不同品種及農作方式對鹽堿地甘薯根際微生物的影響

紀婧琦，夏志潔，司紅麗，戴美學

(山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250014)

植物根系、土壤及土壤中的生物，尤其是微生物構成了植物根際的微環境［1－3］，這是土壤和植物之間物質和能量交換最為活躍的部分［4］。微生物對環境的變化較為敏感，土壤中微生物數量的變化，可以作為土壤生態恢復過程的早期指標。甘薯作為一種重要的能源經濟作物，其塊狀根既可直接食用，也可以作為食品、飼料和工業原料，用途十分廣泛。近年來，許多學者研究了覆蓋種植［5－6］、施肥［7］、藥劑處理［8］等不同的農作方式對土壤微生物的影響，但對鹽堿地這一領域涉及較少。本研究選取鹽堿地為試驗田，重點研究在以鹽堿地為背景的情況下甘薯品種及農作方式對土壤微生物數量的影響，為鹽堿地改良以及甘薯的進一步增產、推廣提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗田概況

試驗田位于山東省東營市墾利縣黃河口鎮青坨農場。區內以鹽化潮土和濱海鹽土為主土壤，含鹽量高，且土壤整體偏堿。試驗田所種甘薯均由山東省農業科學院提供。

1.2 試驗區設計

本試驗分別從品種評比試驗區、密度及覆膜試驗區、化學調控試驗區、有機肥基肥試驗區及鉀肥追肥試驗區取樣。每個試驗區再按處理方式具體劃分小區，每個小區面積為16 m2。

1.2.1 密度及覆膜試驗區

密度1:每米4株，每小區80株，折合每畝3333株;密度2:每米5株，每小區100株，折合每畝4167株;密度3:每米6株，每小區120株，折合每畝5000株。覆膜試驗區:露地種植密度選擇密度2，覆膜試驗區即為密度2區。

1.2.2 品種評比區

該區所種甘薯均為山東省農業科學院提供的濟薯21、濟薯23、徐薯26、徐薯27、徐薯28、濟薯04150。

1.2.3 有機肥基肥試驗區

對照組:不施肥;A:每畝施45kg復合肥;B:每畝基施100kg有機肥和45kg復合肥;C:每畝基施150kg有機肥和45kg復合肥;D:每畝基施200kg有機肥和45kg復合肥。

1.2.4 鉀肥追肥試驗區

對照組:不追肥;Ⅰ:每畝基施有機肥150kg+復合肥45kg，追加鉀肥K2HPO4(質量分數2%K2HPO4溶液葉面噴施);Ⅱ:每畝基施有機肥150kg+復合肥45kg，追加鉀肥KNO3(質量分數1.5%KNO3溶液葉面噴施);Ⅲ:每畝基施有機肥150kg+復合肥45kg，追加鉀肥KNO3(每畝10kgkNO3溝施)。

除密度試驗區外，各試驗區種植密度均為密度2，除露地試驗區外的各試驗區均以地膜覆蓋。

1.3 測定方法

1.3.1 采用五點取樣法采集土樣

在甘薯成熟期，以試驗區為單位采集土樣。裸地土樣在同一時間試驗大田外圍未種植任何植物的區域采集。采用五點取樣法，去除3～5 cm表層上，在靠近植株根系區域取5～10 cm處的土壤，將每個試驗區中5個取樣點的土樣混勻，密封，做好標記置于冰盒運回實驗室，4℃保存。

1.3.2 采用稀釋平板法測定土壤微生物數量

土樣過3 mm篩后稱取1 g，加入100mL無菌水，置200 r/min的搖床振蕩15 min，使土粒均勻分散成懸液，靜置30 s，在超凈工作臺中，用10倍稀釋法稀釋，得到不同梯度的土壤稀釋液。根據預實驗結果確定的適宜稀釋倍數進行涂布培養(細菌和耐鹽細菌適宜稀釋度為10－4，放線菌和耐鹽放線菌的適宜稀釋度為10－3，真菌適宜稀釋度為10－2)。每處理3個重復，置適溫下培養，根據各種菌的生長特性，培養5～7 d后觀測結果，統計各微生物的數量。

