微滴灌生物菌肥對荒漠沙中棉花生長的影響

吳江利，羅學剛，李寶強，張 倩，楊 圣(.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽6200;2.生物質材料教育部工程研究中心，四川綿陽6200;.新疆慧爾農業科技股份有限公司，新疆昌吉800)

隨著現代農業的不斷發展，高產，優質、高效、生態、安全已成為一條重要的農業發展道路［1］。人類開發和利用的土地資源也不僅僅局限于傳統的耕地。以色列為代表的沙漠農業取得舉世矚目的成績，在世界范圍內引起廣泛的關注。微滴灌技術不僅能夠減少水的使用量，而且能大幅提高水的利用率。這對于缺水的沙漠地區來講無疑是一種可以推廣使用的技術［2－3］。沙漠的改良與利用不但可以改善當地生態環境，而且可以增加耕地面積［4－6］。肥料是農業豐產增收的保證。在傳統農業中，農作物的產量往往與肥料的使用量呈一定的正比關系。但是，大量化學肥料的使用易產生土壤板結、養分流失等問題［7］。

據相關報道，微生物肥料的使用可以很好地緩解上述問題［8－9］。在內陸地區，很多地方已經推廣使用生物有機肥，并且取得良好的使用效果。在我國西北荒漠地區的棉田，微滴灌微生物菌肥也開始使用，但有關其使用效果以及對棉花生長的影響報道較少。植物的光合生理參數是衡量植物正常生長的重要生理指標［10］，而植物光合生理過程參數的變化可以靈敏地反映植物體對干旱、高溫、鹽堿等逆境脅迫的適應能力［11－13］。在沙漠土壤中，采用微滴灌技術，施加不同種類和不同稀釋倍數的微生物肥料，并且在沙土中種植棉花，統計棉花發芽率;在開花期通過光合氣體交換參數和葉綠素熒光參數，研究不同處理對棉花光合生理的影響，以期為微滴灌微生物菌肥對新疆棉區棉花生長的影響研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試植物與土壤 試驗植物為錦葵科棉屬植物棉花(Gossypium hirsutum L.)，購自河北渤海種業有限公司(國審冀668)。精選飽滿、無破損、無霉爛的種子做試驗材料。

試驗土壤采自新疆維吾爾自治區塔克拉瑪干沙漠，以不同程度的荒漠化和鹽堿化土壤為代表性采樣點，隨機垂直取0～50 cm深的土壤，混合后裝袋，備用。土壤理化性質為:pH(土水比 1.0∶2.5)7.7，有機質 1.45 g/kg，全磷 0.419 g/kg，全鉀 17.2 g/kg，全氮 0.062 g/kg，有效磷 4.5 mg/kg，速效鉀 0.27 g/kg，堿解氮1.75 mg/kg，陽離子交換量12.7 cmol(+)/kg。

1.2 試驗設計 在2014年3月，分別將枯草芽孢桿菌G、沼澤紅假單胞菌R、膠質芽孢桿菌K、復合菌肥C(前3種的等比例混合液)發酵液按0、25%、50%、75%、100%進行稀釋，其中0即為對照組(CK))，然后使用微滴灌設備，分別等量處理盛裝在花盆中的荒漠沙。7 d后混勻土壤，播種棉花，統計種子發芽率，發芽14 d后定苗，每盆保留長勢良好、均勻的植株2株。后期管理采用微滴灌設備定時、定量給水，保持含水量在飽和含水量的60% ～70%。在棉花開花期進行棉花的光合氣體交換參數和葉綠素熒光參數的測定［14－15］。

1.3 測試方法

1.3.1 種子發芽率的測定。播種后，每隔12 h觀察種子發芽情況，以種子露白長出土壤表面為準，統計種子發芽個數，同時計算棉花種子的發芽率［16］。

種子發芽率=發芽種子數/試驗棉花種子總數×100%

1.3.2 光合氣體交換參數的測定。用LI-6400XT便攜式光合儀(美國LI-COR公司產)，測定棉花的光合氣體交換參數。選上午9:00～11:00為測試時間，光強的參數設置為800 μmol/(m2·s)，選由上向下數第4片葉子為測試葉片進行測定［14］。

1.3.3 葉綠素熒光參數的測定。葉綠素熒光參數的測定采用德國Walz公司產Dual-PAM-100熒光儀。測定前，先將植物置于暗環境中適應30 min，測量葉片與“1.3.2”相同。參數設定為:光強 12 μmol/(m2·s)，飽和脈沖光強10 000 μmol/(m2·s)，持續時間600 ms。熒光淬滅分析作用的光強為 128 μmol/(m2·s)，飽和脈沖間隔時間為 20 s［14－15］。

