不同促生菌劑在綠肥蠶豆的應用效果研究

周 影，魏啟舜，趙荷娟，管永祥，陳 震，郭成寶，王 琳*

(1.江蘇丘陵地區南京農業科學研究所，江蘇 南京 210046；2.江蘇省農業技術推廣總站，江蘇 南京 210036)

蠶豆(ViciafabaL.)又叫羅漢豆、胡豆等，是一種介于糧食、飼料之間的重要經濟作物，也是一種綠肥。蠶豆用作綠肥已有悠久的歷史，但隨著化肥的使用以及菜用蠶豆品種的問世等，其作綠肥的應用漸漸被人們忽視。然而化肥的過量施用不可避免地引發了土壤及農作物的安全生產問題,在綠色有機食品備受推崇的今日,有機肥料的使用再一次受到人們的普遍關注[1]。作為傳統綠肥，蠶豆有著許多優于其他綠肥之處：蠶豆鮮草除磷含量略低于紫花苜蓿外,氮、鉀含量都超過了素有“牧草之王”美譽的紫花苜蓿，更是大大超過了紫云英[2]。蠶豆具有很強的固氮作用,固氮率顯著高于紫云英[3]。蠶豆抗鹽堿能力強，與紫云英、紫花苜蓿相比，對土壤的選擇性較低,適宜在較貧瘠的土壤條件下種植。蠶豆秸稈就地還田可以優化土壤的理化性質，增加土壤中有機質的含量，增加土壤的碳、氮等養分含量[4]，提高作物產量[5-6]。植物根際促生菌(Plant Growth PromotingRhizobacteria，PGPR)是指自由生活在土壤或附生于植物根系的一類可促進植物生長及其對礦質營養的吸收和利用，并能抑制有害生物的有益菌類。其中，主要種類包括芽孢桿菌屬(Bacillus)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、固氮菌屬(Azotobacter)、慢生固氮菌屬(Bradyrhizobium)等。研究表明，對種植豆科植物接種與之相匹配的根瘤菌,不但可以提高間作體系中豆科植物的固氮優勢,而且可進一步提高豆科/禾本科間作系統的間作產量優勢,并改善間作作物的營養狀況[7-9]。根瘤菌和AM真菌可提高蠶豆對磷和氮的吸收速率、增加對有機磷和氮的吸收量[10]。一些細菌(如枯草芽孢桿菌、固氮螺菌)和熒光假單胞菌交互使用防治病原菌，效果明顯好于單獨防治的效果[11]。內生真菌擬莖點霉(Phomopsisliquidambari)B3菌株能與水稻建立共生關系，從而促進其對氮素的吸收與積累[12-13]。慢生大豆根瘤菌和膠質類芽孢桿菌雙接種可促進大豆生長,顯著提高相關的土壤酶活性[14]。蠶豆種植區的根系自然結瘤率較低，同時還有一些無效根瘤，嚴重影響了蠶豆的固氮效果。為提高綠肥蠶豆的還田效果，本試驗研究了外接不同促生菌劑對蠶豆生長狀況、植株養分積累量以及根際微生物等的影響，以期為綠肥蠶豆的高效栽培提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

供試菌株見表1，試驗共設5個處理，各處理接種菌劑分別為：處理1，菌株1～5號復合；處理2，菌株6～7號復合；處理3，菌株6；處理4，菌株7；處理5，對照(CK)，不加菌。各處理所用的固體菌劑均由江蘇省微生物與功能基因組學重點實驗室提供。

表1 供試菌株

試驗于2018年3～5月在江蘇丘陵地區南京農業科學研究所試驗區進行。采用盆栽試驗，每處理10盆，共計50盆。栽培基質使用土壤改良培肥基質(由句容藍天碧水生物科技有限公司生產)、泥炭(德國維特育苗1號泥炭)和堆肥基質，按質量比2∶4∶1配制，每盆裝基質1.3 kg。3月8日根瘤菌拌種點播蠶豆，每盆播2粒，每盆拌菌劑50 g。各處理分別于3月29日和5月4日澆施N∶P2O5∶K2O=20∶20∶20的水溶肥500倍稀釋液250 mL/(盆·次)。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 生長狀況 分別于3月29日、4月10日、4月24日、5月15日調查不同處理的蠶豆株高和分枝情況；于5月15日蠶豆盛花期每處理隨機取10株調查植株地上部和根的鮮重、干重等指標。

