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两株高效溶磷菌的溶磷能力及其提高玉米磷素吸收和生长的效果

李宁 王珊珊 马丽丽 刘耀辉 修玉冰 李新华 项国栋 胡冬南 郭晓敏 张文元

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两株高效溶磷菌的溶磷能力及其提高玉米磷素吸收和生长的效果

    作者简介: 李宁E-mail:liningab888@163.com;
    通讯作者: 张文元, E-mail:zwy15@126.com
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目 (2018YFD060010402);中央财政林业科技推广示范资金项目 (JXTG (2020) 25号);国家自然科学基金 (31560204)

Phosphate-solubilizing capacity of two bacteria strains and their effects of increasing maize phosphorus uptake and growth

    Corresponding author: ZHANG Wen-yuan, E-mail:zwy15@126.com
  • 摘要:   【目的】  磷在土壤中易于固定,且向有效态的转化弱,影响植物的磷素吸收和生长。研究两株高效溶磷菌活化土壤中的磷素,为提高红壤供磷能力提供指导。  【方法】  以溶磷菌株伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35 (P35)、拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80 (P80) 为研究对象,以磷酸铝、磷酸铁、植酸钙和卵磷脂替代液体NBRIP培养基中的磷酸钙作为磷源处理,测定两个菌株对不同磷源的溶解能力。将液体NBRIP培养基的pH分别调至4、5、6、7和8,在接种菌株并培养24、48、72、96、120、144 h,测定液体培养基中的溶磷量。以玉米为材料进行盆栽试验,设定不接种菌剂和接种P35、P80、商品化菌剂 (EM) 4个处理。在玉米生长20、40、60、80、100天时,取样分析玉米生长、土壤有效磷含量,并分析了100天时的土壤中性和酸性磷酸酶活性,以及土壤中不同形态磷素的含量。  【结果】  1) 菌株P35、P80对难溶性磷酸钙和植酸钙均有较强的溶解能力,对磷酸铁、磷酸铝和卵磷脂磷的溶解能力较弱。P35在培养24 h内、P80在培养48 h内,其溶磷量在不同培养基pH处理间差异显著,随着培养时间的延长,不同pH处理间的溶磷量逐渐接近,且溶磷量达到一定水平后不再增加。2) 土壤接种菌株P35、P80对玉米表现出良好的促生效果,提高了玉米植株地径、株高、吸磷量和干物质积累量,干物质量相较CK增加116%~136% (P < 0.05)。3) 土壤接种菌株20—100天内,P35和P80处理的土壤有效磷含量始终高于对照和EM处理,有时差异能达到显著水平;而EM处理的土壤有效磷含量始终与对照没有显著差异。土壤接种菌株100天后,3个菌株处理的土壤酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性与对照相比均无显著差异,但对土壤中不同形态的磷含量影响不同。P80处理显著提高H2O-Pi含量,P35显著提高了NaOH-Pi、NaHCO3-Pi含量,且P35的磷活化系数也显著高于对照。  【结论】  溶磷菌株P35、P80对环境pH适应能力较强,对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。P35活化P的速度快,可能在土壤中引起P的再固定,表现为最终提高了土壤无机磷的NaOH-Pi和NaHCO3-Pi。菌株P80对磷的活化较P35慢,但其活化的磷主要表现为H2O-Pi含量的提高,更有利于玉米的吸收利用。
  • 图 1  溶磷菌P35和P80在不同磷源悬浮液中的溶磷量

    Figure 1.  The amount of dissolved phosphorus in liquid NBRIP medium containing different phosphorus sources after inoculated with P35 and P80 strain

    图 2  溶磷菌P35和P80在不同pH条件下的溶磷量

    Figure 2.  The amount of dissolved P by P35 and P80 under different pH conditions in liquid NBRIP medium

    图 3  施用菌剂后不同时间土壤的有效磷含量

    Figure 3.  Soil available P content in different days after application of bacteria agents

