巨尾桉接种促生菌对根际土壤微生物及营养元素的影响1)

2013-08-09黄宝灵吕成群郑明朝覃小红

东北林业大学学报 2013年3期

张辉黄宝灵吕成群郑明朝王磊覃小红

(广西大学，南宁，530004) (广西南宁良凤江国家森林公园) (广西大学)

植物根际是指生物、化学和物理特性受到影响的紧密环绕植物根的区域，这一概念首先于1904年由德国微生物学家Lorenz Hiltner采用［1］。植物根际促生菌(PGPR)指生存于植物根际、根表，并能直接或间接地促进或调节植物生长的微生物［2］。一般具有固氮、解磷、解钾、产生植物激素和分泌抗生素等能力或至少具有其中之一的能力［3］。PGRP对土壤中有害病原微生物与非寄生性根际有害微生物都有生防作用，对植物吸收利用矿物质营养有促进作用，并可以产生有益于植物生长的代谢产物，从而促进植物的生长发育［4］。

我国是世界上人工林最多的国家，近20 a来桉树人工林得到了十分迅猛的发展，发展规模不断的扩大，已经产生了巨大的经济效益和社会效益［5-6］。桉树原产澳大利亚，是桃金娘科(Myrtaceae)桉属(Eucalypteae)植物，共800余个种、亚种和变种［7］。桉树是世界著名的速生树种，具有适应性广、生长快、短期可采伐的特点，是当前主要的短周期工业原料林树种，在热带和亚热带地区广为引种和栽培［8］。桉树是很好的纸浆原材料，在广东、广西和海南，桉树造林已成为外商投资热点。目前，桉树造林主要利用优良无性系，尤其是杂种无性系已广泛应用于营林生产。它具有速生丰产、适应性强、萌芽及抗风力强等特点。然而桉树是不具有固氮自肥能力的非豆科植物，它完全依赖施用人工氮肥和消耗土壤中的营养来促进和维持生长，对林地地力消耗很大［9-10］。本研究将前期研究中获得的促生菌接种到桉树苗木上，通过测定造林1 a后的根际土壤中微生物数量和土壤含氮量，了解桉树人工林生态系统中土壤肥力的变化情况，为促进桉树人工林的可持续经营和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

广西良凤江国家森林公园连山分场。北纬22°48'～22°50'，东经 108°18'～108°20'，年平均气温21.6 ℃，年均降水量达 1 304.2 mm，海拔 120 m，红壤，土壤营养贫瘠。

1.2 试验材料

供试苗木：巨尾桉广9无性系由广西林业科学研究院提供。

供试菌株：接种的促生菌菌株为前期采集于桉树林地中固氮、解磷、解钾效果较好的菌株，由广西大学林学院黄宝灵研究员提供。其中固氮菌编号为：N1、NC、N6，解钾菌编号为：9K、14K、40K，解磷菌编号为：P1。

1.3 试验方法

试验设计：造林试验采取单因素随机区组设计，分别接种前期筛选出来的7个促生菌菌株，以不接种促生菌的苗木为对照，共设8个处理，每个处理设3次重复。造林试验每个造林小区面积不小于0.2 hm2，株行距为2 m×3 m，小区间设有隔离带。

土壤样品采集：为了使土壤样品代表林地的整体性，分别在每个处理的上坡、中坡、下坡采集根际土壤，深度为10～20 cm，然后用四分法混匀，用于分析。采样时间为2011年7月，并且连续5 d无降水，桉树人工林林龄1 a。

微生物的分离计数：用稀释平板涂抹法，在各选择性培养基上进行分离计数，接种量为每培养皿0.1 mL。同一土壤样品取连续3个稀释度，每个稀释度3个重复，选择每个平板上长有30～300个菌落的稀释度计数，根据3次重复计算平均值，再乘以稀释倍数，即得1克根际土壤样品中的菌落总数。接种后培养皿倒置于恒温培养箱中28℃培养，至长出菌落后计数，需2～10 d［11］。细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基培养，放线菌采用改良高氏1号培养基培养，真菌采用孟加拉红培养基培养［9，12］。各培养基均在121℃灭菌锅中灭菌20 min。

根际土壤中营养元素的测定：土壤全氮用半微量凯式法测定;土壤水解性氮采用碱解扩散法测定;土壤有效磷采用0.050 mol/L HCl-0.025 mol/L 1/2H2SO4浸提法测定;土壤速效钾通过1 mol/L-1NH4Ac浸提—火焰光度法测定［13］。

