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摘要 [目的]研究微滴灌生物菌肥对新疆地区棉花生长的影响。[方法]利用微滴灌技术施加不同种类（枯草芽孢杆菌G、沼泽红假单胞菌R、胶质芽孢杆菌K、复合菌肥C）不同稀释倍数（0、25%、50%、75%、100%）的微生物肥料稀释液于荒漠沙土壤中，种植棉花，并统计发芽率，通过光合气体交换参数和叶绿素荧光参数研究不同处理对棉花光合生理的影响。[结果]处理组的棉花发芽时间比对照组提前12～24 h，发芽率提高1.59% ～ 27.70%；微滴灌生物菌肥能够加快蒸腾速率（Tr），增强最大光化学强度（Fv/Fm）。[结论] 微滴灌生物菌肥能够促使棉花种子提前萌发，提高种子的发芽率，促进棉花的生长，增强对荒漠沙环境的抗逆性。
关键词 生物菌肥；棉花；发芽率；光合气体交换参数；叶绿素荧光参数
中图分类号 S144 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）13-087-04
Abstract [Objective] The objective of this study was to investigate the influence of micro drip biobacterial manure on cotton growth in Xinjiang region. [Method] The effects of different concentrations of bacterial manure fermented liquid on the cotton seed germination rate， potosynthetic gas exchange parameters and andchlorophyll fluorescence parameters were studied using desert sands as soil matrixes， by micro drip irrigation technology exert different types （Bacillus subtilis， Rhodopseudomonas palustris， Bacillus mucilaginosus and compound fertilizer）， different dilution ratio （0， 25%， 50%， 75%， 100%）. [Result] The results showed that different micro drip biobacterial manure of bacterial liquid were added into desert soil， germination time of cotton seeds was 12-24 hours earlier than control experiment ，germination rate showed a tendency to increase at first and than decrease with increasing of dilution of fertilizer fermentation broth and increased by 1.59%-27.70%， photosynthetic gas exchange parameters and chlorophyll fluorescence analysis showed that the microbiological fertilizer drip can accelerated the transpiration rate （Tr）， and enhanced the maximum intensity of photochemical （Fv/Fm）. [Conclusion] The micro drip biobacterial manure could encourage seed germination in advance， improve seed germination rate， promote the growth and enhance the resistance of the desert sand environment of cotton.
Key words Biobacterial manure； Cotton； Germination rate； Photosynthetic gas exchange parameters； Chlorophyll fluorescence parameters
