微生物菌劑調(diào)控連作番茄生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的效應(yīng)

關(guān)鍵詞：微生物菌劑：番茄：養(yǎng)分吸收；連作

番茄（Solanum lycopersicum）是我國(guó)設(shè)施栽培中重要的蔬菜作物之一，然而番茄生產(chǎn)因受多年連作、管理不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懚霈F(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)下降現(xiàn)象，嚴(yán)重制約到蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

土壤微生物類群的改變是導(dǎo)致植株連作障礙的一大重要原因。植物根際存在著大量的土壤微生物，它們對(duì)植物的生理機(jī)能和生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生顯著影響，尤其對(duì)數(shù)量最多的細(xì)菌來說，其根部定殖的競(jìng)爭(zhēng)力很大程度上影響到植物的生理機(jī)能。在這些根際微生物中，有益微生物占大多數(shù)，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起到促進(jìn)作用。首先，土壤微生物能分解根際周圍的有機(jī)質(zhì)，包括作物的殘根敗葉和施人土壤的有機(jī)肥料等，經(jīng)微生物分解后釋放出大量營(yíng)養(yǎng)元素，增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)作物生長(zhǎng)；其次，微生物能分解活化土壤中的礦物質(zhì)，使其變成易吸收利用的元素，供作物生長(zhǎng)使用，例如磷細(xì)菌能分解出磷礦石中的磷、鉀細(xì)菌能分解出鉀礦石中的鉀。枯草芽孢桿菌、放線菌和硅酸鹽細(xì)菌等能夠有效定殖于植物根部，釋放出可溶態(tài)的磷氮等元素，從而利于植物的吸收和利用。此外，土壤中的多種微生物均發(fā)揮著各自功能，它們或通過互相之間的調(diào)控作用或通過與植物的互作來調(diào)控植物生長(zhǎng)，例如根瘤菌與植物的互作，以及叢枝菌根真菌、根瘤菌和解磷菌之間的互作對(duì)作物生長(zhǎng)的調(diào)控和促進(jìn)作用。

微生物種類的豐富度和多樣性發(fā)生變化，尤其是較為敏感的真菌的變化，是造成番茄連作障礙的重要因素之一。土壤微生物的變化與番茄生長(zhǎng)發(fā)育有著密切聯(lián)系，它能調(diào)控根系構(gòu)型，影響植株所需水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，且其吸收能力與地上部生長(zhǎng)強(qiáng)弱有直接關(guān)系。研究顯示，微生物可以通過改變連作番茄的根系構(gòu)型，使番茄根長(zhǎng)和根尖數(shù)量增加，以此來改善植株的生長(zhǎng)狀況，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，從而減少連作帶來的影響。此外，單一微生物與復(fù)合微生物對(duì)植株的作用也不相同，研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期連作番茄的土壤，其微生物群落也發(fā)生變化，并且隨著連作年限的增加，微復(fù)合AM菌種處理的番茄根系總根長(zhǎng)和根鮮重均顯著高于單一菌株處理。為此，本試驗(yàn)以番茄品種“青農(nóng)866”為試材，定植于裝有連作番茄10年土壤中，在溫室內(nèi)研究單一和復(fù)合微生物菌劑對(duì)連作番茄土壤營(yíng)養(yǎng)元素、土壤微生物和番茄植株生長(zhǎng)的影響，以明確微生物菌劑緩解番茄連作障礙的初步機(jī)制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)番茄提質(zhì)增產(chǎn)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試土壤采自青島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)基地連作番茄10年的溫室內(nèi)，采用五點(diǎn)取樣法取樣，過篩去除石塊等雜物后備用。

供試菌種：叢枝菌根（arbuscular mycorrhizae，AM）真菌為根內(nèi)根孢囊霉（Rhizophagus intraradi-ces），根際促生細(xì)菌（plant growth promoting thi-zobacteria，PGPR）為熒光假單胞菌（Pseudomonasfluorescens），均由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)菌根生物技術(shù)研究所提供；哈茨木霉菌（Trichoderma harzianum）由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省植物病蟲害綜合防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

供試番茄品種“青農(nóng)866”由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄育種課題組提供。

試驗(yàn)花盆為上口內(nèi)徑23cm、高21cm的塑料花盆，購(gòu)自山東濟(jì)南祥瑞園藝用品有限公司。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