    图 4  接种菌剂100天时土壤的中性磷酸酶和酸性磷酸酶活性

    Figure 4.  Neutral and acid phosphatase activities in soils at 100 days of inoculation of bacteria strains

    图 5  菌剂处理100天后土壤中各形态磷的含量和磷活化系数

    Figure 5.  Content of phosphorus fractions and phosphorus activation coefficient in soil after 100 days' inoculation of bacteria strains

    表 1  不同菌剂对玉米生长及叶片磷含量的影响

    Table 1.  Effects of different bacteria agent on maize growth and leaf phosphorus content

    处理
    Treatment
    地径
    Ground diameter
    (mm)
    株高
    Plant height
    (cm)
    叶面积
    Leaf area
    (cm2)
    干物质量
    Dry weight
    (g/plant)
    吸磷量
    P uptake
    (mg/pot)
    SPAD值
    SPAD value
    CK6.12 ± 0.4 b50.98 ± 1.6 c65.38 ± 3.5 a8.93 ± 0.6 b26.9 ± 3.0 b20.18 ± 0.6 b
    EM7.20 ± 0.1 b73.25 ± 2.9 ab74.36 ± 7.9 a10.39 ± 0.7 ab40.2 ± 4.8 a25.70 ± 0.2 a
    P357.33 ± 0.3 b65.28 ± 2.2 b79.73 ± 2.8 a11.75 ± 0.5 a40.2 ± 2.9 a25.98 ± 0.2 a
    P807.40 ± 0.5 a80.68 ± 6.7 a90.69 ± 15.0 a12.13 ± 0.4 a47.0 ± 5.0 a26.18 ± 0.4 a
    注(Note):不同字母表示不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters are significantly different among treatments (P < 0.05).
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    表 2  土壤各形态磷与有效磷 (y) 的相关系数和通径系数

    Table 2.  Correlation and path coefficients of P fractions to available phosphorus

    自变量
    Variable
    ryipyiryipyi通径系数 Path coefficient
    x1x2x3x4x5x6x7合计 Sum
    x10.8190.3160.2590.1160.0250.3590.010–0.0170.0100.503
    x20.8570.1640.1410.2230.0290.3910.0330.0100.0060.693
    x30.3240.1380.0450.0580.0350.116–0.001–0.0310.0090.186
    x40.9240.4750.4390.2390.1350.0340.041–0.0040.0040.449
    x50.4320.0790.0340.0390.068–0.0010.249–0.0020.0000.353
    x6–0.089–0.1550.0140.034–0.0110.0280.0120.0010.0030.067
    x7–0.227–0.0360.008–0.086–0.029–0.033–0.0560.0000.013–0.191
    注(Note):ryi—相关系数 Correlation coefficient; pyi—通径系数 Path coefficient; ryipyi—变量对 R2 的总贡献 Total contribution of variable to R2; y—土壤有效磷含量 Soil available phosphorus content; x1—H2O-Pi; x2—NaHCO3-Pi; x3—NaHCO3-Po; x4—NaOH-Pi; x5—NaOH-Po; x6—HCl-Pi; x7—Residual-P.
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    [19] 王庆仁李继云李振声 . 植物高效利用土壤难溶态磷研究动态及展望. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1998.0202
    [20] 章永松林咸永罗安程苏玲 . 有机肥(物)对土壤中磷的活化作用及机理研究──Ⅰ.有机肥(物)对土壤不同形态无机磷的活化作用. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1998.0207
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  • 收稿日期:  2020-08-12

