稀土元素與生物活性菌肥對農作物的促生效果

宋言三,李 廣,張 婷,朱 芳,何 磊,柴瑞娟

(安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖 241000)

稀土元素與生物活性菌肥對農作物的促生效果

宋言三,李 廣,張 婷,朱 芳,何 磊,柴瑞娟?

(安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖 241000)

以開發稀土元素輔助的高效生物活性菌肥為目的,采用盆栽大豆、小麥、玉米、水稻為實驗材料,分別用稀土元素協同活性菌肥溶液、稀土元素溶液、活性菌肥溶液和蒸餾水定期澆灌,測定植物幼苗相關生長指標．結果顯示,稀土元素及活性菌肥溶液對供試作物均有一定促生效果,但稀土元素協同活性菌肥溶液的促生效果更優越．稀土元素協同活性菌肥的使用有更高的潛在肥力．

稀土元素;活性菌肥;農作物;促生作用

稀土元素(rare earth elements)是指元素周期表中原子序數為57～71的15種鑭系元素,以及與鑭系元素化學性質相似的鈧(Sc)和釔(Y)．稀土元素在礦床學[1]、發光材料[2]等領域都得到了廣泛應用．隨著研究的發展,稀土元素對生物機體的生理作用研究也越來越受到人們的關注．

有研究顯示鈰和鑭可以促進椰子樹[3]根系的生長,葉面噴施鑭和鈰也可以促進春秋兩季油菜莖葉干、鮮物重增加,同時,增加干鮮比[4]．此類研究表明,稀土元素在農業上施用有望提高農產品產量、品質和抗性,可降低農藥及化肥的用量,節省農業生產成本,同時實現環境的保護．

我國是稀土大國,于1972年將稀土肥料應用于農業生產[5],截止20世紀90年代,稀土肥料在我國已累積使用9 300萬畝．目前常用的是以鑭、鈰元素為主的稀土微肥,以及少量的鐠、釹元素在內的輕稀土無機鹽或有機鹽．而單用稀土施肥可能導致稀土元素在土壤中的累積、超標,造成二次污染．考慮到眾多細菌具有土壤污染修復[6]的能力,因此,稀土元素與菌肥的結合使用有望降低此風險．

生物活性菌肥是指采用生物工程技術生產的含有活性微生物的特定制品,它與化學肥料的本質區別是不含大量營養元素,主要是以微生物的生命活動及產物來改善植物的營養條件,發揮土壤潛在的肥力,因此,不僅可以減少環境污染,還可以提高作物的產量和品質．目前使用的生物肥料肥效緩慢、成本高,雖然無化學肥料的弊端,但在使用上受到限制．

對比稀土元素、活性菌肥及二者聯合使用的3種處理對幾種農作物的促生效果,將稀土元素和活性菌肥相結合,探討研制新型稀土生物肥料,為降低化學肥料的使用,提高生物肥料肥效提供一條新的途徑．

1 材料與方法

1．1 實驗材料

大豆、小麥、玉米、水稻、某品牌生物菌肥．

1．2 試劑與儀器

水合硝酸鑭、水合硝酸鈰、丙酮、無水乙醇、石英砂、碳酸鈣,均為分析純(AR),由國藥集團化學試劑有限公司提供;紫外可見分光光度計(UV-3600,日本島津公司);分析天平(FA1204B,上海精科天美貿易有限公司)．

1．3 實驗方法

(1)材料預處理．選取籽粒飽滿、組織結構完整、大小基本相同的供試種子,用0．1%的氯化汞溶液浸泡10min后,用清水沖洗35次,25℃用供試溶液浸泡12 h．

(2)協同溶液的配制．配制5 mg/L的硝酸鑭和硝酸鈰溶液,按照使用說明分別加入某品牌生物菌肥,使稀土元素占菌肥的10%,菌肥質量濃度為0．05g/L,攪拌均勻用于浸泡供試植物種子．

(3)材料的培養．將泡好的種子播種于塑料花盆中(上口徑20cm×16cm下口徑×13cm高)的土壤中,放在通風良好,陽光充足的窗臺上,每7d澆一次供試溶液．

(4)對照實驗．分別以5mg/L的硝酸鑭和硝酸鈰溶液,0．05g/L的活性菌肥溶液以及蒸餾水做對照．

(5)生長情況測定．待幼苗生長30 d時檢測平均根長、根數、株高、植株鮮重及葉片長度．每個處理5盆,重復3次．

(6)葉綠素含量的測量．參照文獻[7]測定植株葉片的葉綠素含量．

(7)稀土元素對菌肥中細菌生長的影響．在錐形瓶中加入200mL液體牛肉膏蛋白胨培養基、硝酸鑭(5mg/L)及硝酸鈰(5mg/L)及加入菌肥,質量濃度為0．05 g/L,150 r/min,30℃震蕩培養12 h后測定溶液吸光度(A600)．在不加稀土元素的錐形瓶中培養菌肥菌,作為對照．

