劉玲利，衛(wèi) 迎，劉 洋，洪堅(jiān)平

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801)

礦山開(kāi)采活動(dòng)對(duì)礦區(qū)土壤造成了嚴(yán)重破壞。礦區(qū)復(fù)墾土壤貧瘠，養(yǎng)分含量低，微生物數(shù)量少，活性低[1]，而有益微生物可通過(guò)多方面的作用加速?gòu)?fù)墾進(jìn)程，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育[2]。磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需營(yíng)養(yǎng)元素，參與許多植物生理代謝過(guò)程，然而，缺磷是我國(guó)及世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中限制作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因子，其原因主要為磷肥施入土壤后易被土壤固定，導(dǎo)致磷肥利用率低[3]。解磷微生物可以將土壤中難溶態(tài)磷轉(zhuǎn)換為有效磷[4-5]，有研究表明，解磷微生物能夠提高磷肥利用率、土壤磷素的含量以及增加作物增產(chǎn)量[6-7]。梁利寶[8]研究表明，解磷細(xì)菌能夠促進(jìn)石灰性土壤中磷素形態(tài)向易被作物吸收利用態(tài)轉(zhuǎn)化，同時(shí)可減緩其向緩效態(tài)、難溶態(tài)的轉(zhuǎn)化。目前，關(guān)于不同濃度解磷菌群對(duì)復(fù)墾土壤磷形態(tài)影響的研究較少。

本研究從石灰性土壤中篩選分離出不同種類解磷細(xì)菌和解磷真菌，進(jìn)行油菜盆栽試驗(yàn)，研究不同濃度下單施解磷細(xì)菌群、解磷真菌群以及混施解磷細(xì)菌群和真菌群對(duì)油菜土壤磷素形態(tài)、油菜產(chǎn)量和吸磷量的影響，以期為提高復(fù)墾土壤的磷素作物有效性、合理培肥復(fù)墾土壤、減少浪費(fèi)與污染、提高磷肥利用率及有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤 試驗(yàn)采用土壤為山西省長(zhǎng)治市襄垣縣采煤塌陷區(qū)復(fù)墾1年的土壤，屬石灰性褐土，質(zhì)地為中壤土。其有機(jī)質(zhì)含量為2.19 g/kg，全氮含量為0.05 g/kg，全磷含量為0.37 g/kg，堿解氮含量為20.18 mg/kg，有效磷含量為0.85 g/kg，速效鉀含量為72.50 g/kg。

1.1.2 供試作物 供試油菜(Blassikakapestris)品種為四月蔓。

1.1.3 供試肥料 尿素：含氮460 g/kg；磷礦粉：含P2O5190 g/kg；硫酸鉀：含K2O 540 g/kg；有機(jī)肥：含有機(jī)質(zhì)389 g/kg，含N2 15 %，含P2O510.6 g/kg，K2O 13.1 g/kg。

菌群：解磷細(xì)菌(假單胞細(xì)菌1、假單胞細(xì)菌2和拉恩氏菌，經(jīng)驗(yàn)證它們無(wú)拮抗反應(yīng)，將這3株解磷細(xì)菌混合培養(yǎng)后經(jīng)高密度發(fā)酵后制成液體菌劑)，解磷真菌(黑曲霉和青霉，經(jīng)驗(yàn)證它們無(wú)拮抗反應(yīng)，將這2株解磷細(xì)菌混合培養(yǎng)后經(jīng)高密度發(fā)酵后制成液體菌劑)。

1.2 試驗(yàn)方法

以解磷細(xì)菌、解磷真菌以及2種解磷菌群混施對(duì)復(fù)墾土壤進(jìn)行處理，每一菌液設(shè)置C1(1 mL/盆)、C2(4 mL/盆)、C3(7 mL/盆)3個(gè)濃度，其中，混合菌液按1∶1進(jìn)行配置，另外設(shè)置不施解磷菌群處理C0和不施肥對(duì)照處理CK，共11個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共裝33盆。盆栽試驗(yàn)用盆缽為15 cm×10 cm的塑料盆，土壤過(guò)2 mm篩后，裝盆，每盆裝風(fēng)干土1.2 kg。除不施肥處理外，其余每盆都施入相同的基肥(尿素0.33 g，磷礦粉0.83 g，硫酸鉀0.14 g，有機(jī)肥10.00 g)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