本試驗(yàn)于2021年1月至4月在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)智能溫室中進(jìn)行。設(shè)置8個(gè)處理，分別為不接種菌種（對(duì)照，CK）、接種AM真菌（M）、接種植物根際促生細(xì)菌（P）、接種哈茨木霉菌（T）、同時(shí)接種AM真菌和植物根際促生細(xì)菌（MP）、同時(shí)接種AM真菌和哈茨木霉菌（MT）、同時(shí)接種植物根際促生細(xì)菌和哈茨木霉菌（PT）、同時(shí)接種上述三種菌（MPT），每個(gè)處理重復(fù)5次。

將連作土壤裝滿花盆，隨后各處理按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)分別接種單一或復(fù)合菌類。其中，每盆接種根內(nèi)根孢囊霉1000個(gè)孢子，每盆接種1x105CFU/mL哈茨木霉菌液10mL，每盆接種1x108CFU/mL熒光假單胞桿菌10mL，對(duì)照則加經(jīng)過滅菌處理的等量水劑。1月3日每盆播種5粒發(fā)芽種子，1月20日間苗保留3株。其他管理采用常規(guī)方式。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

4月6日，各處理同時(shí)取樣，測(cè)定土壤和番茄植株各項(xiàng)指標(biāo)，測(cè)定方法如下。

采用涂布平板法對(duì)番茄連作土壤中可培養(yǎng)細(xì)菌、可培養(yǎng)真菌、可培養(yǎng)放線菌數(shù)量進(jìn)行測(cè)定。

采用TTC法測(cè)定番茄根系活力。采用ICP-OES-Optima8x00原子發(fā)射光譜儀對(duì)植株N、P、K、Ca、Mg等元素含量進(jìn)行測(cè)定。采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定土壤堿解氮含量：鉬銻抗比色法測(cè)定土壤有效磷含量：火焰光度計(jì)法測(cè)定土壤速效鉀含量。

采用上海臻科生物科技有限公司生產(chǎn)的土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性檢測(cè)試劑盒、土壤脲酶（S-UE）活性檢測(cè)試劑盒和土壤蔗糖酶（S-SC）活性檢測(cè)試劑盒，分別對(duì)番茄連作土壤相對(duì)應(yīng)的三種酶活性進(jìn)行測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

使用DPS v7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，顯著性分析采用LSD法，使用Microsoft Excel 365進(jìn)行圖表繪制。

2結(jié)果與分析

2.1微生物茵劑調(diào)控對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量的影響

接種微生物菌劑各處理根圍土壤堿解氮含量均顯著高于對(duì)照（CK），其中MPT處理增幅最大，比CK提高118.67%，T處理次之。與CK相比，M、T、MP、PT、MT、MPT處理土壤有效磷含量顯著高于CK，其中MPT處理有效磷含量最高，比CK提高129.91%。MP、PT、MT、MPT處理土壤速效鉀含量比CK提高32.90%、44.19%、86.81%和130.57%（圖1）。

2.2微生物菌劑調(diào)控對(duì)連作番茄植株?duì)I養(yǎng)元素含量的影響

由表1可知，接種微生物菌劑各處理連作番茄植株體內(nèi)的氮、磷、鉀、鈣和鎂元素含量均不同程度的高于CK。MP處理氮含量最高，比CK提高15.62%，MT處理次之，比CK提高13.54%。MP處理磷含量最高，比CK提高26.28%，T處理次之，比CK提高26.17%。M處理鉀含量最高，比CK提高12.69%，MPT處理次之，比CK提高12.05%。MPT處理鈣含量最高，比CK提高64.21%，MT處理次之，比CK提高50.78%，且隨著接種微生物種類的增加，鈣含量逐漸升高。PT處理鎂含量最高，比CK提高30.45%。

2.3微生物茵劑調(diào)控對(duì)連作番茄根系活力的影響

接種微生物菌各處理番茄根系的TTC還原強(qiáng)度均不同程度高于對(duì)照（CK），其中，M、P、MT、MPT處理均顯著高于CK，比CK分別提高70.12%、67.518%、45.54%和23.56%（圖2）.

