鹽堿土秸稈添加量對玉米種子萌發及幼苗生長特性的影響

時佳琦，薩如拉，令 玉，薩茹拉其其格，范 富，張雪婷

（1內蒙古民族大學農學院，內蒙古通遼 028000；2山西農業大學資源環境學院，山西晉中 030800；3鄂爾多斯市林業和草原綜合執法支隊，內蒙古鄂爾多斯 017000)

0 引言

鹽堿地常用改良劑有生物炭、石膏、秸稈、有機肥，可采取秸稈覆蓋[1]、秸稈全量還田結合淺旋耕(15 cm)后再深松(35 cm)[2]、地膜覆蓋+秸稈深埋（上膜下秸耦合技術）[3]和石膏與有機肥配施[4]等方式進行脫鹽改土。前人研究表明，秸稈還田具有抑鹽、降鹽和改善土壤物理結構的作用，對于改良鹽堿土壤具有較好的效果；不同堿化度鹽堿地改良最佳秸稈還田量不同，如全覆蓋優于播種行覆蓋[5]，80%秸稈還田量對蘇打鹽堿地水稻生長發育和產量形成的促進作用最佳[6]，重度鹽堿地秸稈還田至少兩倍才能改善土壤特性[7]。增強植物抗鹽性的途徑包括施加外源物質、利用轉基因技術、真菌的協同效應和培育耐鹽品種，如添加參與調控植物體內多種生理功能的信號分子，褪黑素[8-10]、過氧化氫[11]、茉莉酸甲酯[12]、谷胱甘肽[13]等，添加抗氧化劑如水楊酸[14-16]、油菜素內酯[16]、谷胱甘肽[13]等，添加抗鹽調節物如甜菜堿[17]、海藻多糖[18]、黃腐酸[19]等，添加提高植物抗逆性的生物活性物質-亞精胺[20-21]，外源硅[21]、硒[22]、鈣[23]（第二信使）、γ-氨基丁酸[24]；施加AM真菌[25]、（堿蓬）內生菌[26]、菌根真菌[27]、解淀粉芽孢桿菌[28]等。植物抗鹽性研究主要采用堿性鹽（NaHCO3和Na2CO3）和中性鹽（NaCl和 Na2SO4）、Ca(NO3)2緩解鹽構建單鹽脅迫，中性鹽(NaCl)和堿性鹽(NaHCO3)混合模擬鹽堿脅迫；本研究以通遼地區蘇打鹽堿土和玉米秸稈為試材，水培玉米，以期探索玉米秸稈不同添加量對玉米種子萌發及幼苗生長特性、抗鹽堿性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以‘農華101’玉米種子、收獲期玉米秸稈和通遼地區典型的鹽堿土為材料，用鹽堿土:蒸餾水(1:5)的土壤浸出液制備0、30、40、50、60 g/L秸稈粉培養液，作為5個處理，水培玉米種子；鹽堿土pH 8.64，堿化度為52.43%。

1.2 試驗方法

挑選籽粒飽滿、無殘缺玉米種子100粒，置于發芽盤中，分別加入0、30、40、50、60 g/L處理液，置于室溫下進行培養，每隔3天更新相應的處理液；采用電導儀和pH計測定處理液電導率和pH，采用稀釋涂布平板法計數處理液微生物數量；幼根長為種子長1/2定為發芽標準，每天觀察并記錄玉米種子發芽數，第3天統計玉米種子發芽勢，第7天統計玉米種子發芽率，并計算其相對發芽指數。4葉期進行農藝性狀，玉米葉片和根系丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性，根系可培養內生菌數量的測定，分別采用卷尺測量、硫代巴比妥酸法、氮藍四唑光化還原法、愈創木酚法以及Misaghi等[29]的方法。

1.3 數據處理

采用Excel2003和DPS7.05統計軟件處理相應數據。發芽率計算公式如(1)所示。

2 結果與分析

2.1 秸稈添加量對鹽堿土水培液離子含量的影響

電導率反映水培液的鹽度，是評價水培液對植物產生毒害的重要參數。從表1可知，隨著秸稈添加量的增加，培養3天的水培液pH均逐漸降低，培養1天和培養2天電導率增加，而培養3天水培液電導率降低；隨著培養時間的推移，各處理pH較穩定，0 g/L和30 g/L處理的電導率增加，其余處理的電導率降低。培養1天0 g/L與其他處理pH差異極顯著，40、50、60 g/L處理間無差異，30 g/L處理與其他添加秸稈處理間pH差異顯著；0、30、40、50 g/L處理間電導率差異極顯著。培養2天30、40、50 g/L處理pH無顯著差異，但均與60 g/L pH差異極顯著；0 g/L與其他處理pH差異極顯著；除了30 g/L和40 g/L處理間電導率無顯著差異外，其余處理間差異極顯著。培養3天各處理pH與培養2天的相同；0、30、40 g/L處理電導率無顯著差異，30、40、50 g/L處理電導率無顯著差異，60 g/L與其他處理電導率差異極顯著。

表1 水培液離子含量變化

2.2 秸稈添加量對鹽堿土水培液微生物數量的影響

從表2可知，水培液中可培養微生物數量為細菌＞真菌＞放線菌；隨著水培液中的秸稈添加量的增加，水培液細菌、放線菌和真菌數量均增加；60 g/L處理細菌、放線菌和真菌數量均極顯著大于其他處理；添加秸稈的處理細菌、放線菌數量均顯著大于0 g/L處理；除了30g/L處理外，其余添加秸稈處理真菌數量均大于0 g/L處理；30 g/L與40 g/L處理細菌數量無顯著差異；30、40、50 g/L處理間放線菌數量無顯著差異；40 g/L與50 g/L處理真菌數量無顯著差異。