隨着现代农业的不断发展，高产，优质、高效、生态、安全已成为一条重要的农业发展道路[1]。人类开发和利用的土地资源也不仅仅局限于传统的耕地。以色列为代表的沙漠农业取得举世瞩目的成绩，在世界范围内引起广泛的关注。微滴灌技术不仅能够减少水的使用量，而且能大幅提高水的利用率。这对于缺水的沙漠地区来讲无疑是一种可以推广使用的技术[2-3]。沙漠的改良与利用不但可以改善当地生态环境，而且可以增加耕地面积[4-6]。肥料是农业丰产增收的保证。在传统农业中，农作物的产量往往与肥料的使用量呈一定的正比关系。但是，大量化学肥料的使用易产生土壤板结、养分流失等问题[7]。
据相关报道，微生物肥料的使用可以很好地缓解上述问题[8-9]。在内陆地区，很多地方已经推广使用生物有机肥，并且取得良好的使用效果。在我国西北荒漠地区的棉田，微滴灌微生物菌肥也开始使用，但有关其使用效果以及对棉花生长的影响报道较少。植物的光合生理参数是衡量植物正常生长的重要生理指标[10]，而植物光合生理过程参数的变化可以灵敏地反映植物体对干旱、高温、盐碱等逆境胁迫的适应能力[11-13]。在沙漠土壤中，采用微滴灌技术，施加不同种类和不同稀释倍数的微生物肥料，并且在沙土中种植棉花，统计棉花发芽率；在开花期通过光合气体交换参数和叶绿素荧光参数，研究不同处理对棉花光合生理的影响，以期为微滴灌微生物菌肥对新疆棉区棉花生长的影响研究提供一定的参考。 1 材料与方法
1.1 供试植物与土壤
试验植物为锦葵科棉属植物棉花（Gossypium hirsutum L.），购自河北渤海种业有限公司（国审冀668）。精选饱满、无破损、无霉烂的种子做试验材料。
试验土壤采自新疆维吾尔自治区塔克拉玛干沙漠，以不同程度的荒漠化和盐碱化土壤为代表性采样点，随机垂直取0～50 cm深的土壤，混合后装袋，备用。土壤理化性质为：pH（土水比1.0∶2.5）7.7，
有机质1.45 g/kg，全磷0.419 g/kg，全钾17.2 g/kg，全氮0.062 g/kg，有效磷4.5 mg/kg，速效钾0.27 g/kg，碱解氮1.75 mg/kg，阳离子交换量12.7 cmol（+）/kg。
1.2 试验设计
在2014年3月，分别将枯草芽孢杆菌G、沼泽红假单胞菌R、胶质芽孢杆菌K、复合菌肥C（前3种的等比例混合液）发酵液按0、25%、50%、75%、100%进行稀释，其中0即为对照组（CK）），然后使用微滴灌设备，分别等量处理盛装在花盆中的荒漠沙。7 d后混匀土壤，播种棉花，统计种子发芽率，发芽14 d后定苗，每盆保留长势良好、均匀的植株2株。后期管理采用微滴灌设备定时、定量给水，保持含水量在饱和含水量的60% ～ 70%。在棉花开花期进行棉花的光合气体交换参数和叶绿素荧光参数的测定[14-15]。
1.3 测试方法
1.3.1 种子发芽率的测定。
播种后，每隔12 h观察种子发芽情况，以种子露白长出土壤表面为准，统计种子发芽个数，同时计算棉花种子的发芽率[16]。
种子发芽率=发芽种子数/试验棉花种子总数×100%
1.3.2 光合气体交换参数的测定。
用LI6400XT便携式光合仪（美国LICOR 公司产），测定棉花的光合气体交换参数。选上午9：00～11：00为测试时间，光强的参数设置为800 μmol /（m2·s），选由上向下数第4片叶子为测试叶片进行测定[14]。
1.3.3 叶绿素荧光参数的测定。
叶绿素荧光参数的测定采用德国Walz公司产DualPAM100荧光仪。测定前，先将植物置于暗环境中适应30 min，测量叶片与“1.3.2”相同。参数设定为：光强 12 μmol /（m2·s），饱和脉冲光强10 000 μmol /（m2·s），持续时间600 ms。荧光淬灭分析作用的光强为128 μmol /（m2·s），饱和脉冲间隔时间为20 s[14-15]。
1.4 数据处理
各试验组设置3次平行，取平均值进行研究。所得数据使用Excel、Origin8.5等软件进行统计和分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度微滴灌肥处理下棉花发芽率变化 微生物肥料能够改善土壤的微环境，调节土壤pH，有利于种子的萌发[17]。从图1可以看出，施加菌肥的处理棉花种子的发芽时间相对于对照提前了12～24 h，发芽率相对于对照提高了1.59%～27.70%。由于菌种的不同，各滴灌肥对棉花种子发芽率的促进作用不尽相同。枯草芽孢杆菌G作用下的发芽率在56.23%～72.50%，比对照高出8.56%～24.83%，发芽率最高时的发酵液浓度为75%；沼泽红假单胞菌R作用下棉花的发芽率在50.10%～70.32%，比对照高出2.43%～22.65%，最大促进作用出现在发酵液浓度为50%时；胶质芽孢杆菌K作用下的棉花发芽率为49.21%～64.29%，比对照高1.54%～16.62%，最大促进作用出现在发酵液浓度为75%时；复合肥C作用下的棉花发芽率为50.10%～75.32%，比对照高2.43%～27.65%，最大促进作用出现在发酵液浓度为50%时。
