固氮菌和褐煤施用對生菜幼苗生長的影響

曹建明 ，張貴平 ，張 倩 ，趙 宇

（1.晉中市農(nóng)業(yè)委員會，山西晉中 030600；2.晉中學院生物科學與技術(shù)學院，山西晉中 030600）

生菜是近年來發(fā)展起來的一種大面積栽培的綠葉蔬菜，為1年生或2年生草本植物，富含膳食纖維和維生素，適合各個年齡的人群食用。我國每年生菜種植量高達2 300萬hm2，每生產(chǎn)850 kg生物量需吸收氮素2.75 kg，尤其在生長快速期，對養(yǎng)分的需求量更高，滿足生菜生產(chǎn)的土壤須有較高的有機質(zhì)含量和肥力。我國人多地少，生產(chǎn)農(nóng)作物的土地多需要連茬種植，從而導致養(yǎng)分缺乏、土壤板結(jié)等，對生菜栽培土壤進行適當改良，是實現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵。

微生物肥料又稱為菌肥，施用后，在土壤肥力和生態(tài)中均具有明顯的促進作用[1]。固氮菌是一種有益微生物，能將空氣中的氮元素通過固氮作用轉(zhuǎn)化為供生菜利用的氮肥，相比化肥的使用，具有獲取方便、增產(chǎn)效益穩(wěn)定的優(yōu)點[2]。固氮菌屬于細菌的一種，固氮速度和產(chǎn)量均較優(yōu)。研究表明，固氮菌在自然界氮循環(huán)中具有重要的作用，把固氮菌作為農(nóng)田的一種接種劑在世界各地廣泛開展[3]，我國有關(guān)固氮菌的研究與應(yīng)用最早是從1953年開始，并把一些固氮菌劑應(yīng)用于農(nóng)田生產(chǎn)上[4]，獲得了一定的成績。李善梅等[5]研究表明，褐球固氮菌YKT41對茄子根結(jié)線蟲病有一定的防治效果。王曉輝等[6]研究認為，褐球固氮菌等2種混合微生物對菜場垃圾堆肥時間較短、效果較好。目前關(guān)于固氮菌在蔬菜生產(chǎn)方面的影響報道和研究較少，因此，探究固氮菌對解決土壤蔬菜生產(chǎn)力低下的問題具有重要意義。

褐煤是煤化程度最低的一種煤，是世界上重要的化石能源之一，在煤炭儲存量中占有很大比例。我國又是煤炭大國，煤炭儲存量相當豐富，根據(jù)文獻調(diào)查，當今我國現(xiàn)存褐煤達1 265億t[7]。熱量值較低的煤炭最有可能發(fā)掘出腐殖資源。褐煤就是其中的一員，其富含豐富的腐植酸，尤其是小分子的黃腐酸，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學等方面有重要的利用價值。褐煤是一種有機質(zhì)，在土壤中扮演著重要的角色[8]。研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中使用腐植酸可以有效調(diào)節(jié)土壤的結(jié)構(gòu)，尤其是對土壤0.26～1.1 mm團粒結(jié)構(gòu)有明顯的改善作用[9-10]。宋軒等[11]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸能夠調(diào)節(jié)土壤的鹽堿化，提高水稻的根系活力。CHEN等[12]研究發(fā)現(xiàn)，腐植酸對沙化土的理化性質(zhì)有顯著提高的作用。李華等[13]在對土壤的研究中也發(fā)現(xiàn)了同樣的效果。雖然單獨添加固氮菌和褐煤的研究較多，但進行組合添加的試驗較少，而且褐煤中帶有適合微生物生長繁殖要求的碳氮比。

本研究以生菜種子為材料，采用不同配比的固氮菌和褐煤處理生菜幼苗，對生菜的各項生理指標進行了測定，旨在為生產(chǎn)上用固氮菌和褐煤進行生菜栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試生菜品種為綠球，種子在榆次烏金山農(nóng)資店購買。供試褐煤來自山西靈石，主要成分為腐植酸；晉中學院校園土，固氮菌為北京沃土公司的解磷菌、解鉀菌、固氮菌等混合菌中分離所得。

1.2 儀器和試劑

分光光度計、靈敏天平（精確到0.000 1 g）、研缽、離心機、培養(yǎng)皿、生化培養(yǎng)箱、超凈工作臺；石英砂、95%乙醇、磷酸二氫鉀、硫酸鎂、氯化鈉、碳酸鈣、甘露醇、硫酸鈣、瓊脂、蒸餾水。

1.3 試驗方法

利用阿斯貝選擇培養(yǎng)基篩選目標菌株。稱取混合菌株10 g，將其溶于90 mL無菌水中，在實驗室用手搖勻30 min，靜置備用。取出上清液將其倒入無菌試管中待用，將分別盛有9 mL無菌水的6支試管用高壓蒸汽滅菌鍋進行滅菌，并按照101～105的順序進行依次編號。用移液管吸取1 mL培養(yǎng)的菌液，注入101的試管中，再從此試管中吸取1 mL稀釋液，注入102倍稀釋的試管中，重復(fù)相同的步驟，直到最后一只試管為止。選取4個稀釋度的懸濁液各0.1 mL用涂布器將菌液均勻地涂布在選擇培養(yǎng)基表面。將配制好的培養(yǎng)基在118℃條件下高壓滅菌37 min。將滅菌后的培養(yǎng)基在超凈工作臺倒平板，貼上標簽備用；在28℃的恒溫箱中培養(yǎng)5 d，最后統(tǒng)計其菌落。通過液體擴大培養(yǎng)基放在三角瓶中進行擴大振蕩培養(yǎng)。