培養基:細菌(牛肉膏蛋白胨培養基)、放線菌(高氏一號培養基)、真菌(馬丁氏培養基)、耐鹽細菌(NaCl含量為1 mol/L，其他成分同牛肉膏蛋白胨培養基);耐鹽放線菌(NaCl含量為1 mol/L，其他成分同高氏一號培養基)。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003對數據、圖表進行處理，采用SPSS軟件進行相關性分析，采用DPS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 覆膜和密度對甘薯根際微生物的影響

由圖1、表1看出，與裸地相比，種植甘薯后土壤中微生物總量顯著提高，密度2區＞密度1區＞密度3區 ＞ 露地，分別提高了 413.11%、278.74%、221.16%、117.58%，土壤中耐鹽菌所占比重明顯下降，密度1區(25.33%)＞露地(22.37%)＞密度2區(18.41%)＞密度3區(17.10%)，對微生物總量和耐鹽菌含量進行相關性分析，得到r=0.236，兩者為極弱相關性。露地區與密度2區的處理區別僅為地膜覆蓋與否，但兩者微生物數量呈現極顯著差異(P＜0.01)，密度2區中甘薯根際微生物的數量提高135.83%。在密度試驗區中，微生物總量為密度2區＞密度1區＞密度3區，其中細菌數量與其一致，而放線菌和放線菌數量則為密度2區＞密度3區＞密度1區。顯著性分析顯示，密度1區和密度3區差異顯著(P=0.032＜0.05)，其余處理間均為極顯著差異。

圖1 覆膜及密度試驗區微生物數量及耐鹽菌含量Fig.1 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerantmicroorganism in film mulching and density test site

表1 覆膜及密度試驗區土壤微生物數量(×104cfu/g)Table 1 Rhizosphere soil microorganism amount in film mulching and density test site

2.2 甘薯品種對根際微生物的影響

由圖2、表2可以看出不同品種甘薯根際微生物數量有所不同，根際細菌數量為濟薯23＞徐薯26＞濟薯04150＞濟薯21＞徐薯28＞徐薯27，根際放線菌數量為徐薯27＞濟薯21＞濟薯23＞徐薯26＞徐薯28＞濟薯04150，而根際真菌數量為徐薯28＞濟薯04150＞濟薯23＞濟薯21＞濟薯23，相關性分析顯示，微生物數量與根際細菌數量在0.01水平上正相關(r=0.979，強相關);微生物數量與耐鹽菌含量在0.05水平上呈負相關(r=－0.572，相關);而三大微生物之間無相關性或相關性極弱(r＜0.3)。由圖2可以看出，濟薯23號根際土壤微生物數量最高，而耐鹽細菌含量最少。顯著性分析顯示，不同品種間均為極顯著差異(P＜0.01)。

圖2 品種評比區微生物總數量及耐鹽菌比重Fig.2 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in sweet potato varieties test site

表2 6種甘薯根際土壤各種微生物數量(×104cfu/g)Table 2 The amount of rhizosphere soil microorganism of six new sweet potato varieties

2.3 有機基肥對甘薯根際微生物的影響

由圖3、表3可以看出，處理A僅施加復合肥，與對照組相比，甘薯根際微生物總數量提高了32%，耐鹽菌所占比例下降了12.15%。與處理A相比，處理B、C、D施加有機基肥后，甘薯根際微生物總量變化為處理D＞處理 B＞處理 C，分別增長了 77.35%、58.53%、51.10%，處理C和處理D中耐鹽菌含量與處理A相比分別下降了10.70%、3.09%，而處理B中耐鹽菌含量上升了4.22%。

相關性分析顯示，不同處理間根際微生物總數量與細菌數量在0.01水平上正相關(r=0.976，強相關);與耐鹽菌含量在0.01水平上負相關(r=－0.778，較強相關)。除不同處理間的放線菌數量顯著差異(P=0.024＜0.05)外，其他變量均為極顯著差異(P ＜0.01)。

圖3 有機基肥試驗區微生物數量及耐鹽菌含量Fig.3 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the contentofsalt tolerant microorganism in organic fertilizer test site

表3 有機基肥試驗區甘薯根際土壤微生物數量(×104cfu/g)Table 3 The amount of rhizosphere soil microorganism in organic fertilizer test site

