解淀粉芽孢杆菌ck-05对槟榔生长及土壤微生态的影响

刘小玉,付登强,余凤玉

(1 中国热带农业科学院椰子研究所,海南文昌,571339;2 海南省槟榔产业工程研究中心,海南文昌,571339)

槟榔ArecacatechuL.为棕榈科槟榔属多年生植物,是海南极具地方特色和优势的重要热带经济作物,也是海南省政府大力倡导发展的“三棵树”之一[1]。为追求高产,化肥常被过量施用,从而造成土壤酸化板结、微生态失衡、病虫害严重等问题,这些问题已成为制约槟榔产业健康可持续发展的关键因素。微生物菌肥是添加有效微生物菌用于改善土壤微生态环境的功能性肥料,长期施用可以活化有机质、增强土壤酶活力、改善果实营养品质、增加作物产量、促进生长发育、减少环境污染等[2]。珊丹等[3]认为草原矿区排土场施用微生物菌肥,可改善原状土壤环境,提高土壤肥力。罗玉兰等[4]研究发现,微生物肥能改善土壤质量,提高有机质,速效氮、磷、钾含量及微生物总量,调节pH值。Qin等[5]研究发现,解淀粉芽孢杆菌L-S60可显著改变黄瓜幼苗相关细菌群落结构,改善黄瓜幼苗生长条件。Chen等[6]发现,解淀粉芽孢杆菌SQR9可帮助玉米植株抵御盐胁迫,显著促进玉米幼苗的生长,提高叶绿素含量。前人研究主要集中于微生物菌肥对土壤肥力的影响或对某种作物生长指标的影响,尚未见微生物菌肥对槟榔根系土壤微生态效应的相关报道。本文以解淀粉芽孢杆菌ck-05为研究对象,分析该菌株对槟榔生长及土壤微生态效应的影响,为该菌株在热区土壤改良中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料与地点

试验地位于海南文昌中国热带农业科学院椰子研究所槟榔示范园;供试菌株解淀粉芽孢杆菌ck-05为本课题组保存,供试槟榔苗为1年生 “热研1号”槟榔。

1.2 菌株ck-05发酵液的制备

用液体LB培养基培养菌株ck-05,并置于28 ℃,200 r/min摇床上震荡3 d,制成1×109CFU/mL菌悬液。

1.3 试验设计

设计3个不同处理,T1为灭活菌株ck-05发酵培养3 d(对照),T2为菌株ck-05发酵培养3 d,T3为菌株ck-05发酵培养3 d后再高温灭菌。每处理设10个重复。每盆种植1株槟榔幼苗,用盆装好槟榔苗后埋在大田中,常规水肥管理,每隔15 d用200 mL相应的发酵液灌根1次,连续处理3个月,1年后测量株高、茎粗、叶绿素SPAD、鲜质量等农艺性状[7],采集槟榔叶片检测氮、磷、钾,钙、镁、铁、锰、铜、锌、钠等元素含量,同时采集槟榔根系土壤样品,检测土壤中微生物数量、土壤主要养分含量及土壤酶活性。

1.4 指标测定

1.4.1 槟榔农艺性状的测定 用卷尺测量株高;游标卡尺测量茎粗;用天平称鲜质量,用SPAD-502 Plus叶绿素测定仪测量叶绿素SPAD值,每个叶片测定5点,取平均值[8]。

1.4.2 槟榔植株养分的测定 H2SO4-H2O2法消煮样品后,用扩散法测定槟榔植株全氮含量,钼锑抗比色法测定槟榔植株全磷含量,火焰光度计法测定槟榔植株全钾含量。干灰化-稀盐酸溶解法处理样品,用原子吸收分光光度法测定槟榔植株钙、镁、铁、锰、铜、锌、钠等元素含量[9]。

1.4.3 根系微生物数量的测定 采用稀释涂布平板法对土壤中细菌、真菌、放线菌分别进行计数,具体方法参照余凤玉等[10]土壤微生物计数方法。

1.4.4 土壤主要养分含量的测定 采用pH计测土壤pH值;重铬酸钾滴定法测土壤有机质;碱解氮扩散法测碱解氮;钼锑抗比色法测有效磷;火焰光度计法测速效钾,具体方法参照纳小凡等[11]土壤环境化学指标测定。

1.4.5 土壤主要酶活性的测定 土壤酶活性测定指标包括土壤脲酶、土壤过氧化氢酶和土壤磷酸酶,均采用检测试剂盒测定。试剂盒购买于北京索莱宝科技有限公司。

1.5 数据处理与分析

数据处理及绘图采用WPS表格,数据统计分析采用 SAS 软件。

2 结果与分析

2.1 对槟榔农艺性状的影响

株高、茎粗、叶绿素SPAD值、鲜质量等指标是槟榔幼苗的主要农艺性状,同时也是判断槟榔幼苗质量的重要依据[12]。与对照T1相比,解淀粉芽孢杆菌ck-05发酵液处理(T2)的槟榔苗株高增高率为13.22%,茎粗增长率为9.94%,叶绿素SPAD增长率为44.61%,植株鲜质量增长率为11.12%;处理T3与T1之间的株高、茎粗、叶绿素SPAD及鲜质量等农艺性状差异均不显著(见表1)。说明解淀粉芽孢杆菌ck-05可显著促进槟榔植株生长。