数据分析：测定数据采用SPSS和Excel进行分析处理［14］。

2 结果与分析

2.1 接种促生菌对桉树根际土壤中细菌数量的影响

桉树根际土壤中细菌数量分析(表1)表明：接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤细菌数量比对照分别增加 13.79%、89.66% 和 107.18%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中细菌数量比对照分别增加 47.41%、87.93%和 81.03%;接种解钾菌P1的根际土壤中细菌数量比对照增加25.86%。各个处理中，接种固氮菌N1处理的细菌数量最多，其次为 NC，之后是 14K、40K、9K、P1，接种 N6处理的细菌数量最少。方差分析结果(表2)表明：接种促生菌的桉树根际土壤中细菌数量差异达到显著水平(F(7，16)=2.887＞F0.05(7，16)=2.66)。多重比较分析结果(表1)表明，接种N1、NC、14K以及40K的处理与对照之间的细菌数量差异显著。

表1 接种促生菌对桉树根际土壤中微生物数量的影响

2.2 接种促生菌对桉树根际土壤中放线菌数量的影响

桉树根际土壤中放线菌数量分析(见表1)表明：接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤中放线菌数量比对照分别增加25.00%、40.00%和15.00%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中的放线菌数量比对照分别增加 8.75%、13.75% 和 22.50%;接种解钾菌P1的根际土壤中放线菌的数量比对照增加6.25%。各个处理中，接种NC处理的放线菌的数量最多，其次是接种N6的处理，之后是40K、N1、14K和9K，接种P1处理的放线菌的数量最少。由方差分析(见表2)可知：接种促生菌的桉树根际土壤中放线菌的数量差异显著(F(7，16)=2.796＞F0.05(7，16)=2.66)。由多重比较分析(见表 1)可知，接种NC的处理与对照之间的放线菌数量差异极显著，N6与对照之间差异显著。

2.3 接种促生菌对桉树根际土壤中真菌数量的影响

桉树根际土壤中真菌数量分析(表1)表明：接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤真菌数量比对照分别增加 10.00%、43.33% 和 5.56%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中真菌数量比对照分别增加 8.89%、17.78% 和 7.78%;接种解钾菌P1的根际土壤中真菌数量比对照增加26.67%。其中，在各处理中，接种固氮菌NC的处理中真菌的数量最多，其次是 P1，之后是14K、N6、9K 和 40K，接种固氮菌N1的处理中真菌的数量最少。由方差分析(表2)可知：接种促生菌的桉树根际土壤中真菌数量差异达到极显著水平(F(7，16)=4.188＞F0.01(7，16)=4.03)。由多重比较分析(表1)可知，接种NC的处理与对照之间的真菌数量达到极显著差异，P1与对照为显著性差异。

表2 桉树根际土壤微生物单因素方差分析结果

2.4 接种促生菌对桉树根际土壤全氮及土壤水解性氮的影响

表3表明：接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤全氮质量分数比对照分别增加14.127%、19.114%和1.801%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中全氮质量分数比对照分别增加1.801%、17.452%和1.247%;接种解钾菌P1的根际土壤中全氮质量分数比对照增加15.789%。各个处理与对照相比，土壤全氮质量分数普遍增加，增幅为1.25%～19.11%，增加最多的是NC。接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤水解性氮质量分数比对照分别增加 21.622%、5.405% 和 32.432%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中水解性氮质量分数比对照分别增加 5.405%、2.703% 和 2.703%;接种解钾菌P1的根际土壤中水解性氮质量分数比对照增加2.703%。各处理的土壤水解性氮增幅为2.70%～32.43%，增加最多的是N1。由方差分析(表4)可知：接种促生菌的桉树根际土壤中全氮质量分数达到显著水平(F(7，16)=3.494＞F0.05(7，16)=2.66)。由多重比较分析(表3)可知，接种NC、P1和14K的促生菌处理与对照之间的全氮质量分数达到显著差异水平。土壤水解性氮质量分数差异亦达到显著水平(F(7，16)=2.757＞F0.05(7，16)=2.66)。接种 N1的处理与对照之间差异达到显著水平，而其他的处理并未达到显著水平。

表3 接种促生菌对桉树根际土壤中营养元素质量分数的影响

2.5 接种促生菌对桉树根际土壤有效磷的影响

桉树根际土壤中土壤有效磷分析(表3)表明：接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤有效磷质量分数比对照分别增加16.26%、53.87%和28.94%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中有效磷质量分数比对照分别增加11.83%、22.72%和61.45%;接种解钾菌P1的根际土壤中有效磷质量分数比对照增加7.32%。接种促生菌的处理比对照普遍提高，增幅为7.32%～61.45%。通过方差分析(表4)可知：接种促生菌的桉树根际土壤中有效磷质量分数达到显著水平(F(7，16)=3.713＞F0.05(7，16)=2.66)。从多重比较分析(表3)可知，接种40K和NC的促生菌处理与对照之间的有效磷质量分数达到极显著差异水平。