采集土壤樣品自然風(fēng)干，研磨后過(guò)1 mm篩，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。其中，土壤有效磷含量、全磷含量參照鮑士旦[9]的方法進(jìn)行測(cè)定，堿性磷酸酶活性、植物吸磷量參照李娜等[10]的方法進(jìn)行測(cè)定，葉綠素含量的測(cè)定參照李合生等[11]的方法進(jìn)行測(cè)定，油菜產(chǎn)量用電子秤直接稱量。

Hedley無(wú)機(jī)磷形態(tài)的測(cè)定方法：稱0.5 g過(guò)0.15 mm篩的細(xì)土于50 mL的離心管中，加蒸餾水30 mL，振蕩16 h；將取下的離心管在離心機(jī)上以轉(zhuǎn)速為10 000 r/min的速度離心10 min(溫度要設(shè)置在0 ℃下)，在離心管中，分別吸取5，10 mL的上清液，置于2個(gè)比色管，編號(hào)待測(cè)，倒掉離心管中的剩余溶液后加入0.5 mol/L重碳酸鈉溶液30 mL，振蕩16 h；將取下的離心管在離心機(jī)上離心10 min，轉(zhuǎn)速為10 000 r/min(溫度要設(shè)置在0 ℃下)。在離心管中，分別吸取5，10 mL的上清液，置于2個(gè)比色管，編號(hào)待測(cè)，倒掉離心管中的剩余溶液后加入0.1 mol/L氫氧化鈉溶液30 mL，振蕩16 h；將取下的離心管在離心機(jī)上離心10 min，轉(zhuǎn)速為10 000 r/min(溫度要設(shè)置在0 ℃下)，在離心管中，分別吸取5，10 mL的上清液，置于2個(gè)比色管，編號(hào)待測(cè)，倒掉離心管中的剩余溶液后加入1 mol/L的鹽酸溶液30 mL，振蕩16 h；將取下的離心管在離心機(jī)上離心10 min，轉(zhuǎn)速為10 000 r/min(溫度要設(shè)置在0 ℃下)，在離心管中，分別吸取5，10 mL的上清液，置于2個(gè)比色管，編號(hào)待測(cè)，倒掉離心管中的剩余溶液，將其內(nèi)土壤轉(zhuǎn)移至消煮管過(guò)夜；在消煮管中加入濃硫酸5 mL，120 °C消煮0.5 h后每20 min升溫20 ℃，直到300 ℃，取下試管，冷卻后搖勻，再次進(jìn)行消煮，達(dá)到360 ℃取下試管，冷卻后加入0.5 mol/L的雙氧水繼續(xù)消煮0.5 h，重復(fù)直到消煮管中的土樣呈白色，液體清澈無(wú)色)，結(jié)束消煮冷卻后，定容于100 mL容量瓶，搖勻過(guò)夜；吸取容量瓶中的上清液于比色管中，加3～5滴水和1滴0.5%磷硝基酚指示劑，用4 mol/L的氫氧化鈉和0.25 mol/L硫酸調(diào)節(jié)pH值，定容搖勻比色，測(cè)定殘?jiān)鼞B(tài)-P；吸取提取液10 mL轉(zhuǎn)移到50 mL比色管中，加入 0.9 mol/L硫酸3.6 mL，調(diào)節(jié)pH值，定容比色，分別測(cè)定H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel、SPSS 18等軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同解磷菌群處理對(duì)土壤有效磷含量、堿性磷酸酶活性及土壤全磷含量的影響

從表1可以看出，各處理土壤有效磷含量均高于CK，與不施解磷菌群處理相比，加入解磷菌群的土壤有效磷的含量均顯著增加，其中，增加最顯著的是解磷細(xì)菌群，增加了21.69%～50.42%；其次為解磷真菌群，增加了6.9%～16.19%；混合解磷菌群增加效果不明顯。當(dāng)菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，解磷細(xì)菌群與解磷真菌群處理下土壤有效磷含量最大，與不施解磷菌群處理相比差異顯著，且解磷細(xì)菌群與解磷真菌群之間差異顯著。