两株高效溶磷菌的溶磷能力及其提高玉米磷素吸收和生长的效果

    作者简介:李宁E-mail:liningab888@163.com
    通讯作者: 张文元, zwy15@126.com
  • 1. 江西农业大学林学院/江西省森林培育重点实验室,江西南昌 330045
  • 2. 江西省贵溪市国营冷水林场,江西贵溪 335413
  • 3. 江西省贵溪市国营双圳林场,江西贵溪 335414
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目 (2018YFD060010402);中央财政林业科技推广示范资金项目 (JXTG (2020) 25号);国家自然科学基金 (31560204)
  • 摘要:   【目的】  磷在土壤中易于固定,且向有效态的转化弱,影响植物的磷素吸收和生长。研究两株高效溶磷菌活化土壤中的磷素,为提高红壤供磷能力提供指导。  【方法】  以溶磷菌株伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35 (P35)、拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80 (P80) 为研究对象,以磷酸铝、磷酸铁、植酸钙和卵磷脂替代液体NBRIP培养基中的磷酸钙作为磷源处理,测定两个菌株对不同磷源的溶解能力。将液体NBRIP培养基的pH分别调至4、5、6、7和8,在接种菌株并培养24、48、72、96、120、144 h,测定液体培养基中的溶磷量。以玉米为材料进行盆栽试验,设定不接种菌剂和接种P35、P80、商品化菌剂 (EM) 4个处理。在玉米生长20、40、60、80、100天时,取样分析玉米生长、土壤有效磷含量,并分析了100天时的土壤中性和酸性磷酸酶活性,以及土壤中不同形态磷素的含量。  【结果】  1) 菌株P35、P80对难溶性磷酸钙和植酸钙均有较强的溶解能力,对磷酸铁、磷酸铝和卵磷脂磷的溶解能力较弱。P35在培养24 h内、P80在培养48 h内,其溶磷量在不同培养基pH处理间差异显著,随着培养时间的延长,不同pH处理间的溶磷量逐渐接近,且溶磷量达到一定水平后不再增加。2) 土壤接种菌株P35、P80对玉米表现出良好的促生效果,提高了玉米植株地径、株高、吸磷量和干物质积累量,干物质量相较CK增加116%~136% (P < 0.05)。3) 土壤接种菌株20—100天内,P35和P80处理的土壤有效磷含量始终高于对照和EM处理,有时差异能达到显著水平;而EM处理的土壤有效磷含量始终与对照没有显著差异。土壤接种菌株100天后,3个菌株处理的土壤酸性磷酸酶、中性磷酸酶活性与对照相比均无显著差异,但对土壤中不同形态的磷含量影响不同。P80处理显著提高H2O-Pi含量,P35显著提高了NaOH-Pi、NaHCO3-Pi含量,且P35的磷活化系数也显著高于对照。  【结论】  溶磷菌株P35、P80对环境pH适应能力较强,对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。P35活化P的速度快,可能在土壤中引起P的再固定,表现为最终提高了土壤无机磷的NaOH-Pi和NaHCO3-Pi。菌株P80对磷的活化较P35慢,但其活化的磷主要表现为H2O-Pi含量的提高,更有利于玉米的吸收利用。

    English Abstract

    • 磷是土壤中一种重要的矿质营养元素,参与植物的整个生命活动周期[1-2]。自然界中的磷素含量很高约占地壳的0.28%,一般土壤不缺乏磷素,但缺乏可被植物吸收利用的有效磷,通常土壤中95%的磷为无效磷[3-5]。在我国南方丘陵地区土壤类型多以红壤为主,红壤中磷素有效性低,磷素向有效磷转化能力差,造成植物难以吸收利用红壤中磷素[6-7]。此外,随着农林业生产的需求,人们加大了磷肥的投入,但没有科学合理的施用磷肥,导致土壤中难利用磷素大量积累,造成资源浪费和环境污染[8-10]。如何高效而绿色的提高土壤中磷素的有效性,减少磷肥的施用量,已成为大家关注的热点问题。

