不同環(huán)境下AMF對土壤及草莓生長的影響

王國夫 王芳媛 沈姝穎 許俊寅 徐燕娜 金雨思

(紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院，浙江 紹興 312000)

在土壤微生物的影響因子中，現(xiàn)階段對于AMF的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)效果較為廣泛[1].AMF是一類廣泛分布在土壤中、與寄主植物根系共生的真菌[2]，可為寄主提供氮(N)、磷(P)、硫(S)和水分，并保護(hù)寄主免受病原體的侵害，作為回饋，寄主植物則將光合作用的產(chǎn)物以脂肪酸的形式傳遞給AMF[3].此外，AMF的病原體可以保護(hù)寄主植物的根和減輕溫度變化的影響.

非生物脅迫在自然環(huán)境中普遍存在，干旱、氣溫、鹽分、pH和營養(yǎng)缺乏或過度都對AMF多樣性具有影響[4]，尤其是土壤微生物的反映不可忽視[5].相對物種而言，環(huán)境對真菌基因型篩選的差異更加直接和顯著，其中，當(dāng)土壤pH低于5.5時(shí)，低pH更顯著抑制AMF對根系的侵染和叢枝的形成，且酸性越強(qiáng)抑制效果越明顯[6].本實(shí)驗(yàn)以土壤微生物為切入點(diǎn)，研究AMF對于種植草莓的影響，尋求在不同環(huán)境條件下AMF影響種植草莓土壤及草莓的機(jī)理[7]，為培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)草莓提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)草莓(FragariaananassaDuch.)品種為“章姬”.實(shí)驗(yàn)于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.選取長勢基本一致、健壯的草莓成株種植于塑料花盆內(nèi)，選配適宜的壤土栽培，每盆栽3株，共27盆.種植后放置于24-26 ℃室內(nèi)環(huán)境，進(jìn)行緩苗.實(shí)驗(yàn)處理前草莓基本理化性質(zhì)如下：葉面積為358.05 mm2，葉片厚度為0.38 mm，葉片氮、磷、鉀含量分別為69.12 mg/g、10.91 mg/g、199.92 mg/g，葉綠素a、b含量分別為1.51 mg/g、3.67 mg/g，土壤基本理化性質(zhì)如下：土壤酶活性為0.36 mg/g，土壤氮、磷、鉀含量分別為38.09 mg/g、6.88 mg/g、94.13 mg/g，土壤容重為1.27 g/cm3，土壤比重為2.59 g/cm3，土壤孔隙度為50.09%.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)于2019年8月開始，室溫內(nèi)白天和晚上氣溫分別為(27±3)℃及(22±2)℃，自然光照，陰雨天氣適當(dāng)補(bǔ)光.采用三因素三水平正交設(shè)計(jì)方案，共9組，加上對照組，每組重復(fù)5次.采用盆栽試驗(yàn)，盆上口內(nèi)徑20 cm，下口內(nèi)徑17 cm，高15 cm，將花盆底部1/3埋于土壤中.對照組保持在正常環(huán)境下，即土壤pH為6.0，環(huán)境溫度為28 ℃，不添加AMF.設(shè)3個(gè)處理：

(1)不同土壤pH處理：施加硫酸鋁的稀釋水，將土壤pH值分別調(diào)至5.5、6.0、6.5；

(2)不同AMF含量處理：接種處理分別加入20 g、40 g、60 g的叢枝菌根真菌；

(3)不同環(huán)境溫度處理：將種植好的草莓分別置于18 ℃、22 ℃、26 ℃室內(nèi)環(huán)境溫度.

1.3 生長發(fā)育測定

根據(jù)三因素三水平正交設(shè)計(jì)方案，將種植草莓盆進(jìn)行不同處理后，定期養(yǎng)護(hù)管理，并檢查儀器設(shè)備的運(yùn)行情況.栽后澆足水，及時(shí)松土.每10 d為一次植物測定周期，每組選取1盆(3株)長勢均等草莓進(jìn)行生理指標(biāo)及形態(tài)指標(biāo)測定.每10 d為一次土壤測定周期，進(jìn)行土壤指標(biāo)測定.

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2007以及SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及分析.

2 結(jié)果分析

2.1 處理前后草莓植株生長指標(biāo)的變化

不同的環(huán)境因素會影響AMF的適應(yīng)性[8].有研究發(fā)現(xiàn)，AMF的適應(yīng)性會反應(yīng)到植株生長指標(biāo)上[9].試驗(yàn)結(jié)果表明，在處理20 d后，試驗(yàn)組7植株生長情況最優(yōu)，即在土壤pH為6.5，環(huán)境溫度為18 ℃，AMF添加量為20 g的組合中草莓植株生長綜合情況最優(yōu).其中，試驗(yàn)組7的葉面積相比CK組增加了62.5%.在處理后，葉面積增加了14.3%，葉片厚度增加了36.6%.

