生物炭基益生菌劑對有限灌溉下生菜生長發育的影響

摘" "要" "為明確生物炭基益生菌劑在不同水分調控下對生菜生長發育的影響，以奶油生菜為試材，采用盆栽試驗方法，共設置8個處理組，分別為：CK1（不施肥傳統灌溉）、W1（不施肥傳統灌溉90%）、W2（不施肥傳統灌溉70%）、W3（不施肥傳統灌溉50%）、CK2（生物炭20 g/m2+菌劑10 g/m2+傳統灌溉）、W1F（生物炭20 g/m2+菌劑10 g/m2+傳統灌溉90%）、W2F（生物炭20 g/m2+菌劑10 g/m2+傳統灌溉70%）、W3F（生物炭20 g/m2+菌劑10 g/m2+傳統灌溉50%）。結果表明，W1F對促進生菜生長及根系發育效果明顯，較CK1、CK2、W1、W2、W2F、W3、W3F分別顯著增加147%、48.2%、150.9%、105.8%、71.7%、254.9%、113.9%；生物炭基益生菌劑在幼苗期與成熟期各水分條件下均可以促進生菜葉綠素含量增長，在生菜幼苗期W2F處理下葉綠素含量增長23%；生菜成長期和成熟期的蒸騰速率、氣孔導度均在W1F處理下顯著高于其他處理。生物炭基益生菌劑配施對生菜生長發育和生理功能有不同程度的影響，W1F處理促進生菜生長發育效果最佳。

關鍵詞" "生菜；生物炭基益生菌劑；水分調控；農藝性狀；生理指標

生物炭作為新興的集肥料、吸附劑和改良劑于一體的新型材料[1]，具有發達的孔隙結構，巨大的比表面積和較大的吸附力，能夠吸附更多的有益菌群，并保持其良好的活性，改善現有的土壤微生物載體益生菌附著力低、活性低的缺陷，且生物炭還可以增強土壤持水性。微生物菌肥富含大量的有益菌株與適量的有機物質，能顯著提升土壤中的營養成分[2-3]，優化土壤微生態環境，增強根際微生物的活性，從而有效提高農作物的產量與品質、強化作物抵抗力，提高植物的生長發育，緩解連續耕種帶來的問題[4]。將生物炭作為菌肥的增效載體，二者協同作用，不僅優化了土壤環境，還促進了作物的健康生長，從而達到提高作物產量與品質的效果[5]，通過適度的水肥，即使投入較少，也能實現顯著的經濟收益，優化水分和肥料利用率的關鍵在于兩者間的有效協同[1，6-7]。為此，通過配施生物炭基益生菌劑對生菜進行不同水分調控，利用生物炭基益生菌劑調理土壤環境的特性，達到節水減肥增產的綜合效果，可為低碳環保、節水灌溉的旱作農業方式提供新型便利。

1" "材料與方法

1.1" "試驗材料" "試驗于榆林學院西區日光溫室（38°17′28″N，109°43′4″E ）進行，海拔1 178 m，屬于暖溫帶至中溫帶半干旱大陸性季風氣候。年平均氣溫10 ℃，年平均降水量400 mm，平均年日照時數較長，無霜期較短，四季分明，日差較大。

供試生菜為奶油生菜；營養液選用樂進果蔬營養液300倍液，基質為泥炭 ∶ 椰糠 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠巖= 5 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1。

1.2" "試驗方法" "共設8個處理，每個處理6次重復（表1）。移栽后每7 d灌溉補肥1次，每個處理營養液濃度相同。成熟后測量株高、莖粗、生物量、光合生理參數、根系形態特征等。

1.3" "指標測定

1.3.1" "株高、莖粗" "株高：每個處理挑選3株健壯、長勢相近的植株，測量從土壤表面到生長點的高度，每株測量3次取平均值；莖粗：以距離地面2 cm處莖的粗度為準，每個處理挑選5株生長狀況相似的植株，測量其直徑，取平均值。

1.3.2" "生物量" "將植株連帶土壤一起刨出，保護完整根系與葉片，用根系掃描儀掃描植株根體積、根表面積以及根長等，用精密天平測量植株根鮮重、葉鮮重；將植株放入烘干箱中105 ℃烘30 min殺青，然后80 ℃烘干，烘干后利用精密天平測量根、葉干重。