各施肥處理下，土壤堿性磷酸酶的活性均顯著高于CK，與不施解磷菌群處理相比，施入解磷細(xì)菌群土壤堿性磷酸酶活性增加了7.17%～25.45%，解磷真菌群增加了1.82%～20.00%，混合解磷菌群增加效果不明顯。當(dāng)菌液濃度為4 mL/盆時(shí)解磷細(xì)菌群、解磷真菌群與混合解磷菌群處理下，堿性磷酸酶的活性含量最大，與不施解磷菌群處理之間差異均達(dá)顯著水平。各菌群處理在同一濃度下差異不顯著。

施入解磷細(xì)菌群和解磷真菌群能夠提高土壤全磷的含量，解磷細(xì)菌增加效果最好，與不施解磷菌群相比，解磷細(xì)菌處理提高了2.38%～9.52%；解磷真菌處理提高了2.38%。當(dāng)菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，解磷細(xì)菌群處理下土壤全磷的含量顯著高于低濃度和高濃度處理；解磷真菌群在各濃度處理下差異不顯著；混合菌群處理在1 mL/盆濃度下，土壤全磷的含量顯著高于其他處理。

表1 不同解磷菌群處理對(duì)土壤有效磷含量、堿性磷酸酶活性以及土壤全磷含量的影響Tab.1 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on soil available phosphorus content,alkaline phosphatase activity and soil total phosphorus

注：表中不同小寫(xiě)字母表示同一解磷菌群不同施肥濃度間差異顯著(P<0.05)；不同大寫(xiě)字母表示不同解磷菌群處理間差異顯著(P<0.05)。表2、圖1-5同。

Note： The lowercase letters in the table indicate that the difference of different fertilization rates was significant difference(P<0.05); Different capital letters indicate different solubilizing bacteria treatments were significant difference(P<0.05). The same as Tab.2,Fig.1-5.

2.2 不同解磷菌群處理對(duì)油菜產(chǎn)量、吸磷量和葉綠素的影響

從表2可以看出，施入解磷菌群能夠提高油菜的產(chǎn)量，作用效果最好的是解磷細(xì)菌群，比不施解磷菌群增加了4.13%～41.76%，在菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，油菜產(chǎn)量達(dá)到最大，與不施解磷菌群處理間差異顯著；當(dāng)菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，解磷細(xì)菌群處理下油菜的產(chǎn)量顯著高于解磷真菌群處理，與混合解磷菌群處理差異不顯著；在7 mL/盆濃度處理下，解磷細(xì)菌群處理顯著高于解磷真菌群處理，與混合解磷菌群處理間差異不顯著。

不同處理與CK相比，油菜吸磷量均有所增加，與不施解磷菌群處理相比，增加效果最好的是解磷細(xì)菌群，增加了11.76%～44.12%；其次是解磷真菌群，增加了2.94%～29.41%；混合解磷菌群增加了11.76%～20.59%。當(dāng)菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，各種菌群處理下油菜吸磷量達(dá)到最大，解磷細(xì)菌群處理在該濃度下顯著高于1，7 mL/盆濃度處理。不同解磷菌群處理在同一菌液濃度下差異不顯著。李娜等[10]研究結(jié)果也表明，施入解磷細(xì)菌肥能夠提高油菜的吸磷量。

植物葉片中葉綠素含量與植物的產(chǎn)量密切相關(guān)，而磷元素的缺乏會(huì)影響植物葉綠素的合成，進(jìn)而影響光合作用[12]。本研究中，不同菌群處理對(duì)油菜葉綠素含量的影響也不盡相同，其大小順序?yàn)榻饬准?xì)菌群>解磷真菌群>混合菌群>不施解磷菌群處理>CK，與不施解磷菌群處理相比，解磷細(xì)菌群增加了3.60%～17.90%。在菌液濃度為4 mL/盆處理下時(shí)，油菜葉綠素含量達(dá)到最大，與CK、1 mL/盆之間差異顯著，與7 mL/盆之間差異不顯著。各菌群處理在同一濃度下差異不顯著。

表2 不同解磷菌群處理對(duì)油菜產(chǎn)量、吸磷量和葉綠素含量的影響Tab.2 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on rape yield, uptake of phosphorus and chlorophyll