1.4 數據處理 各試驗組設置3次平行，取平均值進行研究。所得數據使用Excel、Origin8.5等軟件進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度微滴灌肥處理下棉花發芽率變化 微生物肥料能夠改善土壤的微環境，調節土壤pH，有利于種子的萌發［17］。從圖1可以看出，施加菌肥的處理棉花種子的發芽時間相對于對照提前了12～24 h，發芽率相對于對照提高了1.59% ～27.70%。由于菌種的不同，各滴灌肥對棉花種子發芽率的促進作用不盡相同。枯草芽孢桿菌G作用下的發芽率在 56.23% ～72.50%，比對照高出 8.56% ～24.83%，發芽率最高時的發酵液濃度為75%;沼澤紅假單胞菌R作用下棉花的發芽率在50.10% ～70.32%，比對照高出2.43% ～22.65%，最大促進作用出現在發酵液濃度為50%時;膠質芽孢桿菌K作用下的棉花發芽率為49.21% ～64.29%，比對照高1.54% ～16.62%，最大促進作用出現在發酵液濃度為75%時;復合肥 C作用下的棉花發芽率為50.10% ～75.32%，比對照高2.43% ～27.65%，最大促進作用出現在發酵液濃度為50%時。

由此可知，不同濃度的不同菌肥發酵液對棉花種子的萌發具有一定的促進作用，并且這種促進作用與發酵液的濃度有關。在低濃度時，隨著濃度的升高，發芽率不斷升高，當高于某一濃度時，發芽率又開始下降，最大促進作用出現在復合菌肥處理。段錦波等［17－18］研究了不同肥料在滴灌棉花上的應用效果，結果表明滴灌肥具有促進種子發芽、較好的增產效果和提高肥料利用率的作用，并且發現微生肥料進行復配的效果明顯優于單一的微生物肥料。試驗中，3種單一菌種的使用均促進種子的發芽，提高種子的發芽率，但是總體上沒有3種單一菌肥等量混合的復合肥C的促進作用明顯。

2.2 不同微滴灌菌肥作用下棉花的光合生理變化 研究植物的光合生理變化，通常使用光合系統Ⅰ(PSⅠ)的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間 CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)以及光合系統Ⅱ的初始熒光(Fo)、最大熒光產量(Fm)與最大光化學強度(Fv/Fm)等指標［14］。

從表2可以看出，在不同濃度菌肥的處理下，棉花的光合系統Ⅰ的4個指標有不同的變化。在Pn方面，枯草芽孢桿菌G發酵液濃度在25%和100%時分別比對照高10.51%和1.64%，在50%和75%時均低于對照;沼澤紅假單胞菌R在75%時比對照低5.74%，在其他濃度時高于對照3.28% ～13.49%;膠質芽孢桿菌K在各濃度下均比對照高，在6.11%～19.37%之間;復合肥C除25%時比對照組高1.49%外，其他濃度下均低于對照組。在Gs方面，枯草芽孢桿菌G和膠質芽孢桿菌K比對照低0.59% ～12.64%，其他兩組均比對照高1.95% ～20.14%。在Ci方面，各菌肥比對照的變化為－12.72% ～29.5%。在Tr方面，沼澤紅假單胞菌R各濃度條件下比對照低33.80% ～41.13%，其他菌肥處理組相對于對照提高了0.51% ～38.64%。

在棉花光的合系統Ⅱ(PSⅡ)中，75%的枯草芽孢桿菌G、75%的膠質芽孢桿菌K及100%的復合菌處理下的棉花Fo均比對照低，降幅在1.93% ～3.26%之間，其他濃度的菌肥比對照高0.97% ～15.32%;枯草芽孢桿菌G和濃度75%、100%的沼澤紅假單胞菌R及100%的膠質芽孢桿菌K作用下的棉花Fm比對照低0.35% ～9.23%;棉花 Fv/Fm變化不大，比對照升高 1.35% ～23.70%或降低 1.25% ～5.11%。

表2 不同濃度菌肥作用下棉花的光合生理響應指數(BI)

2.3 不同微滴灌菌肥作用下棉花光合參數的差異分析 對棉花光合作用參數和葉綠素熒光參數的方差分析結果表明，在不同微滴灌液體菌肥的作用下，棉花的各光合參數差異呈0.01水平顯著。從表3可以看出，在復合肥C的作用下Pn和Fv/Fm指數最高，說明復合肥C能夠降低荒漠沙環境對棉花的光合系統Ⅰ和光合系統Ⅱ的脅迫或影響;枯草芽孢桿菌G作用下的Pn和Fv/Fm指數次之，膠質芽孢桿菌K作用下的Pn和Fv/Fm指數最小，說明膠質芽孢桿菌K在棉花生長過程中抵抗荒漠沙環境脅迫的作用最小，或者說這種能力最弱。根據Fv與Fm的關系(Fv=Fm－Fo)，可知Fm的降低或Fo的升高都會導致Fv和Fv/Fm的下降。

