肖衛(wèi)華，姚幫松，張文萍，張立成,2，黃 蔚，劉祝平

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長沙 410128；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙 410128)

0 引 言

眾所周知，根區(qū)土壤是由固、液、氣三相組成，現(xiàn)行灌溉措施使得根區(qū)土壤得到水分的同時(shí)，必定排擠出土壤中的空氣，導(dǎo)致根際臨時(shí)缺氧或長期缺氧，但是根系和根區(qū)土壤微生物進(jìn)行正常的生理活動(dòng)-呼吸作用時(shí)需要消耗氧，而作物需水高峰時(shí)也是對(duì)根系功能要求最高的時(shí)候，哪怕出現(xiàn)臨時(shí)的缺氧癥都會(huì)影響根系對(duì)水肥的吸收，由于灌溉農(nóng)業(yè)很難解決“水氧矛盾”問題，因此,作物根區(qū)缺氧也是灌溉農(nóng)業(yè)的主要瓶頸問題[1]，因此根區(qū)通氣增氧是解決因?yàn)楣喔却嬖凇八趺堋钡挠行緩健８凳亲魑镒罨钴S的吸收器官和合成器官，根系生長和根系活力直接影響作物的生長和產(chǎn)量水平[2]。在植物的根區(qū)輸送充足的氧氣能夠使植物的根系功能處于較佳狀態(tài)，有利于植物根區(qū)的礦物質(zhì)運(yùn)移以及土壤微生物的活動(dòng)，有利于作物的生長而提高自身生產(chǎn)力，為挖掘作物的增產(chǎn)潛能開辟了新的途徑，但目前尚未有通過根區(qū)通氣增氧措施對(duì)根際土壤微生物種群數(shù)量和纖維分解強(qiáng)度的影響研究。本文通過對(duì)不同通氣頻率在雜交稻不同生育期的根系性狀、根系活力、根際土壤微生物種群數(shù)量、微生物的纖維分解強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)與分析，探究在根區(qū)通氣增氧處理下不同生長階段根際微生物種群和數(shù)量的變化規(guī)律，為優(yōu)化雜交水稻的高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

模擬微區(qū)試驗(yàn)于2012年-2013年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園實(shí)驗(yàn)基地的露天格田中進(jìn)行，兩年試驗(yàn)規(guī)律一致，本文采用數(shù)據(jù)2013年模擬微區(qū)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)基地所處地理位置屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)。歷年平均氣溫為17.2 ℃，年平均無霜期280.5 d，年平均降水量1 360 mm，年平均相對(duì)濕度80%。長沙地區(qū)年日照時(shí)數(shù)達(dá)1 677 h。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)供試土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥，肥力較好。試驗(yàn)供試品種為雜交水稻深優(yōu)9 586，全生育期112 d。每塊格田尺寸為1.5 m×6.0 m，每塊格田再分3個(gè)微區(qū)，田埂高度30cm，采用PVC板封隔。按隨機(jī)區(qū)組分布，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。每個(gè)微區(qū)插秧30兜，單本。施肥：采用化肥與有機(jī)肥相結(jié)合的方式，有機(jī)肥采用熟化的豬糞堆肥，每微區(qū)施用5 kg，并于移栽前一次性施加。復(fù)合肥(N:P:K為15%:10%:15%)80 g，基肥：分蘗肥的比例為6∶4。水分處理：移栽至有效分蘗臨界葉齡期返青，一直保持1～3 cm淺水層，當(dāng)田間群體苗數(shù)達(dá)到計(jì)劃穗數(shù)的85%時(shí)，排水?dāng)R田1周左右，之后一直到灌漿期均保持1～3 cm淺水層；成熟收割前7 d斷水。6月20日播種，7月2日移栽，10月12日收割。

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，通氣增氧處理是通過預(yù)埋在根區(qū)土壤中的管路系統(tǒng)，由定時(shí)開關(guān)控制定時(shí)通氣，通氣時(shí)間通過公式(1)估算而定，實(shí)施處理時(shí)間為移栽后一周起到收割前兩周結(jié)束。根據(jù)加氣增氧的頻率不同分為3個(gè)處理，A1(每日8∶00和17∶00)、A2(每日8∶00)、A3(每隔一天8∶00)和常規(guī)對(duì)照CK(無增氧處理)。

(1)

式中：t為通氣時(shí)間，min；N為每個(gè)氣泵控制的穴數(shù)；a為橫向間距，cm；b為縱向間距，cm；h為耕作層深度，cm；f為土壤孔隙度，%；Q為加氣泵的排氣量，L/min。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

每個(gè)微區(qū)于分蘗期與齊穗期選取長勢(shì)一致的植株，提取網(wǎng)袋(網(wǎng)袋移栽前預(yù)埋)連同根區(qū)土壤，采用中低壓自來水小心沖洗獲取根樣，采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)掃描并分析根系生長特征指標(biāo)，剪取距離根尖1～2 cm的白根通過氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測(cè)定根系活力。分別于分蘗期、齊穗期和成熟期用土鉆采取離植株10 cm，離表面1～20 cm處的帶根土壤，每微區(qū)隨機(jī)取4土鉆，混合均勻放置無菌自封袋，快速帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物種群的檢測(cè)。土壤微生物細(xì)菌、真菌與放線菌數(shù)量采用稀釋平板測(cè)數(shù)法測(cè)定，并且分別采用牛肉膏蛋白陳瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)[3]。微生物纖維分解強(qiáng)度采用埋棉布法測(cè)定[4]。

利用SPSS17.0和Microsoft Excel進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 根區(qū)通氣增氧對(duì)根系的影響