由此可知，不同浓度的不同菌肥发酵液对棉花种子的萌发具有一定的促进作用，并且这种促进作用与发酵液的浓度有关。在低浓度时，随着浓度的升高，发芽率不断升高，当高于某一浓度时，发芽率又开始下降，最大促进作用出现在复合菌肥处理。段锦波等[17-18]研究了不同肥料在滴灌棉花上的应用效果，结果表明滴灌肥具有促进种子发芽、较好的增产效果和提高肥料利用率的作用，并且发现微生肥料进行复配的效果明显优于单一的微生物肥料。试验中，3种单一菌种的使用均促进种子的发芽，提高种子的发芽率，但是总体上没有3种单一菌肥等量混合的复合肥C的促进作用明显。
2.2 不同微滴灌菌肥作用下棉花的光合生理变化
研究植物的光合生理变化，通常使用光合系统Ⅰ（PSⅠ）的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）以及光合系统Ⅱ的初始荧光（Fo）、最大荧光产量（Fm）与最大光化学强度（Fv /Fm）等指标[14]。
從表2可以看出，在不同浓度菌肥的处理下，棉花的光合系统Ⅰ的4个指标有不同的变化。在Pn方面，枯草芽孢杆菌G发酵液浓度在25%和100%时分别比对照高10.51%和1.64%，在50%和75%时均低于对照；沼泽红假单胞菌R在75%时比对照低5.74%，在其他浓度时高于对照3.28%～13.49%；胶质芽孢杆菌K在各浓度下均比对照高，在6.11%～19.37%之间；复合肥C除25%时比对照组高1.49%外，其他浓度下均低于对照组。在Gs方面，枯草芽孢杆菌G和胶质芽孢杆菌K比对照低0.59%～12.64%，其他两组均比对照高1.95%～20.14%。在Ci方面，各菌肥比对照的变化为-12.72%～29.5%。在Tr方面，沼泽红假单胞菌R各浓度条件下比对照低33.80%～41.13%，其他菌肥处理组相对于对照提高了0.51%～38.64 %。
在棉花光的合系统Ⅱ（PSⅡ）中，75%的枯草芽孢杆菌G、75%的胶质芽孢杆菌K及100%的复合菌处理下的棉花Fo均比对照低，降幅在1.93% ～ 3.26%之间，其他浓度的菌肥比对照高0.97%～15.32%；枯草芽孢杆菌G和浓度75%、100%的沼泽红假单胞菌R及100%的胶质芽孢杆菌K作用下的棉花Fm 比对照低0.35% ～ 9.23%；棉花 Fv /Fm变化不大，比对照升高1.35%～23.70%或降低1.25%～5.11%。 2.3 不同微滴灌菌肥作用下棉花光合参数的差异分析 对棉花光合作用参数和叶绿素荧光参数的方差分析结果表明，在不同微滴灌液体菌肥的作用下，棉花的各光合参数差异呈0.01水平显著。
从表3可以看出，在复合肥C的作用下Pn 和Fv /Fm指数最高，说明复合肥C能够降低荒漠沙环境对棉花的光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ的胁迫或影响；枯草芽孢杆菌G作用下的Pn 和Fv /Fm指数次之，胶质芽孢杆菌K作用下的Pn和Fv /Fm指数最小，说明胶质芽孢杆菌K在棉花生长过程中抵抗荒漠沙环境胁迫的作用最小，或者说这种能力最弱。根据Fv与Fm 的关系（Fv = Fm-Fo），可知Fm的降低或Fo 的升高都会导致Fv和Fv /Fm的下降。
在Gs、Ci、Tr等方面，胶质芽孢杆菌K作用下的棉花光合指数也最小，说明该菌对棉花的生长促进作用有限。而枯草芽孢杆菌G和沼泽红假单胞菌R作用下的棉花光合作用参数和荧光参数相对于胶质芽孢杆菌K较高，而复合肥C的各指数相对最高，更能体现出微生物菌肥对棉花生长的促进作用[14-15]。
3 讨论
种子发芽的条件除了种子本身发育完全的内在条件外，还需要有适当的环境条件配合才能进行。环境中的温度、水分含量和酸碱度等因素都是影响种子发芽的重要因素[18-19]。据相关文献报道，微生物肥料的加入可以加快种子的萌发，具有提高种子的发芽率、增加棉花产量的作用[17]。研究中，在加入不同浓度的微滴灌菌肥稀释液后，枯草芽孢杆菌G在发酵液浓度为75%时达到最高（72.50%），沼泽红假单胞菌R在发酵液浓度为50%时达到最高（70.32%），胶质芽孢杆菌K在发酵液浓度为75%时达到最高（64.29%），复合肥C发酵液浓度为50%时达到最高（75.32%），均高于对照的47.62%。微生物肥料对棉花种子发芽率的影响可能是由于微生物的次生代谢产物改变了土壤微环境中的pH。外界酸碱度的变化能够影响种子有关酶的活性，促进种子的萌发。微生物代谢产生的有机质使得土壤中的微生物活性不断提高，也对棉花根部营养的吸收和植株的生长具有促进作用[20-21]。
研究表明，在4种不同浓度的微滴灌菌肥发酵液处理的土壤中，棉花叶绿素荧光诱导动力学参数和气体交换参数都有一定的影响。Farquhar等[22]认为，在光合反应系统Ⅰ（PSⅠ）中，当Pn下降时，若Ci和Gs同时下降，则说明气孔限制是导致光合作用能力下降的因素，与之相反，若Ci上升，则是由非气孔因素所致。试验中，在不同菌肥的處理下，在Pn上升的同时，Gs和Ci也上升，说明棉花的光合作用能力增强，是由气孔因素所致。试验结果显示，蒸腾速率势与气孔导度的变化趋势相似。这是由于气孔导度和蒸腾速率呈现正相关。气孔导度反映植物气孔的开合程度。气孔开合程度越大，那么蒸腾速率越大，反之则小[23-24]。