表1 解淀粉芽孢杆菌ck-05对槟榔农艺性状的影响

2.2 对槟榔植株养分的影响

植株中含有的N、P 、K、Ca、Mg、Fe等营养元素对植物的生长起着重要的平衡作用,如N是植物体内不可或缺的元素,直接关系到植株器官分化和植物体的形态建成[13]。P能提高植株体内相关酶的生理活性,增强植物的代谢活性。K有提高农作物的抗逆性作用。由表2可以得知,处理T2的氮含量为13.09 mg/g,钾含量为4.73 mg/g,均显著高于T1和T3,而T1和T3之间的差异不显著,说明菌株ck-05能显著提高槟榔植株中氮和钾的含量。而不同处理间的磷含量差异不显著,说明菌株ck-05对槟榔植株的磷含量没有显著影响。根据铁和锌含量的结果来看,处理T2和处理T3中的铁、锌含量均显著高于对照T1,而处理T2和处理T3之间的差异不显著,说明菌株ck-05及其发酵后的代谢产物均能显著提高槟榔植株中的铁和锌含量。处理T2中的锰为40.21 mg/kg,铜为15.05 mg/kg,镁为697.44 mg/kg,均显著高于T1和T3,而T1和T3之间的差异不显著,说明菌株ck-05能显著提高槟榔植株中锰、铜、镁的含量。不同处理间的钠和钙含量差异均不显著,说明菌株ck-05对槟榔植株的钠和钙含量影响不大。由此可见,解淀粉芽孢杆菌ck-05对槟榔植株的主要养分含量有显著促进作用。

表2 解淀粉芽孢杆菌ck-05对槟榔植株主要养分含量的影响

2.3 对土壤微生物数量的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,在有机质分解、养分循环和植物养分利用过程中发挥着重要作用,也是土壤养分贮存库和植物生长所需养分的重要来源[14]。从表3可以看出,处理T2和处理T3中的土壤细菌数量均显著高于对照T1,其中处理T2中的土壤细菌数量达到最大,为3.5×108CFU/g,说明解淀粉芽孢杆菌ck-05菌株及其发酵后的代谢产物均能显著提高土壤中细菌数量,但菌株ck-05的作用更显著。根据真菌数量的试验结果来看,对照T1的真菌数量为4.0×104CFU/g,而处理T2的真菌数量为2.1×104CFU/g,显著低于T1,而T1和T3之间的差异不显著,说明菌株ck-05能显著降低土壤中的真菌数量。但不同处理间土壤中放线菌数量差异不显著,说明菌株ck-05对土壤放线菌影响不大。由此可见,解淀粉芽孢杆菌ck-05能改变土壤微生物群落结构。

表3 解淀粉芽孢杆菌ck-05对土壤微生物数量的影响 CFU/g

2.4 对土壤主要养分含量的影响

土壤有机质是为作物生长发育提供养分的仓库,也是衡量土壤肥力的重要指标。土壤中的碱解氮、有效磷和速效钾是作物根系吸收利用的主要状态,含量较高有利于作物的生长发育和产量及品质的形成[15]。从表4可以看出,处理T2和处理T3的有机质含量均高于对照T1,其中处理T2的有机质含量为18.04 g/kg,显著高于处理T3,说明解淀粉芽孢杆菌ck-05菌株及其发酵后的代谢产物均能显著提高土壤有机质含量,但菌株ck-05的作用更显著。从碱解氮的试验结果可以看出,处理T2的碱解氮含量31.50 mg/kg,显著高于T1和T3,说明菌株ck-05能显著提高土壤碱解氮含量。而不同处理间的土壤pH值、速效钾和有效磷含量差异均不显著,说明菌株ck-05对土壤pH值、速效钾和有效磷影响不大。由此可见,解淀粉芽孢杆菌ck-05能提高土壤有机质和土壤碱解氮含量,可有效改善土壤的养分状况。