2.4 鉀肥追肥對甘薯根際微生物的影響

由表4、圖4可以看出，相對于對照組，處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理Ⅲ中甘薯根際土壤微生物總量分別增加了33.42%、40.66%、13.42%，耐鹽菌含量分別增加了 21.73%、13.15%、16%;而處理Ⅲ中微生物總量明顯小于處理Ⅰ和處理Ⅱ。分別對微生物總量和耐鹽菌含量進行顯著性分析，處理Ⅰ、處理Ⅱ與對照比較均為極顯著差異(P＜0.01)。就微生物總量而言，P(Ⅰ，Ⅱ)=0.385 ＞ 0.05，無顯著性差異;P(Ⅰ，Ⅲ)=0.003，P(Ⅱ，Ⅲ)=0.01均為極顯著差異;而就耐鹽菌含量看來，各處理之間差異極顯著(P＜0.01)。相關性分析顯示，微生物總量與細菌數量強相關(r=0.82)，微生物總量與耐鹽菌含量較強相關(r=0.74)。

圖4 鉀肥追肥試驗區微生物總數量及耐鹽菌含量Fig.4 The total amount of rhizosphere soil microorganism and the content of salt tolerant microorganism in potassium topdressing test site

表4 鉀肥追肥試驗區根際土壤微生物數量(×104cfu/g)Table 4 The amount of microorganism in potassium topdressing test site

4 討論

種植甘薯后土壤微生物數量顯著提高，耐鹽菌的含量有不同程度的降低。細菌在根際微生物群落中占絕對優勢，其數量變化與根際微生物總量的變化密切相關，該現象在各試驗區均有體現。

不同的農作方式可以通過根系生物量和空間分布調節土壤有機碳組分變化［13］，覆膜后土壤水分蒸發減少，保持了土壤的濕潤，為一些水溶性養分的利用提供了良好的環境，同時改變了土壤的理化性質［10］，在一定程度上降低了土壤的pH值，使鹽堿土得到改善，有利于微生物的生長。以密度2種植時根際微生物數量增加最大。較高密度種植會使土壤養分被塊根大量吸收利用，較低密度種植則不利于根際微環境的物質循環，都不利于土壤的改善。

不同品種甘薯在鹽脅迫下生長發育狀況亦不相同。適宜鹽堿地理化性質的甘薯品種，生長發育較好，植株和土壤之間的物質和能量交換相對來說較強，使根際微環境發生改變，從而進一步影響了微生物數量。由實驗數據可以看出，在鹽堿地中濟薯23根際微生物數量最高，濟薯品種根際微生物數量明顯高于徐薯品種，于立峰［1］等人的相關實驗也表明，濟薯23耐鹽性最好，濟薯耐鹽性優于徐薯。

有機基肥試驗區可以看出，有機基肥和無機復合肥配合使用，使土壤微生物數量變化更為明顯。可能是因為有機基肥對土壤的pH值、土壤酶的數量及活力［12］以及鹽堿土中有機質、全氮、全磷、速效磷、速效鉀的含量的影響［13］，改善了根際的微環境，從而提高了根際微生物的數量。

鉀肥在甘薯種植過程中，一般是以基肥的形式施加。追施鉀肥可進一步提高作物的產量與質量、土壤肥力和肥料利用率［14－15］，但對根際微生物數量的影響因追肥方式的不同而異。每畝溝施KNO310kg(處理Ⅲ)與不追加鉀肥(對照組)的微生物數量無顯著性變化，而耐鹽菌數量反而增加，可能是因為鉀肥溝施使土壤的滲透壓增加，造成了耐鹽菌的富集，反而不利于鹽堿地的改善。而用2%K2HPO4溶液葉面噴施(處理Ⅰ區)和1.5%KNO3溶液葉面噴施(處理Ⅱ區)的時微生物數量與對照相比顯著增加。可能是因為追加鉀肥進一步增加了葉片葉綠素和可溶性蛋白含量，降低了MDA(丙二醛)含量和POD(過氧化物酶)活性［16］，提高了SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(過氧化氫酶)的活性降低，從而減少葉片損傷，增加植株的抗逆性，提高了葉片光合效率。隨著甘薯物質與能量代謝的加快，甘薯必須同時增加與土壤的物質和能量交換才能滿足植株生長，這在一定程度上調節了甘薯根際的微環境，使其微生物數量增加。由試驗結果推斷出，追加鉀肥對土壤微生物數量的影響僅體現在其施加方式上，而鉀肥以何種載體(K2HPO4或KNO3)施加對其影響不大。

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