofCK Theac tivityofsoilinvertasewasintheorderofT1>T3>CK>T5>T4>T2,and18 9%increaseinT1but27 8%declineinT2c
omparedwithCK T3hadtheminimumvalueofsoilalkalinephosphatasewith8 55mg·g-1,whileT4h
adthemaximumvalue,whichwas7%higherthanthatofCK Asenvironmentallyfriendlyfertilizers,Bacillussubtilis+aminoacidgranularfertilizer,strawsubtilisspore-decomposedorganicfertilizerandchickenmanuresubtilisspore-decomposedorganicfertilizerwouldreplacechemicalfertilizerspar tially,withpotentialapplicationinthefuture
Keywords:soybean;Bacillussubtilis;photosyntheticparameters;chlorophyll;soilenzymeactivity
0 引 言
大豆(Glycinemax)是我国重要的经济作物,东北是大豆的主产区,其中黑龙江省种植大豆的面积最
大。为了保证大豆的产量,采取的主要措施就是大量施用化肥[
1]
。过量施用化肥会加重土壤酸化和盐渍化,从而间接引起植物病害发生,作物减产,生产成本提高及环境污染等问题[2]
。因此,开发环境友好型肥料及合理的施肥措施是保证作物产量,恢复土壤肥力,维持农业可持续发展的重要途径[
3]
。利用微生物肥料修复或改良土壤生态系统,恢复土壤肥力成为降低化肥对土壤污染问题的有效措
施[4]
。
大豆施用微生物肥料,不仅可以减少化肥用量,还可以减少土壤中养分的损失,活化土壤养分,利于养分的有效化,促进大豆对土壤养分的有效利用,提高肥料利用率。孙壮等[
5]
研究表明,适当减少化肥的用量,配合适量的生物菌剂可以有效提高大豆产量,降低成本。马鸣超等[
6]
发现,对大豆施用胶质类芽孢杆菌和慢生大豆根瘤菌的复合菌剂不但能够改善大豆品质,增加大豆产量,还能提高土壤肥力,改善土壤微生物区系。因此,施用微生物肥料是一种具有良好应用前景的施肥方式。
植物根际促生菌(Plantgrowthpromotingrhizobacteria,PGPR)因其可以通过固氮、溶磷、解钾及产生
抗生物质促进植物生长,提高植株抗病性和抗逆性等功能[
7]
,在农业生产中被广泛应用。枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)作为植物根际促生菌的一种,在促进植物生长和改善土壤环境方面有良好的效果。尹施
淇[8]
发现,用枯草芽孢杆菌菌剂部分代替化肥能够改善土壤环境,提高辣椒对土壤养分的吸收能力。缑晶毅[9]研究认为,施用枯草芽孢杆菌菌剂明显提高了蒺藜苜蓿和白三叶草的叶绿素含量。
前人对枯草芽孢杆菌的研究主要集中在高效菌株的筛选和单独施用枯草芽孢杆菌菌剂对植物和土壤的影响,而枯草芽孢杆菌与其他肥料联合施用对植物和土壤的影响鲜有报道。本研究将枯草芽孢杆菌与多种肥料联合施用,以大豆为研究对象,综合评价各种肥料组合对大豆光合作用和土壤酶活的效果,以期筛选出最优的肥料组合,为开发出适应于东北黑土区大豆生产的微生物肥及减少化肥用量提供数据支撑。
1 材料与方法
1 1 试验地点
试验样地位于黑龙江省绥化市肇东市试验基地(45°10′~46°20′N,125°22′~126°22′E),试验地属寒温带气候,年平均降水量为536mm,全年无霜期平均在140天左右。试验
地土壤类型为黑钙土,土壤pH
为5 3,速效N、速效P、速效K含量分别为141 5mg·kg-1、32 6mg·kg-1及103 2mg·kg-1,有机质含量为37 9g·kg-1。
001
第1期黄国东等:含枯草芽孢杆菌肥料对大豆叶片光合作用及土壤酶活的影响1 2 试验作物和肥料
供试作物大豆品种为黑农252,市购;表1是供试肥料详细信息,枯草芽孢杆菌与各肥料均为掺混使用。试验中所用的菌株为本实验室筛选获得,菌株为枯草芽孢杆菌(
Bacillussubtilis)ACCC11025。表1 供试肥料信息
Table1 Informationoftestfertilizers
肥料种类Typeoffertilizer成分Ingredient
用量Rate来源Source大豆专用复合肥(CK)Soybeanspecialcompound
fertilizer(CK)
氮磷钾/14-26-15(%)Nitrogen,phosphorusandpotassium/14-26-15(
%)250kg·hm-2
市购Marketshopping
枯草芽孢杆菌+氨基酸型有机肥(T1
