腐生真菌配合不同載體的施加對紅壤作物生長的影響

李 月，馮 彪，陳 林，梅 浩，李 芳*

（1.河南農業大學 資源與環境學院，河南 鄭州 450002；2.中國科學院 南京土壤研究所，江蘇 南京 210008）

紅壤是我國南方的主要土壤類型，在我國農業和經濟的可持續發展中有不可替代的作用。由于紅壤區水熱資源豐沛，氣候濕潤，降雨頻繁，因此紅壤極具生產潛力。南方紅壤區的氣候條件及其環境對土壤微生物的存活十分有益，施加菌劑可以改善紅壤肥力，促進作物地上部生長和產量增加［1］。然而，由于存在pH值較低、有機質含量低、保水保肥性能差、黏重板結等障礙因素［2］，加上多年集約化的施肥管理與開發利用，導致土壤退化加劇，嚴重阻礙了紅壤地區的農業生產。土壤改良劑的添加有助于土壤理化性狀的改良，其中微生物菌劑的使用受到廣泛的關注。

微生物菌劑是含有擴繁的一種或多種微生物，與溶液、粉末、固體混合加工后做成的制劑，它通過活化土壤養分或產生活性物質能有效地改良土壤結構、促進作物生長和提高作物品質［3］。已有的微生物菌劑載體有泥炭、蛭石、菌糠以及新型納米材料等，其中泥炭應用最為廣泛［4］。木本泥炭作為一種緩效碳源，其具有有機質和腐植酸含量高、保水保肥能力強、纖維素豐富、價格便宜等優點，常被施加到大田中，從而提升土壤有機碳的含量［5］。秸稈作為一種農業資源廢棄物，其來源廣泛，價格低廉且有機質含量高，可以充當一種速效碳源，在提高土壤肥力、修復土壤污染方面應用廣泛［6］，但目前秸稈作為微生物菌劑載體的應用研究較少。

現階段我國微生物菌劑所搭載的菌株類型以細菌為主，普遍為芽孢桿菌屬（Bacillus）細菌［7］，但近年來，我國微生物菌劑主體有從細菌向真菌發展的趨勢［8］，目前，研究應用較多的真菌是叢枝真菌和少數子囊菌形成的外生菌根真菌［9］。與腐生子囊菌相比，叢枝真菌往往依賴植物活體供給營養，其擴繁較復雜［10］。腐生子囊菌作為生態系統中活躍的分解者，能分解和腐化動植物殘體等有機化合物，在土壤養分循環中起重要作用［11］。同時，在腐生真菌對土傳病害抑制方面的研究廣泛，且腐生真菌容易定殖于植物根表或土壤，存活率高。因此，開展有關腐生真菌制備微生物菌劑的應用研究勢在必行。

本實驗利用從長期秸稈還田土壤中篩選的3株腐生子囊真菌，配合木本泥炭載體和秸稈載體，制備成微生物菌劑，以酸性紅壤為供試土壤，分析了盆栽玉米在抽雄期的土壤理化性質和作物的生長情況，并篩選出能夠改良紅壤性質和改善作物生長的菌劑載體及適用的真菌種類，可以為開發適用于酸性紅壤的真菌制劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 菌劑的制備

所用的3種菌株均為本實驗室從長期秸稈還田潮土中自行分離的菌株，分別為黃籃狀菌（Talaromyces flavus）、木霉菌（Trichoderma sp.）和球毛殼菌（Chaetomium globosum）。本實驗分別選用粉碎秸稈和木本泥炭作為載體來制備菌劑。在菌劑配制前，用葡萄糖馬鈴薯液體培養基在28 ℃、轉速150 r/min、黑暗的條件下培養這3個菌種7 d，備用。

玉米秸稈在75 ℃下烘干后，用粉樣機粉碎成2~3 mm的碎稈。稱取適量粉碎的玉米秸稈，加蒸餾水，調節含水量至60%。另外，調節木本泥炭的含水量至50%。2種載體各稱取200 g，將其分裝于1 L的燒杯中，于121 ℃高壓滅菌60 min之后，冷卻至室溫；然后向每個燒杯中加入10.00 g的新鮮菌絲體，于28 ℃的培養箱中黑暗吸附培養48 h，備用。

