秸秆发酵液对玉米种子萌发及幼苗生长特性的影响

萨如拉，张雪婷，杨恒山，张 云，徐永辉

（内蒙古民族大学，内蒙古通辽028000）

0 引言

内蒙古是中国玉米主产区之一，玉米连作是该地区主要种植方式，近年种植面积不断扩大[1]。秸秆是土壤氮素的重要物质来源，土壤氮素增加效果取决于秸秆类型和还田量[2]。不同地区适宜还田量不同，东北旱地秸秆还田进行黑土培肥，需不低于67%收获量的秸秆持续还田才能维持土壤对氮素的保持功能[3]；在南方双季稻生产中，半量早稻和晚稻秸秆均还田对提高早稻产量效果最优[4]；江淮丘陵地区小麦秸秆中等还田量(3750 kg/hm2)配施秸秆腐熟剂，水稻增产作用更明显[5]；在黄淮海冬小麦-夏玉米一年两熟潮土区半量秸秆还田（玉米秸秆约为3840.6 kg/hm2+小麦秸秆约为4097.2 kg/hm2）下‘浚单20’籽粒产量最高，而‘郑单958’在全量秸秆还田下产量表现最好[6]；黄土高原有灌溉条件的地区玉米秸秆还田量9000 kg/hm2，可使接茬冬小麦显著增产7.47%[7]。北方干旱缺水地区玉米秸秆还田6000 kg/hm2处理效果最好[8]。内蒙古区域年均气温较低，且低温持续时间较长，导致秸秆降解转化周期长，难以作为当季作物的肥源，秸秆降解难是制约该区域秸秆还田的关键因素。秸秆腐熟剂的应用被认为是加速还田秸秆腐解常用的方法，但腐熟剂功能微生物对于分解底物具有较强的特异性。秸秆腐熟过程中，堆料浸提浓度的不同对浸出物的量和种类影响很大[9-10]，不同浸出物又可以通过释放不同的化感物质对植物生长产生促进或抑制的化感作用[11-12]。腐解时间较短的秸秆腐解液会对玉米产生逆境胁迫，造成植株内源激素代谢紊乱，抑制植株生长，加速植株衰老[13]。玉米连作会导致化感物质的积累[14]，也会影响到根系分泌物的分泌和累积，进而影响到化感作用的强弱[15]；植物根系属性对化感物质的响应主要受化感物质类型和添加浓度、植物种类与培养条件等多因素影响[16]。玉米根系分泌物可降低酚酸类物质对土壤微生物活性、微生物量、酶活性及养分含量的化感指数，以低浓度处理的降幅较大[17]；随酚酸浓度升高，酚酸对促腐菌抑制作用越明显，促腐菌纤维素酶活性受酚酸影响[18]。玉米秸秆浸提液对蔬菜[19-21]、玉米[22]、小麦[22]、大豆[22，23]、桔梗[24]、黄芩[25]、荠菜[26]种子影响效果不同，如未腐熟玉米秸秆对黄瓜幼苗的生长具有一定的促进作用，可代替部分草炭用于育苗基质的配制[27]。内蒙古地区适宜秸秆还田量没有明确的范围，秸秆腐熟剂对化感作用的影响研究较少。课题组前期研究表明，未腐熟玉米秸秆浸出液对玉米种子的萌发表现出“低促高抑”的化感作用[28]，施用秸秆腐熟剂+秸秆填埋量高的处理的土壤培肥效果最佳[29]。本次试验旨在前期研究的基础上探讨施加腐熟剂是否减弱或消失化感作用，可减轻因自毒作用而带来的连作障碍；明确施用秸秆腐熟剂条件下，促进玉米幼苗生长的秸秆添加量。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

2019年9月—2019年12月在内蒙古民族大学农学院农业资源与环境实验室进行。

1.2 试验材料

供试玉米为‘伟科702’，供试秸秆为收获期玉米秸秆。

玉米秸秆发酵液制备：收获期玉米秸秆地上部分植株烘干粉碎，称取40、50、60、70 g各两份，一份加“中农绿康”秸秆腐熟剂（简称加腐熟剂），另一份未加腐熟剂，并浸泡于恰好能秸秆湿润的适量土壤浸出液（水土比5:1）中，于室温下发酵10天[19]后补充土壤浸出液至1000 mL，经4层定性滤纸抽滤得发酵液，浓度为40、50、60、70 g/L，标记为 J40、J50、J60、J70、JF40、JF50、JF60、JF70，置入冰箱内4℃保存。