在光合系统Ⅱ（PSⅡ）中，Fo为初始荧光，又称基础荧光，是PSⅡ反应中心处完全开放时的荧光产量。Fo上升，表明胁迫使PSⅡ反应中心发生光破坏，而且这种破坏是不可逆的[25]。Fm为最大荧光产量，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，反映PSⅡ的电子传递情况。Fv /Fm为PSⅡ最大光化学强度，反映PSⅡ反应中心的光能转换效率。Fv /Fm降低，表明植物受到光抑制[26]。研究表明，各菌肥处理棉花的最大光化学强度（Fv/Fm）比对照升高了-5.11%～23.70%，说明在菌肥的作用下，棉花并没有表现出对荒漠沙环境的胁迫，或者说菌肥能够降低荒漠沙环境对棉花的胁迫作用，增强棉花对环境的适应能力[27-28]。
研究还表明，滴灌菌肥枯草芽孢杆菌G、沼泽红假单胞菌R、胶质芽孢杆菌K、复合菌肥C的发酵稀释液能够促使棉花种子提前发芽12～24 h，发芽率提高1.59%～27.70%，并且因菌种的不同而异，复合肥的促进作用明显高于单一菌种；
在菌肥作用下，棉花植株叶片的蒸腾速率加快，并且随着菌肥加入量的增加而加快，说明菌肥能够促进棉花的蒸腾作用，促进植物的生长；在光合反应系统Ⅱ中，菌肥处理棉花最大光化学强度比对照高，说明菌肥能够减弱环境对棉花的胁迫，增强棉花对荒漠沙环境的适应性。
参考文献
[1] 曹承忠，孙素芬，罗长寿.我国现代农业发展研究[J].安徽农业科学，2008（2）：788-790.
[2] 周建斌，陈竹君.以色列农业在水肥利用方面取得的成就及做法[J].干旱地区农业研究，2002（2）：135-138.
[3] ELHENDAWY S E，KOTAB M A，ALSUHAIBANI N A.Urs Schmidhalter，optimal coupling combinations between the irrigation rate and glycinebetaine levels for improving yield and water use efficiency of dripirrigated maize grown under arid conditions[J].Agricultural Water Management，2014，140（7）：69-78.
[4] 耿庆玲.西北旱区农业水土资源利用分区及其匹配特征研究[D].咸阳：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心），2014：69-78.
[5] RAMSAY J，SMITH II A M.Desert agriculture at Bir Madhkur：The first archaeobotanical evidence to support the timing and scale of agriculture during the Late Roman/Byzantine period in the hinterland of Petra[J].Journal of Arid Environments，2013，99（12）：51-63. [6] CHAI Y J，ZENG X B，E S Z，et al.Response of soil organic carbon and its aggregate fractions to longterm fertilization in irrigated desert soil of China[J].Journal of Integrative Agriculture，2014，12（13）：2758-2767.
[7] 沈德龙，李俊，姜昕.我国微生物肥料产业现状及发展方向[J].微生物学杂志，2013（3）：1-4.
[8] SUN J，ZHANG Q，ZHOU J，et al.Pyrosequencing technology reveals the impact of different manure doses on the bacterial community in apple rhizosphere soil[J].Applied Soil Ecology，2014，78（6）：28-36.
[9] SELVAM A，XU Z L，ZHAO Z Y，et al.Fate of tetracycline，sulfonamide and fluoroquinolone resistance genes and the changes in bacterial diversity during composting of swine manure[J].Bioresource Technology，2012，126（12）：383-390.
[10] 薛惠云，张永江，刘连涛，等.干旱胁迫与复水对棉花叶片光谱、光合和荧光参数的影响[J].中国农业科学，2013（11）：2386-2393.