2.1.1對(duì)根系生長特性的影響

在分蘗期的根總長、根尖數(shù)和根干重的變化規(guī)律與齊穗期的根系總根長、總表面積、總體積、根尖數(shù)和根干重都是隨著增氧頻率的降低先降低，再升高，但分蘗期的根總表面積、平均根系直徑、根總體積的和齊穗期的平均根粗的規(guī)律恰好與之相反，如表1所示。同時(shí)可以得出通氣增氧處理的雜交水稻根系的所有指標(biāo)都明顯優(yōu)于常規(guī)對(duì)照CK。

表1 分蘗末期雜交水稻根系指標(biāo)

2.1.2對(duì)根系活力的影響

由圖1可得，不管是在分蘗期還是在齊穗期，對(duì)于所有增氧處理的TTC還原強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的規(guī)律均為： A1>A2>A3>CK，說明增氧處理有利于提高雜交水稻的根系活力，且在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)隨著增氧頻率的提高而增強(qiáng)，A1的根系TTC還原強(qiáng)度相比CK，在分蘗期提高了45.7%，在齊穗期提高了26.5%。

圖1 不同生育期各處理的TTC還原強(qiáng)度

2.2 根區(qū)通氣增氧對(duì)根區(qū)土壤微生物的影響

根際是指植物根系與土壤微生物之間相互作用的獨(dú)特圈帶，根際微生物是作物根際重要的組成部分，是土壤生態(tài)系統(tǒng)中最活躍的組分[5]。根區(qū)通氣增氧對(duì)雜交水稻根際土壤微生物種群的影響見圖2所示，在分蘗期和成熟期，細(xì)菌數(shù)量和真菌數(shù)量都是隨增氧頻率的降低而減低，但細(xì)菌數(shù)量在抽穗期間的規(guī)律恰好相反。抽穗期的真菌數(shù)量和分蘗期的放線菌數(shù)量的變化規(guī)律是隨通氣增氧頻率的降低先升高，再減低，而成熟期的真菌和放線菌數(shù)量的變化規(guī)律一致，都是隨頻率的降低先降低，后升高。根區(qū)通氣增氧處理除了真菌數(shù)量在抽穗期均低于常規(guī)對(duì)照(CK)，以及A3處理在成熟期的細(xì)菌數(shù)量和A1處理在分蘗期的放線菌數(shù)量低于CK外，其他各類微生物數(shù)量均優(yōu)于CK處理。

圖2 根際土壤微生物數(shù)量

分解纖維素的微生物主要是好氧細(xì)菌，微生物對(duì)纖維的分解作用是自然界生態(tài)系統(tǒng)碳素循環(huán)的基礎(chǔ)，微生物的纖維分解強(qiáng)度從側(cè)面反映好氧微生物的數(shù)量和活性，纖維分解釋放出有機(jī)質(zhì)中的氮、磷、鉀、硫等有效態(tài)養(yǎng)分，對(duì)提高土壤肥力，改善植物的營養(yǎng)吸收具有重要意義[6]。根區(qū)通氣增氧對(duì)根際微生物纖維分解強(qiáng)度的規(guī)律如表2，分蘗期和抽穗期根際土壤微生物纖維分解強(qiáng)度都是隨通氣增氧頻率的降低先升高后降低，并且相比CK處理優(yōu)勢(shì)不明顯，但是在成熟期，根際土壤微生物纖維分解強(qiáng)度隨頻率的降低，先降低后升高，且通氣增氧處理均顯著高于CK處理，是CK處理的1.68～2.56倍。

表2 不同生育期根際微生物纖維分解強(qiáng)度 %

3 結(jié) 語

作物根際氧含量影響土壤微生物的呼吸作用，影響根際土壤微生物的種群與活性，根際通氣增氧可以促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)礦化和養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)作物的生長。試驗(yàn)結(jié)果表明：根區(qū)通氣增氧處理的雜交水稻根系的所有特征指標(biāo)都明顯優(yōu)于常規(guī)對(duì)照CK處理，并且有利于提高雜交水稻的根系活力，且表征根系活力的TTC還原強(qiáng)度隨著增氧頻率的降低而減弱：A1>A2>A3>CK。根區(qū)通氣增氧處理增加了根際細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物的數(shù)量，除了抽穗期的真菌數(shù)和成熟期的細(xì)菌外，其他各類微生物數(shù)量在分蘗期、抽穗期和成熟期均優(yōu)于CK處理。成熟期的根際土壤微生物纖維分解強(qiáng)度隨通氣增氧頻率的降低，先降低后升高，且其強(qiáng)度均顯著高于CK處理。

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[1] S P Bhattarai, R J Balsys, P Eichler, et al. Dynamic changes in bubble profile due to surfactant and tape orientation of emitters in drip tape during aerated water irrigation[J]. International Journal of Multiphase Flow, 2015,75(5) 137-143.

[2] 楊建昌.水稻根系形態(tài)生理與產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分吸收利用的關(guān)系[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011,44(1):36-46.

[3] 王金鳳,康紹忠,張富倉,等.控制性根系分區(qū)交替灌溉對(duì)玉米根區(qū)土壤微生物及作物生長的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006,39(10):2 056-2 062.

[4] 謝 東.增氧灌溉對(duì)超級(jí)稻根際土壤微生物的影響[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[5] 賀祖宏，王相晶，向文勝.作物根際微生物與植物保護(hù)[J].世界農(nóng)藥，2013,(5):42-50.

[6] 李振高.土壤與微生物環(huán)境研究法[M].北京科學(xué)出版社，2008,(9):391-392.