在Gs、Ci、Tr等方面，膠質芽孢桿菌K作用下的棉花光合指數也最小，說明該菌對棉花的生長促進作用有限。而枯草芽孢桿菌G和沼澤紅假單胞菌R作用下的棉花光合作用參數和熒光參數相對于膠質芽孢桿菌K較高，而復合肥C的各指數相對最高，更能體現出微生物菌肥對棉花生長的促進作用［14－15］。

表3 不同菌肥對棉花光合作用參數、葉綠素熒光參數的影響

3 討論

種子發芽的條件除了種子本身發育完全的內在條件外，還需要有適當的環境條件配合才能進行。環境中的溫度、水分含量和酸堿度等因素都是影響種子發芽的重要因素［18－19］。據相關文獻報道，微生物肥料的加入可以加快種子的萌發，具有提高種子的發芽率、增加棉花產量的作用［17］。研究中，在加入不同濃度的微滴灌菌肥稀釋液后，枯草芽孢桿菌G在發酵液濃度為75%時達到最高(72.50%)，沼澤紅假單胞菌R在發酵液濃度為50%時達到最高(70.32%)，膠質芽孢桿菌K在發酵液濃度為75%時達到最高(64.29%)，復合肥 C發酵液濃度為50%時達到最高(75.32%)，均高于對照的47.62%。微生物肥料對棉花種子發芽率的影響可能是由于微生物的次生代謝產物改變了土壤微環境中的pH。外界酸堿度的變化能夠影響種子有關酶的活性，促進種子的萌發。微生物代謝產生的有機質使得土壤中的微生物活性不斷提高，也對棉花根部營養的吸收和植株的生長具有促進作用［20－21］。

研究表明，在4種不同濃度的微滴灌菌肥發酵液處理的土壤中，棉花葉綠素熒光誘導動力學參數和氣體交換參數都有一定的影響。Farquhar等［22］認為，在光合反應系統Ⅰ(PSⅠ)中，當Pn下降時，若Ci和Gs同時下降，則說明氣孔限制是導致光合作用能力下降的因素，與之相反，若Ci上升，則是由非氣孔因素所致。試驗中，在不同菌肥的處理下，在Pn上升的同時，Gs和Ci也上升，說明棉花的光合作用能力增強，是由氣孔因素所致。試驗結果顯示，蒸騰速率勢與氣孔導度的變化趨勢相似。這是由于氣孔導度和蒸騰速率呈現正相關。氣孔導度反映植物氣孔的開合程度。氣孔開合程度越大，那么蒸騰速率越大，反之則小［23－24］。

在光合系統Ⅱ(PSⅡ)中，Fo為初始熒光，又稱基礎熒光，是PSⅡ反應中心處完全開放時的熒光產量。Fo上升，表明脅迫使PSⅡ反應中心發生光破壞，而且這種破壞是不可逆的［25］。Fm為最大熒光產量，是PSⅡ反應中心處于完全關閉時的熒光產量，反映PSⅡ的電子傳遞情況。Fv/Fm為PSⅡ最大光化學強度，反映PSⅡ反應中心的光能轉換效率。Fv/Fm降低，表明植物受到光抑制［26］。研究表明，各菌肥處理棉花的最大光化學強度(Fv/Fm)比對照升高了 －5.11% ～23.70%，說明在菌肥的作用下，棉花并沒有表現出對荒漠沙環境的脅迫，或者說菌肥能夠降低荒漠沙環境對棉花的脅迫作用，增強棉花對環境的適應能力［27－28］。

研究還表明，滴灌菌肥枯草芽孢桿菌G、沼澤紅假單胞菌R、膠質芽孢桿菌K、復合菌肥C的發酵稀釋液能夠促使棉花種子提前發芽12～24 h，發芽率提高1.59% ～27.70%，并且因菌種的不同而異，復合肥的促進作用明顯高于單一菌種;在菌肥作用下，棉花植株葉片的蒸騰速率加快，并且隨著菌肥加入量的增加而加快，說明菌肥能夠促進棉花的蒸騰作用，促進植物的生長;在光合反應系統Ⅱ中，菌肥處理棉花最大光化學強度比對照高，說明菌肥能夠減弱環境對棉花的脅迫，增強棉花對荒漠沙環境的適應性。

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