林銘業(yè),廖良寧,姚賢宇,鄧家珍,葉紹明

(廣西大學(xué) 林學(xué)院,南寧 530004)

桉樹 (EucalyptusrobustaSmith.) 因其速生豐產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn),已成為中國華南地區(qū)的主要商品林之一,為國家木材安全做出了突出貢獻(xiàn)。但由于長(zhǎng)期以來大面積桉樹純林多代連栽造成的土壤質(zhì)量退化、生物多樣性下降等生態(tài)環(huán)境問題,已成為了實(shí)現(xiàn)桉樹可持續(xù)經(jīng)營的最大障礙。利用豆科樹種與桉樹混交促進(jìn)桉樹吸收氮素和提高豆科樹種生物固氮效率[1-2],維持土壤氮素水平和降低環(huán)境污染是解決上述生態(tài)問題的有效途徑[3]。如降香黃檀 (Dalbergiaodorifera) 與桉樹混交、馬占相思 (Acaciamangium) 與桉樹混交均可以提高混交系統(tǒng)氮素利用和豆科樹種的生物固氮效率[2,4]。在該系統(tǒng)中,植株—微生物—土壤互作關(guān)系是影響地上植株生長(zhǎng)的重要因素[5-6]。其中,根瘤菌在生長(zhǎng)過程中發(fā)揮著更大的作用,將大氣中N2轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮可以供給植株吸收利用[7]。因此,改善土壤微生物環(huán)境可能是提高桉樹與固氮樹種混交系統(tǒng)營養(yǎng)利用效率的關(guān)鍵。

促生菌能維持土壤生態(tài)功能和促進(jìn)植物養(yǎng)分循環(huán)[8],是影響植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。如解磷菌類能提高植物可利用態(tài)磷含量,改善土壤磷利用率[9];固氮菌類可以提高豆科植物生物固氮效率,減少氮肥投入[10],為生物固氮體系做出了重要貢獻(xiàn)[11-12]。在混交體系中接種根瘤菌等促生菌能更大化促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收,提高土壤養(yǎng)分的利用與循環(huán)[13]。此外,接種促生菌還能增強(qiáng)植物抗逆性[14],提高有機(jī)物的產(chǎn)量[15],改善植物的光合特性[16],有助于植物生長(zhǎng)。如固氮菌通過調(diào)節(jié)鈉排斥和鉀吸收來改善鹽脅迫條件下的玉米生長(zhǎng)[17],共同接種的固氮菌與真菌通過增強(qiáng)合成生長(zhǎng)素等激素使青蒿地上干重增長(zhǎng)翻倍[18]。這些微生物被用作生物肥料,以補(bǔ)償甚至增加化肥帶來的生長(zhǎng)效果。

植物接種促生菌還可能通過改變植株葉片葉綠素含量來影響其對(duì)光能的利用,增強(qiáng)植株光合作用,從而提高生產(chǎn)力[19]。雖然已證實(shí)根瘤菌等促生菌對(duì)單作豆科作物的生長(zhǎng)具有優(yōu)勢(shì)[20],但對(duì)豆科—非豆科樹種混交體系的影響卻較少涉及。在混作體系中接種根瘤菌等促生菌類是否能通過改變光合作用,進(jìn)而影響苗木生長(zhǎng)也尚不明確。因此,本試驗(yàn)?zāi)M桉樹與豆科樹種混交系統(tǒng),以尾巨桉 (Eucalyptusurophylla×E.grandis) 與降香黃檀混作為對(duì)象,探究在非滅菌的自然生產(chǎn)狀態(tài)下接種巨大芽孢桿菌與大豆根瘤菌如何影響混作系統(tǒng)植株生理代謝,分析接種不同細(xì)菌后植株適應(yīng)性和生長(zhǎng)指標(biāo)差異,為實(shí)現(xiàn)桉樹人工林的可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西南寧市廣西大學(xué)林學(xué)院試驗(yàn)基地大棚(108°17′30.3″E, 22°51′4.79″N),屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫21.6 ℃,極端最低氣溫-2.4 ℃,極端最高氣溫40.4 ℃。年均降雨量1 304 mm,干濕季分明,降雨集中在4-9月,平均相對(duì)濕度為79%。