[11] 郭文琦，刘瑞显，周治国，等.施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响[J].植物营养与肥料学报，2010（2）：362-369.
[12] DING Z S，LI T，ZHU X G，et al.Three photosynthetic patterns characterized by cluster analysis of gas exchange data in two rice populations[J].The Crop Journal，2014，2（2）：22-27.
[13] TEZARA W，MITCHELL V J，DRISCOLL S D，et al.Water stress inhibits plant photosynthesis by decreasing coupling factor and ATP[J].Nature，1999，401（6756）：914-917.
[14] 张国伟，张雷，唐明星，等.土壤盐分对棉花功能叶气体交换参数和叶绿素荧光参数日变化的影响[J].应用生态学报，2011（7）：1771-1781.
[15] 郭文琦，刘瑞显，周治国，等.施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响[J].植物营养与肥料学报，2010（2）：362-369.
[16] 陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[17] 段锦波.不同肥料在滴灌棉花上的应用效果研究[D].石河子：石河子大学，2014.
[18] YANG L X，YANG Y，CHEN Z，et al.Influence of super absorbent polymer on soil water retention，seed germination and plant survivals for rocky slopes ecoengineering[J].Ecological Engineering，2014，62（1）：27-32.
[19] ANGEL DE SOUZA，GARCíA D，SUEIRO L，et al.Improvement of the seed germination，growth and yield of onion plants by extremely low frequency nonuniform magnetic fields[J].Scientia Horticulturae，2014，11，176（9）：63-69.
[20] 段錦波，翟勇，柴颖，等.不同滴灌施肥模式对棉花产量及养分吸收的影响[J].中国土壤与肥料，2014（6）：52-58.
[21] 吴立峰，张富仓，周罕觅，等.不同滴灌施肥水平对北疆棉花水分利用率和产量的影响[J].农业工程学报，2014（20）：137-146.
[22] FARQUHAR G D，SHARKEY T D. Stomatal conductance and photosynthesis [J].Annual Review of Plant Physiology，1982，33（1）：317-345.
[23] 雷在新.膜下滴灌条件下不同灌水量对土壤水分及棉花荧光参数的影响[J].甘肃水利水电技术，2013（3）：60-62.
[24] 刘克贞，李志博，林海荣，等.北疆棉花叶绿素荧光猝灭特性对渗透胁迫的响应[J].新疆农业科学，2007（1）：42-46.
[25] YAMANE Y，KASHINO Y，KOIKE H，et al.Increases in the fluorescence Fo level and reversible inhibition of photosystem II reaction center by hightemperature treatments in higher plants[J].Photosynthesis Research，1997，52（1）：57-64.
[26] XING W，HUANG W，LIU G.Effect of excess iron and copper on physiology of aquatic plant Spirodela polyrrhiza （L.）Schleid[J].Environmental Toxicology，2010，25（2）：103-112.
[27] 汪保华，王亚峰，谢晓玲，等.盐胁迫下棉花叶绿素荧光参数的变化[J].湖北农业科学，2014（7）：1509-1512.
[28] HU Y Y，ZHANG Y L，LUO H H，et al.Important photosynthetic contribution from the nonfoliar green organs in cotton at the late growth stage[J].Plant，2012，235：325-336.
关键词 生物菌肥；棉花；发芽率；光合气体交换参数；叶绿素荧光参数
中图分类号 S144 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）13-087-04
Abstract [Objective] The objective of this study was to investigate the influence of micro drip biobacterial manure on cotton growth in Xinjiang region. [Method] The effects of different concentrations of bacterial manure fermented liquid on the cotton seed germination rate， potosynthetic gas exchange parameters and andchlorophyll fluorescence parameters were studied using desert sands as soil matrixes， by micro drip irrigation technology exert different types （Bacillus subtilis， Rhodopseudomonas palustris， Bacillus mucilaginosus and compound fertilizer）， different dilution ratio （0， 25%， 50%， 75%， 100%）. [Result] The results showed that different micro drip biobacterial manure of bacterial liquid were added into desert soil， germination time of cotton seeds was 12-24 hours earlier than control experiment ，germination rate showed a tendency to increase at first and than decrease with increasing of dilution of fertilizer fermentation broth and increased by 1.59%-27.70%， photosynthetic gas exchange parameters and chlorophyll fluorescence analysis showed that the microbiological fertilizer drip can accelerated the transpiration rate （Tr）， and enhanced the maximum intensity of photochemical （Fv/Fm）. [Conclusion] The micro drip biobacterial manure could encourage seed germination in advance， improve seed germination rate， promote the growth and enhance the resistance of the desert sand environment of cotton.