2.4微生物菌劑調(diào)控對(duì)連作番茄土壤酶活性的影響

與CK相比，接種微生物各處理連作番茄土壤脲酶（S-UE）、蔗糖酶（S-SC）和酸性磷酸性酶（S-ACP）活性均不同程度升高。MT處理脲酶活性最高，比CK提高163.79%，PT處理次之，比CK提高84.09%。MPT處理蔗糖酶活性最高，比CK提高99.39%，PT處理次之，比CK提高69.19%。MT處理磷酸酶活性最高，比CK提高196.92%，PT處理次之，比CK提高190.89%（圖3）。

2.5微生物菌劑調(diào)控對(duì)連作番茄土壤可培養(yǎng)微生物的影響

接種微生物菌劑各處理與CK相比，番茄連作土壤中的可培養(yǎng)細(xì)菌和放線菌數(shù)量均有提高，除M、P處理可培養(yǎng)細(xì)菌和M處理放線菌外，其他各處理增幅均達(dá)顯著水平，而可培養(yǎng)真菌數(shù)量均顯著降低（表2）。

3討論與結(jié)論

本試驗(yàn)將連作番茄土壤用叢枝菌根真菌、植物根際微生物促生細(xì)菌和哈茨木霉菌進(jìn)行接種處理，探究微生物菌劑調(diào)控對(duì)連作番茄土壤質(zhì)量和番茄植株生長(zhǎng)的影響。這三種菌均為有益菌，能夠調(diào)控土壤中的養(yǎng)分含量，利用自身的調(diào)節(jié)功能（包括固氮、溶磷、解鉀等），促進(jìn)番茄植株的生長(zhǎng)發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的磷易被固定，從而降低其有效性。叢枝菌根真菌能作為土壤與植物之間養(yǎng)分聯(lián)系的通道，擴(kuò)大植物吸收養(yǎng)分的區(qū)域，促進(jìn)植物對(duì)磷的吸收。根際微生物促生細(xì)菌也具有溶磷作用，能將土壤中固化的磷變成易為農(nóng)作物吸收的形式。本研究中，連作番茄土壤接種微生物各處理與對(duì)照相比，有效磷含量均顯著增加，且植株磷含量也均升高，說明各處理均能發(fā)揮調(diào)控作用，促進(jìn)植株對(duì)磷素的吸收。

固氮微生物的固氮作用能促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的相關(guān)結(jié)論早已在大豆、水稻研究中被證實(shí)。本試驗(yàn)土壤接種的植物根際微生物促生細(xì)菌就有固氮和解鉀功能。整體上看，本研究接種微生物各處理與對(duì)照相比，連作土壤和番茄植株中的氮素和鉀素含量均顯著升高，說明微生物能調(diào)控連作土壤中的氮、鉀含量，促進(jìn)植株生長(zhǎng)；并且發(fā)現(xiàn)哈茨木霉菌參與處理，其土壤堿解氮含量均顯著高于對(duì)照，這與前人研究結(jié)果一致。韓巍等的研究表明，常年連作的蔬菜，其土壤中鈣元素含量大幅降低，本研究中發(fā)現(xiàn)各微生物處理番茄植株的鈣含量均顯著高于對(duì)照，且隨著微生物種類增加而逐漸升高，說明接種微生物菌劑能促進(jìn)根系對(duì)鈣的的吸收，從而增加植株的鈣含量。本研究研發(fā)現(xiàn)接種微生物處理與對(duì)照相比，連作番茄植株鎂素（Mg）含量M、T、PT、MT處理顯著升高，其他三組處理雖升高但不顯著，說明微生物菌劑處理能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，但效果處理間有一定差異。

TTC的還原強(qiáng)度可以作為判斷植物根系活力的指標(biāo)，本研究表明，接種微生物處理番茄根系的TTC還原量均高于對(duì)照，說明微生物菌劑調(diào)控能提高植株的根系活力，從而促進(jìn)植株生長(zhǎng)。

連作土壤接種微生物處理與對(duì)照相比，其脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均高于對(duì)照，說明其能提高土壤酶活性，進(jìn)而促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)。此結(jié)論支持了米國(guó)全等研究得出的施用微生物菌肥提高了日光溫室番茄土壤酶活性的結(jié)果。

土壤根際微生物系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，各菌落之間存在互作作用。本研究發(fā)現(xiàn)接種微生物菌劑處理的可培養(yǎng)細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著高于對(duì)照，真菌數(shù)量顯著低于對(duì)照。這說明接種微生物菌劑可通過自身的調(diào)控作用，提高連作土壤微生物豐富度，進(jìn)而促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)。

綜上認(rèn)為，土壤接種微生物菌劑可以提高連作番茄土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量和植株中N、P、K、Ca、Mg各營(yíng)養(yǎng)元素含量，增加連作土壤微生物群落豐富度和土壤酶活性，增強(qiáng)植株根系活力，以此增進(jìn)連作土壤肥力狀況，調(diào)控連作番茄植株生長(zhǎng)，緩解連作障礙對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響。