施磷与接种丛枝菌根真菌对苜蓿产量和磷素利用效率的影响.pdf
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1、第 32 卷 第 6 期Vol.32,No.671-842023 年 6 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA安晓霞,张盈盈,马春晖,等.施磷与接种丛枝菌根真菌对苜蓿产量和磷素利用效率的影响.草业学报,2023,32(6):7184.AN Xiao-xia,ZHANG Ying-ying,MA Chun-hui,et al.Effects of phosphorus application and inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi on alfalfa yield and phosphorus use effic
2、iency.Acta Prataculturae Sinica,2023,32(6):7184.施磷与接种丛枝菌根真菌对苜蓿产量和磷素利用效率的影响安晓霞1,张盈盈1,马春晖1,李曼2*,张前兵1*(1.石河子大学动物科技学院,新疆 石河子 832003;2.石河子大学医学院,新疆 石河子 832003)摘要:为探讨施磷及接种丛枝菌根真菌对苜蓿干物质产量、磷含量以及土壤碱性磷酸酶(AKP)活性的影响,分析接菌及施磷条件下紫花苜蓿土壤速效磷、全磷与干物质产量之间的关系,进而阐明接菌及施磷对紫花苜蓿干物质产量及各指标之间关系的影响机制。本试验采用双因素完全随机设计,设置 4个施菌水平:单接种摩西管
3、柄囊霉(Fm,T1)、幼套球囊霉(Ge,T2)、双接菌(FmGe,T3)及未接菌处理(CK,T0),在施菌条件下设置 4个施磷水平,分别为:施 P2O5 0(P0)、50(P1)、100(P2)、150(P3)mg kg-1,菌磷互作共 16个处理,每个处理 10次重复。结果表明:1)相同接菌处理,苜蓿的干物质产量、植株叶片、茎及根部磷含量、土壤 pH 值及碱性磷酸酶活性均随施磷量的增加呈先增加后降低的趋势,均在 P2处理达到最大值,且施磷处理显著大于未施磷处理(P0.05)。根际和非根际土壤速效磷和全磷含量均随施磷量的增加而逐渐增加,苜蓿的磷肥农学效率随施磷量的增加呈逐渐降低的趋势。2)相同
4、施磷处理,单接菌及双接菌处理苜蓿的干物质产量、植株叶片、茎及根部磷含量、根际和非根际土壤速效磷、全磷含量、磷素利用效率及土壤中碱性磷酸酶活性均显著大于未接菌处理(P0.05),土壤全磷及速效磷含量均在 T3处理达到最大值。双接菌处理下土壤的 pH 值显著小于未接菌处理(P0.05),且在 T3处理达到最小值。因此,当施磷(P2O5)量为 100 mg kg-1时,混合接种两种丛枝菌根真菌可以有效促进苜蓿植株根系对土壤中速效磷的吸收,提高磷素利用效率,进而促进苜蓿干物质产量的形成。关键词:苜蓿;丛枝菌根真菌;磷;磷素利用效率;磷酸酶活性Effects of phosphorus applicat
5、ion and inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi on alfalfa yield and phosphorus use efficiencyAN Xiao-xia1,ZHANG Ying-ying1,MA Chun-hui1,LI Man2*,ZHANG Qian-bing1*1.College of Animal Science&Technology,Shihezi University,Shihezi 832003,China;2.College of Medicine,Shihezi University,Shihezi 832
6、003,ChinaAbstract:In order to investigate the effects of phosphorus application and inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi on dry matter yield,phosphorus content and soil alkaline phosphatase activity(AKP)of alfalfa,the soil available phosphorus and total phosphorus of alfalfa under different
7、 inoculation and phosphorus application regimes were analyzed.The relationship between alfalfa dry matter yield and inoculation and phosphorus application and the relationship between yield and various other indicators were further clarified.In this experiment,a two-factor DOI:10.11686/cyxb2022251ht
8、tp:/收稿日期:2022-05-15;改回日期:2022-07-28基金项目:国家自然科学基金项目(32260347;32001400),霍英东青年教师基金(171099),兵团科技创新骨干人才计划项目(2021CB034)和国家现代农业产业技术体系项目资助。作者简介:安晓霞(1997-),女,新疆昌吉人,在读硕士。E-mail: 通信作者 Corresponding author.E-mail:,Vol.32,No.6ACTA PRATACULTURAE SINICA(2023)completely randomized design was adopted.Four inoculatio
