生物炭配施植物根际促生菌(PGPR)对作物生长及土壤理化和生物性状的影响

摘要

近年来微生物肥料在农业上的应用越来越广泛，但因微生物在土壤中的定植受土壤理化性质的影响较大导致其效果不稳定。因此，研究微生物肥料的科学施用方法对于提高其在作物上的应用效果具有重要意义。采用盆栽试验研究了生物炭与植物根际促生菌配施对作物生长及土壤理化及生物性质的影响，以明确生物炭作为植物根际促生菌配施载体的可行性及其与传统微生物肥料载体的差异。主要试验结果如下： 1.生物炭配施植物根际促生菌对番茄生长及生理特性的影响。生物炭配施植物根际促生菌处理增产效果优于二者单独添加。常规施肥添加生物炭处理（UB）较常规施肥处理（U）显著增产19.93％，但常规施肥添加促生菌处理（UP）较常规施肥处理（U）反而减产9.09％，而生物炭配施根际促生菌处理（UPB）较U增产32.45％，较UP增产45.69％，较UB增产10.44％。UPB处理氮肥利用率较U显著提高13.63个百分点，较UP显著提高17.66个百分点，较UB显著提高10.77个百分点。UPB处理叶绿素含量较U处理显著提高18.78％，较UP处理显著提高41.45％，较UB处理显著提高22.86％。结果表明，生物炭用作植物根际促生菌配施载体，提高了番茄光合能力，增加了干物质的积累，提高了果实产量和氮肥利用率。 2.生物炭配施植物根际促生菌对番茄盆栽土壤理化性状的影响。各处理土壤速效养分含量在生育期内均呈逐渐下降趋势，生物炭的添加可以有效减缓养分的流失。在添加生物炭的基础上施用植物根际促生菌可有效提高土壤硝态氮含量。UPB处理土壤硝态氮含量在全生育期内平均较UB处理显著提高15.97％。生物炭配施植物根际促生菌可有效提高番茄根际土壤脲酶活性，但土壤过氧化氢酶活性会显著降低。UPB处理土壤脲酶活性较U显著提高34.20%，较UP显著提高44.78％，较UB显著提高13.51%。处理UPB土壤过氧化氢酶活性较处理U显著下降25.21％，较处理UP显著下降31.18％，与处理UB间差异未达显著水平。因此，生物炭作为植物根际促生菌配施载体可有效改善土壤理化性质，改善土壤养分状况。 3.生物炭配施植物根际促生菌对番茄根际土壤微生物群落多样性的影响。生物炭配施植物根际促生菌提高了番茄根际土微生物群落多样性，显著提高了硝化螺旋菌属和慢生根瘤菌属的相对丰度（p=0.008），且效果优于二者单独添加。结果表明，生物炭作为植物根际促生菌配施载体可有效促进外源微生物在土壤中的定植，对于土壤中氮的转化、循环发挥了积极作用。 4.生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草生长及生理特性的影响。生物炭配施PGPR处理（UPB）黑麦草地上部干重分别较处理U、UP和UB显著提高26.29％，45.27％和6.59％。堆肥配施PGPR处理（UPC）地上部干重分别较U、UP和UC显著提高23.09％、41.58％和17.31％。处理UB黑麦草生物量较处理UC显著增产12.92％，但处理UPB与处理UPC间黑麦草生物量则无显著差异。处理UPB氮肥利用率分别较处理U、UP和UB提高21.31、29.28和7.24个百分点，处理UPC氮肥利用率分别较处理U、UP和UC提高18.9、26.87和12.92个百分点，且差异均达显著水平。处理UB氮肥利用率较处理UC显著提高8.09个百分点，但处理UPB与处理UPC间氮肥利用率则无显著差异。UPB处理黑麦草叶片叶绿素含量较UPC显著提高15.75％，但类胡萝卜素含量则与处理UPC间无显著差异。因此，生物炭及堆肥用作植物根际促生菌配施载体均可有效提高黑麦草生物量和氮肥利用率。 5.生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草盆栽土壤生理生化特性的影响。在黑麦草养分最大效率期（拔节期），UPB处理土壤硝态氮含量较UP和UB分别提高45.09％和16.94％，UPC处理土壤硝态氮含量较UP和UC分别提高39.59％和39.40％，且差异均达显著水平，UPB处理与UPC处理之间土壤硝态氮含量则无显著差异。UP处理土壤铵态氮含量较U显著降低18.74％，UB、UC、UPB和UPC处理土壤铵态氮含量与U处理无显著差异。UPB处理的土壤脲酶活性与UPC无显著差异，但其土壤过氧化氢酶活性较UPC显著降低13.49％。生物炭及堆肥作为植物根际促生菌配施载体均有利于改善土壤理化性质，提高土壤肥力。 6.生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草根际土微生物群落多样性的影响。与常规施肥处理相比生物炭和堆肥单独添加以及二者配施植物根际促生菌时其微生物群落丰富度未表现出显著差异，但在常规施肥的基础上单独添加植物根际促生菌会导致黑麦草根际土壤的群落丰富度下降。处理UPC根际土壤微生物中的Azoarcus（固氮细菌）丰度显著高于处理UPB。结果表明，在氮的固定过程中堆肥作为植物根际促生菌配施载体比生物炭表现出更积极的影响。

