3株嗜(耐)鹽菌株不同組合對鹽堿土壤不同粒徑團聚體含量的影響

曹力毅，畢江濤，肖國舉

(1.寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學 環境工程研究院，寧夏 銀川 750021)

鹽堿土是指一系列受到鹽堿作用的土壤，包括各種鹽土、堿土及有不同程度鹽化和堿化的土壤。鹽堿土理化性質不良，使得大多數植物的生長受到不同程度的抑制，甚至造成死亡[1-3]。根據土壤中鹽堿含量的多少，通常將鹽堿程度分為輕度、中度、重度3類[4]。

目前，國內外主要以電導率和pH值作為衡量土壤鹽堿程度的指標[5-6]。鹽土含鹽量一般為0.6%～2.0%，含鹽成分以NaCl為主，可溶性鹽類含量超過2 g/kg；堿土是指代換性鈉離子占陽離子代換量20%以上、pH值>8、含鹽成分以Na2CO3為主的土壤[7-8]。土壤鹽堿化包括鹽化和堿化2個不同的成土過程。我國鹽堿地大多分布在華北、東北和西北的內陸干旱、半干旱區以及沿海地區，分布廣、范圍大，嚴重影響區域的生態環境和農業可持續發展[9-11]。土壤結構的研究是獲取土壤團聚體基礎數據的關鍵[12]。土壤團聚體是土壤結構的基本單元，對土壤水、肥、氣、熱和生物學特征具有重要的維護和調節作用。土壤團聚體主要通過無機物與有機物黏結而成，微生物依靠相互之間協同作用[13-15]，分解土壤有機質，釋放出可供植物生長利用的養分，影響團聚體的形成和穩定，而土壤所含團聚體數量直接影響土壤質量[14,16-18]。程麗娟等[19]在土壤上接種大豆根瘤菌(Bradyrhizobiumjaponicum)、圓褐固氮菌(Azotobacterchrococcum)、膠質芽孢桿菌(Bacillusmucilaginosus)、根霉菌(Rhizopus)、放線菌(Actinomycete)，研究其對土壤團聚體的影響。結果顯示，接種菌對土壤大團聚體(粒徑5～2 mm)的形成具有良好的促進效應。MARTIN[20]研究發現，土壤放射桿菌(Agrobacteriumrediobacter)和多黏芽孢桿菌(Bacilluspolymexa)分泌的多糖會促進團聚體的穩定，其效果優于根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)和三葉草根瘤菌(Rhizobiumtrifolii)。鹽堿土壤中存在大量嗜(耐)鹽菌，其對土壤團聚體和結構的影響研究鮮有報道。鑒于此，本試驗通過嗜(耐)鹽菌株的不同組合，研究其對鹽堿地不同粒徑土壤團聚體含量的影響，為鹽堿地的改良提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試土樣

試驗設在寧夏省銀川市賀蘭縣金貴鎮銀光村(38°29′15″N、106°20′24″E)。2018年4月20日采集耕作層土樣，帶回實驗室風干后過0.25 mm篩備用。供試土壤理化性質：pH值8.40、全鹽含量1.83 g/kg、有機質含量9.90 g/kg、全氮含量 1.18 g/kg、全磷含量0.59 g/kg、堿解氮含量0.042 g/kg、有效磷含量3.38 mg/kg、速效鉀含量0.32 g/kg。

1.2 供試菌株

試驗所用菌株為從鹽堿地土壤篩選出的3株嗜(耐)菌，分別為達板喜鹽芽孢桿菌(Halobacillusdabanensis)、鹽單胞細菌(Halomonasmeridiana)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 菌懸液制備 挑取純化后的菌株，接種到滅菌牛肉膏蛋白胨液體培養基中，置于恒溫震蕩器，30 ℃、180 r/min條件下培養24 h。將培養液分裝于滅菌的100 mL離心管中，室溫條件下于5 000 r/min離心10 min，收集濕菌體。然后用滅菌的生理鹽水(0.9%的NaCl溶液)洗滌3次，再用生理鹽水將菌體調配成菌懸液，使吸光度值OD600=1.0。

1.3.2 試驗設計 將3株菌株進行組合，設置為7個不同處理：T1(達板喜鹽芽孢桿菌)、T2(鹽單胞細菌)、T3(枯草芽孢桿菌)、T4(達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌)、T5(達板喜鹽芽孢桿菌+枯草芽孢桿菌)、T6(鹽單胞細菌+枯草芽孢桿菌)、T7(達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌+枯草芽孢桿菌)；無菌水作對照(CK)。將不同組合菌劑配制成質量分數為6%的菌懸液(如土樣質量20 g，加入單株菌懸液1.2 mL或2株菌懸液每種0.6 mL或3株菌懸液每種0.4 mL)。