9、n treatments were included:Single inoculation with Funneliformis mosseaes(Fm,T1),Glomus etunicatum(Ge,T2),double inoculation(FmGe,T3)and no fungal treatment(CK,T0).As the second factor,four phosphorus application levels were included:P2O5 0(P0),50(P1),100(P2),150(P3)mg kg1 making a total of 16 treat
10、ments defining the fungus-phosphorus interaction.Each treatment was repeated 10 times.It was found that:1)With the same inoculation treatment,the dry matter yield,phosphorus content of leaves,stems and roots,soil pH value and alkaline phosphatase activity of alfalfa all initially increased first and
11、 then decreased with increasing phosphorus application.All reached the maximum value in the P2 treatment,and the yield of the alfalfa P fertilization treatment was significantly greater than the no P fertilization treatment(P0.05).The content of available phosphorus and total phosphorus in rhizosphe
12、re and non-rhizosphere soil increased gradually with increasing phosphorus application rate,and the agronomic efficiency of alfalfa phosphorus fertilizer showed a decreasing trend with increase in phosphorus application rate.2)With the same inoculation treatment,dry matter yield,phosphorus content o
13、f plant leaves,stems and roots,rhizosphere and non-rhizosphere soil available phosphorus,total phosphorus content,phosphorus use efficiency,soil alkaline phosphatase activity was significantly greater than that of uninoculated treatment(P0.05),and the soil total phosphorus and available phosphorus c
14、ontents were maximised in the T3 treatment.The pH value of soil in the double inoculation treatment was significantly lower than that in the uninoculated treatment(P0.05),and reached the minimum value in the T3 treatment.Based on these results,the phosphorus application(P2O5)treatment of 100 mg kg1,
15、coupled with the mixed inoculation of the two arbuscular mycorrhizal fungi could could be recommended and this treatment effectively promoted the absorption of available phosphorus in the soil by the roots of alfalfa plants,improved the efficiency of phosphorus use,and enhanced dry matter yield in a
16、lfalfa.Key words:alfalfa;arbuscular mycorrhizal fungi(AMF);phosphorus;phosphorus utilization efficiency;phosphatase activity紫花苜蓿(Medicago sativa)作为多年生优质高产豆科牧草1,因其产量高、蛋白质丰富、适口性好及适应性广等优点被称为“牧草之王”2。磷是维持植物生长及发育过程中不可缺少的主要营养物质之一,施入磷肥可以提高作物的产量3。据统计,农业系统中约 60%的磷来自不可再生的磷矿,其余来自如农作物残留物、粪便以及人类排泄物等有机残留物中的回收磷,土壤中
17、的磷以有机磷(Po)和无机磷(Pi)两种形式存在,植物吸收磷的主要形式为 H2PO4-和 HPO42-4。研究表明,约 80%的土壤磷含量是不可利用的,农业生态系统中的大部分磷通常通过与其他阳离子的吸附和沉淀固定在土壤中5,而磷与部分土壤微生物共生可以有效增加植株的产量6。因此,开展真菌及磷素利用的研究对明确苜蓿干物质产量形成具有重要的意义。球囊菌门中的真菌被称为丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF),是土壤微生物群落的重要组成成分,与大多数农业维管植物的根系形成有益的共生关系7。AMF 对植株养分循环、土壤肥力和土壤生物多样性具有重要的促进作用8。此
