秸稈發酵液對玉米種子萌發及幼苗生長特性的影響

薩如拉，張雪婷，楊恒山，張 云，徐永輝

（內蒙古民族大學，內蒙古通遼028000）

0 引言

內蒙古是中國玉米主產區之一，玉米連作是該地區主要種植方式，近年種植面積不斷擴大[1]。秸稈是土壤氮素的重要物質來源，土壤氮素增加效果取決于秸稈類型和還田量[2]。不同地區適宜還田量不同，東北旱地秸稈還田進行黑土培肥，需不低于67%收獲量的秸稈持續還田才能維持土壤對氮素的保持功能[3]；在南方雙季稻生產中，半量早稻和晚稻秸稈均還田對提高早稻產量效果最優[4]；江淮丘陵地區小麥秸稈中等還田量(3750 kg/hm2)配施秸稈腐熟劑，水稻增產作用更明顯[5]；在黃淮海冬小麥-夏玉米一年兩熟潮土區半量秸稈還田（玉米秸稈約為3840.6 kg/hm2+小麥秸稈約為4097.2 kg/hm2）下‘浚單20’籽粒產量最高，而‘鄭單958’在全量秸稈還田下產量表現最好[6]；黃土高原有灌溉條件的地區玉米秸稈還田量9000 kg/hm2，可使接茬冬小麥顯著增產7.47%[7]。北方干旱缺水地區玉米秸稈還田6000 kg/hm2處理效果最好[8]。內蒙古區域年均氣溫較低，且低溫持續時間較長，導致秸稈降解轉化周期長，難以作為當季作物的肥源，秸稈降解難是制約該區域秸稈還田的關鍵因素。秸稈腐熟劑的應用被認為是加速還田秸稈腐解常用的方法，但腐熟劑功能微生物對于分解底物具有較強的特異性。秸稈腐熟過程中，堆料浸提濃度的不同對浸出物的量和種類影響很大[9-10]，不同浸出物又可以通過釋放不同的化感物質對植物生長產生促進或抑制的化感作用[11-12]。腐解時間較短的秸稈腐解液會對玉米產生逆境脅迫，造成植株內源激素代謝紊亂，抑制植株生長，加速植株衰老[13]。玉米連作會導致化感物質的積累[14]，也會影響到根系分泌物的分泌和累積，進而影響到化感作用的強弱[15]；植物根系屬性對化感物質的響應主要受化感物質類型和添加濃度、植物種類與培養條件等多因素影響[16]。玉米根系分泌物可降低酚酸類物質對土壤微生物活性、微生物量、酶活性及養分含量的化感指數，以低濃度處理的降幅較大[17]；隨酚酸濃度升高，酚酸對促腐菌抑制作用越明顯，促腐菌纖維素酶活性受酚酸影響[18]。玉米秸稈浸提液對蔬菜[19-21]、玉米[22]、小麥[22]、大豆[22，23]、桔梗[24]、黃芩[25]、薺菜[26]種子影響效果不同，如未腐熟玉米秸稈對黃瓜幼苗的生長具有一定的促進作用，可代替部分草炭用于育苗基質的配制[27]。內蒙古地區適宜秸稈還田量沒有明確的范圍，秸稈腐熟劑對化感作用的影響研究較少。課題組前期研究表明，未腐熟玉米秸稈浸出液對玉米種子的萌發表現出“低促高抑”的化感作用[28]，施用秸稈腐熟劑+秸稈填埋量高的處理的土壤培肥效果最佳[29]。本次試驗旨在前期研究的基礎上探討施加腐熟劑是否減弱或消失化感作用，可減輕因自毒作用而帶來的連作障礙；明確施用秸稈腐熟劑條件下，促進玉米幼苗生長的秸稈添加量。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

2019年9月—2019年12月在內蒙古民族大學農學院農業資源與環境實驗室進行。

1.2 試驗材料

供試玉米為‘偉科702’，供試秸稈為收獲期玉米秸稈。

玉米秸稈發酵液制備：收獲期玉米秸稈地上部分植株烘干粉碎，稱取40、50、60、70 g各兩份，一份加“中農綠康”秸稈腐熟劑（簡稱加腐熟劑），另一份未加腐熟劑，并浸泡于恰好能秸稈濕潤的適量土壤浸出液（水土比5:1）中，于室溫下發酵10天[19]后補充土壤浸出液至1000 mL，經4層定性濾紙抽濾得發酵液，濃度為40、50、60、70 g/L，標記為 J40、J50、J60、J70、JF40、JF50、JF60、JF70，置入冰箱內4℃保存。