表4 桉树根际土壤中营养元素质量分数的单因素方差分析结果

2.6 接种促生菌对桉树根际土壤速效钾的影响

桉树根际土壤中土壤速效钾质量分数分析(表3)表明：接种促生菌的各个处理，速效钾质量分数均低于对照。接种固氮菌N6、NC、N1的桉树根际土壤速效钾质量分数比对照分别减少64.73%、63.95%和63.72%;接种解钾菌9K、14K和40K的根际土壤中速效钾质量分数比对照分别减少58.78%、59.49%和61.94%;接种解钾菌P1的根际土壤中速效钾质量分数比对照减少58.37%。由方差分析(表4)可知：接种促生菌的桉树根际土壤中速效钾质量分数差异达极显著水平(F(7，16)=14.332＞F0.01(7，16)=4.03)。由多重比较分析(表 3)可知，接种促生菌的7个处理的速效钾质量分数与对照间差异均达到极显著水平。

3 结论与讨论

通过对巨尾桉苗木人工接种促生菌可以明显地提高巨尾桉人工林根际土壤微生物的数量。总体来说，接种促生菌的林下根际土壤微生物各个类群(细菌、放线菌和真菌)的数量均比对照有显著的改善及提高，因此对林下土壤肥力和生物多样性产生积极的作用。巨尾桉接种促生菌后，根际土壤中营养元素的含量也有显著的变化，土壤全氮增加量为1.25%～19.11%，水解性氮为 2.70%～32.43%，有效磷为7.32%～61.45%。但接种促生菌的各个处理的土壤速效钾的含量较对照有明显的降低。笔者认为可能是由于桉树生长迅速，对钾元素的需求较大，从而引起其含量减少，但具体的原因需要进一步探究。

微生物是土壤肥力的核心，土壤中的微生物不仅数量巨大，而且种类极多，许多微生物对土壤N、P和K等养分的转化和供给起非常重要的作用。土壤微生物作为分解者，通过其活动将动植物残体分解，促进有机物的矿化，以增加土壤肥力［15］。黄韶华等通过对沙湾地区由南至北的不同地段，即山地草场区、绿洲区、沙漠区的土壤肥力及土壤微生物状况的分析，得出土壤肥力与土壤微生物数量之间存在着极显著的正相关性(r=0.811 3＊＊)。柯明哲对厦门市坂头林场森林土壤微生物的研究表明：土壤全N、全P与土壤微生物总数的复相关系数为0.83，因此，可以用微生物总数作为林地肥力的判断指标［16］。张海燕等人认为，土壤微生物量的变化趋势和大多数土壤的肥力指标(土壤有机质、全氮等)变化趋势一致［17］，与笔者的结论相一致。总之，研究开发利用PGPR菌株，对资源利用、环境保护以及林业的可持续发展，具有重要的现实意义。

［1］胡江春，薛德林，马成新，等.植物根际促生菌(PGPR)的研究与应用前景［J］.应用生态学报，2004，15(10)：1963-1966.

［2］Ahmad F，Ahmad I，Khan M S.Screening of free-living rhizospheric bacteria for their multiple plant growth promoting activities［J］.Microbiological Research，2008，163(2)：173-181.

［3］康贻军，程洁，梅丽娟，等.植物根际促生菌的筛选及鉴定［J］.微生物学报，2010，50(7)：853-861.

［4］夏铁骑.植物根际促生菌及其应用研究［J］.济源职业技术学院学报，2008，7(3)：7-11.

［5］李志辉，沈中瀚，朱宁华.中国桉树人工林的生态经济效益综述［J］.林业资源管理，1995(3)：46-49.

［6］谢耀坚.中国桉树人工林可持续经营战略初探［J］.世界林业研究，2003，16(5)：59-64.

［7］陈俊蓉，洪伟，吴承祯，等.不同桉树土壤微生物数量的比较［J］.亚热带农业研究，2008，4(2)：146-150.

［8］杨瑞德.桉树人工混交复层林生长及生态效应研究［J］.福建林业科技，2007，34(3)：36-39，64.

［9］文晓萍，黄宝灵，吕成群，等.巨尾桉接种根瘤菌试验效果初探［J］.西北林学院学报，2008，23(6)：118-121.

［10］王劲松，吕成群，覃林海，等.两个桉树无性系接种固氮菌造林试验效果初探［J］.中南林业科技大学学报，2010，30(12)：50-55，87.

［11］乐毅全，王士芬.环境微生物学［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［12］吴庆梅，黄宝灵，吕成群，等.不同松林根际促生菌的数量研究［J］.广西农业科学，2009，40(5)：521-526.

［13］鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业科学技术出版社，1999.

［14］张力.SPSS13.0在生物统计中的应用［M］.厦门：厦门大学出版社，2006：48-54.