表4 解淀粉芽孢杆菌ck-05对土壤主要养分含量的影响

2.5 对土壤主要酶活性的影响

土壤酶活性代表了土壤微生物的新陈代谢能力,与土壤质量有密切关系,且不同的酶有着独特的功能[16]。其中,土壤脲酶可以将尿素水解成氨和二氧化碳,土壤脲酶活性高对提高尿素肥料的利用率有重大意义。土壤磷酸酶能将土壤中无效态磷活化成植株可以吸收利用的有效态磷,土壤磷酸酶活性高对提高磷肥的利用率具有重要作用[17]。而土壤过氧化氢酶能够催化土壤中过氧化氢分解,有利于防止过氧化氢对土壤产生毒害[18]。从表5 可以看出,处理T2的脲酶活性为253.48 U/g,显著高于T1和T3,说明菌株ck-05能显著提高土壤的脲酶活性。而不同处理间的土壤过氧化氢酶活性和磷酸酶活性差异均不显著,说明菌株ck-05对过氧化氢酶和磷酸酶影响不大。由此可见,解淀粉芽孢杆菌ck-05能提高土壤脲酶活性,对土壤酶活性有一定的影响。

3 讨论

微生物作为土壤中物质转化的参与者之一,在矿化有机质、分解腐殖质、转化植物营养等过程中发挥着重要作用。微生物菌剂可作为用于改善土壤微生态环境的功能性肥料,近年来,微生物菌肥的应用研究越来越受到大家的青睐。解淀粉芽孢杆菌为芽孢杆菌属,在生长过程中能够产生赤霉素、吲哚乙酸等多种生理活性物质,提高植物抗病能力;也可分泌伊枯草菌素、表面活性素等多种抗菌物质,增强机体抵抗致病菌的能力,有被开发为微生物菌肥的潜力。

株高、茎粗及生物量是衡量植株生长发育的重要指标,也可反映植株吸收养分并利用、积累的情况。保善存等[19]研究结果表明,施用解淀粉芽孢杆菌LN3和LN4后,枸杞的株高、冠幅、地径、结果枝长、叶面积等生长指标均明显得到改善,枸杞叶片SPAD 值、蒸腾速率、胞间CO2浓度、净光合速率、气孔导度等指标也显著提高。何嘉等[8]研究结果表明,微生物菌剂能显著提高枸杞幼苗的成活率、发根量和根系生长量,也可改善果实品质。王轲永[20]等研究表明,微生物菌剂Super ER·MI能促进连作切花菊植株对氮、磷、钾的吸收。本研究发现,与对照相比,施用解淀粉芽孢杆菌ck-05后,槟榔幼苗的株高、茎粗和叶绿素SPAD值、鲜质量等生长指标均不同程度增长,说明解淀粉芽孢杆菌ck-05能显著促进槟榔植株生长。另外,与对照相比,施用解淀粉芽孢杆菌ck-05后,槟榔植株中氮、钾、铁、锰、铜、镁、锌等元素的含量均显著增加,说明解淀粉芽孢杆菌ck-05能促进槟榔植株对养分的吸收。

土壤微生物是土壤的重要组成部分,可促进土壤养分循环,也是影响土壤微生态的关键因素。本研究发现,施用解淀粉芽孢杆菌ck-05后,土壤中的细菌数量显著高于对照T1,而真菌数量显著低于对照T1,说明菌株ck-05能明显改变土壤微生物群落结构,这与很多研究结果相似。吕雅悠等[21]研究认为,菌株A21-4可显著提高辣椒根际土壤中细菌和放线菌的数量,改善土壤微生物结构。胡基华等[22]认为,施用解淀粉芽孢杆菌TF28能调节黄瓜根际土壤微生物结构,提高土壤中细菌和放线菌的数量,降低真菌数量,抑制连作引起的由“细菌型”向“真菌型”转变。

土壤是作物生长的基础,土壤的肥力直接决定了作物的生长发育,影响作物的产量和品质[23]。本研究发现,施用解淀粉芽孢杆菌ck-05后,土壤中的有机质和碱解氮含量均得到显著增加,土壤中养分状况明显得到改善,这与很多研究结果相似。杨超才等[24]研究发现,施用含枯草芽孢杆菌有机肥可增加土壤养分含量。张学超等[25]认为,接种解淀粉芽孢杆菌Z-14能显著增加小麦根际土壤有机质的含量。吕亮雨等[26]发现,微生物菌剂的施用有效增加了枸杞园土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量,改良了枸杞园的土壤理化性质。

土壤酶活性反映了土壤的健康状况,土壤酶主要来源于土壤中的微生物、植物根系分泌释放、动植物活体或者残体等其他的有机组织[27]。曾令涛等[28]研究表明,解淀粉芽孢杆菌X益生菌的添加显著提高了土壤酶活性。张学超[25]认为,接种解淀粉芽孢杆菌Z-14能显著提高小麦根际土壤脲酶活性和酸性磷酸酶活性。丁方丽等[29]认为,菌株A21-4 能显著提高黄瓜根际土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和磷酸酶的活性。本研究发现,解淀粉芽孢杆菌ck-05能显著提高土壤脲酶活性,改善土壤理化性质。

4 结论

解淀粉芽孢杆菌ck-05能显著促进槟榔植株生长,改变土壤微生物群落结构,同时也改善了土壤养分状况,提高了土壤主要酶活性,对土壤微生态有很好的改良作用,可用来开发为微生物菌肥。