生物有机肥对盐碱地玉米渗透调节物质及土壤微生物的影响

刘 艳，李 波，隽英华，孙文涛*，于 洋(.辽宁省农科院植物营养与环境资源研究所，辽宁 沈阳 06；.吉林省烟草公司长春市公司，吉林 长春 30000)

【研究意义】土壤盐渍化是影响农业生产以及生态环境的一个全球性问题。盐碱胁迫导致植物细胞内的水势高于胞外，使细胞内部水分向外倒流，引起细胞失水。而植物渗透调节可以通过降低胞内水势来维持正常的生理代谢。渗透调节一般由无机离子和有机亲和物质共同参与。无机离子是盐生植物的主要渗透调节剂，而有机小分子物质则是非盐生植物的主要调节剂[1]，有机渗透调节物质主要是一些小分子有机化合物和蛋白类保护剂，如可溶性碳水化合物、脯氨酸、甜菜碱、以及一些多糖分子物质。生物有机肥中含有大量的有机质、土壤有益微生物等，能有效改善土壤微生物群落体系，提高土壤肥力，抵抗盐碱胁迫对植物造成的伤害。【前人研究进展】作为植物抵抗盐碱胁迫的一种重要生理机制，李蒙蒙等[2]、王宁等[3]在玉米有机渗透调节物质上已有一些研究，但都只针对苗期而做，关于生物有机肥对盐碱地玉米后期有机渗透调节物质的影响鲜有报道。近年来，有关生物有机肥改良盐碱土的研究已有报道，在盐碱土上种植苜蓿时施用生物有机肥，在一定程度上能改善盐碱土的理化性质，促进苜蓿生长[4]；张建兵等[5]、李凤霞等[6]指出有机肥可以降低土壤pH值和全盐量。王立刚[7]、朱建明[8]等在玉米栽培中施用有机肥取得一定成效。【本研究切入点】本试验采用盆栽的方法，研究了不同水平生物有机肥对不同程度盐碱土下玉米生长后期穗位叶的渗透调节指标、玉米根系活力活力以及土壤微生物数量的影响，【拟解决的关键问题】明确生物有机肥对盐碱土上玉米有机渗透调节物质及土壤微生物的影响，以期为研究盐碱胁迫对植物伤害的机理及生物有机肥改良盐碱土提供理论依据。

表1 土壤基本理化性质Table 1 The basic physical and chemical properties of soil

注：H为高盐碱土；M为中盐碱土；L为低盐碱土。

Note:H means high saline soila soils; M means medium saline soila soils; L means low saline soila soils.

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为旱田内陆碱土。2015年春季施肥前，按不同碱化水平，采用多点混合法取农田表层土壤(0～20 cm)。取回土壤后，稍作风干处理，拣去砾石、植物残体，过2 mm筛用于盆栽试验和基本理化性状分析，根据测试结果分为3个盐碱水平土，见表1。

1.2 试验设计

试验于2015年5月-10月在辽宁省农科院试验基地盆栽场进行，供试玉米品种为郑单958。试验采用塑料盆钵(直径26 cm×盆高25 cm)栽种，每盆装土12 kg，5月10日播种，每盆一株，9月30日收获。试验共设4个生物有机肥水平，盐碱土+ 0 %有机肥(T0)、盐碱土+ 0.25 %有机肥(T1)、盐碱土+ 0.5 %有机肥(T2)和盐碱土+ 1.0 %有机肥(T3)(有机肥投入量以风干土壤计)。每个处理10次重复，各处理氮、磷、钾肥用量及方法相同，分别为N 210 kg/hm2、(P2O5)225 kg/hm2和(K2O)225 kg/hm2，其中20 %的氮肥与磷钾肥全部做底肥混合一次施入， 40 %的氮肥拔节中期施，40 %的氮肥大喇叭口施。氮肥为尿素含N 46 %、磷肥为磷酸二铵含(P2O5) 46 %、钾肥为氯化钾含(K2O)60 %。生物有机肥由抚顺臻煜农业科技有限公司提供，含N+P+K为≥6 %，有机质含量30 %，有效活菌数≥2亿个/g。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 玉米穗位叶渗透调节物质测定 在玉米灌浆期(7月19日)、乳熟期(8月19日)和蜡熟期(9月16日)取各处理有代表性植株的穗位叶各2片，用冰盒保存并及时带回实验室处理， 用于测定游离脯氨酸和可溶性糖含量，分别采用酸性茚三酮显色法和蒽酮比色法[9]。