1.3 试验方法

选取籽粒饱满、大小一致的经消毒后的玉米种子各50粒，分别放入铺有双层滤纸的培养皿中，用上述8个浓度玉米秸秆发酵液浸泡，以土壤浸出液(CK1)、土壤浸出液加腐熟剂(CK2)为对照，共设置10个处理，5次重复。首次注入液体20 mL，恒温箱内避光培养，之后每天注入液体3 mL；以胚芽长超过种子长度1/2为发芽标准；测定发芽率、发芽指数和活力指数。

其中，Gt为第t天的发芽种子数，Dt为相应发芽天数。

种子发芽后进行盆栽，每天定量的浇灌相应浓度的发酵液，以保证其正常生长。5叶期测定株高、根长、根数、根系和叶片的鲜重；采用硫代巴比妥酸法测定根系和叶片MDA含量；测定根系和叶片游离脯氨酸含量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05统计软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆发酵液对玉米种子发芽率的影响

由表1可知，随着发酵液浓度的升高，种子发芽率呈下降趋势，但低浓度发酵液可提高种子发芽率；J40和J50、CK2、JF40、JF50均能提高玉米种子发芽率和发芽指数。J40、J50、JF40、JF50、JF60、CK2活力指数大于CK1，其余处理活力指数均小于CK1。

表1 不同浓度发酵液对玉米种子发芽率的影响

2.2 玉米秸秆发酵液对玉米幼苗生长的影响

由表2可知，随着秸秆发酵液浓度的增加，根长、根数、根系鲜重、株高、叶片鲜重均先增加后降低的趋势；等量秸秆加腐熟剂处理上述指标值均大于未加腐熟剂处理。未加腐熟剂处理中，J40、J50和J60处理根长无显著差异，但均显著大于CK1和J70；CK1和J70间根长无显著差异。加腐熟剂处理根长CK2、JF40、JF50和JF60间无显著差异，其中JF40、JF50显著大于JF70。等量秸秆处理根长 CK2、JF40、JF50、JF60 和JF70显著大于对应的未加腐熟剂处理。加腐熟剂处理间及未加腐熟剂处理间根数无显著差异，而等量秸秆处理中仅有JF60、JF70极显著大于J60和J70，其余处理间无显著差异；JF50的根数极显著大于CK1。加腐熟剂处理间、未加腐熟剂处理间以及等量秸秆处理间根系鲜重均无显著差异。各处理株高均无显著差异。加腐熟剂处理间及等量秸秆处理间叶片鲜重无显著差异；J50叶片鲜重显著大于J60和J70。

表2 玉米秸秆发酵液对玉米幼苗生长的影响

2.3 玉米秸秆发酵液对玉米幼苗生理特性的影响

由表3可知，随着秸秆发酵液浓度的增加，幼苗根系和叶片脯氨酸含量呈先增加后降低再增加的“N”形变化趋势；未加腐熟剂处理根系MDA含量先降低后增加的“V”形变化趋势，而加腐熟剂处理中根系MDA含量先增加后降低的趋势；未加腐熟剂处理叶片MDA含量先降低后增加再降低的趋势，而加腐熟剂处理中叶片MDA含量“V”形变化趋势。

表3 玉米秸秆发酵液对玉米幼苗脯氨酸和MDA含量的影响

未加腐熟剂处理J60和J70的根系脯氨酸含量与CK无显著差异，而J40和J50根系脯氨酸含量显著大于CK；加腐熟剂处理JF50、JF60和JF70根系脯氨酸含量与CK1和CK2无显著差异，而JF40极显著大于其他处理；等量秸秆处理中J40与JF40、J60与JF60、J70与JF70根系脯氨酸含量无显著差异，JF50根系脯氨酸含量显著小于J50。

未加腐熟剂处理叶片脯氨酸含量J40和J60与CK1无显著差异，J50和J70叶片脯氨酸含量显著大于CK1，J40、J60和J70无显著差异；加腐熟剂处理间、等量秸秆处理间叶片脯氨酸含量无显著差异。

未加腐熟剂处理J60和J70根系MDA含量与CK1无显著差异；J40与 J50、J40与 J60、J60与 J70根系MDA含量无显著差异，其中J50显著小于其他处理。加腐熟剂处理JF40与JF50根系MDA含量无显著差异，但它们含量显著大于其他处理；JF60与CK2根系MDA含量无显著差异，JF70根系MDA含量极显著小于其他处理。等量秸秆处理J40、J50根系MDA含量极显著小于JF40、JF50，J60与JF60间无显著差异，JF70极显著小于J70。