1.2 盆栽實驗

盆栽土壤采用江西鷹潭地區未經耕作處理的深0～15 cm的紅壤，其基礎養分含量為：有機碳9.14 g/kg，全 氮0.78 g/kg，速 效 磷9.70 mg/kg，pH 4.65。供試土壤過2 mm篩，并剔除較大的植物根系和石塊。將菌劑與供試土壤混勻，每盆裝土6 kg，接種菌劑56.00 g（鮮重）。將土壤裝入做好編號的盆內，當裝入的土壤距盆口約10 cm時，放入1個裝有10.00 g秸稈的150目（孔徑10 μm）的尼龍袋，然后裝入剩余的土壤；在裝完土壤后，立即澆入1 L蒸餾水以保證菌劑存活。根據所制作菌劑的不同，進行2組實驗，每組實驗設置4個處理，每個處理3個重復。第一組的處理：單加秸稈對照（SCK）、秸稈加木霉菌（ST1）、秸稈加黃籃狀菌（ST2）、秸稈加球毛殼菌（ST3）。第二組的處理：單加木本泥炭對照（PCK）、木本泥炭加木霉菌（PT1）、木本泥炭加黃籃狀菌（PT2）、木本泥炭加球毛殼菌（PT3）。

實驗所用玉米品種為“登海九號”。選取顆粒飽滿的玉米種子，在浸泡催芽后，每盆播種3顆，放置于溫室內培養。當幼苗生長至三葉一心時，剔除2株幼苗，每盆保留長勢一致的幼苗1株。在盆栽期間維持土壤水分含量為田間最大持水量的60%。盆栽條件：每天14 h光照（25 ℃）+10 h黑暗（15 ℃）；空氣濕度70%。在玉米抽雄期采集土壤和植株樣品，測定其各項指標。

1.3 分析方法

1.3.1 土壤指標的測定 采用K2SO4浸提法［12］提取和測定土壤可溶性碳（DOC）、可溶性氮（DON）含量；用氯仿熏蒸法［12］測定土壤微生物碳（MBC）、微生物氮（MBN）含量；采用K2Cr2O7外加熱法［13］測定土壤有機碳（SOC）含量；用0.5 mol/L NaHCO3浸提-比色法測定土壤速效磷（AP）含量；采用酶聯免疫法測定土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶（NAG）和β-葡萄糖苷酶（β-GC）的活性，以1 min內反應1 μmol底物為1個酶活單位（U）；用環刀法測定土壤容重；用土壤氧分壓儀測定土壤氧氣含量；用濕篩法［14］測定土壤水穩性團聚體組成。

1.3.2 植株指標的測定 用烘干稱量法測定玉米植株地上部生物量；利用SPAD儀測定葉片的SPAD值；采用酶聯免疫法測定玉米植株根部的生長激素（IAA）、赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）和玉米素核苷（ZR）的含量。

1.3.3 其他指標的測定 將網袋內秸稈烘干后稱重，利用差減法計算網袋內秸稈的降解率（DR）。

1.4 數據處理

利用IBM SPSS Statistics 26軟件中的單因素ANOVA最小顯著差異法和鄧肯氏測試（Duncan’s test）法對同一種載體不同處理間的實驗數據進行差異顯著性分析，P＜0.05為達到顯著性水平；相關性分析采用Pearson相關系數法。通過GraphPad Prism 8.0軟件對實驗數據進行可視化展示。

2 結果與分析

2.1 玉米抽雄期土壤理化性質的變化

從表1可以看出：當用木本泥炭做微生物菌劑的載體時，土壤的NAG活性、β-GC活性、土壤容重未發生顯著變化（P＞0.05）。PT3處理的土壤DON含量顯著降低，較對照降低了12.2%。PT3處理的土壤MBN含量較對照顯著提高了111.6%，而PT1、PT2處理的土壤MBN含量均降低，其中PT2處理的MBN含量降低達到了顯著水平。所有處理均顯著提高了土壤中速效磷含量。PT1、PT2、PT3均顯著促進了網袋中秸稈的降解，降解率分別增加了68.1%、65.5%、18.6%。PT2、PT3處理的MWD得到顯著提高，增幅分別為80.8%、96.2%。