      溶磷菌 (phosphate-solubilizing bacteria,PSB) 是一类具有溶磷作用的微生物,对土壤磷素形态的转化和有效性影响很大[11-14]。它是土壤的重要组成部分,参与土壤生态系统的物质循环,有助于动态的营养转换和可持续的植物生产[15-17]。一些溶磷菌具有同促生菌一样分泌植物生长素的能力,直接促进植物生长;一些溶磷菌具有产生有机酸、酶等小分子物质的能力,活化土壤中难溶性磷,间接促进植物生长发育[9, 18-21]。溶磷菌活化土壤中磷素过程十分复杂,主要是通过酸解作用、酶解作用,将土壤中无效磷转化为有效磷,其中磷酸酶在磷素活化中起重要作用。目前,已发现的溶磷微生物种类很多,包括细菌、真菌、放线菌等,但已报道的仍只占溶磷微生物的一小部分[22-23]。大量研究发现,部分溶磷菌在以磷酸三钙为磷源的摇瓶培养中,表现出极强的溶磷能力,溶磷量高达362.6~586.3 mg/L,但施入土壤后未表现出对磷素的活化能力,这与溶磷菌在土壤中的适应性和定殖能力有关[17, 24]。因此,仅以摇瓶培养试验判断溶磷菌株的溶磷能力是不准确的,需要结合溶磷菌剂的施用验证其效果,这是目前研究溶磷菌的主要方法之一。

      目前,报道的多数溶磷菌在摇瓶培养中具有较高的溶磷作用,其在土壤中的磷素活化和促生能力尚未明确,在一定程度上制约了其广泛应用。本试验选用的溶磷菌株为伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35、拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80,由实验室前期从土壤中筛选获得,具有较强的溶磷能力[25]。研究其在不同难溶性磷源和pH条件下的溶磷能力,探究其对土壤磷素形态和有效磷含量的影响,有助于丰富溶磷菌的理论研究,为解决红壤磷素积累和有效磷供给不足的问题提供科学方法。

      • 供试溶磷菌株伯克霍尔德菌 (Burkholderia) XQP35 (P35) 和拉乌尔菌 (Raoultella) SQP80 (P80) 由江西省森林培育重点实验室张文元课题组前期在土壤中筛选获得,经16S rDNA序列相似性分析溶磷菌P35为伯克霍尔德菌,P80为拉乌尔菌[25]。EM菌剂为商业化菌剂产品,该菌剂由多个菌种混合而成,主要菌种为乳酸菌、酵母菌、光合菌、枯草芽孢杆菌,活性菌含量为2 × 1010 CFU/mL。

        LB液体培养基:蛋白胨10 g,牛肉膏5 g,NaCl 10 g,pH 7.0,蒸馏水1000 mL。

        NBRIP (无机磷) 液体培养基:葡萄糖10 g,Ca3 (PO4)2 5 g,MgCl2·6H2O 5 g,MgSO4·7H2O 0.25 g,KCl 0.2 g,(NH4)2SO4 0.1 g,pH 7.0,蒸馏水1000 mL。

        供试玉米:玉米 (Zea mays L.) 种子为郑单958。

        供试土壤:红壤采自江西农业大学生态科技园,原始土壤基本理化性质:土壤pH 4.61,有机质16.66 g/kg,全磷0.61 g/kg,全氮0.94 g/kg,有效磷13.65 mg/kg,速效钾77.01 mg/kg。

      • 不同难溶性磷源培养基的制备,分别以相同质量的磷酸铝、磷酸铁、植酸钙和卵磷脂替代NBRIP培养基中磷酸钙制成;不同pH的NBRIP培养基的制备,以1 mol/L的HCl和NaOH为酸碱调节剂,将NBRIP液体培养基pH分别调至4、5、6、7和8。在250 mL锥形瓶中分别装入不同难溶性磷源、pH的液体培养基100 mL,125℃、25 min 高压灭菌备用。实验室保存的溶磷菌P35和P80经纯化、复壮后,接种于灭菌LB液体培养基中培养24 h,8000 r/min离心收集菌体,用无菌水悬浮制成菌悬液 (OD600 = 0.5)。按照1%的接种量接种于灭菌NBRIP液体培养基中,同时设不接菌对照,每个处理重复3次,于28℃、180 r/min摇床分别培养24、48、72、96、120、144 h,培养液经10000 r/min离心5 min,采用钼锑抗比色法测定上清液水溶性磷含量[26],溶磷量的计算方法为接菌培养基中水溶性磷含量减去不接菌对照中水溶性磷含量。