1.2 試驗(yàn)材料

供試苗木為長(zhǎng)勢(shì)均勻的3個(gè)月生尾巨桉 (平均苗高為39.50 cm,地徑5.08 mm) 和一年生降香黃檀 (平均苗高為66.33 cm,地徑7.08 mm)。一種供試菌為巨大芽孢桿菌 (Bacillusmegatherium,BM),菌株編號(hào)DU07,該菌株由廣西大學(xué)林學(xué)院黃寶靈研究員提供,具有解磷、固氮的能力[21]。另一種供試菌為大豆根瘤菌 (RhizobiumjaponicumIOC 113-2,RJ),菌種編號(hào)DSM1203,由上海保藏生物技術(shù)中心 (SHBCC) 提供,大豆根瘤菌與黃檀屬植物具有較好的共生關(guān)系[22]。試驗(yàn)土壤為偏酸性赤紅黏土,土壤全氮含量為0.96 mg/g,全磷含量為0.64 mg/g,全鉀含量為11.85 mg/g,pH為4.65。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用尾巨桉—降香黃檀幼苗混交盆栽方式,設(shè)置2個(gè)接種處理和1個(gè)不接種對(duì)照,即對(duì)尾巨桉接種巨大芽孢桿菌,降香黃檀不接種 (BM);對(duì)降香黃檀接種大豆根瘤菌,尾巨桉不接種 (RJ);對(duì)照組不做接種處理 (CK)。采用漿根法接種菌液,然后取尾巨桉和降香黃檀苗各1株,共同栽植于1個(gè)盆缽 (直徑40 cm,高45 cm) 中,種植株間距15 cm。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)栽植15盆。根據(jù)天氣狀況每日澆水以保持土壤濕潤(rùn),每月進(jìn)行松土和除草。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)分別采用鋼卷尺與電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量尾巨桉和降香黃檀幼苗的苗高和地徑,種植后每30 d測(cè)定1次,共測(cè)量6次。

1.4.2 光合生理指標(biāo)植株根系接菌處理定殖6個(gè)月后測(cè)定尾巨桉和降香黃檀幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)及葉綠素含量。于晴天上午 (9:00-11:30),使用Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)分析儀 (美國Li-Cor公司,人工光源,環(huán)境CO2濃度為400 μmol/mol) 測(cè)定尾巨桉和降香黃檀葉片的凈光合速率 (Pn)、氣孔導(dǎo)度 (Gs)、胞間CO2濃度 (Ci) 和蒸騰速率 (Tr),指標(biāo)測(cè)定時(shí)分別選取植株中部具有完好功能的葉片,每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取8枚葉片并取平均值,重復(fù)3次。葉綠素含量 (Chl) 采用乙醇丙酮混合提取法測(cè)定[23]。

1.4.3 生物量幼苗盆栽后180 d采用全株收獲法將尾巨桉和降香黃檀收集帶回實(shí)驗(yàn)室,將根、莖、葉分裝,先置于105 ℃烘箱殺青2 h,后于70 ℃條件下烘干至恒重,用高精度分析天平 (±0.01 g)稱重,分別記錄植株各器官的生物量(干重)。

1.4.4 植株氮含量將烘干的尾巨桉和降香黃檀植株的根、莖、葉分別放入粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過0.2 mm篩,每份樣品稱取0.250 0 g加入5 mL濃硫酸消煮制備待測(cè)液,用連續(xù)流動(dòng)分析儀 (AA3) 測(cè)定植株各器官全氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行計(jì)算,通過SPSS 23軟件對(duì)不同菌種處理差異數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差 (one-way ANOVA) 分析及多重比較 (Duncan),并采用最小顯著性差異法 (LSD) 進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn) (P<0.05)。采用Pearson相關(guān)性分析各指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系的顯著性。使用Origin 2021作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種促生菌對(duì)尾巨桉—降香黃檀混作幼苗氮素積累的影響