2.3 不同解磷菌群處理對(duì)Hedley無(wú)機(jī)磷形態(tài)的影響

2.3.1 不同解磷菌群處理對(duì)土壤H2O-Pi的影響 從圖1可以看出，施入解磷細(xì)菌群能夠提高土壤H2O-Pi的含量，比不施解磷菌群處理提高1.35%～33.69%；且在4 mL/盆菌液濃度處理下達(dá)到最大，比CK增加9.85 mg/kg，比不施解磷菌群處理增加9.46 mg/kg，與其他處理差異顯著；解磷真菌群處理在4 mL/盆菌液濃度下與其他處理差異不顯著，混合菌群處理對(duì)提高土壤H2O-Pi的含量作用效果不明顯。不同菌群處理在同一濃度下差異不顯著。施入解磷菌群能夠提高土壤H2O-Pi的含量，可能是由于解磷菌能夠產(chǎn)生有機(jī)酸和磷酸酶，加速土壤難溶態(tài)磷的轉(zhuǎn)化[13]。陳芬等[14]研究也表明，施用菌肥可以增加復(fù)墾3年土壤的H2O-Pi含量。

2.3.2 不同解磷菌群處理對(duì)土壤NaHCO3-Pi含量的影響 從圖2可以看出，施入解磷菌群能夠提高土壤NaHCO3-Pi的含量，與不施解磷菌群處理相比，解磷細(xì)菌群增加了12.37%～52.43%，解磷真菌增加了8.6%～18.91%，混合解磷菌群增加了10.67%～17.42%。各菌群處理土壤NaHCO3-Pi含量均在菌液濃度為4 mL/盆時(shí)達(dá)到最大，解磷細(xì)菌群處理在該濃度下土壤NaHCO3-Pi含量較不施解磷菌群提高了15.79 mg/kg，與其他濃度處理間差異顯著，且與解磷真菌群、混合解磷菌群處理間差異顯著。土壤NaHCO3-Pi的含量多少依次為解磷細(xì)菌群>解磷真菌群>混合菌群>不施解磷菌群處理>CK。吳文麗等[15]研究也表明，施用解磷菌肥能夠提高復(fù)墾土壤中NaHCO3-Pi的含量。

圖1 不同解磷菌群處理對(duì)土壤H2O-Pi含量的影響Fig.1 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on content of soil H2O-Pi

圖2 不同解磷菌群處理對(duì)NaHCO3-Pi含量的影響Fig.2 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on content of soil NaHCO3-Pi

2.3.3 不同解磷菌群處理對(duì)土壤NaOH-Pi的影響 從圖3可以看出，土壤NaOH-Pi的含量大小順序依次為解磷細(xì)菌群>解磷真菌群>不施解磷菌群處理>混合菌群>CK，解磷細(xì)菌群與解磷真菌群處理土壤NaOH-Pi的含量均在4 mL/盆濃度時(shí)達(dá)到最大，解磷細(xì)菌群處理土壤NaOH-Pi在該濃度下較不施解磷菌群處理提高7.83 mg/kg，且二者間差異顯著；解磷真菌群處理與不施解磷菌群處理間差異不顯著。解磷細(xì)菌群處理與解磷真菌群處理在各菌液濃度處理下均與混合解磷菌群處理間差異顯著，解磷細(xì)菌群處理與解磷真菌群處理間差異不顯著。

圖3 不同解磷菌群處理對(duì)土壤NaOH-Pi含量的影響Fig.3 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on content of soil NaOH-Pi

2.3.4 不同解磷菌群處理對(duì)土壤HCl-Pi含量的影響 從圖4可以看出，不同施肥處理下土壤HCl-Pi含量均低于CK，其大小依次為CK>解磷真菌群>不施解磷菌群處理>解磷細(xì)菌群。在菌液濃度為4 mL/盆時(shí)，解磷細(xì)菌群處理下土壤HCl-Pi含量最低，比CK降低了35.37 mg/kg，比不施解磷菌群處理降低了23.26 mg/kg，各菌群處理在同一濃度下差異不顯著。

圖4 不同解磷菌群處理對(duì)土壤HCl-Pi含量的影響Fig.4 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on content of soil HCl-Pi