表1 處理20 d后草莓生長指標(biāo)數(shù)據(jù)表

生長指標(biāo)試驗(yàn)號12345新葉數(shù)/片2.67±0.58b2.67±0.58b2.67±0.58b2.67±0.58b2.67±0.58b葉面積/mm2326.99±41.48e333.82±50.27e386.08±34.16d415.03±28.18bc441.03±37.68ab葉片厚度/mm0.34±0.06cd0.31±0.03d0.34±0.04cd0.42±0.07bc0.44±0.09ab葉綠素a/(mg·g-1)1.65±0.05abc1.55±0.03d1.67±0.05ab1.65±0.02abc1.69±0.03ab葉綠素b/(mg·g-1)3.41±0.12abcd3.37±0.06bcd3.50±0.09abc3.39±0.06abcd3.22±0.07d葉片氮含量/(mg·g-1)72.93±72.93ab73.78±73.78a73.62±73.62a73.36±73.36ab73.48±73.48ab葉片磷含量/(mg·g-1)12.33±12.33bcd13.15±13.15ab11.48±11.48cd12.37±12.37bc12.08±12.08cd葉片鉀含量/(mg·g-1)201.03±201.03bc202.07±202.07ab203.40±203.40a203.12±203.12a201.65±201.65abc地上部分鮮重/g11.31±1.20cd11.75±1.23bc11.92±0.69bc11.87±0.42bc12.17±0.62abc地下部分鮮重/g9.50±0.17cd9.52±0.04cd9.63±0.09cd9.72±0.10c9.81±0.17bc地上部分干重/g8.09±1.24bc8.40±0.99abc8.74±0.61ab8.84±0.69ab9.09±0.64ab地下部分干重/g3.62±0.22bc3.62±0.38bc3.78±0.18ab3.79±0.10ab3.91±0.30ab總鮮重/g20.82±1.35e21.27±1.20de21.55±0.75cde21.59±0.35bcde21.99±0.70bcd總干重/g11.70±1.21cd12.03±1.09bcd12.52±0.80abc12.63±0.78abc13±0.93ab

注：不同字母表示不同差異水平，p<0.05

試驗(yàn)結(jié)果表明(表1、表2)，未經(jīng)組合處理，各試驗(yàn)組的草莓植株生長指標(biāo)均無顯著性差異，在處理10 d和處理20 d后，各試驗(yàn)組的草莓植株生長指標(biāo)均存在顯著性差異.葉面積的指標(biāo)較為明顯，在處理20 d后，試驗(yàn)組5、8與試驗(yàn)組1、2、3、6、9、CK有顯著差異.

表2 處理20 d后草莓生長指標(biāo)數(shù)據(jù)表

生長指標(biāo)試驗(yàn)號6789CK新葉數(shù)/片3.33±0.58ab4.33±0.58a4.00±1.00a3.33±0.58ab2.67±0.58b葉面積/mm2372.1±39.46d451.68±16.78a433.37±31.68ab395.19±42.52cd317.59±3.86e葉片厚度/mm0.41±0.06bc0.46±0.01ab0.45±0.03ab0.52±0.02a0.34±0.04cd葉綠素a/(mg·g-1)1.61±0.05bcd1.72±0.04a1.67±0.09ab1.69±0.05a1.58±0.05cd葉綠素b/(mg·g-1)3.29±0.25d3.32±0.04cd3.56±0.04a3.51±0.04abc3.55±0.03ab葉片氮含量/(mg·g-1)73.61±73.61a73.63±73.63ab72.97±72.97bc73.64±73.64a71.34±71.34bc葉片磷含量/(mg·g-1)12.04±12.04cd13.48±13.48a12.49±12.49abc13.37±13.37a11.33±11.33d葉片鉀含量/(mg·g-1)202.02±202.02ab201.99±201.99ab202.50±202.50ab202.40±202.40ab200.18±200.18c地上部分鮮重/g12.59±0.50ab12.98±0.60a12.74±0.80ab12.73±0.43ab10.53±0.42d地下部分鮮重/g9.94±0.35abc10.26±0.37ab10.37±0.40a9.95±0.23abc9.20±0.16d地上部分干重/g9.10±0.28ab9.14±0.47ab9.25±0.57a8.74±0.31ab7.53±0.25c地下部分干重/g4.05±0.15a4.08±0.18a4.11±0.17a3.90±0.12ab3.40±0.19c總鮮重/g22.52±0.74abc23.24±0.92a23.12±0.62a22.68±0.64ab19.73±0.26f總干重/g13.15±0.43ab13.22±0.64ab13.36±0.70a12.65±0.43abc10.93±0.21d