1.3.3" "光合指標" "用光合儀器（Li-6400）測定生菜光合數據。測定時間植株移栽后每次處理7 d后測定1次，選擇成熟葉片、同處理選擇3株植株進行測定。

1.3.4" "葉綠素" "用葉綠素測量儀器測量。測定時間10：30—11：30，和光合指標測定時間一致。選擇長勢相近的植株葉緣部位、同處理選擇3株植株進行測定，每次測量保存3次數據。

1.4" "數據分析" "利用隸屬函數法對生菜的農藝指標和生理生化指標進行計算，并做綜合對比，計算公式如下：

U（Xi）=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）

采用Excel 2016進行數據整理，SPSS 26.0進行單因素方差分析，利用隸屬函數法對所有測定指標進行綜合評價，Origin軟件進行圖形繪制。

2" "結果與分析

2.1" "不同處理對生菜農藝性狀的影響" "由圖1、圖2可知，生菜的株高、莖粗均隨著水分梯度的下降呈先增長后下降的趨勢。同一肥力梯度下，W1較CK1、W2、W3處理生菜株高分別增加2.2%、7%、32%，W2處理對莖粗有明顯的促進效果；生物炭基益生菌劑配施處理W1F處理較CK2、W2F、W3F處理生菜株高分別增加3.4%、4%、38.2%；W1F莖粗生長效果最好，CK2、W2F生菜莖粗較W1F分別降低14.4%、13.2%。同一水分梯度下，CK2較CK1生菜株高增加6.1%，W1F較W1增加7.3%，W3F較W3增加2.5%。生菜莖粗CK2較CK1增加51.8%，W1F較W1增加14.4%，W3F較W3降低13.3%。說明生物炭基益生菌劑配施可以有效促進生菜株高、莖粗生長。

2.2" "不同處理對生菜葉片含水量的影響" "由表2可知，在同一肥力梯度W1和W2較CK1、W3葉片含水量分別增加0.4%，2.2%，W3F較CK2、W1F、W2F分別增加1.5%、0.6%、0.7%，在同一水分梯度CK2較CK1降低1.1%，W1F較W1降低0.7%，W2F較W2降低0.75%，W3F較W3增加2.1%，各處理間均無顯著性差異。

2.3" "不同處理對生菜根系生長的影響" "由表3可知，生菜根長、表面積、體積均在W1F處理下達到最大，分別為233.866 cm、17.956 cm2、0.11 cm3，總根長與CK1、W1、W2、W2F差異顯著，根表面積、根體積顯著高于其他處理；根系直徑W3F處理最大，為0.251 mm，與CK1、CK2、W3差異顯著，但與W1F差異不顯著。生物炭基益生菌配施和適量的水分耦合作用對生菜根系的生長有良好的促進效果。

2.4" "不同處理不同時期生菜光合特性的變化" "生物炭基益生菌劑處理組的葉綠素含量均高于基質處理組，生菜生長期各處理組間葉綠素含量差異不大；生菜成熟期W3F葉綠素顯著高于其他處理，其中W1處理下葉綠素含量較低（表4）。生物炭和益生菌劑配施可以明顯提高生菜葉綠素的含量，適量的水分可以提高生物炭及益生菌劑作用的發揮。

W1處理幼苗期葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度均明顯高于其他處理，成熟期時均低于其他處理，波動幅度較大；幼苗期W3葉片凈光合速率最低；成長期W1F葉片凈光合速率較CK1、W1、W2、W3、CK2、W2F、W3F處理分別顯著增加7.8%、18.9%、16.1%、8.1%、17.9%、17%、19.7%；成熟期W2F處理葉片凈光合速率最高，但與W1F處理差異不顯著（圖3）。W1F在蒸騰速率中生菜成長期和成熟期均顯著高于其他處理（圖4）。W1F在成長期和成熟期的氣孔導度均高于其他處理（圖5）。