1.2.2 葉片葉綠素相對含量(SPAD值)的測定 采用日本Konica Minolta公司SPAD-502 Plus型葉綠素儀測定。于盛花期取樣測定，每處理測量10片葉片[15]。

1.2.3 養分含量 取盛花期的樣品烘干磨碎后進行養分測定[16]。植株有機碳含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定；樣品經H2SO4-H2O2消煮，微量凱氏定氮法測定氮含量。

養分積累量計算公式：養分積累量=干物質量×養分含量。

1.2.4 土壤微生物分析 采用稀釋平板計數法對土壤微生物進行分析：細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基、真菌采用馬丁氏培養基、放線菌采用改良高氏一號培養基進行培養[17]。

1.3 數據分析

運用Excel 2003和SPSS軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對綠肥蠶豆株高和分枝的影響

對不同時期各處理植株株高的統計結果顯示：接種不同菌劑對蠶豆株高產生了一定的影響。在整個測量期，處理3、處理4的株高均高于其他處理。在5月15日盛花期時，各外接菌劑處理的株高均高于不接菌的對照。其中，處理3的株高與對照相比，差異達顯著水平(圖1)。這表明接種不同菌劑均對蠶豆植株株高的增加有促進作用。

各處理對蠶豆不同時期的分枝數會產生影響。分枝數隨著時間的推移呈現先增加后減少的趨勢，4月24日分枝數達到高峰。隨著無效分枝的衰退，5月15日分枝數已基本固定，此時的分枝多為有效分枝。處理3的蠶豆植株保留的有效分枝最多，平均比對照多0.6個/株；其余接菌處理的分枝數與對照相差不大。

2.2 不同處理對蠶豆葉片SPAD值的影響

對盛花期各處理蠶豆植株葉片的SPAD值進行了測定，結果顯示：不同菌劑處理植株的SPAD值均高于對照。其中，處理2和處理4與對照差異不顯著。處理1和處理3的SPAD值則均顯著高于不接菌的對照(圖2)。這說明接種菌劑對蠶豆植株葉片的葉綠素含量有一定的促進作用，從而影響植株的光合作用。

圖1 不同處理對蠶豆株高和分枝數的影響

圖2 不同處理對蠶豆葉片SPAD值的影響

2.3 不同處理對蠶豆固氮的影響

盆栽蠶豆植株全氮含量和吸氮量的測定結果顯示(表2)：處理1、處理3、處理4的植株地上部和根部的氮含量、氮積累量均高于對照。其中，處理3的各指標均顯著高于對照，單株地上部氮積累量為0.22 g，根部氮積累量為0.051 g，分別較對照高57.14%和45.71%。處理2的植株氮含量和吸氮量與對照差異不顯著。這表明接種處理1、處理3、處理4的菌劑增加了蠶豆地上部和根系的氮含量。其中處理3的菌劑對蠶豆固氮有顯著的促進作用。

表2 不同處理對綠肥蠶豆植株氮含量及其積累量的影響

注:表中數據為平均值±標準誤差，同列數據后的小寫字母表示各處理間在0.05水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

2.4 不同處理對盛花期蠶豆植株碳含量的影響

接種處理對蠶豆植株碳含量、碳積累量的影響結果顯示(表3)：接菌處理的地上部和根部有機碳含量均高于不接菌的對照。其中，根部的差異不顯著，而處理1和處理3的地上部有機碳含量顯著高于對照。在有機碳積累量上，處理3的地上部和根部碳積累量均最高，分別比對照高出52.5%和36.7%，差異達顯著水平。其次是處理1，處理2、處理4與不接菌的對照差異不顯著。