圖1顯示,接種巨大芽孢桿菌 (BM) 和大豆根瘤菌 (RJ) 后,尾巨桉、降香黃檀幼苗的全株氮素含量均顯著高于不接菌對(duì)照 (CK),尾巨桉幼苗在BM、RJ處理下增幅分別為71.89%和69.81%,降香黃檀幼苗較CK分別增長(zhǎng)55.37%和79.47% (P<0.05)。在不接菌處理下,尾巨桉各器官的氮素含量表現(xiàn)為葉>根>莖,而降香黃檀表現(xiàn)為葉>莖>根;在接菌BM、RJ處理下,尾巨桉和降香黃檀各器官的氮素含量均表現(xiàn)為葉>根>莖。其中,BM、RJ處理下尾巨桉幼苗葉片氮素含量分別為7.84,7.57 mg/g,較對(duì)照分別增加33.79%和29.18%,降香黃檀幼苗葉片氮素含量分別為15.46,16.86 mg/g,較對(duì)照分別增加43.95%和56.98%?？梢?BM處理對(duì)尾巨桉整株和葉片含氮量的增效優(yōu)于RJ處理,RJ處理對(duì)降香黃檀整株和葉片含氮量的增效優(yōu)于BM處理。

CK表示2種幼苗均不接種處理,BM表示尾巨桉幼苗接種巨大芽孢桿菌、降香黃檀不接種處理,RJ表示降香黃檀接種大豆根瘤菌、尾巨桉不接種處理;不同的小寫字母a、b、c表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。下同。圖1 不同細(xì)菌接種處理下尾巨桉 (A) 與降香黃檀 (B) 植株各器官及全株氮素含量的變化CK indicates that neither seedling was inoculated, BM indicates that E. urophylla×E.grandis seedlings inoculated with Bacillus megatherium and D. odorifera were not inoculated, RJ indicates that D. odorifera seedlings inoculated with Rhizobium japonicum and E. urophylla×E.grandis were not inoculated. Different lowercase letters (a,b,c) indicate significant difference among different treatments at 0. 05 level. The same as following.Fig.1 The change of nitrogen content in organs and plants of E. urophylla × E. grandis (A) and D. odorifera (B) seedlings under different inoculation treatments

2.2 接種促生菌對(duì)尾巨桉—降香黃檀混作幼苗葉片光合生理特性的影響

2.2.1 葉綠素含量尾巨桉葉片葉綠素a含量表現(xiàn)為RJ>CK>BM,葉綠素b含量表現(xiàn)為CK>RJ>BM,且處理間均差異顯著;葉綠素總量表現(xiàn)為RJ處理與CK無顯著差異,而BM處理的葉綠素總量 (1.38 mg/g) 較CK顯著下降25.41% (圖2,A)。同時(shí),降香黃檀葉綠素a含量和葉綠素總量均表現(xiàn)為RJ>BM>CK,且處理間均差異顯著,而葉綠素b含量在處理間均無顯著差異;降香黃檀BM和RJ處理葉片葉綠素總量比CK分別顯著增長(zhǎng)79.05%和94.76% (圖2,B)。

圖2 不同細(xì)菌接種處理下尾巨桉(EE)和降香黃檀(DO)植株葉綠素含量和光合生理特性的變化Fig.2 The change of chlorophyll content, photosynthetic physiological characteristics of E. urophylla×E.grandis (EE) and D. odorifera (DO) seedlings under different inoculation treatments

2.2.2 凈光合速率(Pn) 接種2種促生菌對(duì)尾巨桉和降香黃檀幼苗的Pn均有顯著促進(jìn)作用,該促進(jìn)作用在尾巨桉中以RJ處理最高,分別比BM和CK顯著提高10.87%和232.75%,而在降香黃檀以BM處理最高,分別比RJ和CK顯著提高18.30%和108.23% (圖2,C)。

2.2.3 胞間CO2濃度(Ci) 尾巨桉和降香黃檀幼苗的Ci在BM和RJ處理下均顯著低于CK;尾巨桉幼苗Ci在BM和RJ處理下分別比CK顯著降低32.28%和28.96%,且BM和RJ處理間差異顯著(P<0.05),而降香黃檀Ci在RJ和BM處理下分別較CK顯著降低了24.84%和26.52%,但BM和RJ處理間差異不顯著 (圖2,D)。