2.5" "不同處理對生菜總生物量的影響" "W1F處理生菜總生物量增長效果最好，較CK1、CK2、W1、W2、W2F、W3、W3F分別顯著增加147%、48.2%、150.9%、105.8%、71.7%、254.9%、113.9%。同一肥力梯度基質處理組W2處理生菜總生物量較CK1、W1、W3處理分別增加了20%、21.9%、72.4%，但各處理間差異不顯著；生物炭基益生菌劑配施處理組W1F較CK2、W2F、W3F處理生菜總生物量分別顯著增加48.2%、71.7%、113.9%。同一水分梯度不同肥力梯度處理，CK2較CK1生菜總生物量顯著增加66.6%；W1F較W1處理顯著增加150.9%；W2F較W2增加19.9%；W3F較W3增加65.9%（表5）。在同一水分條件下，加施生物炭基益生菌劑可以有效提高生菜生物量。

2.6" "不同處理對生菜根冠比的影響" "如圖6所示，W3和W3F處理生菜的根冠比達到最大，均為0.011。同一肥力梯度處理基質處理組W3較CK1增加57.1%，較W1、W2均顯著增加83.3%；CK1較W1、W2均增加16.67%，但無顯著性差異。生物炭基益生菌劑處理組W3F處理相較于CK2、W1F、W2F分別增加22.2%、22.2%、37.5%，但各處理間均無顯著性差異。在同一水分梯度處理下CK2較CK1增加28.5%，W1F較W1增加50%，W2F較W2處理增加33.3%，各處理間差異不顯著。

2.7" "生菜各性狀綜合分析" "利用隸屬函數法，分別計算各處理生菜的農藝指標和生理指標的隸屬函數值，并做綜合對比，結果發現各處理組下生菜各性狀的綜合排名由大到小分別為：W1Fgt;W2Fgt;W3Fgt;CK2gt;W2gt;CK1gt;W3gt;W1。

3" "討論與結論

適宜的水分可以促進作物對肥料的吸收和轉化，同時適宜的肥料也可調節作物水分利用效率[8]，試驗中W1F處理對生菜的株高、莖粗有明顯的促進效果。同一水分梯度處理下，生物炭基益生菌劑處理組生菜的株高和莖粗優于基質處理組。生物炭其特性有利于增強土壤改良效果，有利于微生物繁殖，能有效減少重金屬污染，優化土壤生態，提升土地生產力，從而刺激植物生長[9]。而益生菌劑作為一種包含活體微生物的創新制劑，憑借其代謝功能對土壤及作物產生積極影響，它既能優化土壤結構，增強土壤肥力，提升肥料使用效率，同時又能擴充作物根部周圍的有益微生物群落，促進作物健康生長[10-11]。生物炭和益生菌劑通過不同調節機制，共同提升土壤生理化性質，使作物增產增效。生菜總根長、總根表面積、總根體積W1F處理顯著高于其他處理，這與王艷杰[12]的研究結果相似。對比生菜3個生長階段，幼苗期和成熟期葉綠素相對含量均在施用生物炭基益生菌劑處理下達到峰值；在同水分對比下，施用生物炭基益生菌劑處理的葉綠素相對含量均明顯高于基質處理組，幼苗期W1處理下生菜的凈光合速率、蒸騰系數、氣孔導度均達到峰值，瞬時水分利用效率達到最低值。試驗中生菜凈光合速率在兩組不同基質處理組中呈現波動不定的變化，在一定水分條件下呈現促進趨勢；成熟期施用生物炭基益生菌劑處理生菜凈光合速率總體呈現促進趨勢。不同水分梯度處理下，從幼苗期到成熟期各處理間氣孔導度有不同的變化趨勢，但在灌溉量90%（W1和W1F）處理下相比其他灌溉量從幼苗期到成熟期的變化幅度較大。

本研究表明，生物炭基益生菌劑在傳統灌溉量90%的節水減量下，可有效促進土壤水肥有效性和利用效率，對生菜農藝性狀和根系的生長發育調控效果較好。配施生物炭基益生菌劑能夠明顯改善土壤水肥互作效應，促進生菜生長發育和生理功能發揮，為響應節能減排、推動節水農業中生物炭基益生菌劑的應用提供理論參考。

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