(8)不同處理對土壤中細菌總數的影響．稱取種植過幼苗的土壤適量,參照文獻[8]中方法,分光光度計測定溶液吸光度(A600)．

(9)統計分析．處理組數據與對照組做統計學分析．

2 結果與討論

2．1 硝酸鑭協同活性菌肥對植物的促生作用

根系是植物吸收水分和礦質營養的重要器官,對植株地上部分的生長、發育及生存都有影響[9-10]．硝酸鑭協同活性菌肥對植物的促生作用如表1所示．由表1可知,硝酸鑭協同活性菌肥處理對大豆根長、根數及水稻根長的促進作用與對照硝酸鑭、活性菌肥、蒸餾水相比均有顯著差異,硝酸鑭協同活性菌肥對大豆幼苗根系的生長具有良好的促進作用．葉綠素含量會影響植物的光合和生長[11],從而反應在植株鮮重上有較大差異,硝酸鑭協同活性菌肥處理對水稻葉片葉綠素含量、植株鮮重及大豆植株鮮重有顯著影響．綜合表1數據說明,稀土元素協同活性菌肥在某種程度上對供試植物根系及植株生長的促生效益優于它們的單獨使用．

2．2 硝酸鈰協同活性菌肥對植物的促生作用

硝酸鈰協同活性菌肥對植物的促生作用如表2所示．由表2可知,硝酸鈰協同活性菌肥的促生作用與對照相比有顯著差異,可以明顯促進大豆根長、根數、株高、植株鮮重,促進小麥株高、玉米葉綠素含量、水稻葉綠素含量．實驗結果說明,稀土元素協同活性菌肥的使用有更高的潛在肥力．

2．3 稀土元素對菌肥中細菌生長的影響

適當濃度稀土元素可以促進細菌的繁殖[12],菌肥菌對稀土元素也有此生理反應．經過一段時間培養,加入稀土元素的培養基中細菌總數明顯高于不加稀土元素的培養基,菌肥菌數量的增加可能是菌肥功能表現的一個方面．

2．4 不同處理對土壤中細菌總數的影響

稀土元素對菌肥中細菌生長的影響如表3所示．稀土元素對土壤中細菌總數的影響如表4所示．由表3、表4可知,只澆蒸餾水時,種植不同作物的土壤中細菌總數均比種植前有所增加．因為在適合作物生長的培養條件下,只要是適宜的溫度和濕度,細菌也可以利用土壤中的碳源和氮源進行繁殖,只澆硝酸鑭和硝酸鈰的土壤中細菌總數與只澆蒸餾水組相比有明顯差異,說明稀土元素也可以促進土壤中原有細菌的生長和繁殖;澆稀土元素組和活性菌肥組的土壤中細菌總數沒有顯著差別,可能是因為它們對土壤中細菌總數的影響相差不大;稀土元素協同活性菌肥組的土壤中細菌總數最高,是因為稀土元素促進細菌繁殖的作用與外加活性菌肥的作用相疊加．因此,稀土元素協同活性菌肥的良好促生作用可能是通過促進土壤中細菌繁殖,改善土壤微生態環境實現的．

表1 硝酸鑭協同活性菌肥對植物的促生作用

表2 硝酸鈰協同活性菌肥對植物的促生作用

表3 稀土元素對菌肥中細菌生長的影響

表4 稀土元素對土壤中細菌總數的影響

3 結論與討論

稀土元素和活性菌肥均有較好的促生作用,有利于農業生產．研究說明這一現象的存在,如與不施肥的蒸餾水組相比,硝酸鑭單獨使用可以促進大豆根數、株高、植株鮮重,小麥和玉米根數,水稻根長;硝酸鈰可以促進大豆根長、根數、株高,小麥根數;活性菌肥組與不施肥的蒸餾水組相比有利于大豆株高,小麥根數．但稀土元素與活性菌肥之間的促生作用難分伯仲．

菌肥菌在土壤中的生長和繁殖速度關系到菌肥的肥力,在農田中施加菌肥也會對土壤微生態環境有一定影響[13-15]．同時,稀土元素不僅對植物生長有一定促進作用,對微生物生長也有一定促進作用[16]．因此,推測稀土元素協同活性菌肥的高效促生效應可能與稀土元素促進了活性菌肥菌和土壤中微生物的生長有關．低濃度的La3＋會刺激紅壤中硝化細菌活性[17],也會增強黑曲霉抗氧酶活性[18],因此,稀土元素協同活性菌肥的高效促生效應也可能是因為稀土元素影響了活性菌肥菌生理活性而表現出來的．實驗室后續將擬從施加稀土元素和活性菌肥后,土壤中的微生物菌群數量及微生物的生理功能變化入手,探討它們協同使用肥力增強的機理．

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Rare earth elements and biologically active fertilizer interaction promoting effect of several major crops

SONG Yan-san,LI Guang,ZHANG Ting,ZHU Fang,HE Lei,CHAI Rui-juan?
(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

In order to assist the development of efficient bio-active rare earth element fertilizer with potted soybean,wheat,maize,rice as experimental material,and with the rare earth element synergistic activity fertilizer solution,a solution of rare earth elements,active-fertilizer solution and distilled water regularly watered respectively,the relevant plant seedling growth indexes are determined．The results show:rare earth elements and active-fertilizer solution on the test crop have certain growth-promoting effect,but synergistic activity of rare earth elements fertilizer promoting effect is superior solution．The use of rare earth elements synergistic activity fertilizer possesses a higher potential fertility．

rare earth element;active fertilizer;crop;growth-promoting effect

Q945．3

A

1672-2477(2015)04-0012-05

2014-12-20

省級大學生創新創業基金資助項目(201310363139)

宋言三(1993-),男,安徽安慶人,本科．

柴瑞娟(1975-),女,內蒙古烏蘭察布人,副教授,碩導．