注：不同字母表示不同差異水平，p<0.05

2.1.1 對草莓植株葉片氮含量的影響

經(jīng)過處理后，各試驗(yàn)組葉片氮含量指標(biāo)存在顯著差異.如圖1所示，試驗(yàn)組7在處理后葉片氮含量略高于試驗(yàn)組9、6，且明顯高于CK組.葉片氮含量指標(biāo)在處理20 d后，試驗(yàn)組6、7、9、CK的增長趨勢相比處理10 d后的增長趨勢變緩，且CK組指標(biāo)增長趨勢的變緩程度明顯低于其余三組.

2.1.2 對草莓植株葉片磷含量的影響

經(jīng)過處理后，各試驗(yàn)組葉片磷含量指標(biāo)存在顯著差異.如圖2所示，在處理后試驗(yàn)組7葉片磷含量高于試驗(yàn)組8、9，且明顯高于CK組.葉片磷含量指標(biāo)在處理20 d后，試驗(yàn)組7、8、9的增長趨勢相比處理10 d后的增長趨勢變緩，而CK組指標(biāo)呈先減少后遞增的趨勢.

圖1 處理前后葉片氮含量變化趨勢圖

圖2 處理前后葉片磷含量變化趨勢圖

2.2 處理前后草莓種植土壤指標(biāo)的變化

有研究表明，土壤容重在1.0-1.2，土壤孔隙度保持在50%～55%為宜，是土壤呈協(xié)調(diào)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu).試驗(yàn)結(jié)果表明，在處理20 d后，試驗(yàn)組8草莓種植土壤綜合情況最優(yōu).

試驗(yàn)結(jié)果表明(表3、表4)，各試驗(yàn)組的草莓種植土壤指標(biāo)均無顯著性差異，在處理10 d和處理20 d后，各試驗(yàn)組的草莓種植土壤指標(biāo)均存在顯著性差異.試驗(yàn)組8，即在土壤pH為6.5，環(huán)境溫度為22 ℃，AMF添加量為40 g的組合中草莓種植土壤綜合情況最優(yōu).其中，土壤酶活性相比CK增加了20%，土壤速效氮含量增加了12%，土壤速效磷含量增加了7.6%，土壤容重下降了4.1%，土壤比重增加了1.7%，土壤孔隙度增加了5.9%.土壤質(zhì)地得到了改善.

2.2.1 對草莓種植土壤酶活性的影響

經(jīng)過處理后，各試驗(yàn)組土壤酶活性指標(biāo)存在顯著差異.如圖3所示，試驗(yàn)組8在處理后土壤酶活性略高于試驗(yàn)組9、7，且明顯高于CK組.土壤酶活性指標(biāo)在處理20 d后，試驗(yàn)組8、9、CK的增長趨勢相比處理10 d后的增長趨勢變緩，且試驗(yàn)組7在處理前后的增長趨勢變化不明顯，CK組指標(biāo)增長趨勢的變緩程度明顯低于其余三組.

表3 處理20 d后草莓種植土壤數(shù)據(jù)表

土壤指標(biāo)試驗(yàn)號12345土壤速效氮/ppm37.30±4.07b38.32±4.97b39.25±6.86b40.74±5.47ab43.51±1.11ab土壤速效磷/ppm7.64±0.16abc7.70±0.08abc7.20±0.03c7.52±0.32abc7.25±0.09bc土壤速效鉀/ppm94.98±1.40b97.16±1.12ab93.94±1.39b97.10±1.90ab96.49±4.90ab土壤容重/(g·cm-3)1.25±0.05abc1.18±0.04bcd1.21±0.07bc1.34±0.03a1.23±0.08bc土壤比重/(g·cm-3)2.36±0.06ab2.45±0.11a2.36±0.13ab2.35±0.07ab2.20±0.1b土壤孔隙度/%46.90±1.23bcde51.86±2.23ab48.56±2.23abcd42.92±2.98e44.18±2.67de土壤酶活性/(mg·g-1)0.40±0.01b0.39±0.03b0.39±0.08b0.37±0.02b0.39±0.02b