)Bacillussubtilis+aminoacidgranularfertilizer(T1
)有效活菌数≥0 2亿·g-1
,辅料为氨基
damn
vestige酸颗粒,氨基酸含量≥3
0%,总养分≥15%Thenumberofeffectiveviablebacteria
≥2
0million·g-1,theexcipientswereaminoacidgranules,contentofaminoacid≥30%,totalnutrients≥1
5%750kg·hm-2自主研发Independentresearchanddevelopment
枯草芽孢杆菌+黄腐酸钾肥(T2
)Bacillussubtilis+fulvicacidpotassiumfertilizer(T2
)氮磷钾/
26-12-10(%),有效活菌数≥0
2亿·g-1
,黄腐酸钾含量≥1%Nitrogen,phosphorusandpotassium/26-12-10(
%),thenumberofeffectiveviablebacteria≥2
0million·g-1
,thecontentofpotassiumfulvicacid≥1%
600kg·hm-2自主研发Independentresearchanddevelopment
枯草芽孢杆菌+海藻精粉颗粒肥(T3
)Bacillussubtilis+seaweedrefinedpowdergranularfertilizer(T3
)氮磷钾/26-12-10(%),有效活菌数
≥0
2亿·g-1
,海藻精粉含量≥1%Nitrogen,phosphorusandpotassium/26-
12-10(
%),thenumberofeffectiveviablebacteria≥2
0million·g-1,thecontentofseaweedpowderessence≥1
%600kg·hm-2自主研发Independentresearchanddevelopment
枯草芽孢杆菌秸秆腐熟有机肥(T4
reveals)StawBacillussubtilisdecomposed
organicfertilizer(T4
)有机质≥4
5%,总养分≥5%,有效活菌数≥0 2亿·g
-1
Organicmatter≥45%,totalnutrients≥5
%,thenumberofeffectiveviablebacteria≥2
0million·g-1750kg·hm-2+100kg尿素750kg·hm-2+100kgurea自主研发
I
ndependentresearchanddevelopment
枯草芽孢杆菌鸡粪腐熟有机肥(T5
)ChickenmanureBacillussubtilisdecomposedorganicfertilizerof(T5
)有机质≥4
82届奥斯卡
5%,总养分≥5%,有效活菌数≥0 2亿·g
-1Organicmatter≥45%,totalnutrients≥5
%,thenumberofeffectiveviablebacteria≥2
0million·g-1
750kg·hm-2+100kg尿素750kg·hm-2+100kgurea自主研发
I
ndependentresearchanddevelopment
1 3 试验设计
田间种植,共设6个处理,每个处理3次重复,共计18区,各区随机分布。每个区面积667m2
,垄作,垄间距0 6m,株距0 25m,播种密度为4 2×105
株·hm-2。其他管理措施同当地大田一致。
1
01
土壤与作物第10卷
1 4 测定项目
大豆菌根侵染率:采用Phillip[10]
的酸性品红染色方法测定。
大豆叶片光合参数:于大豆结荚期(
7月29日)采用CL-3400手持光合测量系统(美国)测定各处理主茎功能叶(倒3叶)的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。
大豆叶片叶绿素含量:采用分光光度法测定叶绿素a和叶绿素b的含量以及总叶绿素含量。
土壤酶活性:根据土壤标准采样法,于大豆结荚期(7月29日)在每块样地用土钻采集耕层(0~20cm
)土壤样品1kg。具体为每个小区随机取10个样品充分混合后带回实验室放入4℃冰箱保存。采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定土壤中的蔗糖酶活性,结果用24h以后1g土壤中葡萄糖的毫克数表示(mg
·g-1
nigger什么意思啊);采用磷酸苯二钠比色法测量土壤中碱性磷酸酶活性,结果用2h后1g土中释放出的酚的毫克数表示(mg·g-1);采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定土壤中脲酶活性,结果用24h后1g土中释放的NH3-N-的毫克数表示(
mg·g-1)[11]
。对每个处理获得的数据进行统计学分析。1 5 数据分析