      • 试验于2019年8月17日至11月28日在江西农业大学生态科技园进行。盆栽用盆规格为φ34 cm × 23 cm,土壤过2 mm筛按每盆10 kg土壤 (换算成干重) 装盆。盆栽试验共4个处理,分别为添加菌剂EM、P35、P80和CK对照,每个处理重复4次,共计16盆。玉米种子表面消毒后,用无菌蒸馏水冲洗3次,转入25℃恒温箱中催芽后,每盆播种2粒玉米种子。将保存好的溶磷菌种接种到LB液体培养基,摇床培养24 h后低温保存。溶磷菌液和EM菌液经离心后,用无菌水洗出菌体并调节菌悬液浓度为5 × 108 CFU/mL (采用平板计数法) 制成菌剂。按装土质量的2%,以灌根的方式施入土壤,CK加200 ml无菌水作为对照。出苗后保留2株生长均匀一致幼苗,温室种植,盆栽日常管理均按照常用方法,保持土壤湿度在65%~75%。

        在菌剂施用20、40、60、80、100天,非破坏性取表层土壤各50 g (干重) 用于测定土壤有效磷含量。在菌剂施用100天时,收获玉米,测定玉米株高、地径 (苗干靠近地表面处的直径)、SPAD、叶面积等生长指标,采集非根际土壤用于磷分级和土壤磷酸酶活性的测定。

        玉米叶片叶绿素相对含量 (SPAD) 使用SPAD 502叶绿素仪测定,每盆随机选取叶片7个点测量,取其平均值。植株和土壤全磷采用HClO4-H2SO4消煮法,钼锑抗比色法测定[26]。土壤有效磷采用NaHCO3-钼锑抗比色法[26]。土壤磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[27]

        土壤磷分级:采用Sui等[28]修正的Hedley土壤磷素分级法,取风干过0.149 mm筛的土壤样品0.5 g,于50 mL离心管中,逐级加入30 mL去离子水 (H2O-Pi)、0.5 mol/L NaHCO3 (NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)、0.1 mol/L NaOH (NaOH-Pi、NaOH-Po)、1 mol/L HCl (HCl-Pi) 溶液震荡16 h,10000 r/min离心后,取上清液测定各形态磷素。上清液无机磷含量采用钼锑抗比色法,有机磷含量采用过硫酸铵消解—钼锑抗比色法测定,有机磷含量为该浸提步骤总磷含量减去无机磷含量,残余态磷 (Residual-P) 经硫酸-高氯酸高温消煮后测定。

      • 数据整理与统计采用Microsoft Excel 2010软件,SPSS 22.0统计分析软件进行数据分析,图表中数据为平均值 ± 标准误。

        磷素活化系数 = 有效磷/全磷 × 100%[29]

      • 图1可知,溶磷菌P35、P80对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。培养24 h,以磷酸钙和植酸钙为磷源的悬浮液中,接种P35的溶磷量分别达到614.0、600.8 mg/L,接种P80的溶磷量分别达到205.2、366.9 mg/L。培养48 h后,菌株P80在磷酸钙和植酸钙为磷源处理下溶磷量与P35接近,且随培养时间的延长没有显著的增加。在培养144 h后,P35对磷酸钙和植酸钙的溶解量分别为751.9、678.5 mg/L,P80对磷酸钙和植酸钙的溶解量分别为724.7、642.0 mg/L。P35对磷酸铝的最大溶解量 (139.9 mg/L) 大于P80 (61.6 mg/L),而P80对磷酸铁的最大溶解量 (139.3 mg/L) 大于P35 (56.5 mg/L),两株溶磷菌对磷酸铝、磷酸铁和卵磷脂的溶解能力均不高。