1.3.3 培養皿試驗 稱取20 g土樣過0.25 mm篩，置于培養皿中，將6%菌懸液1.2 mL接入到盛有土樣的培養皿中，取等量無菌水作為對照(CK)，每個處理重復7次。將各處理培養皿置于28 ℃培養箱培養45～90 d，每天噴2 mL無菌水使其保持濕潤，培養至45、90 d時采用濕篩法分別測定不同粒徑土壤團聚體含量[21]。

1.3.4 盆缽試驗 將盆缽(高10 cm、盆口直徑15 cm、盆底直徑7.5 cm)進行高壓蒸汽滅菌，每個盆缽底部鋪上3 cm滅菌石英砂(30 g)，然后將紗布(3層)鋪于石英砂上。稱取200 g過0.25 mm篩的土樣，加入6%菌懸液12 mL，等量無菌水作對照(CK)，每個處理重復5次。盆缽上面用滅菌紙封口，置于28 ℃培養箱培養45～90 d。每天噴12 mL無菌水使其保持濕潤，培養至45、90 d時采用干篩和濕篩法分別測定不同粒徑土壤團聚體含量[19，22]。

1.4 不同粒徑土壤團聚體含量測定

干篩法：從盆缽中取200 g土樣，盡量保持原狀置于套篩(孔徑依次為5、2、1、0.5、0.25 mm)頂部，振蕩5 min，測定各級孔徑篩子上土樣質量，計算不同粒徑土壤團聚體含量。

濕篩法：取200 g盆缽中的原狀土樣置于1 L量筒中，沿量筒邊緣緩慢加入去離子水至飽和狀態，然后將飽和土樣轉移至水桶中的套篩(孔徑依次為 5、2、1、0.5、0.25 mm)頂部，利用振蕩儀 30次/min上下振蕩 5 min。分別將各級孔徑篩子上的土樣置于鋁盒烘干、稱質量(Wwit)，然后再加入10 mol/L六偏磷酸鈉溶液10 mL，并用玻璃棒攪拌分散，置于相應孔徑篩子振蕩。分別將留在篩子上的土樣烘干、稱質量(Wwis)。各粒徑團聚體質量Wwi=Wwit-Wwis，基于此，計算不同粒徑土壤團聚體含量。

1.5 數據處理

利用Excel軟件計算與作圖，用SPSS軟件對試驗數據進行方差分析和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 培養皿試驗不同組合嗜(耐)鹽細菌對不同粒徑土壤團聚體含量的影響

從表1可以看出，培養45 d時，處理T1中粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，但差異不顯著，處理T2、T3中粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，且差異顯著。復合菌處理中粒徑≥2.00 mm土壤團聚體含量均高于CK，且差異顯著，其中，處理T6粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量最高，達0.146%，表明所有復合菌均對粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體的形成具有促進作用。單株菌處理中，處理T2和T3對粒徑≥2.00 mm土壤團聚體形成的促進作用優于處理T1。復合菌處理對粒徑≥2.00 mm土壤團聚體形成的促進作用優于單株菌。

單株菌處理中，處理T1和T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著，處理T2粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量低于CK。復合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，且差異顯著。其中，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量最高，達0.050%。處理T1和T3對粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體形成的促進作用優于處理T2，處理T2對于粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體的促進作用沒有促進作用，復合菌處理對粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體的促進作用優于單株菌。無論單株菌還是復合菌處理，粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK，表明該3株嗜(耐)鹽菌對于粒徑<0.25 mm土壤團聚體的形成沒有促進作用。

培養90 d時，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，但差異不顯著。復合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量最高，達0.401%。單株菌處理、達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌處理與達板喜鹽芽孢桿菌+枯草芽孢桿菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量差異不顯著。處理T1、T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量低于CK，處理T2粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，但與CK相比差異不顯著，復合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均低于CK。無論單株菌還是復合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK。

表1 培養皿試驗不同處理、不同培養時間對不同粒徑土壤團聚體含量的影響Tab.1 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes in peri dish experiment %

注：同列數據后不同小寫字母表示各處理之間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note：Different lowercase letters after the same column of data indicate significant differences between treatments(P<0.05),the same below.

2.2 盆缽試驗不同組合嗜(耐)鹽細菌對不同粒徑土壤團聚體含量的影響

盆缽中培養45、90 d，利用干篩法分析不同組合嗜(耐)鹽細菌對不同粒徑土壤團聚體含量的影響，結果見表2。培養45 d時，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，其中，處理T3與CK相比差異顯著；復合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑≥2.00 mm土壤團聚體含量最高，達0.190%。處理T3對粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體的促進作用優于處理T1和T2。單株菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，其中，處理T1與CK相比差異顯著；復合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，其中，處理T5、T6、T7與CK相比差異顯著。單株菌和復合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK。

培養90 d時，單株菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著；不同復合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，且差異顯著。其中，處理T7土壤團聚體含量最高，達0.405%，表明達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌+枯草芽孢桿菌對粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體形成的促進效果最明顯。處理T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，但差異不顯著；處理T6粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量略高于CK，差異不顯著；其余各處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均低于CK。處理T1粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量高于CK，但差異不顯著；復合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK。