2.2.4 氣孔導(dǎo)度(Gs) 尾巨桉和降香黃檀幼苗葉片的Gs均表現(xiàn)為BM和RJ處理顯著高于CK (P<0.05),但BM與RJ處理間均無顯著差異 (圖2,E)。其中,尾巨桉的Gs在BM和RJ處理下較CK處理分別顯著增長(zhǎng)23.48%和29.89%,降香黃檀的Gs則分別較CK處理顯著增長(zhǎng)38.89%和24.07%。

2.2.5 蒸騰速率(Tr) 尾巨桉和降香黃檀幼苗的Tr均表現(xiàn)為RJ和BM處理顯著高于CK,尾巨桉幼苗的增幅分別為127.3%和95.74%,且RJ處理又顯著高于BM處理 (P<0.05),而降香黃檀幼苗Tr的增幅分別為42.59%和41.71%,但BM和RJ處理之間無顯著差異 (圖2,F)。

綜合以上結(jié)果可知,接種RJ對(duì)尾巨桉和降香黃檀幼苗葉片葉綠素含量的提升比接種BM更顯著,且降香黃檀幼苗提升幅度更大;接種2種促生菌均能顯著提高尾巨桉和降香黃檀幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率,卻顯著降低胞間二氧化碳濃度。

2.3 接種促生菌對(duì)尾巨桉—降香黃檀混作幼苗生長(zhǎng)的影響

2.3.1 苗高和地徑接菌均能促進(jìn)尾巨桉和降香黃檀苗高和地徑的生長(zhǎng),但BM處理與RJ處理對(duì)植株的生長(zhǎng)促進(jìn)效果不同 (圖3)。其中,尾巨桉的苗高表現(xiàn)為RJ處理始終高于同期BM和CK處理,并在90～180 d達(dá)到顯著水平;RJ處理使尾巨桉不同時(shí)期的苗高比相應(yīng)CK增長(zhǎng)14.3%～93.1%,并以第30天的促生效果最佳;試驗(yàn)結(jié)束時(shí),RJ處理的苗高比同期BM處理顯著提高36.61% (圖3,A)。降香黃檀的苗高表現(xiàn)為BM處理始終高于同期RJ和CK處理,且除處理90 d外均達(dá)到顯著水平,但RJ處理各時(shí)期對(duì)降香黃檀苗高的影響始終不顯著;BM處理在前30 d時(shí)對(duì)苗高提升效果最明顯,相比CK處理增長(zhǎng)了53.7% (圖3,B)。

圖3 不同細(xì)菌接種處理下尾巨桉(A、C)和降香黃檀(B、D)苗高和地徑生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)Fig.3 The height and ground diameter growth dynamics E. urophylla×E.grandis(A,C) and D. odorifera (B,D) seedlings under different inoculation treatments

同時(shí),BM與RJ處理對(duì)各時(shí)期尾巨桉和降香黃檀的地徑生長(zhǎng)均有不同程度的促進(jìn)效果,但兩接菌處理間大多無顯著差異。與CK相比,尾巨桉的地徑在RJ處理30～90 d時(shí)顯著提高,但僅在BM處理30 d時(shí)顯著提高 (圖3,C);降香黃檀的地徑生長(zhǎng)在BM處理下始終得到顯著促進(jìn),而在RJ處理下除60,150 d外增幅也均達(dá)到顯著水平 (圖3,D)。在150 d時(shí),BM和RJ處理尾巨桉地徑分別比同期CK提高1.15%和16.27%, 此時(shí)BM處理的提升效果不顯著;在30 d時(shí),BM和RJ處理下降香黃檀的地徑的增長(zhǎng)率最高,分別達(dá)到53.74%和50.61%?？梢?接種RJ對(duì)尾巨桉的苗高和地徑生長(zhǎng)的促進(jìn)效果更明顯,而接種BM則對(duì)降香黃檀的苗高和地徑生長(zhǎng)促進(jìn)效果更佳、更持久。