2.5 不同處理對蠶豆根際微生物量的影響

不同菌劑處理對蠶豆根際土壤微生物量的影響結果顯示：各接菌處理的根際土壤中細菌量均高于不接菌的對照。其中，處理3的數量最多，是對照的2倍左右。不同處理對根系土壤中真菌的影響效果不一，最多的為處理2，其余處理的真菌數與對照相差不大。對放線菌的影響方面，處理3的根際土壤放線菌量最多，為7.7×105CFU/g，比對照高14.9%。其次是處理1，處理4的放線菌數略少于對照(圖3)。

3 結論與討論

以翻壓還田為目的的綠肥作物，獲得較高的產草量和養分積累量是栽培的關鍵。王清湖等[18]研究表明：根瘤菌與豆科作物形成共生固氮體系，對豆類作物增產和培肥土壤具有重要的理論與實踐意義。根瘤菌接種對促進蠶豆生長發育、提高產量具有明顯的效果。石茂玲等[19]研究發現苜蓿-根瘤菌的共生固氮可以提高苜蓿產量、改善品質。李淑敏等[10]研究了接種根瘤菌、AM真菌和雙接種對蠶豆的影響，結果表明：雙接種和單接AM真菌的蠶豆株高、葉綠素含量和生物量顯著增加。在本試驗中，不同菌劑處理對綠肥蠶豆的株高、分枝數和葉片葉綠素含量產生了影響。各接菌處理的蠶豆植株株高和葉片葉綠素含量均高于不接菌的對照，說明外接菌劑對蠶豆株高的增加和植株的光合作用會產生一定的促進作用。不同處理對蠶豆分枝數的影響差異不顯著，與李淑敏等[9]的研究結果有所不同，在本試驗條件下，接種Bradyrhizobium2-8的各生長指標和葉綠素含量均最高，且顯著高于對照；而單接PhomopsisliquidambariB3的處理4以及雙接根瘤菌和內生真菌的處理2的各項指標與對照差異不顯著，這可能是由于種植蠶豆品種和接種菌劑的不同和栽培條件的差異等導致的。

表3 不同處理對蠶豆植株有機碳含量的影響

細菌：×106 CFU/g；真菌：×104 CFU/g；放線菌：×105 CFU/g。

碳、氮代謝是作物體內和土壤最基本代謝途徑之一，不僅影響植物的生長發育進程和土壤的理化性質及養分狀況，而且對作物的產量起著至關重要的作用，還影響著農田生態系統的碳源和碳匯[20]。植物固定碳、氮是農田生態系統碳、氮儲量組成的重要部分[21]。在本試驗中，不同處理間蠶豆植物的碳、氮積累量差異較大，且與蠶豆的干物質量呈正相關關系。Bradyrhizobium2-8處理的蠶豆植株地上部和根部的碳、氮積累量均顯著高于不接菌的對照，表現出了較明顯的優勢。在本試驗條件下，接種Bradyrhizobium2-8可有效發揮豆科植物-根瘤菌共生固氮優勢,增加植株的碳、氮含量和積累量，能固定更多的碳和氮進入蠶豆田土壤，翻壓后可歸還土壤的碳、氮量更大，對土壤有機質的積累和減少氮肥的施用具有積極作用和更好的生態效應。

土壤微生物是土壤的重要組成部分,大部分土壤中的生物化學轉化過程都是由微生物的活動引起的,能客觀地反映土壤肥力狀況,是土壤肥力的重要指標之一[22]。在本試驗條件下，接種Bradyrhizobium2-8的處理促進了盛花期蠶豆根系土壤中細菌和放線菌的增加，微生物總量最大。這可能是由于該處理的蠶豆植株生長狀況較好，豐富的根系分泌物為土壤微生物提供了大量的營養和能源物質以及豐富的碳、氮源,從而促進了土壤微生物活動[23-24]。

豆科作物對外接菌株的反應在很大程度上受土壤中土著菌數量、土壤有效氮和作物對氮需求的影響[25]。與盆栽基質相比，大田土壤條件復雜得多。因此，在基質盆栽的基礎上，應進一步在大田做驗證試驗。選擇適宜的菌劑接種，可有效提高蠶豆植株的生物量；充分發揮綠肥蠶豆高效固氮、固碳作用，增加植株碳、氮積累，取得更好的還田效果。