目录

声明

符 号 说 明

前言

1.1根际促生菌（PGPR）的概念、类型

1.2 PGPR的作用机制

1.3 PGPR在生产应用中存在的问题及对策

1.4 PGPR孕育载体研究现状

1.5 生物炭用作PGPR孕育载体的可行性

1.6 堆肥用作PGPR孕育载体的可行性

1.7 本研究的目的及意义

2 材料与方法

2.1 生物炭配施植物根际促生菌对番茄生长及土壤微生物群落结构的影响

2.1.1试验材料

2.1.2 试验设计

2.1.3样品采集方法

2.2 生物炭及堆肥用作植物根际促生菌配施载体效果对比研究

2.2.1试验材料

2.2.2 试验设计

2.2.3 样品采集方法

2.3 测定项目及方法

2.3.1土壤理化性质的测定

2.3.2 产量及植株各指标的测定

2.3.3 土壤微生物群落分析

2.4 数据分析方法

3 结果分析

3.1 生物炭配施植物根际促生菌对番茄生长及土壤微生物群落结构的影响

3.1.1 生物炭配施植物根际促生菌对番茄产量及其构成因素的影响

3.1.2 生物炭配施植物根际促生菌对番茄器官氮分配及氮肥利用率的影响

3.1.3 生物炭配施植物根际促生菌对番茄品质的影响

3.1.4 生物炭配施植物根际促生菌对番茄叶片酶活性影响

3.1.5 不同处理对番茄盛果期叶片光合色素含量的影响

3.1.6 生物炭配施植物根际促生菌对土壤理化性质的影响

3.1.7 生物炭配施植物根际促生菌对番茄根际土酶活性的影响

3.1.8 不同处理对番茄根际土微生物群落结构的影响

3.2 生物炭及堆肥用作植物根际促生菌配施载体效果对比研究

3.2.1 生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草干物质积累量的影响

3.2.2 生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草氮肥利用率的影响

3.2.3 生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草叶片生理特性的影响

3.2.4 生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对土壤理化性质的影响

3.2.5 生物炭及堆肥配施植物根际促生菌对黑麦草根际土壤酶活性的影响

3.2.6不同处理对番茄根际土微生物群落结构的影响

4 讨论

4.1 生物炭配施植物根际促生菌对番茄生长及土壤微生物群落结构的影响

4.1.1 生物炭配施植物根际促生菌对番茄产量及氮肥利用率的影响

4.1.2 生物炭配施植物根际促生菌对土壤理化性质的影响

4.1.3 生物炭配施植物根际促生菌对土壤酶活性的影响

4.1.4 生物炭配施植物根际促生菌对土壤微生物群落组成的影响

4.2 生物炭及堆肥用作植物根际促生菌配施载体效果对比研究

5 结论

参考文献

致谢

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