2.3.2 生物量積累與分配BM處理尾巨桉的植株總生物量和根、莖、葉生物量均與CK無顯著差異,而RJ處理尾巨桉各器官生物量均不同程度高于對(duì)照,但僅總生物量和葉生物量與CK差異顯著,根、莖生物量無顯著變化;RJ處理尾巨桉的各器官生物量均不同程度高于BM處理,且總生物量和莖生物量差異達(dá)到顯著水平 (表1)。降香黃檀根、莖、葉和總生物量在BM和RJ處理下大多顯著高于CK,而BM處理又均顯著高于相應(yīng)的RJ處理?？梢?BM對(duì)降香黃檀的促生效果顯著高于RJ處理,對(duì)尾巨桉的促生效果低于RJ處理。

表1 不同細(xì)菌接種處理下尾巨桉與降香黃檀植株各器官生物量

同時(shí),尾巨桉各器官的生物量分配比例在不接種對(duì)照為莖>根>葉,接種BM和RJ后轉(zhuǎn)變?yōu)槿~>莖>根 (圖4,A);而降香黃檀各器官生物量的分配不同接種處理下均表現(xiàn)為莖>根>葉,但接菌提高了其根生物量占全株生物量的比例,促進(jìn)了根系發(fā)育 (圖4,B)。2種不同促生細(xì)菌對(duì)降香黃檀器官生物量分配的影響不同,RJ處理下的葉生物量占比提升較顯著,BM處理下的根生物量占比提升更顯著?？傮w而言,幼苗期尾巨桉根、莖、葉的生物量分配較均勻,而降香黃檀莖生物量的占比明顯較大 (約達(dá)50%)。

圖4 不同細(xì)菌接種處理下尾巨桉 (A) 和降香黃檀 (B) 植株器官的生物量分配比例Fig.4 The biomass allocation of E. urophylla × E. grandis (A) and D. odorifera (B) seedlings under different inoculation treatments

2.4 尾巨桉—降香黃檀混作幼苗葉氮含量、葉綠素含量、光合參數(shù)及生物量相關(guān)性分析

圖5顯示,尾巨桉葉氮含量、凈光合速率均與葉綠素含量呈負(fù)相關(guān),降香黃檀葉氮含量、凈光合速率均與葉綠素含量呈極顯著正相關(guān) (P<0.001);尾巨桉和降香黃檀葉氮含量均與其凈光合速率呈極顯著正相關(guān),但降香黃檀的相關(guān)系數(shù)小于尾巨桉。尾巨桉葉氮含量、葉綠素含量、凈光合速率均與其生物量呈正相關(guān)關(guān)系,降香黃檀葉氮含量、葉綠素含量與生物量也呈正相關(guān)性,且降香黃檀的相關(guān)系數(shù)均大于尾巨桉,但均未達(dá)到顯著水平;降香黃檀凈光合速率與其生物量呈極顯著正相關(guān)性 (P<0.001)。在光合指標(biāo)中,凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度之間都存在極顯著正相關(guān)關(guān)系,且它們都與胞間CO2濃度呈極顯著負(fù)相關(guān)。

*、**和***分別表示在 0.05、0.01和0.001水平相關(guān)性顯著;紅色表示正相關(guān),藍(lán)色表示負(fù)相關(guān)。圖5 尾巨桉 (A) 和降香黃檀 (B) 植株的葉綠素含量、光合指數(shù)、生物量間相關(guān)性分析*, ** and *** indicate significant correlation at 0.05, 0.01 and 0.001 levels, respectively. Red is a positive correlation, while blue is a negative correlation.Fig.5 The correlation between chlorophyll content, photosynthetic index, and biomass of E. urophylla × E. grandis (A) and D. odorifera (B) seedlings

3 討 論

3.1 尾巨桉與降香黃檀混作系統(tǒng)植株葉片氮素含量及光合生理指標(biāo)對(duì)接種促生菌的響應(yīng)