Key words Biobacterial manure； Cotton； Germination rate； Photosynthetic gas exchange parameters； Chlorophyll fluorescence parameters
隨着现代农业的不断发展，高产，优质、高效、生态、安全已成为一条重要的农业发展道路[1]。人类开发和利用的土地资源也不仅仅局限于传统的耕地。以色列为代表的沙漠农业取得举世瞩目的成绩，在世界范围内引起广泛的关注。微滴灌技术不仅能够减少水的使用量，而且能大幅提高水的利用率。这对于缺水的沙漠地区来讲无疑是一种可以推广使用的技术[2-3]。沙漠的改良与利用不但可以改善当地生态环境，而且可以增加耕地面积[4-6]。肥料是农业丰产增收的保证。在传统农业中，农作物的产量往往与肥料的使用量呈一定的正比关系。但是，大量化学肥料的使用易产生土壤板结、养分流失等问题[7]。
据相关报道，微生物肥料的使用可以很好地缓解上述问题[8-9]。在内陆地区，很多地方已经推广使用生物有机肥，并且取得良好的使用效果。在我国西北荒漠地区的棉田，微滴灌微生物菌肥也开始使用，但有关其使用效果以及对棉花生长的影响报道较少。植物的光合生理参数是衡量植物正常生长的重要生理指标[10]，而植物光合生理过程参数的变化可以灵敏地反映植物体对干旱、高温、盐碱等逆境胁迫的适应能力[11-13]。在沙漠土壤中，采用微滴灌技术，施加不同种类和不同稀释倍数的微生物肥料，并且在沙土中种植棉花，统计棉花发芽率；在开花期通过光合气体交换参数和叶绿素荧光参数，研究不同处理对棉花光合生理的影响，以期为微滴灌微生物菌肥对新疆棉区棉花生长的影响研究提供一定的参考。 1 材料与方法
1.1 供试植物与土壤
试验植物为锦葵科棉属植物棉花（Gossypium hirsutum L.），购自河北渤海种业有限公司（国审冀668）。精选饱满、无破损、无霉烂的种子做试验材料。
试验土壤采自新疆维吾尔自治区塔克拉玛干沙漠，以不同程度的荒漠化和盐碱化土壤为代表性采样点，随机垂直取0～50 cm深的土壤，混合后装袋，备用。土壤理化性质为：pH（土水比1.0∶2.5）7.7，
有机质1.45 g/kg，全磷0.419 g/kg，全钾17.2 g/kg，全氮0.062 g/kg，有效磷4.5 mg/kg，速效钾0.27 g/kg，碱解氮1.75 mg/kg，阳离子交换量12.7 cmol（+）/kg。
1.2 试验设计
在2014年3月，分别将枯草芽孢杆菌G、沼泽红假单胞菌R、胶质芽孢杆菌K、复合菌肥C（前3种的等比例混合液）发酵液按0、25%、50%、75%、100%进行稀释，其中0即为对照组（CK）），然后使用微滴灌设备，分别等量处理盛装在花盆中的荒漠沙。7 d后混匀土壤，播种棉花，统计种子发芽率，发芽14 d后定苗，每盆保留长势良好、均匀的植株2株。后期管理采用微滴灌设备定时、定量给水，保持含水量在饱和含水量的60% ～ 70%。在棉花开花期进行棉花的光合气体交换参数和叶绿素荧光参数的测定[14-15]。
1.3 测试方法
1.3.1 种子发芽率的测定。
播种后，每隔12 h观察种子发芽情况，以种子露白长出土壤表面为准，统计种子发芽个数，同时计算棉花种子的发芽率[16]。
种子发芽率=发芽种子数/试验棉花种子总数×100%
1.3.2 光合气体交换参数的测定。
用LI6400XT便携式光合仪（美国LICOR 公司产），测定棉花的光合气体交换参数。选上午9：00～11：00为测试时间，光强的参数设置为800 μmol /（m2·s），选由上向下数第4片叶子为测试叶片进行测定[14]。
1.3.3 叶绿素荧光参数的测定。