18、外,研究表明接种根瘤菌能够增加谷胱甘肽、高谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性9。通过提高根瘤的抗氧化能力和根瘤对盐胁迫的耐受性,从而减少对苜蓿植株的损害10。研究表明,AMF的外部菌丝吸收土壤中的磷,通过分泌磷酸酶来激活土壤中难溶性磷,并且以高亲和力的磷转运体吸收有效磷11。另有研究表明,AMF可以与大豆(Glycine max)形成良好的共生关系,显著提高大豆叶片磷浓度,进而增加大豆的生物量12。同时,AMF 群落结构与 AMF 对玉米(Zea mays)根系的定殖、菌丝密度和玉米地上部磷浓度呈显著相关13。此外,AMF 可以显著提高白三叶(Trifolium repen
19、s)土壤中酶活性、改善土壤结构及促进白三叶根系发育能力,进而增加白三叶的生物量14。目前,很多研究集中在将单株 AMF 接种于苜蓿上提高干物质产量和磷素利用效率15-16,而在施磷条件下同时接种两种真菌对苜蓿干物质产量形成及磷素利用效率影响的研究相对较少,尤其是菌磷互作条件下苜蓿各生长指标之间的关系鲜见报道。因此,本研究开展不72第 32 卷第 6 期草业学报 2023 年同施磷水平下接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)和幼套球囊霉(Glomus etunicatum,Ge)两种真菌对紫花苜蓿干物质产量、磷素利用及土壤碱性磷酸酶活性的影响研究,以期为提高苜蓿磷素
20、利用效率及苜蓿优质高产措施的改进提供理论依据。1材料与方法1.1试验材料所用 AMF 为摩西管柄囊霉和幼套球囊霉,接种剂为苜蓿植株的根系、菌根真菌孢子和根外菌丝体的根段混合物17,购买自中国青岛农业菌根研究所,真菌孢子密度为 2035 个g-1。供试宿主植物紫花苜蓿的品种为WL366HQ。盆栽所用土壤为灰漠土,采自石河子大学 2连试验站(4418 N,8603 E),土壤经自然风干后过 0.5 cm 筛,剔除土壤中石块及植物根段。土壤理化性质如表 1所示,土壤经 121 高温湿热灭菌 2 h后自然降温备用,盆栽基质为灭菌土和珍珠岩 3 1(V V)混合,以防止土壤板结。1.2试验设计试验采用双
21、因素完全随机设计,设置施菌和施磷 2 个因素。施菌设置 4 个水平:单接种摩西管柄囊霉 10 g(Fm,T1)、幼套球囊霉 10 g(Ge,T2)、混合菌种施摩西管柄囊霉菌种 5 g 和幼套球囊霉菌种 5 g(FmGe,T3),以不接菌为对照(T0)。在每种施菌条件下再设置 4个施磷水平:施 P2O5 0(P0)、50(P1)、100(P2)和 150(P3)mg kg-1,菌磷互作共 16个处理,每个处理 10次重复。盆栽试验于 2021年在石河子大学农学院试验园(4418 N,8603 E)进行,试验采用规格为 23 cm17 cm15 cm(盆口直径盆底直径盆高)的花盆,每个花盆装约 3
22、 kg 土壤基质,花盆在播种前用 75%的酒精消毒备用。选取大小均匀一致、颗粒饱满的优质紫花苜蓿种子,用 10%H2O2对苜蓿种子消毒 10 min,再用蒸馏水反复冲洗,于 2021年 5月 1日播种,每盆均匀分布播种 10粒。待苜蓿三叶期进行间苗,每盆保留 5株长势健壮且一致的苜蓿幼苗。在苜蓿幼苗期间每周定量施入无磷 Hoagland s营养液和等量浇水,苜蓿生长 60 d后施加磷肥,所用磷肥为磷酸一铵(含 P2O5 52%、N 12.2%),由于磷肥中带有少量的 N,故本试验中不同施磷梯度下补充一定量的尿素(含 N 46%),使不同施磷梯度下 N 含量保持一致,以抵消磷肥中氮含量对试验结果
23、的影响(表 2)。采用肥随水走的滴灌方式,将肥料随水滴施,具体施肥时间为 2021年 6月 23日、8月 1日及 9月 25日。苜蓿在初花期(开花10%)进行收割,具体收割时间分别为 2021年 7月 14日、8月 23日及 10月 11日。1.3土壤样品采集每个处理采集苜蓿土样 3 盆,非根际土样为苜蓿根系上抖落下的土,根际土样为用毛刷从根系上刷下来的土,采集土样后于阴凉通风处阴干备用17。具体采集时间分别为 2021年 7月 14日、8月 23日和 10月 11日。1.4测定指标及方法1.4.1苜蓿干物质产量 以盆为单位,选取 3盆长势均匀一致的苜蓿植株,在盆栽土壤表面 2 cm 处剪下苜
24、蓿植株的地上部分进行称重,并记录鲜重。将苜蓿鲜样于 105 烘干 30 min后,再于 65 烘干至恒重,测定其含水率并折算其干物质产量,计算公式如下:干物质产量=植株鲜重生物量(1-含水率)表 1试验地土壤基本理化性质Table 1Basic physical and chemical properties of test soil容重Bulk density(g cm-3)1.47碱解氮Alkaline-nitrogen(mg kg-1)71.8有机质Organic matter(g kg-1)24.1速效磷Available phosphorus(mg kg-1)18.3全磷Total
25、phosphorus(g kg-1)0.23速效钾Available-potassium(mg kg-1)135.573Vol.32,No.6ACTA PRATACULTURAE SINICA(2023)1.4.2植株茎、叶片及根部磷含量 在测定苜蓿干物质产量的过程中,将取回的鲜样苜蓿烘干后再进行茎、叶片及根部分离,将其粉碎并采用钼蓝比色法18测定苜蓿茎、叶片及根部植株磷含量。1.4.3土壤速效磷与全磷含量 采用 H2SO4-HClO4消煮法19测定土壤全磷(total phosphorus,TP)含量,采用 NaHCO3浸提钼锑抗法19测定土壤有效磷(available phosphorus
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