未加腐熟剂处理J40、J50、J60叶片MDA含量与CK1无显著差异，J70显著小于CK1，J40、J50、J60、J70间无显著差异；加腐熟剂处理JF40、JF50、JF60叶片MDA含量与CK1和CK2无显著差异，JF70显著大于CK2，JF40、JF50、JF60、JF70间无显著差异；等量秸秆处理除了J70极显著小于JF70外，其余处理无显著差异。

3 讨论

作物秸秆对种子的影响有抑制、促进、促进/抑制双重作用和无显著作用等多种形式[19]。玉米秸秆浸提液(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 g/mL)促进玉米种子萌发，发芽率提高18.4%[22]；浓度低于40 mg/mL腐熟玉米秸秆浸提液对黄瓜种子发芽率、发芽指数和苗高有显著的促进作用，浓度高于40 mg/mL的浸提液对黄瓜种子有抑制作用[20]；玉米秸秆腐解液6.25 mg/mL对节节麦幼苗干重表现为促进作用，对其种子萌发率、发芽指数及幼苗根长、苗高均为抑制作用；浓度大于50 mg/mL玉米秸秆腐解液对以上5项指标均具有抑制作用[30]。玉米秸秆腐解液对玉米种子的萌发表现出"低促高抑"的化感作用，低浓度（0.125 g/mL以下）的腐解液对玉米种子萌发有促进的作用，高浓度（0.25 g/mL以上）则抑制作用比较明显[31]。未灭菌的和灭菌的玉米秸秆自然发酵液浸大豆种子，前者大豆种子的发芽指数和活力指数显著升高，未灭菌的玉米秸秆自然发酵液浸种，促进大豆种子的萌发[23]。腐熟的秸秆（玉米、水稻、小麦）与未腐熟的秸秆相比加快了直播大白菜的出苗[21]。本试验中40 g/L自然发酵和40～60 g/L腐熟剂发酵液均提高玉米种子发芽率。

玉米秸秆浸提液提高玉米幼苗根系活力和脯氨酸含量[22]，而MDA含量受到不同程度抑制作用，玉米叶片脯氨酸含量随秸秆浸提液浓度的递减，呈先上升后下降再上升的趋势，在浸提液浓度为0.4 g/mL时达到最大值[22]，玉米秸秆浸提液对小麦幼苗MDA含量、游离脯氨酸含量的综合化感效应强弱依次为：0.10＞0.04＞0.07＞0.01 g/mL[32]。而本试验中玉米叶片脯氨酸含量随秸秆浸提液浓度的递减，呈先下降后上升再下降的趋势，50 g/L时达到最大值。说明50 g/L玉米秸秆发酵液培养幼苗时其抗逆性最强，体内积累了较多的游离脯氨酸。

未腐熟的秸秆与腐熟的秸秆（玉米、水稻、小麦）相比抑制大白菜生长[21]。玉米秸秆腐解液对玉米幼苗根长、根表面积、根体积、根干重的影响，随腐解液浓度增加，有“低促高抑”的化感效应，低、中浓度(0.125、0.25 g/mL)腐解液起促进作用，高浓度(0.5 g/mL)则有抑制作用[33]；0.5 g/mL浓度玉米秸秆腐解液处理土壤蔗糖酶、脲酶活性达到最高[34]；也有相反的研究结果，将玉米秸秆腐解液添加到连作土壤中，玉米幼苗根系干重、根冠比、根系活力、可溶性糖和蛋白含量均低于未腐熟秸秆液处理，MDA含量相反[35]。本试验中腐熟剂发酵液促进玉米幼苗生长作用比自然发酵液的强，并JF60最为突出；可能是JF60增加培养液活性物质，刺激幼苗的生长。说明，秸秆浸提浓度的不同导致浸出物的量和种类的不同，不同浸出物又可以通过释放不同的化感物质对玉米幼苗生长产生促进或抑制的化感作用。总体来看，秸秆还田配施腐熟剂时可适当增加秸秆还田量。目前有关化感物质对后茬作物的作用机理尚不清楚，还需进一步从分子水平去探讨其作用机制。

4 结论

玉米秸秆发自然发酵液50 g/L及玉米秸秆60 g/L填加“中农绿康”秸秆腐熟剂发酵液对玉米幼苗生长有显著的促进作用；玉米秸秆施加腐熟剂发酵能减弱其化感作用。