试验数据采用Excel2016和SPSS25 0软件对所有数据进行差异显著性分析,采用One-WayANOVA分析和Duncan法进行方差分析(P<0 05),利用Excel2016软件作图。图表中数据为平均数±标准差。
2 结果与分析
2 1 不同肥料处理对大豆侵染率和叶片光合参数的影响
各处理的菌根侵染率均在90%以上(图1),说明各处理的大豆根系均能与丛枝菌根(AM)真菌建立良好的共生关系。菌根侵染率从大到小依次为T4>T3=T5>CK>T2>T1。各处理与CK的差异均未达到显著水平(P>0 05)
。
describe是什么意思
showers
注:不同小写字母表示处理间在0 05水平上差异显著。下同。
Note:DifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferencesbetweentreatmentsatP<0 05 Thesameisasbelow
图1 不同肥料处理的大豆根系AM真菌侵染率
efinin
Fig 1 InfectionratesofAMfungiinsoybeanrootswithdifferentfertilizers
与CK相比,T2和T3处理的净光合速率显著降低了19 0%和16 3%(P<0 05,表2),T2
处理净光合速率最低为11 9μmol·m-2·s-1,T5为净光合速率的最高为15 9μmol·m-2·s-1
。与CK相比,除T5处
理的蒸腾速率显著增加29 8%外,其他处理的蒸腾速率均显著降低(P<0 05)。T5处理的气孔导度较CK显著增加32 0%,T2和T3处理分别显著降低47 6%和39 5%(P<0 05)。除T2处理外,其余各处理的胞间CO2
浓度与CK差异不显著(P<0 05)。201
第1期黄国东等:含枯草芽孢杆菌肥料对大豆叶片光合作用及土壤酶活的影响
表2
不同肥料处理大豆叶片光合参数Table2 Photosyntheticparametersofsoybeanleaveswithdifferentfertilizers
处理Treatments
净光合速率Netphotosynthetic
rate/(μ
mol·m-2·s-1
)蒸腾速率Transpirationrate/
(mmol·m-2·s-1
)
气孔导度Stomatalconductance/
(mmol·m-2·s-1
)
hishine胞间CO2
浓度IntercellularCO2
concentration/(μ
mol·mol-1
)CK14 7±1 33a2 48±0 16b294±30 6b311±5 68abcT115 5±0 88a2 06±0 29c318±58 4b327±13 8abT211 9±2 13b1 41±0 25d154±43 8c275±38 4dT312 3±2 25b1 48±0 14d178±20 1c296±27 4bcT414 8±2 07a2 18±0 26c324±58 5b306±11 3bcT5
叉子 英文15 9±1 81a
3 22±0 47a
388±31 3a
333±16 0a
注:表中数据为平均数±标准差(n=3),同列数值后不同小写字母表示处理间差异在0 05水平上显著。
Note:Thedatainthetableisthemean±standarddeviation(n=3),anddifferentlowercaselettersinthesamecolumnindicatesignificantdiffer encesbetweentreatmentsat
P<0 05 各处理的叶绿素a含量,T2、T3与CK无显著差异(P>0 05)(图2)。T1
处理的叶绿素a含量最高,比CK高17 3%,而T4、T5处理叶绿素a的含量较CK分别降低21 3%和24 0%,其中T5为叶绿素a含量最低。T4和T5处理的叶绿素b和总叶绿素含量显著低于CK(P<0 05),其中,叶绿素b分别降低了32%和30 5%,总叶绿素分别降低了25 1%和27 0%
。
图2 不同肥料处理大豆叶片叶绿素含量
Fig 2 Chlorophyllcontentsofsoybeanleaveswithdifferentfertilizers
2 2 不同肥料处理对土壤酶活性的影响
各处理的土壤脲酶活性均显著高于CK(P<0 05,图3),T1、T2、T3、T4、T5
处理分别较CK增加了8%、12 5%、6 8%、8%和17 7%,但T1、T3和T4
这3个处理之间无显著差异。土壤蔗糖酶从高到低依次为T1>T3>CK>T5>T4>T2,其中T1、T2和T3与C
K有显著差异(P<0 05,图3)。T1处理土壤蔗糖酶活性最高,为9 29mg·g-1
,较CK高18 9%;T2处理土壤蔗糖酶活性最低,为5 03mg·g-1,比CK降低了28 7%。
各处理中,T1、T4处理的碱性磷酸酶活性较CK显著增加了2 3%和7 0%(P<0 05,图3),T2和T5
处理的碱性磷酸酶活性虽然有所提升,但不显著(P>0 05)。T3处理的碱性磷酸酶活性最低仅
为8
55mg·g-1
。
3
01