叶绿素荧光参数的测定采用德国Walz公司产DualPAM100荧光仪。测定前，先将植物置于暗环境中适应30 min，测量叶片与“1.3.2”相同。参数设定为：光强 12 μmol /（m2·s），饱和脉冲光强10 000 μmol /（m2·s），持续时间600 ms。荧光淬灭分析作用的光强为128 μmol /（m2·s），饱和脉冲间隔时间为20 s[14-15]。
1.4 数据处理
各试验组设置3次平行，取平均值进行研究。所得数据使用Excel、Origin8.5等软件进行统计和分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度微滴灌肥处理下棉花发芽率变化 微生物肥料能够改善土壤的微环境，调节土壤pH，有利于种子的萌发[17]。从图1可以看出，施加菌肥的处理棉花种子的发芽时间相对于对照提前了12～24 h，发芽率相对于对照提高了1.59%～27.70%。由于菌种的不同，各滴灌肥对棉花种子发芽率的促进作用不尽相同。枯草芽孢杆菌G作用下的发芽率在56.23%～72.50%，比对照高出8.56%～24.83%，发芽率最高时的发酵液浓度为75%；沼泽红假单胞菌R作用下棉花的发芽率在50.10%～70.32%，比对照高出2.43%～22.65%，最大促进作用出现在发酵液浓度为50%时；胶质芽孢杆菌K作用下的棉花发芽率为49.21%～64.29%，比对照高1.54%～16.62%，最大促进作用出现在发酵液浓度为75%时；复合肥C作用下的棉花发芽率为50.10%～75.32%，比对照高2.43%～27.65%，最大促进作用出现在发酵液浓度为50%时。
由此可知，不同浓度的不同菌肥发酵液对棉花种子的萌发具有一定的促进作用，并且这种促进作用与发酵液的浓度有关。在低浓度时，随着浓度的升高，发芽率不断升高，当高于某一浓度时，发芽率又开始下降，最大促进作用出现在复合菌肥处理。段锦波等[17-18]研究了不同肥料在滴灌棉花上的应用效果，结果表明滴灌肥具有促进种子发芽、较好的增产效果和提高肥料利用率的作用，并且发现微生肥料进行复配的效果明显优于单一的微生物肥料。试验中，3种单一菌种的使用均促进种子的发芽，提高种子的发芽率，但是总体上没有3种单一菌肥等量混合的复合肥C的促进作用明显。
2.2 不同微滴灌菌肥作用下棉花的光合生理变化
研究植物的光合生理变化，通常使用光合系统Ⅰ（PSⅠ）的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）以及光合系统Ⅱ的初始荧光（Fo）、最大荧光产量（Fm）与最大光化学强度（Fv /Fm）等指标[14]。
從表2可以看出，在不同浓度菌肥的处理下，棉花的光合系统Ⅰ的4个指标有不同的变化。在Pn方面，枯草芽孢杆菌G发酵液浓度在25%和100%时分别比对照高10.51%和1.64%，在50%和75%时均低于对照；沼泽红假单胞菌R在75%时比对照低5.74%，在其他浓度时高于对照3.28%～13.49%；胶质芽孢杆菌K在各浓度下均比对照高，在6.11%～19.37%之间；复合肥C除25%时比对照组高1.49%外，其他浓度下均低于对照组。在Gs方面，枯草芽孢杆菌G和胶质芽孢杆菌K比对照低0.59%～12.64%，其他两组均比对照高1.95%～20.14%。在Ci方面，各菌肥比对照的变化为-12.72%～29.5%。在Tr方面，沼泽红假单胞菌R各浓度条件下比对照低33.80%～41.13%，其他菌肥处理组相对于对照提高了0.51%～38.64 %。
在棉花光的合系统Ⅱ（PSⅡ）中，75%的枯草芽孢杆菌G、75%的胶质芽孢杆菌K及100%的复合菌处理下的棉花Fo均比对照低，降幅在1.93% ～ 3.26%之间，其他浓度的菌肥比对照高0.97%～15.32%；枯草芽孢杆菌G和浓度75%、100%的沼泽红假单胞菌R及100%的胶质芽孢杆菌K作用下的棉花Fm 比对照低0.35% ～ 9.23%；棉花 Fv /Fm变化不大，比对照升高1.35%～23.70%或降低1.25%～5.11%。 2.3 不同微滴灌菌肥作用下棉花光合参数的差异分析 对棉花光合作用参数和叶绿素荧光参数的方差分析结果表明，在不同微滴灌液体菌肥的作用下，棉花的各光合参数差异呈0.01水平显著。