2.4 不同解磷菌群處理對(duì)土壤殘?jiān)鼞B(tài)-P的影響

從圖5可以看出，施入解磷菌群降低了土壤殘?jiān)鼞B(tài)磷的含量，其中，解磷細(xì)菌群殘?jiān)鼞B(tài)-P的含量最低，較不施解磷菌群處理降低了4.57%～16.19%，在菌液濃度為4 mL/盆時(shí)土壤殘?jiān)鼞B(tài)-P含量最低，較不施解磷菌群處理降低了47.02 mg/kg，且與其他濃度處理間差異顯著；在4 mL/盆濃度下，解磷細(xì)菌群處理土壤殘?jiān)鼞B(tài)-P含量顯著低于混合解磷菌群與解磷真菌群處理。各菌群處理在其他濃度下差異不顯著。

圖5 不同解磷菌群處理對(duì)土壤殘?jiān)鼞B(tài)-P含量的影響Fig.5 Effect of different phosphate-solubilizing bacteria on content of soil residual-P

3 結(jié)論與討論

相關(guān)研究表明，解磷微生物能夠?qū)㈦y溶態(tài)磷轉(zhuǎn)化為能夠被植物吸收利用的可溶性磷，其原因是解磷微生物產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠溶解難溶態(tài)的無(wú)機(jī)磷酸鹽，一些解磷細(xì)菌在土壤缺磷條件下可分泌植酸、核酸以及磷脂酶類物質(zhì)，通過(guò)酶解作用使有機(jī)磷轉(zhuǎn)化成可供植物吸收利用的有效磷[16-18]。郜春花等[19]研究表明，施入解磷菌，土壤磷酸酶含量與不接種相比增加了19.9%～50.3%，與空白處理相比，組合溶磷細(xì)菌肥處理土壤中磷酸酶含量增加了34.7%～41.9%，且差異顯著。白文娟等[20]研究表明，解磷細(xì)菌能夠提高苗期玉米葉綠素含量以及植株和根系中全磷的含量。李玉娥等[21]在苜蓿上接種解磷菌后，植株的株高、莖粗、干質(zhì)量、干鮮比和葉莖比都比對(duì)照明顯增加。

本研究結(jié)果表明，施入解磷菌群能夠提高土壤有效磷含量、堿性磷酸酶活性以及土壤全磷的含量，改善土壤的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，促進(jìn)作物的吸收利用，從而提高作物的產(chǎn)量、吸磷量和葉綠素含量。其中，作用效果最好的是解磷細(xì)菌群，與不施解磷菌群處理相比，土壤有效磷、堿性磷酸酶活性、油菜的產(chǎn)量、吸磷量和葉綠素含量增加了21.69%～50.42%，7.17%～25.45%，4.13%～41.76%，11.76%～44.12%，3.6%～17.90%，且在菌液濃度為4 mL/盆處理下作用效果最顯著。

NaHCO3-Pi、NaOH-Pi是吸附在土壤粒子表面的活性磷和無(wú)機(jī)磷，易于被植物吸收和利用[14,22]，而HCl-Pi、土壤殘?jiān)鼞B(tài)-P是難溶態(tài)磷，不易被作物吸收利用[23]。唐勇等[24]研究表明，微生物腐解植物殘?bào)w而產(chǎn)生的胡敏酸和富里酸能夠與復(fù)合磷酸鹽中的Ca2+、Fe3+和Al3+產(chǎn)生酸螯合，釋放出磷酸鹽。吳文麗等[15]研究發(fā)現(xiàn)，施用含有解磷菌的肥料，能夠提高復(fù)墾土壤H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi的含量，從而提高土壤磷的有效性。

本研究在油菜土壤中施入解磷菌群，與CK相比，施入解磷菌群能夠提高土壤中易被作物吸收和利用的H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi含量，降低土壤中HCl-Pi、殘?jiān)鼞B(tài)-P的含量。其中，作用效果最好的是中濃度4 mL/盆處理下的解磷細(xì)菌群，與不施解磷菌群處理相比，土壤中H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi含量分別提高了9.85，15.79，7.83 mg/kg；土壤中HCl-Pi、殘?jiān)鼞B(tài)-P的含量分別降低了23.26，47.02 mg/kg。施入解磷菌群能夠改善土壤的磷素營(yíng)養(yǎng)狀況，提高磷素利用率。

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