1.3 試驗方法

選取籽粒飽滿、大小一致的經消毒后的玉米種子各50粒，分別放入鋪有雙層濾紙的培養皿中，用上述8個濃度玉米秸稈發酵液浸泡，以土壤浸出液(CK1)、土壤浸出液加腐熟劑(CK2)為對照，共設置10個處理，5次重復。首次注入液體20 mL，恒溫箱內避光培養，之后每天注入液體3 mL；以胚芽長超過種子長度1/2為發芽標準；測定發芽率、發芽指數和活力指數。

其中，Gt為第t天的發芽種子數，Dt為相應發芽天數。

種子發芽后進行盆栽，每天定量的澆灌相應濃度的發酵液，以保證其正常生長。5葉期測定株高、根長、根數、根系和葉片的鮮重；采用硫代巴比妥酸法測定根系和葉片MDA含量；測定根系和葉片游離脯氨酸含量。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05統計軟件分析數據。

2 結果與分析

2.1 玉米秸稈發酵液對玉米種子發芽率的影響

由表1可知，隨著發酵液濃度的升高，種子發芽率呈下降趨勢，但低濃度發酵液可提高種子發芽率；J40和J50、CK2、JF40、JF50均能提高玉米種子發芽率和發芽指數。J40、J50、JF40、JF50、JF60、CK2活力指數大于CK1，其余處理活力指數均小于CK1。

表1 不同濃度發酵液對玉米種子發芽率的影響

2.2 玉米秸稈發酵液對玉米幼苗生長的影響

由表2可知，隨著秸稈發酵液濃度的增加，根長、根數、根系鮮重、株高、葉片鮮重均先增加后降低的趨勢；等量秸稈加腐熟劑處理上述指標值均大于未加腐熟劑處理。未加腐熟劑處理中，J40、J50和J60處理根長無顯著差異，但均顯著大于CK1和J70；CK1和J70間根長無顯著差異。加腐熟劑處理根長CK2、JF40、JF50和JF60間無顯著差異，其中JF40、JF50顯著大于JF70。等量秸稈處理根長 CK2、JF40、JF50、JF60 和JF70顯著大于對應的未加腐熟劑處理。加腐熟劑處理間及未加腐熟劑處理間根數無顯著差異，而等量秸稈處理中僅有JF60、JF70極顯著大于J60和J70，其余處理間無顯著差異；JF50的根數極顯著大于CK1。加腐熟劑處理間、未加腐熟劑處理間以及等量秸稈處理間根系鮮重均無顯著差異。各處理株高均無顯著差異。加腐熟劑處理間及等量秸稈處理間葉片鮮重無顯著差異；J50葉片鮮重顯著大于J60和J70。

表2 玉米秸稈發酵液對玉米幼苗生長的影響

2.3 玉米秸稈發酵液對玉米幼苗生理特性的影響

由表3可知，隨著秸稈發酵液濃度的增加，幼苗根系和葉片脯氨酸含量呈先增加后降低再增加的“N”形變化趨勢；未加腐熟劑處理根系MDA含量先降低后增加的“V”形變化趨勢，而加腐熟劑處理中根系MDA含量先增加后降低的趨勢；未加腐熟劑處理葉片MDA含量先降低后增加再降低的趨勢，而加腐熟劑處理中葉片MDA含量“V”形變化趨勢。

表3 玉米秸稈發酵液對玉米幼苗脯氨酸和MDA含量的影響

未加腐熟劑處理J60和J70的根系脯氨酸含量與CK無顯著差異，而J40和J50根系脯氨酸含量顯著大于CK；加腐熟劑處理JF50、JF60和JF70根系脯氨酸含量與CK1和CK2無顯著差異，而JF40極顯著大于其他處理；等量秸稈處理中J40與JF40、J60與JF60、J70與JF70根系脯氨酸含量無顯著差異，JF50根系脯氨酸含量顯著小于J50。

未加腐熟劑處理葉片脯氨酸含量J40和J60與CK1無顯著差異，J50和J70葉片脯氨酸含量顯著大于CK1，J40、J60和J70無顯著差異；加腐熟劑處理間、等量秸稈處理間葉片脯氨酸含量無顯著差異。

未加腐熟劑處理J60和J70根系MDA含量與CK1無顯著差異；J40與 J50、J40與 J60、J60與 J70根系MDA含量無顯著差異，其中J50顯著小于其他處理。加腐熟劑處理JF40與JF50根系MDA含量無顯著差異，但它們含量顯著大于其他處理；JF60與CK2根系MDA含量無顯著差異，JF70根系MDA含量極顯著小于其他處理。等量秸稈處理J40、J50根系MDA含量極顯著小于JF40、JF50，J60與JF60間無顯著差異，JF70極顯著小于J70。