表2 盆缽試驗不同處理、不同培養時間對不同粒徑土壤團聚體含量的影響(干篩法)Tab.2 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes dry sieving in pot experiment %

盆缽中培養45、90 d，利用濕篩法分析不同組合嗜(耐)鹽細菌對土壤團聚體含量的影響，結果見表3。培養45 d時，處理T3粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，差異不顯著；處理T4、T6、T7粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著。單株菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著；復合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著。表明單株菌或復合菌處理對粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體形成的促進效果甚小。單株菌和復合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK，表明此3株菌對于粒徑<0.25 mm的土壤團聚體的形成無促進作用。

表3 盆缽試驗不同處理、不同培養時間對不同粒徑土壤團聚體含量的影響(濕篩法)Tab.3 Effects of different treatments and incubation time on the content of soil aggregates with different particle sizes wet sieving in pot experiment %

培養90 d時，單株菌和復合菌處理粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量均高于CK，但差異不顯著。處理T2、T3粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，但差異不顯著；復合菌處理粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量高于CK，其中，處理T6、T7與CK相比差異顯著，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量最高，達0.259%，表明達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌+枯草芽孢桿菌對粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體形成的促進效果最明顯。單株菌和復合菌處理粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均低于CK。

3 結論與討論

土壤團聚體是由砂粒、粉粒、黏粒在各種有機、無機膠結劑的作用下，形成大小形狀不同，空隙分布、組成及穩定性具有一定差異的土壤基本結構單元，其含量、組成和粒徑分布對作物生長和土壤肥力具有重要作用[22-27]，是土壤結構研究的重要內容。微生物是陸地生態系統物質循環的主要推動力[28-29]。微生物分解土壤有機質，形成土壤腐殖質，分泌多糖、多聚物和酶，影響土壤團聚體的形成和穩定[30-35]，釋放供植物和其他生物生長發育所需要的養分。研究微生物對土壤團聚體的影響對于更好地調控和管理土壤結構以及土壤培肥具有重要意義。

在本試驗條件下，利用從鹽堿土中分離的達板喜鹽芽孢桿菌、鹽單胞細菌和枯草芽孢桿菌接種培養皿和盆缽中的鹽堿土樣，分別培養45、90 d，采用濕篩和干篩法測定不同粒徑土壤團聚體含量。結果顯示，培養皿試驗培養45 d時，處理T6粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK明顯增加。培養90 d時，測定不同粒徑土壤團聚體含量，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK顯著增加。表明達板喜鹽芽孢桿菌對土壤團聚體的形成具有促進作用，并與鹽單胞細菌、枯草芽孢桿菌產生協同效應。培養皿試驗培養45 d時，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK顯著增加。利用干篩法，盆缽培養45 d時，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK顯著增加，培養90 d時，處理T7粒徑≥2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK顯著增加，表明隨著培養時間的延長，3株菌相互作用，促進土壤團聚體的形成；培養45 d時，處理T7粒徑0.25～2.00 mm的土壤團聚體含量相比CK明顯增加，培養90 d時，處理T3粒徑0.25～2.00 mm土壤團聚體含量相比CK增加，表明隨著培養時間的延長，枯草芽孢桿菌發揮作用，對土壤團聚體的形成具有促進作用。利用濕篩法，盆缽培養45 d時，處理T4粒徑≥2.00 mm土壤團聚體含量相比CK明顯增加，培養90 d時，處理T4粒徑≥2.00 mm土壤團聚體含量相比CK明顯增加，表明隨著培養時間的延長，達板喜鹽芽孢桿菌與鹽單胞細菌一直發揮著促進粒徑≥2.00 mm土壤團聚體含量增加的作用；培養45 d時，處理T7粒徑0.25～2.00 mm土壤團聚體含量相比CK明顯增加，培養90 d時，處理T7粒徑0.25～2.00 mm土壤團聚體含量相比CK顯著增加，表明隨著培養時間的延長，3株菌相互作用促進土壤團聚體的形成。除盆缽試驗干篩法培養90 d達板喜鹽芽孢桿菌處理外，單株菌和復合菌處理對于粒徑<0.25 mm的土壤團聚體含量均沒有促進效果。隨著培養時間的延長，微生物對不同粒徑土壤團聚體的影響會發生變化，并受測定方法的影響。周蓓蓓等[36]通過一維土柱試驗得出，在鹽堿土中施加不同量的枯草芽孢桿菌，對粒徑>0.25 mm的水穩性團聚體含量起到提升作用，與本試驗的結果基本一致。羅歡[37]在芽孢桿菌對植物的促生和耐鹽作用及其相關機制的研究中得出，芽孢桿菌能夠與其他微生物協同作用，改善土壤團粒結構，而本試驗結果表明，達板喜鹽芽孢桿菌+鹽單胞細菌+枯草芽孢桿菌對團聚體形成的促進效果大多優于單株菌。不同微生物種類或功能類群對不同粒徑的土壤團聚體有著不同的影響，進一步深入開展相關機制研究有著重要的意義。