表1 不同菌劑處理對玉米抽雄期土壤養分含量、物理性狀及酶活性的影響

對秸稈載體而言，土壤NAG、β-GC活性無顯著變化。與對照相比，ST1、ST2、ST3處理中DOC含量均顯著降低。ST2處理顯著提高了土壤DON含量。與單加秸稈相比，ST1、ST3處理的MBC含量顯著提高，增幅分別為162.6%、251.6%。3種菌劑處理均降低了土壤MBN含量，ST2處理MBN含量的下降達到了顯著水平。ST1和ST2處理顯著降低了土壤中速效磷含量。ST1和ST2處理顯著增加了網袋中秸稈的降解率，增幅分別為75.1%和66.0%。ST2處理的土壤容重顯著降低。ST3處理顯著降低了土壤的平均質量直徑（MWD），較對照降低了34.0%（P＜0.05）。

2.2 不同處理下玉米抽雄期植株理化性質的變化

從圖1可以看出：與PCK相比，PT2、PT3處理（以木本泥炭為載體）的玉米地上部生物量顯著降低，降幅分別為50.4%、46.1%；PT1、PT3和PT2處理的第4片葉的SPAD值提高，其中PT2處理的提高達到了顯著水平。當用秸稈做載體時，ST1處理的生物量較SCK顯著提高了156.8%；ST1處理的SPAD值較SCK出現了小幅度提升，而ST2、ST3處理的SPAD值較SCK顯著降低，降幅分別為23.9%、9.6%。

圖1 不同菌劑處理對玉米植株抽雄期理化性質的影響

如圖2所示，當用木本泥炭做載體時，3種菌劑處理均不同程度地改變了玉米植株根部的激素含量，其中以PT2和PT3處理的根部激素含量變化顯著。具體來說：與PCK相比，PT2和PT3處理玉米植株根部的IAA含量分別提高了35.3%和44.6%，ABA含量分別提高了44.9%和53.9%，而GA含量分別降低了31.5%和38.6%；PT1處理對玉米植株根部的IAA、ABA和GA含量均無顯著影響；與PCK相比，PT1、PT2和PT3處理玉米植株根部的ZR含量均顯著增加，增幅分別為7.9%、13.8%和42.0%。

圖2 木本泥炭菌劑處理對玉米根部激素含量的影響

當用秸稈作載體時，3種菌劑處理對玉米根部的激素含量均有不同影響，其中ST1處理的玉米根部IAA含量較對照組顯著提高，增幅為11.4%。與SCK相比，ST2處理的ABA含量無明顯變化，但ST1處理的ABA含量顯著提高了9.8%，而ST3處理顯著降低了43.1%（P＜0.05）。僅ST3處理顯著提高了玉米根部的GA含量。此外，ST1、ST2處理的ZR含量得到了顯著提高，分別較對照提高了7.9%、13.8%；而ST3處理顯著降低了ZR含量，較對照降低了18.3%（圖3）。

圖3 秸稈菌劑處理對玉米根部激素含量的影響

為了明確土壤性質與作物生長之間的關系，利用Pearson相關系數分析了不同變量之間的相關性，結果（圖4）如下：土壤氧氣含量與葉片SPAD值呈極顯著正相關（r=0.534，P＜0.01），而與土壤地上生物量呈極顯著負相關（r=－0.529，P＜0.01），這可能是因為在土壤氧氣含量較高的條件下，根系因呼吸作用而損失了一定的光合產物，不利于植株生物量的累積；土壤容重、DOC含量均與葉片SPAD值呈正相關關系；土壤團聚體MWD指數與玉米根部IAA、ABA、ZR含量均呈極顯著正相關（r=0.715，P＜0.01；r=0.730，P＜0.01；r=0.701，P＜0.01），而與GA含量呈極顯著負相關（r=－0.762，P＜0.01）；土壤容重與ABA含量呈顯著負相關（r=－0.406，P＜0.05）；玉米根系激素ABA和GA含量受土壤DOC和MBC含量的影響；土壤MBN含量與盆栽中填埋秸稈的降解率呈顯著的負相關關系。