葉片氮素含量、葉綠素含量、光合作用三者息息相關(guān),葉綠素含量可以間接反映光合作用強(qiáng)度和植物氮素供給水平[24]。本試驗(yàn)中接種大豆根瘤菌 (RJ) 處理使尾巨桉、降香黃檀葉片氮素含量、葉綠素含量顯著上升,與陳書琳等[25]在大豆上的相關(guān)研究結(jié)果相似,說明接種根瘤菌有利于提高2種混作植株氮素含量,促進(jìn)它們?nèi)~綠素的合成;同時(shí),接種巨大芽孢桿菌 (BM) 處理顯著降低了尾巨桉的葉綠素含量,但顯著提升了降香黃檀葉綠素的含量,這可能與芽孢桿菌屬的作用會(huì)受植物種類以及菌種代謝產(chǎn)物濃度等因素的影響有關(guān),從而影響葉綠素的合成[26]。此外,微生物菌劑的施用有助于增大植物凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度等[27],從而增強(qiáng)植物光合作用能力,本研究結(jié)果與其前人結(jié)果一致。氣孔導(dǎo)度決定氣孔的密度、大小和開放程度,氣孔導(dǎo)度越大,表明光合作用和蒸騰速率越高[28]。本研究中氣孔導(dǎo)度與凈光合速率呈正相關(guān)也證實(shí)了這一結(jié)果。接種2種不同促生細(xì)菌均顯著提高了尾巨桉和降香黃檀的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率,而降低了胞間CO2濃度,這與接菌后葉片氮素含量升高,葉片氣孔打開,胞間二氧化碳消耗增大有關(guān),與前人研究[29]一致。此外,不同處理下降香黃檀的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均低于尾巨桉,但降香黃檀凈光合速率與生物量的相關(guān)性卻較尾巨桉更顯著,這在一定程度上說明降香黃檀的光合利用效率更高。

本研究中,2種植物的葉片氮素含量在整株各器官中均最高,2種接種處理均使尾巨桉葉片氮素含量和凈光合速率顯著增長(zhǎng),且二者之間呈極顯著正相關(guān),但BM處理顯著降低了尾巨桉的葉綠素含量,導(dǎo)致整體上尾巨桉的葉綠素含量與凈光合速率呈負(fù)相關(guān),這說明葉片氮素含量能夠調(diào)控尾巨桉的光合能力,葉綠素含量不是反映光合作用的唯一指標(biāo),還可能與葉片光能的吸收、能量的轉(zhuǎn)化以及電子傳遞活性的強(qiáng)弱有關(guān)[30]。降香黃檀的葉片氮素含量、葉綠素含量均與凈光合速率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,說明降香黃檀能夠通過生物固氮作用吸收氮素,促進(jìn)葉片葉綠素合成,進(jìn)而提高其光合作用效率。

3.2 尾巨桉與降香黃檀混作系統(tǒng)植株生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)接種促生菌的響應(yīng)

苗高和莖粗是植株生長(zhǎng)差異的直觀反映[31]。本研究中,接種兩種促生細(xì)菌均能夠明顯促進(jìn)尾巨桉和降香黃檀苗高、地徑的生長(zhǎng),與前人的研究結(jié)果[32]一致,說明接種促生菌能促進(jìn)單作植株和混作體系中另一植株的生長(zhǎng)發(fā)育,但在未滅菌的條件下接種菌劑對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)效果并不一致,這在一些研究中也得到證實(shí)[33-34]。供試菌株巨大芽孢桿菌是具有固氮能力的溶磷菌[21],而在本研究中接種固氮芽孢桿菌前期對(duì)尾巨桉苗高、地徑的促進(jìn)效果不明顯,甚至低于CK,這可能與菌株對(duì)植物葉綠素等物質(zhì)合成的抑制或接種菌與土壤原有菌株之間的競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)[6],也可能表現(xiàn)為菌株促生功能的長(zhǎng)效緩釋[21]。大豆根瘤菌的接種能促進(jìn)混作體系中非豆科樹種樹高和胸徑的生長(zhǎng),這一點(diǎn)在赤桉—紫云英混交林中也得到了驗(yàn)證[13]。當(dāng)本土根瘤菌存在時(shí),根瘤菌的引進(jìn)或增施有助于菌株間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),促進(jìn)植物地上部生物量和氮素的積累[35],而本研究在非滅菌條件下接種大豆根瘤菌使植物全株氮素含量升高、增產(chǎn)的結(jié)果與前人研究結(jié)果一致,這對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中菌肥的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