1.3.2 土壤微生物数量测定 在玉米灌浆期、乳熟期和蜡熟期分别取0～20 cm鲜土样，采用经典稀释平板培养计数法测定土壤微生物数量。细菌采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基培养，真菌用马丁-孟加拉红培养基培养，放线菌用改良高氏1号培养基培养。

1.3.3 根系活力的测定 在玉米灌浆期、乳熟期和蜡熟期分别取不同处理有代表性植株2株的根系，采用TTC法测定根系活力[9]。

1.4 数据处理

用 Excel 2003 和 SPSS 16.0 软件进行数据分析和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 生物有机肥对玉米穗位叶渗透调节物质的影响

2.1.1 生物有机肥对玉米穗位叶可溶性糖含量的影响 可溶性糖是一种有机渗透调节剂，在盐碱胁迫中起重要的调节作用。由图1中看出，随生育期的推延，3种盐碱土上各处理可溶性糖含量都呈逐渐下降的趋势，灌浆期时最大；高盐碱土上各时期的可溶性糖含量较其它2种土都是最低的。施入生物有机肥后，不同生育期不同盐碱胁迫程度的变化情况差异较大，灌浆期施肥各处理的可溶性糖含量比对照在轻度胁迫下提高了37.1 %～41.8 %，差异显著；中度胁迫下提高了13.5 %～26.7 %，T3处理差异显著；重度胁迫下提高了21.8 %～39.6 %，T3处理差异显著。乳熟期施肥各处理的可溶性糖含量比对照在轻度胁迫下提高了37.1 %～42.6 %；中度胁迫下提高了22.6 %～36.4 %；重度胁迫下提高了17.9 %～32.7 %，只有在低、中胁迫下T3处理与对照差异达显著水平。蜡熟期施肥各处理的可溶性糖含量比对照在轻度胁迫下提高了20.7 %～43.1 %；中度胁迫下提高了4.3 %～37.3 %；重度胁迫下提高了18.8 %～36.4 %。结果表明，随肥料施入量的增加，玉米可溶性糖含量呈依次升高的趋势，在灌浆期、低盐碱土上提高的效果更明显，高盐碱土上由于盐碱胁迫太重，生长后期甚至出现了枯萎死亡的现象，可溶性糖含量降低。

图1 生物有机肥对玉米穗位叶可溶性糖含量的影响Fig.1 The effects of bio-organic fertilizer on ear leaf soluble sugar content of maize

2.1.2 生物有机肥对玉米穗位叶脯氨酸含量的影响 植物在受到盐碱胁迫时，体内的渗透调节系统启动，合成大量的脯氨酸，降低细胞内的渗透势，以抵消由于盐碱胁迫造成的土壤渗透势下降。玉米生长各时期由于胁迫程度不同，脯氨酸含量也发生变化，受盐碱胁迫程度越大，脯氨酸含量越高。从表2中看在,玉米生长的3个时期中，脯氨酸含量呈直线下降的趋势，说明玉米在灌浆期时所受盐碱胁迫程度最大。生物有机肥施入不同程度的盐碱土后，各时期脯氨酸含量都较对照有所提高，呈依次递增趋势，在灌浆期轻度胁迫下最大提高50.3 %；中度胁迫下最大提高54.8 %；重度胁迫下最大提高49.5 %，说明生物有机肥对改善玉米生长环境，促进植株正常生长有一定的积极作用，随胁迫程度加大更能刺激脯氨酸合成积累，但是当盐碱胁迫过重时，也出现了抑制脯氨酸分解的情况，所以在高盐碱土上各时期的脯氨酸含量较低、中盐碱土呈下降的趋势。3个时期不同盐碱胁迫程度下玉米脯氨酸含量由高到低依次为T3>T2>T1>CK，随着施肥量的增加，脯氨酸含量逐渐增加，T2和T3处理的脯氨酸含量与对照相比，各时期不同盐碱胁迫程度下差异都达到显著水平，但T2和T3处理之间只有在低盐碱土上表现差异显著。