圖4 不同指標之間的相關性分析結果

3 結論與討論

黃籃狀菌因其具有廣譜抗菌性，可作為生防真菌，對一些農業病原菌生長有抑制作用［15］。該菌具有較好的解磷能力，常用于溶磷菌肥，促進植株對土壤中磷元素的吸收［16］。除可以分解纖維素外，黃籃狀菌還有一定的復雜化合物降解能力［17］。木霉菌作為一種腐生真菌，目前被廣泛開發應用。一方面木霉菌作為生防菌，通過緊貼、纏繞、穿透等方式寄生于致病真菌的菌絲上，最終殺死病原菌［18］。木霉屬真菌可以分泌具有抗菌性的次生代謝物質，如木霉素、抗菌肽等［19］；另一方面，木霉菌具有較高的降解秸稈的能力，常用作秸稈腐熟劑的添加菌種［17］。此外，木霉菌還能定殖于植物根表，分泌生長激素，促進植株生長［20］，增加作物產量［21］，增強植株的抗逆性［22］。球毛殼菌作為一種腐生生防菌，可用于多種作物病害的防控。研究表明，球毛殼菌對多種植物病原菌有抑制作用［23］，并且具有較強的纖維素降解能力［24］。其菌絲可寄生到病原菌內部，使病原菌裂解［25］。球毛殼菌通過增強植株體內防御酶的活性以及增加相關基因的表達水平［25］，可以提高植株的抗逆境能力，促進植物生長［26］。本研究結果顯示，經木霉菌劑處理后，玉米植株地上部分的生物量較黃籃狀菌菌劑和球毛殼菌菌劑處理均有顯著提升。究其原因，一方面是木霉菌和黃籃狀菌促進了網袋中秸稈的腐解和養分的釋放；另一方面是木霉菌定殖于植物根表后，能分泌生長激素，促進作物生長。據報道，木霉菌對小麥、玉米、牧草、花生等旱地作物均有促生作用［27－28］，而黃籃狀菌更多作為生防真菌，其對作物的促生效果不太明顯。

泥炭分為木本泥炭、草本泥炭和蘚類泥炭［29］，木本泥炭因其含碳量高，且富含大量的腐植酸，常作為一種有機肥料資源。其中，腐植酸作為一種弱酸性生理活性物質，在施入土壤后能增加土壤有效磷的含量，有利于作物對養分的吸收利用［30］。秸稈也常作為重要的有機物料，用于還田以改善土壤質量。大量研究表明，添加有機物料能改善土壤的理化性質，從而提升土壤肥力，提高土壤中有效磷的含量［31］。本研究得到了同樣的結果。這可能是因為木本泥炭有機質含量高，在施入土壤后可以改善土壤結構及理化性質，中和部分紅壤的酸性，提高土壤養分的有效性；而秸稈作為載體施入土壤后，其只能緩慢釋放有機酸，在短期內對作物生長的促進作用不明顯。但也有研究表明，秸稈載體可改善黃綿土的理化性質，提高土壤中微生物數量，促進作物生長，這可能與土壤環境、微生物活性和秸稈類型有關［32］。本研究還發現，與秸稈作為菌劑的載體相比，木本泥炭作為載體所有處理的玉米植株地上部分生物量均顯著提升，這與已有的研究結果［33］一致。于兵等［34］研究表明，施加木本泥炭能明顯促進作物地上部生物量的增加，加快土壤中養分循環，改善作物產品品質，提高作物產量［35］。因此，木本泥炭在紅壤區是較優的菌劑載體。

綜上所述，在紅壤地區，木本泥炭和秸稈均可以作為微生物菌劑的載體，以前者更佳；相比于黃籃狀菌和球毛殼菌，木霉屬真菌作為菌劑的活性微生物在紅壤區具有更好的促生能力和有機質轉化能力。今后將對木本泥炭和木霉菌之間的復配進行深入探索，以期開發出適用于酸化紅壤改良的木霉木本泥炭菌劑。