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乳酸菌组合制剂对土壤改良的作用效果

文章来源:本站 发布时间:2019-09-17 浏览:540次

      土壤盐碱化作为我国较严峻的农业问题已受到广泛关注,我国盐碱地面积约9.91×107ha,约占全国土地面积的十分之一(朱建峰等,2018)。大面积的盐碱化土壤不仅

      严重浪费土地资源,还会带来水土流失、土地荒漠化等一系列环境问题。长期以来,盐碱地的改良主要通过物理、水利及化学改良剂等传统改良方法(马晨等,2010;吕建东等,2018)。随着人们对生态平衡和可持续发展的重视,生物改良措施成为盐碱地改良的重点与热点,其中微生物复合制剂在盐碱地改良中发挥较大作用。微生物复合制剂可有效降低盐碱地的pH及含盐量,提高土壤有机质和养分含量,还可提高农作物的成活率与产量(Bossuytetal.,2001;SinghandReddy,2011)。乳酸菌复合制剂作为一种新型微生物制剂,在提高土壤肥力、促进植物生长及预防土传病害等方面具有巨大潜力(高鹏飞等,2014)。因此,探讨乳酸菌复合制剂对盐碱地改良与土壤微生物群落的影响,对农业生产中缓解土壤盐碱化、减少使用化肥、提高农产品质量及农业的可持续发展均具有重要意义。

       目前,土壤中施用的微生物复合制剂菌种主要以放线菌、固氮菌、芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌及光合菌为主,诸多研究表明乳酸菌在农业生产中具有良好效果。Chen等(2005)从果树土壤中分离鉴定出植物乳杆菌、乳酸乳球菌乳酸亚种、副干酪乳杆菌及短乳杆菌,并证明其对土壤致病菌的防治有积极作用。Bhakta等(2012)发现乳酸菌对土壤中的重金属(铅、镉)具有良好的吸附作用。Gajbhiy等(2012)从石榴中分离出200株乳酸菌,发现其中有142株对禾谷镰刀菌有较好的抑制特性。

      Wang等(2012)研究发现,植物乳杆菌IMAU10014能产生苯乳酸等并抑制炭疽病菌、桔青霉菌、尖孢镰刀菌等常见的果蔬腐败菌与病害菌。Zlotnikov等(2013)从不同地区不同季节的莳萝叶面分离出4株乳酸菌,并证明这些乳酸菌可有效溶解土壤中的磷类矿物质。周游等(2017a,2017b)研究发现,乳酸菌制剂可有效增加草莓的株高、茎粗及叶面积,并显著改善草莓品质;对茶树的生长及茶叶品质也具有良好的促进作用。黄诗宸等(2018)研究发现,使用植物乳杆菌产生的胞外多糖浸种可显著提高水稻幼苗的生长特性及叶绿素含量。

      乳酸菌是一种非致病性、安全级的微生物,农业生产中乳酸菌复合制剂主要用于降解重金属和农药残留,以及抑制致病菌和腐败菌的增殖,但目前关于乳酸菌复合制剂在改良盐碱地方面的相关研究相对较少。将乳酸菌复合制剂喷施于蔬菜叶面及根部土壤,结合土壤理化指标及土壤微生物宏基因组学数据,分析乳酸菌复合制剂对土壤成分及土壤微生物群落结构变化的影响,以期为抗盐碱乳酸菌制剂在生产中的应用提供参考依据

1、乳酸菌复合制剂对土壤理化性质及植物生长的影响

      土壤三相比和总孔隙度作为决定土壤结构的重要指标,在保水保肥、提高土壤养分方面具有重要意义(VogelandRoth,2001)。研究发现,可通过施用活性炭、秸秆还田及深耕等理化方法改善土壤物理性质,但微生物改良措施对土壤的物理性质无显著影响(丁奠元等,2018;张聪等,2018)。本研究结果同样表明,施用乳酸菌复合制剂后,土壤的三相比和总孔隙度等物理性质与对照组无显著差异;但与对照组相比,菌剂组土壤pH显著降低,与王维华(2018)的研究结果一致,表明乳酸菌可通过产生有机酸等代谢产物来降低土壤pH,进而改善土壤盐碱化的情况。