種子處理：首先把生菜種子放在實驗室用水浸泡24 h（透水的目的是使生菜種子更好地發(fā)芽），然后放入裝有土壤的穴盤（長度3 cm、寬度3 cm、高度6.5cm）。待生菜長出2～3個葉片，進行試驗處理。試驗共設(shè)9個處理，如表1所示。每盆裝有100 g土壤，定量澆水保持土壤水分充足，在發(fā)芽之前將它放在避陰處，2 d觀察一次待其發(fā)芽，15 d后選擇穴盤中植株長勢一致、質(zhì)量好的幼苗4株，將其移栽至充足光照處，定期觀察。

試驗采用2因素3水平設(shè)計，按表1比例混合后，移栽兩葉一心期生菜幼苗。

表1 固氮菌和褐煤不同的配比 mg

1.4 測定項目及方法

取植株上部剛剛展開的葉片按李得孝等[9]的方法測定葉綠素含量；用電子天平（選用型號為FA005）測量生菜的地上（莖、葉）、地下（根）部鮮質(zhì)量；用游標卡尺和直尺測量生菜葉片長度、葉片面積。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件進行處理和分析，各處理間用ANOVA進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 固氮菌和褐煤不同配比對生菜株高的影響

從圖1可以看出，固氮菌對生菜的株高有顯著影響，褐煤同樣對生菜的株高也有顯著的增加趨勢。處理C2N2，C3N2的生菜株高較其他處理高，說明這2種配比更適合生菜的生長，尤其是固氮菌2 mg、褐煤10 mg的混合使用。

2.2 固氮菌和褐煤不同配比對生菜葉片長度的影響

從圖2可以看出，生菜的葉片大小有不明顯的變化，基本都小于1.7 cm，處理C3N2，C2N1的葉片長度較其他處理葉片長，說明不同的配比對葉片長度的影響差異顯著。

2.3 固氮菌和褐煤不同配比對生菜根、莖的影響

生菜的總產(chǎn)量是其地上部（莖、葉）的鮮質(zhì)量加上地下部（根）的鮮質(zhì)量，由圖3，4可知，試驗處理組C2N2的生菜的莖、葉、根的鮮質(zhì)量均高于其他處理，其次是處理C3N2。在不加固氮菌的試驗組中發(fā)現(xiàn)，低用量的褐煤對生菜的地上部與地下部都有促進作用，反而在用量高的情況下，例如褐煤的用量達到50 mg時，生菜的莖、葉和地下部（根）的鮮質(zhì)量較對照組有降低的趨勢，較對照組地上部分別降低了8.67%，9.52%，11.57%，地下部分別降低了9.62%，10.75%，13.83%。加入固氮菌的情況下，低用量的固氮菌相比對照組C1N1在地上部與地下部都有較有顯著的提高，較高用量的固氮菌與對照組相比，在莖葉和根的質(zhì)量上有很少的提高，基本上沒有變化?？梢缘贸?，加入固氮菌1 mg、褐煤10 mg的處理對生菜的地上部與地下部提高最大，是最適合生菜生長的試驗配比。

2.4 固氮菌和褐煤不同配比對生菜葉綠素含量的影響

從圖5可以看出，處理C2N2的生菜葉綠素含量最高，處理C3N3的葉綠素含量最低，單從固氮菌方面來看，隨著固氮菌用量的增大葉綠素含量先提高后降低，當固氮菌含量為1 mg時，葉綠素含量較對照組高，當固氮菌為2 mg時，葉綠素含量較對照降低12.45%，說明低用量的固氮菌對生菜生長有顯著提高的作用，高用量的固氮菌對生菜葉綠素含量有抑制作用，說明適量的固氮菌對生菜生長最有利，不是固氮菌用量越高對生菜生長越有利。當固氮菌用量為零時，隨著腐植酸量的增加，葉綠素的總含量同樣是先增加后減少，當每盆加入褐煤10 mg用量與對照組相比，生菜中葉綠素含量提高幅度為12.72%，當每盆生菜放入褐煤50 mg時，葉綠素含量與對照組相比，生菜中葉綠素含量下降幅度最大。說明隨著腐植酸用量的加大，生菜生長出現(xiàn)緩慢的現(xiàn)象。試驗顯示，10 mg褐煤、1 mg固氮菌配比是最適生菜生長的方案。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，褐煤單獨使用時效果不明顯，當加入一定量的固氮菌時，株高、葉片長度、地上部地下部鮮質(zhì)量分別較CK增加11.2%，24.7%，13.5%，17.6%。隨著褐煤用量的增加，生菜的株高、地上部和地下部鮮質(zhì)量均表現(xiàn)為先上升后下降，說明不同用量的褐煤對生菜生長的影響有差異，這與趙日明等[14]在研究低用量腐植酸促進水稻的生長，高用量抑制水稻的生長研究一致，同時高家合[15]研究的烤煙、何國軍等[16]研究的水培丹參、周崇峻等[17]研究的生菜，結(jié)果都顯現(xiàn)出褐煤低促進高抑制的特點。試驗組C2N2中生菜葉綠素含量較對照組提高了15.9%，但試驗組C1N3，C2N3較對照組分別下降9.7%，13.6%。表明不同用量固氮菌也具有低用量促進高用量抑制的特征，這與盧秉林等[18]關(guān)于固氮菌促進農(nóng)作物生長的研究結(jié)果一致。本試驗以加入10 mg褐煤、1 mg固氮菌的處理對生菜株高、地上部和地下部鮮質(zhì)量等各項生理指標促進效果最好，可作為大量生產(chǎn)生菜的栽培基質(zhì)。