        图  1  溶磷菌P35和P80在不同磷源悬浮液中的溶磷量

        Figure 1.  The amount of dissolved phosphorus in liquid NBRIP medium containing different phosphorus sources after inoculated with P35 and P80 strain

        溶磷菌P35和P80对磷酸钙的活化能力在培养24 h内受pH 的影响差异较大,之后不同pH条件下的溶磷量趋于接近 (图2)。在初始pH为4和5时,P35和P80对磷酸钙的溶解能力显著高于在pH为6~8时。在48 h (P35)、72 h (P80) 时,5个pH条件下的溶磷量差异变小,随着培养时间的延长趋于稳定,这表明溶磷菌P35和P80对环境的pH具有较强的适应性。

        图  2  溶磷菌P35和P80在不同pH条件下的溶磷量

        Figure 2.  The amount of dissolved P by P35 and P80 under different pH conditions in liquid NBRIP medium

      • 表1可知,菌剂P35、P80施用后均表现出良好的促生能力,其中菌剂P80促生效果最好,玉米株高、SPAD和干物质量分别为80.68 cm、26.18和12.13 g,相较CK处理分别提高158%、130%和136%,具有显著性差异。菌剂P35相较CK处理株高、SPAD和干物质量分别提高128%、128%和132%,具有显著性差异,对玉米地径、叶面积无显著影响。EM菌剂对玉米的地径、叶面积、干物质量影响较小,与CK处理未表现出显著性差异。菌剂处理相较CK处理显著提高了玉米的吸磷量,但不同菌剂处理无显著性差异。综上所述,溶磷菌剂P35、P80均可以促进玉米的生长,P80对玉米的促生长能力更强。

        表 1  不同菌剂对玉米生长及叶片磷含量的影响

        Table 1.  Effects of different bacteria agent on maize growth and leaf phosphorus content

        处理
        Treatment
        地径
        Ground diameter
        (mm)
        株高
        Plant height
        (cm)
        叶面积
        Leaf area
        (cm2)
        干物质量
        Dry weight
        (g/plant)
        吸磷量
        P uptake
        (mg/pot)
        SPAD值
        SPAD value
        CK6.12 ± 0.4 b50.98 ± 1.6 c65.38 ± 3.5 a8.93 ± 0.6 b26.9 ± 3.0 b20.18 ± 0.6 b
        EM7.20 ± 0.1 b73.25 ± 2.9 ab74.36 ± 7.9 a10.39 ± 0.7 ab40.2 ± 4.8 a25.70 ± 0.2 a
        P357.33 ± 0.3 b65.28 ± 2.2 b79.73 ± 2.8 a11.75 ± 0.5 a40.2 ± 2.9 a25.98 ± 0.2 a
        P807.40 ± 0.5 a80.68 ± 6.7 a90.69 ± 15.0 a12.13 ± 0.4 a47.0 ± 5.0 a26.18 ± 0.4 a
        注(Note):不同字母表示不同处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different letters are significantly different among treatments (P < 0.05).
      • 图3可知,施用菌剂P35和P80在一定程度上提高了土壤有效磷含量,菌剂P35与P80处理之间无显著差异。在施用菌剂第20和100天,P35和P80相较CK处理具有显著差异,P35处理土壤有效磷含量最大为16.85 mg/kg,P80处理土壤有效磷含量最大为16.83 mg/kg,相较CK处理有效磷含量分别增加108.7%~120.0%、108.9%~119.2%。EM菌剂相较CK处理对土壤有效磷含量无显著影响。

        图  3  施用菌剂后不同时间土壤的有效磷含量

        Figure 3.  Soil available P content in different days after application of bacteria agents

