固氮菌剂对黄芪生长、土壤养分及酶活性的影响

固氮菌剂对黄芪生长、土壤养分及酶活性的影响

任利鹏1 ,李春龙2 ,魏晓明3 ,刘华丽4 ,李波5

威海市文登区农业农村局    264400

摘要：黄芪是豆科植物蒙古黄芪Astragalusmembranaceus（Fisch.）Bge.var.mongholicus（Bge.）Hsiao或膜荚黄芪Astragalusmembranaceus（Fisch.）Bge.的干燥根，主要分布在山西、甘肃、陕西、黑龙江、山东省等地。药理研究表明，黄酮、皂苷和多糖是黄芪的主要药效成分，具有抗炎、免疫刺激、抗氧化、抗衰老、保护心脏等作用。随着人们健康保健意识的提高，特别是中医药在抗击非典、新冠疫情中发挥的独特作用，中药材生产迎来了难得的发展机遇。目前，市场所售商品黄芪主要通过人工种植进行生产。然而，黄芪在种植过程中缺乏科学施肥指导，盲目施用化肥以追求产量，导致氮肥流失、土壤酸化、有机质含量下降、病虫害频发；同时，黄芪产量和品质也明显降低。因此，施用生物有机肥是实现土地用养结合，推进黄芪生态种植的必经之路。

关键词：固氮菌剂；黄芪生长；土壤养分；酶活性；影响；

引言

氮素在植物生长过程中起着重要的作用，植物可以利用某些原核微生物来获取大气中的分子氮。这些微生物通过固氮酶的作用，将大气氮转化成植物可以直接利用的铵态氮。根据固氮微生物的特点及其与植物的关系，通常把固氮微生物分为共生固氮菌、自生固氮菌和联合固氮菌，后两者统称为非共生固氮菌。虽然在大多数生态系统中共生固氮菌的固氮量要大于非共生固氮菌固氮量，但近年来的研究表明非共生固氮对自然界的氮素循环也发挥着很大的作用，每年每公顷固氮量在0.01–60kg范围内，甚至在温带草地和热带常绿森林生态系统中，非共生固氮作用占主导地位。全球陆地生态系统每年生物固氮量约110Tg，其中非共生固氮量约占陆地生物固氮量的一半。非共生固氮微生物固氮速率虽然不高，但其分布广泛，各生态系统中均存在种类众多的非共生固氮菌群落。随着测序技术的发展和检测固氮酶活性方法的改进，非共生固氮的研究得到广泛关注。

1固氮菌的发现

1961年,在尝试研究甘蔗固氮系统时，首次从根际分离到固氮细菌——拜叶林克氏菌（Beijerinck），这也是研究者首次证实禾本科植物存在生物固氮潜力。在1974年研究了热带牧草生物固氮系统，其由固氮螺菌（Azospirillum）和牧草形成，而且还发现固氮螺菌大多数聚集在牧草根表，但是有一部分菌株可以穿过根表皮细胞壁侵入到牧草根内部，这些侵入到植物体内的菌不与宿主植物形成特殊的共生组织，而是处于一种没有表型特征而且松散的共生状态，这一现象被称为联合共生固氮作用（associative symbiotic nitrogen fixation），这种固氮类型是介于根际自生固氮和结瘤固氮之间的过渡类型。Dôbereiner团队还从甘蔗组织内部发现并分离出固氮菌，因其具有将乙醇氧化成乙酸的能力而且能够在酸性条件下固氮，所以被命名为醋酸固氮菌（Acetobacter diazotrophicus）。这些菌在甘蔗根和茎中大量存在，并且可以在含糖培养基上表现出最佳生长态势，这正是其在甘蔗汁中普遍存在的生长条件，之后又被重命名为固氮葡糖醋杆菌。采用乙炔还原法测定了2种热带牧草中的固氮酶活性，并用15N标记证实了植物的固氮能力。1978年命名了拜叶林克氏菌属（Azospiril lumlipoferum）和巴西固氮螺菌属（Azospirillum brasilense）的新型菌株，这2种菌是由Dôbereiner从马唐属和小麦中分离出来的。虽然越来越多的固氮菌被分离出来，但是对于固氮菌的划分一直并未明确。直到1997年研究了根际、内生、兼性和专性固氮菌，然后根据固氮菌菌体是否可以侵入植物组织内部并定殖，将固氮菌分为根际固氮菌（rhizosphere diazotrophs）和内生固氮菌（endophytic diazotrophs），之后相继发现甘蔗、水稻、玉米、牧草等具有重要经济价值的作物中均存在明显的生物固氮现象。

2材料和方法

试验用黄芪种子为山东省威海市文登区的种子，5株黄芪高效固氮菌分离自黄芪的产地区山东省威海市文登区的黄芪根瘤与根际土壤中。经16SRNA测序，试验所用5株菌株中2株为枯草芽孢杆菌Bacillussubtilis，实验室编号J1与G4；1株为滋养节杆菌Arthrobacterpascens，实验室编号J2；1株为根瘤菌Rhizobiumsp.，实验室编号t16；1株为中华根瘤菌Sinorhizobiumsp.，实验室编号t21。

3测定指标及方法

3.1黄芪生长指标的测定

使用清水清洗植株表面泥土，吸水纸吸干水分，用卷尺与游标卡尺测定单株株高、根长、根径；然后使用烘箱105℃整株杀青10min，65℃烘干至恒质量后使用万分之一分析天平称量根干质量。

3.2土壤养分的测定

参照《土壤农化分析》，全氮含量采用半微量凯氏法测定，全磷含量采用钼锑抗比色法测定，全钾含量采用NaOH熔融-火焰光度法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用0.5mol/LNaHCO3法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定。

4不同生长年限黄芪田杂草群落的物种多样性

黄岩田中杂草种类的多样性总体上表现在杂草种类的数量上，6年来杂草种类最多，达48种，占统计总数的72.73%，其次是47种，历时8年和10年。Shannon-Wiener指数和Pietro指数是每年杂草最低的，simp⁃son指数最高，表明每年杂草的隐蔽性和浓度最低，在群落结构中占主导地位的物种比其他生长年份更明显，群落结构是Shannon-Wiener指数和Pietro指数是10年来乳场杂草最高的，一年内分别是乳场面积的1.84倍和1.67倍，simp⁃son指数是最低的，一年内仅占乳场面积的18.28%。Shannon-Wiener指数和Simpson指数接近pielou指数，对于9年的冒险植物群落来说，该指数大致相同。这表明，黄米的杂草分布在9-10年之间，杂草种类和数量更加平衡，群落结构相对稳定。

5菌Ⅴ拌种促进了黄芪的生长及药效成分的积累

植物的生长指标与植物结构和产量性能有关，是评价植物健硕程度的重要指标，而黄芪主要以根入药，根长、根径、根干质量是评价黄芪产量的重要因素。本研究发现，接种菌Ⅴ后可以显著促进黄芪株高、根长、根径、根干质量增加，这是由于氮是植物叶片生长、叶绿素合成必不可少的元素，固氮菌的接种提高了土壤氮元素含量增加，使黄芪植株光合作用增强，有机物积累增加，促进了植株的生长。研究表明，将固氮菌接种水稻后，显著提高了水稻叶片的光合速率，并提高了产量。研究表明，施加根瘤菌肥使紫云英株高平均增加8.20cm，单株鲜质量平均增加0.64g，公顷产量提高了7.7%，显著提高了紫云英的产量。

结束语

采用菌V拌种，既促进了黄芪的生长与药效成分的积累，又提高了土壤养分水平和酶活性，可为黄芪专用菌肥的开发提供物质基础。

参考文献

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