注：不同字母表示不同差異水平，p<0.05

表4 處理20 d后草莓種植土壤數(shù)據(jù)表

土壤指標(biāo)試驗(yàn)號6789CK土壤速效氮/ppm39.08±1.23b46.87±2.28a43.19±1.09ab41.70±1.26ab38.43±2.90b土壤速效磷/ppm7.67±0.38abc7.96±0.31a7.91±0.13a7.73±0.43ab7.35±0.46bc土壤速效鉀/ppm95.06±0.27b99.78±1.11a97.64±2.84ab100.23±0.91a96.48±0.48ab土壤容重/(g·cm-3)1.26±0.08ab1.22±0.04bc1.16±0.04cd1.11±0.08d1.21±0.03bc土壤比重/(g·cm-3)2.34±0.17ab2.47±0.14a2.43±0.11ab2.20±0.14b2.39±0.13ab土壤孔隙度/%46.20±1.15cde50.59±2.92abc52.26±2.84a49.33±4.94abc49.37±3.92abc土壤酶活性/(mg·g-1)0.38±0.01b0.52±0.08a0.48±0.08a0.54±0.06a0.40±0.02b

注：不同字母表示不同差異水平，p<0.05

圖3 處理前后草莓種植土壤酶活性變化趨勢圖

2.2.2 對草莓種植土壤容重的影響

經(jīng)過處理后，各試驗(yàn)組土壤容重指標(biāo)存在顯著差異.如圖4所示，試驗(yàn)組8在處理后土壤容重低于CK組，且低于試驗(yàn)組2、5，試驗(yàn)組8在處理前后均處于最低值.土壤容重指標(biāo)在處理20 d后，試驗(yàn)組2、8、CK由處理10 d后的增長趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆?，試?yàn)組5的下降趨勢相較其余幾組更緩，而試驗(yàn)組8的下降趨勢更大.

圖4 處理前后草莓種植土壤容重變化趨勢圖

3 討論

通過調(diào)節(jié)土壤pH，改變環(huán)境溫度，向土壤中添加不同量的AMF，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對草莓種植土壤及草莓生長會產(chǎn)生顯著的差異.

(1)在土壤pH為6.5，環(huán)境溫度為22 ℃，AMF添加量為40 g的組合中，即為試驗(yàn)組8.在土壤方面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該試驗(yàn)組對于土壤的肥力以及土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響情況最優(yōu)：處理20 d后的土壤容重和土壤孔隙度中，分別由1.25 g/cm3下降到1.16 g/cm3、由51.79%增長到52.26%，是土壤呈協(xié)調(diào)的團(tuán)粒結(jié)構(gòu).

(2)土壤pH為6.5，環(huán)境溫度為18 ℃，AMF添加量為20 g的組合，即試驗(yàn)組7，在草莓植株方面，對于光合作用以及生長情況反映最優(yōu).實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在處理20 d后的平均葉面積和平均葉片厚度增長更為明顯，分別由425.91 mm2增加到451.68 mm2、由0.44 mm增長到0.46 mm.且處理時(shí)間越長，效果越明顯.

(3)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在相同的環(huán)境溫度及添加等量的AMF條件下，土壤pH在5.5、6.0、6.5的三種情況下，隨著堿性的增強(qiáng)，影響AMF對土壤及草莓的生長效果顯著性逐漸提高.如：試驗(yàn)組1、4、7是在相同環(huán)境溫度和等量AMF處理下，土壤pH分別為5.5、6.0、6.5，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，大部分土壤指標(biāo)及生長指標(biāo)與pH數(shù)值呈正相關(guān).

AMF是根際促生真菌.近年來對根際促生真菌的深入研究，人們相繼發(fā)現(xiàn)芽孢桿菌屬、假單胞菌屬等屬的真菌，它們對植物生長具有一定促進(jìn)作用[10].但是否存在其他環(huán)境因子顯著地影響著AMF對植物生長的作用，并且這些環(huán)境因子的影響量有多少，哪些又是最關(guān)鍵的？與這些相關(guān)的研究較少.同時(shí)在研究AMF與植物的關(guān)系上，以土壤作為間接反映、作用對象，能提供更全面的分析角度.有研究表明，草莓增產(chǎn)幅度與土壤pH有著明顯相關(guān)性[11].而僅以土壤pH以及環(huán)境溫度作為環(huán)境因子的變量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以，AMF的影響通過種植土壤并結(jié)合對植株本身的反映，在環(huán)境因子方面，是未來深入研究AMF不可忽視的領(lǐng)域.