2.2 生物有机肥对盐碱土微生物数量的影响

2.2.1 生物有机肥对细菌数量的影响 细菌是土壤微生物的主要组成部分，能够分解土壤中各种有机质。因其代谢强，繁殖快，与土壤接触的表面积大，故而是土壤中最活跃的因素[10]。从图2A可以看出，施用生物有机肥各处理土壤中细菌的数量比不施肥处理都有所增加，说明施用生物有机肥可以提高盐碱土壤中细菌的数量。在中盐碱土上，各施肥处理细菌数量增加比较显著，灌浆期时T3处理显著高于T0、T1和T2，随着生育期推进，各处理细菌数量逐渐增加，而添加生物有机肥的各处理间差异逐渐不显著，到蜡熟期时比T0增多近44 %，各处理都与T0差异达到了显著水平；高盐碱胁迫下，各处理细菌数量都较低，可能与土壤pH值较高，抑制了细菌的分解有关，也可能与土壤有机质含量较低有一定的关系。

表2 生物有机肥对玉米穗位叶脯氨酸含量的影响Table 2 The effects of bio-organic fertilizer on ear leaf proline content of maize (μg/gFW)

注：不同小写字母表示同一土壤不同处理间差异达显著水平(P<0.05)。

Note:Different letters indicate significant differences (P<0.05).

图2 生物有机肥对盐碱土微生物数量的影响Fig.2 The effects of bio-organic fertilizer on microbial numbers of maize

2.2.2 生物有机肥对真菌数量的影响 从图2B中可以看出,不论盐碱胁迫程度如何，各施肥处理的真菌数量都较对照有所提升，并随着生物有机肥施用量的增加真菌数量有所增加，但各施肥处理之间真菌数量差异不显著。在低盐碱土上，真菌数量表现为先升高后降低的趋势；而在中、高盐碱土上各施肥处理的真菌数量都随着生育期的推进呈逐渐缓慢增加的变化趋势，这种在不同盐碱胁迫上表现的差异表化有可能与土壤盐分含量增大后反渗透性加大，使土壤水分含量增加促使真菌繁殖有关。

2.2.3 生物有机肥对放线菌数量的影响 放线菌主要是单细胞的菌丝体。它主要存在于土壤耕作层，不喜欢酸性土壤，比较喜欢碱性、较干旱和有机质丰富的土壤[10]。从图2C可以看出，生物有机肥施用于盐碱地后，放线菌数量较对照都有提高，且随着施肥量的增加而增加，T3处理数量较T0差异达显著水平。在低盐碱土上，各时期的放线菌数量都较高，可能与土壤有机质含量较高、植株根系发育良好利于微生物的分解有关。

2.3 生物有机肥对玉米根系活力的影响

从图3可以看出，灌浆期时各处理的根系活力最大，随时间推移衰老加速，玉米根系活力逐渐变小，尤其是在高盐碱土上，玉米受到盐碱胁迫较重，到乳熟期以后根系活力迅速降低，严重影响根系对营养物质的吸收运转，造成叶片枯黄，酶活性下降。在低盐碱土上，盐碱胁迫较轻，施入生物有机肥后，可以显著提高玉米根系活力，灌浆期各施肥处理根系活力较对照提高了47.2 %、58.7 %和85.5 %，差异显著；乳熟期提高了26.8 %、65.0 %和69.5 %；蜡熟期提高了12.8 %、70.2 %和78.2 %，只有T3处理差异都达到显著水平。在中盐碱土上平均提高了53.2 %，说明生物有机肥施用于盐碱地后玉米根系活力随着施肥量的增加而增加，各时期玉米根系活力由大到小依次为T3>T2>T1；且在盐碱胁迫较轻的盐碱土上生物有机肥对玉米根系活力的促进作用更显著。