未加腐熟劑處理J40、J50、J60葉片MDA含量與CK1無顯著差異，J70顯著小于CK1，J40、J50、J60、J70間無顯著差異；加腐熟劑處理JF40、JF50、JF60葉片MDA含量與CK1和CK2無顯著差異，JF70顯著大于CK2，JF40、JF50、JF60、JF70間無顯著差異；等量秸稈處理除了J70極顯著小于JF70外，其余處理無顯著差異。

3 討論

作物秸稈對種子的影響有抑制、促進、促進/抑制雙重作用和無顯著作用等多種形式[19]。玉米秸稈浸提液(0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 g/mL)促進玉米種子萌發，發芽率提高18.4%[22]；濃度低于40 mg/mL腐熟玉米秸稈浸提液對黃瓜種子發芽率、發芽指數和苗高有顯著的促進作用，濃度高于40 mg/mL的浸提液對黃瓜種子有抑制作用[20]；玉米秸稈腐解液6.25 mg/mL對節節麥幼苗干重表現為促進作用，對其種子萌發率、發芽指數及幼苗根長、苗高均為抑制作用；濃度大于50 mg/mL玉米秸稈腐解液對以上5項指標均具有抑制作用[30]。玉米秸稈腐解液對玉米種子的萌發表現出"低促高抑"的化感作用，低濃度（0.125 g/mL以下）的腐解液對玉米種子萌發有促進的作用，高濃度（0.25 g/mL以上）則抑制作用比較明顯[31]。未滅菌的和滅菌的玉米秸稈自然發酵液浸大豆種子，前者大豆種子的發芽指數和活力指數顯著升高，未滅菌的玉米秸稈自然發酵液浸種，促進大豆種子的萌發[23]。腐熟的秸稈（玉米、水稻、小麥）與未腐熟的秸稈相比加快了直播大白菜的出苗[21]。本試驗中40 g/L自然發酵和40～60 g/L腐熟劑發酵液均提高玉米種子發芽率。

玉米秸稈浸提液提高玉米幼苗根系活力和脯氨酸含量[22]，而MDA含量受到不同程度抑制作用，玉米葉片脯氨酸含量隨秸稈浸提液濃度的遞減，呈先上升后下降再上升的趨勢，在浸提液濃度為0.4 g/mL時達到最大值[22]，玉米秸稈浸提液對小麥幼苗MDA含量、游離脯氨酸含量的綜合化感效應強弱依次為：0.10＞0.04＞0.07＞0.01 g/mL[32]。而本試驗中玉米葉片脯氨酸含量隨秸稈浸提液濃度的遞減，呈先下降后上升再下降的趨勢，50 g/L時達到最大值。說明50 g/L玉米秸稈發酵液培養幼苗時其抗逆性最強，體內積累了較多的游離脯氨酸。

未腐熟的秸稈與腐熟的秸稈（玉米、水稻、小麥）相比抑制大白菜生長[21]。玉米秸稈腐解液對玉米幼苗根長、根表面積、根體積、根干重的影響，隨腐解液濃度增加，有“低促高抑”的化感效應，低、中濃度(0.125、0.25 g/mL)腐解液起促進作用，高濃度(0.5 g/mL)則有抑制作用[33]；0.5 g/mL濃度玉米秸稈腐解液處理土壤蔗糖酶、脲酶活性達到最高[34]；也有相反的研究結果，將玉米秸稈腐解液添加到連作土壤中，玉米幼苗根系干重、根冠比、根系活力、可溶性糖和蛋白含量均低于未腐熟秸稈液處理，MDA含量相反[35]。本試驗中腐熟劑發酵液促進玉米幼苗生長作用比自然發酵液的強，并JF60最為突出；可能是JF60增加培養液活性物質，刺激幼苗的生長。說明，秸稈浸提濃度的不同導致浸出物的量和種類的不同，不同浸出物又可以通過釋放不同的化感物質對玉米幼苗生長產生促進或抑制的化感作用。總體來看，秸稈還田配施腐熟劑時可適當增加秸稈還田量。目前有關化感物質對后茬作物的作用機理尚不清楚，還需進一步從分子水平去探討其作用機制。

4 結論

玉米秸稈發自然發酵液50 g/L及玉米秸稈60 g/L填加“中農綠康”秸稈腐熟劑發酵液對玉米幼苗生長有顯著的促進作用；玉米秸稈施加腐熟劑發酵能減弱其化感作用。