      铵态氮和硝态氮均是可直接被植物吸收利用的速效性氮素。本研究结果表明,施用乳酸菌剂后,土壤中两种速效性氮源均显著增加,可能是菌剂提高了土壤中脲酶的活性(艾童非等,2016),脲酶将土壤中的尿素分解为CO2、H2O和NH+4,NH+4通过细菌作用转化为NO-3并释放出H+,在降低土壤pH的同时可提供氮源。土壤中的有效磷是一种可被植物吸收利用的磷成分,包括所有水溶性磷、部分吸附态磷及有机态磷,有的土壤中还包括某些沉淀态磷(Sellesetal.,2011)。本研究结果表明,乳酸菌复合制剂具有良好的解磷效果,可使土壤速效磷含量大幅度增加,与马海林等(2013)的研究结果相同。乳酸菌在发酵过程中产生多种有机酸,主要包括乳酸、乙酸、柠檬酸及苯乳酸等,这些酸在降低土壤pH的同时与铁、铝、钙、镁等离子结合,从而使难溶性磷酸盐溶解。

也有研究认为,微生物解磷机制是磷酸盐与质子的交换作用,乳酸菌在代谢活动中产生大量质子,使介质酸度升高从而溶解磷酸盐。乳酸菌在解磷过程中可能存在酶促作用,Harishankar等(2013)发现L.fermentum和L.lactis均能产生有机磷磷酸酶(OPP),该酶可水解有机磷化合物释而放出磷酸盐。施用菌剂后,西红柿的各项农艺性状均有所提高,也证明乳酸菌复合制剂能在有效增加土壤养分含量的同时,改善盐碱地的不良环境并促进植物生长,与周游等(2017a)的研究结果一致。

2、乳酸菌复合制剂对土壤微生物多样性的影响

      有研究表明,变形菌门的相对丰度与土壤有机质含量呈显著正相关,其较高的相对丰度可能与土壤中有机质含量增加有关(Zengetal.,2016)。放线菌门的相对丰度也有明显提高,放线菌适合在弱碱性土壤中生存,菌剂能有效降低土壤pH,因此放线菌的数量有所提升;赵卉琳等(2008)研究认为土壤中有效氮和有效磷含量与放线菌的数量和种类呈显著正相关。因此,土壤养分含量提高也可能是放线菌数量增加的原因之一。此外,盐碱土壤样品中含有酸杆菌门,这是一类广泛存在于各种生境内的菌,在碳循环中发挥重要作用(Lladóetal.,2016),其相对丰度可随演替时间的增长而增加(Lozanoetal.,2014)。

在属分类水平上,乳杆菌属的相对丰度有明显提升,可能是由于菌剂中大量乳杆菌的引入增加了土壤中乳杆菌含量。此外,藤黄单细胞菌属、交替赤杆菌属的相对丰度显著减少。交替赤杆菌属是属于红细菌科的一个菌属,张建峰等(2017)的研究表明该菌属具有耐盐碱的能力,适宜在碱性条件下生存,乳酸菌复合剂具有降低土壤pH的效果,推测乳酸菌抑制了交替赤杆菌属的生长,因此其相对丰度降低。藤黄单细胞菌属是2000年首次发现的一种菌属(Finkmannetal.,2000),属于黄单细胞科,Narihiro等(2004)发现从固体肥料堆肥混合物中分离得到的Luteimonassp.strainTUT1238具有较强的蛋白水解活性,因此推测施用乳酸菌复合制剂对其具有一定抑制生长的作用。

3、乳酸菌复合制剂对土壤微生物功能基因的影响

     碳水化合物作为土壤中重要成分之一,主要来源于植物和土壤微生物。不仅是有氧呼吸的主要能源物质,还具有重要的生理功能(郭景恒等,2000)。施用乳酸菌剂后,土壤中碳水化合物活性酶的含量均显著升高,既意味着土壤中碳元素的利用率升高,也标志着土壤微生物代谢活动的增强,与Andrade等(2017)的研究结果相似。其中,基因序列数最高的为糖苷水解酶,该酶具有水解碳水化合物之间糖苷键或碳水化合物与非碳水化合物之间糖苷键的功能(DaviesandHenrissat,1995),糖苷水解酶含量的增加有助于提高土壤中单糖的含量,从而为土壤微生物的活动提供更多的能量。

      土传病害一直是农业生产中不可忽视的问题,目前生物防治手段已成为防控土传病害的研究热点。本研究结果表明,施用乳酸菌菌剂后,毒素的基因序列数目由原来的11574下降到8820,证明土壤中的病原微生物含量有所降低,说明乳酸菌复合制剂具有抑制病原微生物的作用,与许筱等(2012)发现乳酸菌对黄瓜炭疽病菌、烟草赤星病菌、玉米大斑病菌及黄瓜灰霉病菌具有良好的抑菌效果,Shrestha等(2009)发现乳酸菌KLF01对青枯病菌具有良好抑制作用的研究结果相似。

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