3.3 尾巨桉與降香黃檀混作系統(tǒng)生物量積累與分配對(duì)接種促生菌的響應(yīng)

絕大部分作物生物量被認(rèn)為是光合作用的產(chǎn)物[36]。相關(guān)性分析表明,尾巨桉、降香黃檀的生物量均與植株氮含量、凈光合速率呈正相關(guān),說明根瘤菌等固氮菌的接種優(yōu)勢(shì)可能不僅局限于根際固氮效應(yīng),還歸因于地上部分光合作用的提高[37],這與施加氮肥提高生物產(chǎn)量的結(jié)果[38]類似。相較CK而言,本研究中尾巨桉接種巨大芽孢桿菌顯著增加了降香黃檀生物量,而降香黃檀接種大豆根瘤菌則更顯著增加了尾巨桉生物量。也有研究表明桉樹幼苗接種巨大芽孢桿菌會(huì)降低桉樹生物量[39],與本研的結(jié)果相似,這可能也與上述芽孢桿菌屬細(xì)菌的特性有關(guān)。而降香黃檀接種根瘤菌后混作的尾巨桉生物量的累積比尾巨桉直接接種固氮芽孢桿菌的效果更好,可能是接種根瘤菌使得降香黃檀的共生固氮效應(yīng)加強(qiáng),可通過根系等途徑供給、轉(zhuǎn)移給尾巨桉的氮素量也隨之增加,進(jìn)而提高了尾巨桉的生物量[2,40]。此外,在豆科樹種中,蝶形花亞科的平均結(jié)瘤率為94%,自然狀態(tài)下的降香黃檀通常已經(jīng)結(jié)瘤[41],因此本土根瘤菌已在降香黃檀上定殖可能是導(dǎo)致在降香黃檀上接種大豆根瘤菌的促生效益不如巨大芽孢桿菌的原因?？偠灾?不同固氮菌的施用效果不一,暗示了不同條件下固氮微生物對(duì)植物的適配性不同,在植物混作體系中施用不同菌株能否再取得更好的生長(zhǎng)效果,仍需進(jìn)一步研究。

另外,器官的生物量分配可以體現(xiàn)植物獲取養(yǎng)分的策略[42]。本研究發(fā)現(xiàn)接種2種促生細(xì)菌均增加了尾巨桉、降香黃檀的葉生物量,且接菌增加了尾巨桉葉生物量的比例和降香黃檀根生物量的比例。接種固氮菌后,氮素吸收量的增加有助于尾巨桉向地上部分分配碳水化合物[43],符合植物的生物量最優(yōu)分配理論[44],即尾巨桉優(yōu)先將生物量和氮素分配給葉片,以充分利用光合作用促進(jìn)植物生長(zhǎng)。而接種根瘤菌會(huì)顯著促進(jìn)降香黃檀根系固氮結(jié)瘤的能力,影響了根生物量的比重。此外,在生長(zhǎng)過程中,尾巨桉的生長(zhǎng)速度顯著快于降香黃檀,遮擋了部分陽光,因此降香黃檀在與尾巨桉競(jìng)爭(zhēng)的過程中要維持水分和養(yǎng)分供應(yīng),降香黃檀根系生長(zhǎng)優(yōu)先于地上器官,以加強(qiáng)對(duì)土壤限制性資源的吸收[45]。

4 結(jié) 論

在尾巨桉—降香黃檀混作體系中接種大豆根瘤菌和巨大芽孢桿菌2種促生菌能改善幼苗的光合生理代謝,從而提高植株生物量。在混作體系中降香黃檀接種根瘤菌對(duì)尾巨桉的促進(jìn)效果更明顯,尾巨桉接種巨大芽孢桿菌對(duì)降香黃檀的促進(jìn)效果明顯。降香黃檀接種根瘤菌能增強(qiáng)其生物固氮能力,并間接促進(jìn)了尾巨桉氮素和生物量的累積。降香黃檀光合作用參數(shù)與生物量之間存在正相關(guān)關(guān)系,體現(xiàn)了光合作用在幼苗生長(zhǎng)中的重要地位,在混作體系中接種促生菌能同時(shí)促進(jìn)根際固氮和葉片的光合作用。