表2 培養液微生物數量 CFU/mL

2.3 秸稈添加量對鹽堿土水培玉米根系內生菌的影響

表3可知，各處理玉米幼苗根系內生真菌和放線菌數量無顯著差異；30 g/L與40 g/L、50 g/L與60 g/L處理細菌數量無顯著差異，但前兩處理極顯著大于后兩個處理。

表3 玉米幼苗根內生菌數量 CFU/g FW

2.4 秸稈添加量對鹽堿土水培玉米種子發芽率的影響

從表4可知，鹽堿地添加玉米秸稈均降低玉米種子發芽率。隨著秸稈添加量的增加，發芽率先增加后降低趨勢，40 g/L處理的發芽率極顯著大于30、60 g/L處理，30、50、60 g/L處理間發芽率無顯著差異。

表4 不同處理玉米種子發芽率

2.5 秸稈添加量對鹽堿土水培玉米幼苗農藝性狀的影響

從表5可知，隨著秸稈添加量的增加，玉米幼苗根長、根數和株高先增加后降低的趨勢，40 g/L處理的根長和株高極顯著大于其他處理。添加秸稈的處理根長和株高極顯著大于0 g/L處理，60 g/L處理根數顯著大于0 g/L處理，其余處理根數極顯著大于0、30、40、50 g/L處理根數無顯著差異。

表5 玉米幼苗農藝性狀

2.6 鹽堿土秸稈添加量對玉米幼苗抗脅迫能力的影響

2.6.1 對玉米幼苗葉片生理活性的影響 由于0 g/L處理幼苗2葉期死亡，未測到其葉片和根系生理指標。從表6可知，隨著玉米秸稈添加量的增加，玉米幼苗葉片POD和SOD活性先增加后降低的趨勢，而MDA含量先降低后增加趨勢。MDA含量和SOD活性處理差異極顯著，40 g/L處理SOD極顯著大于其余處理，MDA含量極顯著小于其他處理。30 g/L處理與40、50、60 g/L處理的POD活性無顯著差異。

表6 玉米幼苗葉片生理活性

2.6.2 對玉米幼苗根系生理活性的影響 從表7可知，隨著玉米秸稈添加量的增加，玉米幼苗根系活力和POD活性先增加后降低的趨勢。根系活力處理間差異極顯著，40 g/L處理極顯著大于其他處理，其POD活性極顯著大于30 g/L和60 g/L處理，顯著大于50 g/L處理。

表7 玉米幼苗根系生理活性

3 討論與結論

通過外源物質調控來減輕鹽脅迫對植物的傷害，增強植物的耐鹽性，是緩解鹽脅迫的一種重要方式。玉米秸稈含碳、氮、憐、鉀，硫、鈣、鎂等礦質元素，這些都是玉米生長所必需的營養元素[30]。添加玉米秸稈和污泥共熱解制備的生物質炭能夠顯著增加鹽堿土壤中有機碳含量，水溶性鹽含量降低明顯[31]。鹽堿土秸稈造夾層，秸稈用量為75000 kg/hm2能夠大幅度減少西遼河流域鹽堿土總鹽含量，降低pH[32]。本試驗中鹽堿土添加玉米秸稈極顯著降低了pH，培養3天的添加玉米秸稈的處理顯著降低電導率。植物內生細菌具有生長環境獨特、種群多樣與功能多樣等特點，植物內生菌分泌IAA和溶解無機磷，提高種子活力，促進胚根發育[33]，對病原菌具有拮抗作用[34]，施有機肥可增加根內生細菌群落多樣性[35]；本研究中40 g/L處理玉米幼苗根系內生細菌最多，可能含有多功能具有開發潛力的微生物，40 g/L處理各指標優于其他處理的原因之一。

鹽堿土中添加玉米秸稈的處理降低玉米種子發芽率，可能是玉米種子受到鹽和秸稈釋放出的化感物質雙重抑制作用。玉米對鹽脅迫較敏感，鹽脅迫抑制作物的生理生化過程，Djanaguiraman等[36]研究表明鹽脅迫對根系生長的影響小于地上部；鹽脅迫下，葉片生長減緩或停滯，表現為葉面積下降，且葉片變黃、枯萎；本試驗0 g/L處理幼苗2葉期根系生長停滯，根數較少，葉片變黃枯萎死亡；鹽堿土中添加玉米秸稈的處理長勢較好，可能是添加玉米秸稈增加了鹽堿土中營養元素含量，降低水溶性鹽含量，從而降低離子毒害。SOD是植物抗氧化系統的第一道防線，POD是一種具有較強適應性的酶，在植物細胞內分布廣；植物體內SOD、POD活性，在一定的脅迫程度內增加，而脅迫程度超出了一定范圍后，造成活性降低[37]。鹽脅迫條件下，較鹽高度敏感型玉米，強耐鹽型玉米的抗氧化酶活性和抗氧化活性物質含量小幅下降，幼苗葉片中MDA含量增幅較小。本試驗中40 g/L處理玉米幼苗SOD、POD活性及根系活力最強，MDA含量最低；說明鹽堿土中添加一定量的玉米秸稈會增強玉米幼苗抗鹽性，改善鹽堿土的性質，抵御鹽脅迫對玉米造成的不良影響。