      • 图4可知,与不施用菌剂对照相比,施用菌剂EM、P35、P80的土壤中酸性磷酸酶、中性磷酸酶的活性均未表现出显著差异。

        图  4  接种菌剂100天时土壤的中性磷酸酶和酸性磷酸酶活性

        Figure 4.  Neutral and acid phosphatase activities in soils at 100 days of inoculation of bacteria strains

      • 在菌剂施用第100天,菌剂P80处理的土壤中H2O-Pi含量 (9.34 mg/kg) 显著高于其他3个处理,相较CK显著提高167%;菌剂P35处理土壤中NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量最高,分别为17.59和120.70 mg/kg,显著高于CK处理 (P < 0.05)。菌剂EM、P35、P80对NaHCO3-Po、NaOH-Po影响较小,无显著性差异。各形态磷素的变化影响着磷素活化系数,菌剂P80的磷素活化系数最高为2.44%,显著高于CK处理。

        图  5  菌剂处理100天后土壤中各形态磷的含量和磷活化系数

        Figure 5.  Content of phosphorus fractions and phosphorus activation coefficient in soil after 100 days' inoculation of bacteria strains

      • 表2可知,NaOH-Pi对有效磷含量的响应最强,相关系数为0.924,H2O-Pi、NaHCO3-Pi响应次之,相关系数为0.857、0.819。

        表 2  土壤各形态磷与有效磷 (y) 的相关系数和通径系数

        Table 2.  Correlation and path coefficients of P fractions to available phosphorus

        自变量
        Variable
        ryipyiryipyi通径系数 Path coefficient
        x1x2x3x4x5x6x7合计 Sum
        x10.8190.3160.2590.1160.0250.3590.010–0.0170.0100.503
        x20.8570.1640.1410.2230.0290.3910.0330.0100.0060.693
        x30.3240.1380.0450.0580.0350.116–0.001–0.0310.0090.186
        x40.9240.4750.4390.2390.1350.0340.041–0.0040.0040.449
        x50.4320.0790.0340.0390.068–0.0010.249–0.0020.0000.353
        x6–0.089–0.1550.0140.034–0.0110.0280.0120.0010.0030.067
        x7–0.227–0.0360.008–0.086–0.029–0.033–0.0560.0000.013–0.191
        注(Note):ryi—相关系数 Correlation coefficient; pyi—通径系数 Path coefficient; ryipyi—变量对 R2 的总贡献 Total contribution of variable to R2; y—土壤有效磷含量 Soil available phosphorus content; x1—H2O-Pi; x2—NaHCO3-Pi; x3—NaHCO3-Po; x4—NaOH-Pi; x5—NaOH-Po; x6—HCl-Pi; x7—Residual-P.

        土壤有效磷含量与各形态磷素组分的多元回归分析模型为:

        $ \begin{split} y = & 2.469 + 0.514{x_1} + 0.142{x_2} + 0.179{x_3} + 0.048{x_4} + 0.017{x_5} \\ & - 0.071{x_6} - 0.004{x_7}\left( {{R^2} = 0.939,P < 0.001} \right) \end{split} $

        回归模型参数中,P < 0.001达到极显著水平,说明有效磷含量关于x1x2x3x4x5x6x7间的通径分析是有意义的。

        由通径系数 (表2) 可以看出,各形态磷素对有效磷含量的直接响应顺序为NaOH-Pi > H2O-Pi > NaHCO3-Pi > NaHCO3-Po > NaOH-Po > Residual-P > HCl-Pi,其中NaOH-Pi、H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po对有效磷含量具有正向直接效应,且NaOH-Pi和NaHCO3-Pi的直接响应大于NaHCO3-Po和NaOH-Po,说明有效磷的直接响应主要通过无机磷形态的改变。通过逐步回归分析验证通径分析的结果,得出逐步回归分析方程为:

        $ \begin{split} y =& 3.397 + 0.066{x_4} + 0.515{x_1} - 0.076{x_6} + 0.181{x_3}\\ & \left( {{R^2} = 0.924,P < 0.001} \right) \end{split} $

        这进一步说明NaOH-Pi、H2O-Pi的增加可以促进有效磷含量的增加。

        某一形态的磷素对有效磷含量的响应分为直接响应 (直接通径系数) 和该形态磷通过其他形态磷间接产生的间接响应 (间接通径系数)。由直接通径系数、间接通径系数 (表2) 可知,H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po的直接通径系数均小于间接通径系数,NaOH-Pi的直接通径系数 (0.475) 大于间接通径系数 (0.449)。这表明磷素形态对有效磷的响应主要通过磷素形态间的相互转化作用,间接的响应有效磷含量,而NaOH-Pi主要通过直接途径响应土壤中有效磷含量。

      • 摇瓶培养试验和盆栽试验是判断菌株溶磷能力常用的两个方法,单一摇瓶法测定的溶磷能力有时与菌株对土壤磷素活化的能力不一致[30-31]。在本研究对不同磷源的摇瓶试验中,溶磷菌株P35、P80对磷酸钙和植酸钙有较好的溶解能力,对磷酸铝、磷酸铁和卵磷脂的溶解能力较弱;溶磷菌株P80对难溶磷的活化在前24 h低于P35,但在第72 h与P35基本相同,总的溶磷能力与P35差异不大 (图1)。在不同pH条件的摇瓶试验中,在pH为4、5时,菌株在试验初期的溶磷能力受pH的影响较为显著,pH为4和5的培养悬浮液中磷的溶解量显著高于pH为6、7和8的摇瓶悬浮液,但具体来说,随着培养时间的延长,在培养超过72 h后,pH对菌株溶磷能力的影响不再显著,但两个菌株的溶磷量保持了一定的增长 (图2),说明这两株溶磷菌具有较广泛的pH适应性。在盆栽试验中,P80对玉米的促生效果均优于P35 (表1),两株溶磷菌对土壤磷素的活化能力均显著优于CK对照和商业菌株EM,表明磷的活化不是越快越好,土壤中溶解的有效磷有可能再次被土壤固定,P80优于P35的促生长效果表明其对磷的活化可能更有利于玉米的吸收。

        在Sui的磷分级体系中将土壤磷素分为无机态磷和有机态磷两部分,其中有机磷主要有磷酸肌醇、磷酯以及微生物量磷,可在酶的作用下矿化分解成无机态的磷[28,32]。本研究表明,在接种了菌剂P35、P80后,与有效磷含量直接相关的磷形态依次为NaOH-Pi > H2O-Pi > NaHCO3-Pi > NaHCO3-Po > NaOH-Po > Residual-P > HCl-Pi,其中NaOH-Pi、H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po对有效磷含量具有正向直接效应,且NaOH-Pi和NaHCO3-Pi的直接响应大于NaHCO3-Po和NaOH-Po,表明菌剂P35、P80主要通过活化NaOH-Pi和NaHCO3-Pi提高了土壤有效磷含量。苟小梅等[6]也发现,在红壤中无机态磷更容易转化。Deejay等研究发现,残留态磷在自然条件下很难转化成活性态磷被植物利用,限制了土壤的供磷能力,但可以通过解吸、矿化等过程转换为活性态磷[33-34]

      • 溶磷菌株P35、P80对环境pH适应能力较强,对磷酸钙和植酸钙有较强的溶解能力。P35活化P的速度快,可能在土壤中引起P的再固定,表现为最终提高了土壤无机磷的NaOH-Pi和NaHCO3-Pi。菌株P80对磷的活化较P35慢,但其活化的磷主要表现为H2O-Pi含量的提高,更有利于玉米的吸收利用。

    参考文献 (34)
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