3 讨 论

盐碱胁迫对植物生长造成伤害的原因之一是渗透胁迫，由于土壤和细胞外高浓度的盐分，使外界渗透势降低，造成了植物和细胞吸水困难甚至失水，即生理干旱[11]。但植物自身有一些适应机制-渗透调节可以减小这种危害，使植物在盐渍环境保持足够的水分。脯氨酸和可溶性糖都是植物重要的渗透调节物质，其含量变化可以作为评价植物逆境胁迫的一项生理生化指标[12-14]。施用生物有机肥利于促进植物渗透调节物质的合成与积累，薛远赛等[15]在对盐碱地小麦旗叶的研究中得出，施有机肥料处理的脯氨酸和可溶性蛋白含量增长迅速且积累量较多。本研究结果显示，随肥料施入量的增加，玉米可溶性糖和脯氨酸含量呈依次升高的趋势，说明生物有机肥在渗透调节方面发挥着积极作用，可通过提高叶片中可溶性糖和脯氨酸的含量来提高植株对外界环境的适应能力，提高玉米抗盐碱胁迫的能力。张金柱[16]、吕丽媛等[17]、崔曾杰等[18]在对苜蓿、蓖麻和水稻的的研究中都得出相似的结论。

图3 生物有机肥对玉米根系活力的影响Fig.3 The effects of bio-organic fertilizer on root activity of maize

不同种类的渗透调节物质对盐碱胁迫的反应也有差异。研究结果表明，低盐碱胁迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分别是52.8 %和37.8 %；中度盐碱胁迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分别是22.7 %和58.5 %；高盐碱胁迫下，可溶性糖和脯氨酸的平均增加率分别是44.9 %和71.8 %。据此，我们认为在低盐碱时起渗调作用最大的是可溶性糖，其次是脯氨酸；在中、高胁迫条件下时，脯氨酸是其主要的有机渗透调节物质。

土壤微生物在分解外界物质和有机体的同时又向外界不断的释放营养物质，对物质循环具有储存和调节作用，对土壤形成发育和肥力演变赋予力量，影响植物根系和地下部分的生长[19]。土壤中微生物的种类较多，有细菌、真菌、放线菌、藻类和原生动物等，对土壤生态系统物质转化和能量流动具有十分重要的作用。其中细菌、真菌和放线菌这三类微生物大都在土壤表层中发育，多为好气性、腐生性，而盐碱土壤内大量盐分的积累，会使土壤结构黏滞，通气性差，造成土壤中好气性微生物活动差，养分释放慢，康贻军[20]在对滩涂盐碱土的研究中得出，盐碱土中微生物的数量比对照降低差异显著。生物有机肥施用于盐碱土后，土壤中微生物数量有所增加，本研究结果显示，微生物数量都随着生物有机肥施用量的增加而增加，添加1.0 %有机肥(T3)处理的细菌和放线菌数量比对照增加差异显著。严慧俊等[21]在田间试验中得出相似结论：在盐碱土上施用微生物复混肥处理的土壤细菌总数比对照增加2倍多。

土壤微生物数量的增多，改善了土壤微生态环境，提高了土壤肥力；微生物新陈代谢过程中有大量有机酸产生，可以中和盐碱土的碱度，降低土壤盐碱度。Bossuyt H[22]等也有相关报道：土壤毛细管孔隙被微生物切断，非毛细管孔隙增加，加速了盐碱土淋盐作用，有效的抑制返盐。土壤条件的改善有利于促进根系生长下扎，提高根系活力，生物有机肥施用于盐碱地后玉米根系活力随着施肥量的增加而增加，各施肥处理玉米根系活力由大到小依次为T3>T2>T1。与李北齐[23]在室内盆栽试验中得出的结论相一致。

4 结 论

综上可知，生物有机肥可以在盐碱土中广泛使用，在一定程度上能改善盐碱土的微生物环境，促进玉米根系生长，提高功能叶片渗透调节物质，提高玉米耐盐碱胁迫能力。本试验推荐添加1.0 %有机肥处理在低、中盐碱土上使用对提高玉米叶片渗透调节物质及改良盐碱土效果更好。

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