从表3可以看出，在复合肥C的作用下Pn 和Fv /Fm指数最高，说明复合肥C能够降低荒漠沙环境对棉花的光合系统Ⅰ和光合系统Ⅱ的胁迫或影响；枯草芽孢杆菌G作用下的Pn 和Fv /Fm指数次之，胶质芽孢杆菌K作用下的Pn和Fv /Fm指数最小，说明胶质芽孢杆菌K在棉花生长过程中抵抗荒漠沙环境胁迫的作用最小，或者说这种能力最弱。根据Fv与Fm 的关系（Fv = Fm-Fo），可知Fm的降低或Fo 的升高都会导致Fv和Fv /Fm的下降。
在Gs、Ci、Tr等方面，胶质芽孢杆菌K作用下的棉花光合指数也最小，说明该菌对棉花的生长促进作用有限。而枯草芽孢杆菌G和沼泽红假单胞菌R作用下的棉花光合作用参数和荧光参数相对于胶质芽孢杆菌K较高，而复合肥C的各指数相对最高，更能体现出微生物菌肥对棉花生长的促进作用[14-15]。
3 讨论
种子发芽的条件除了种子本身发育完全的内在条件外，还需要有适当的环境条件配合才能进行。环境中的温度、水分含量和酸碱度等因素都是影响种子发芽的重要因素[18-19]。据相关文献报道，微生物肥料的加入可以加快种子的萌发，具有提高种子的发芽率、增加棉花产量的作用[17]。研究中，在加入不同浓度的微滴灌菌肥稀释液后，枯草芽孢杆菌G在发酵液浓度为75%时达到最高（72.50%），沼泽红假单胞菌R在发酵液浓度为50%时达到最高（70.32%），胶质芽孢杆菌K在发酵液浓度为75%时达到最高（64.29%），复合肥C发酵液浓度为50%时达到最高（75.32%），均高于对照的47.62%。微生物肥料对棉花种子发芽率的影响可能是由于微生物的次生代谢产物改变了土壤微环境中的pH。外界酸碱度的变化能够影响种子有关酶的活性，促进种子的萌发。微生物代谢产生的有机质使得土壤中的微生物活性不断提高，也对棉花根部营养的吸收和植株的生长具有促进作用[20-21]。
研究表明，在4种不同浓度的微滴灌菌肥发酵液处理的土壤中，棉花叶绿素荧光诱导动力学参数和气体交换参数都有一定的影响。Farquhar等[22]认为，在光合反应系统Ⅰ（PSⅠ）中，当Pn下降时，若Ci和Gs同时下降，则说明气孔限制是导致光合作用能力下降的因素，与之相反，若Ci上升，则是由非气孔因素所致。试验中，在不同菌肥的處理下，在Pn上升的同时，Gs和Ci也上升，说明棉花的光合作用能力增强，是由气孔因素所致。试验结果显示，蒸腾速率势与气孔导度的变化趋势相似。这是由于气孔导度和蒸腾速率呈现正相关。气孔导度反映植物气孔的开合程度。气孔开合程度越大，那么蒸腾速率越大，反之则小[23-24]。
在光合系统Ⅱ（PSⅡ）中，Fo为初始荧光，又称基础荧光，是PSⅡ反应中心处完全开放时的荧光产量。Fo上升，表明胁迫使PSⅡ反应中心发生光破坏，而且这种破坏是不可逆的[25]。Fm为最大荧光产量，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量，反映PSⅡ的电子传递情况。Fv /Fm为PSⅡ最大光化学强度，反映PSⅡ反应中心的光能转换效率。Fv /Fm降低，表明植物受到光抑制[26]。研究表明，各菌肥处理棉花的最大光化学强度（Fv/Fm）比对照升高了-5.11%～23.70%，说明在菌肥的作用下，棉花并没有表现出对荒漠沙环境的胁迫，或者说菌肥能够降低荒漠沙环境对棉花的胁迫作用，增强棉花对环境的适应能力[27-28]。
研究还表明，滴灌菌肥枯草芽孢杆菌G、沼泽红假单胞菌R、胶质芽孢杆菌K、复合菌肥C的发酵稀释液能够促使棉花种子提前发芽12～24 h，发芽率提高1.59%～27.70%，并且因菌种的不同而异，复合肥的促进作用明显高于单一菌种；
在菌肥作用下，棉花植株叶片的蒸腾速率加快，并且随着菌肥加入量的增加而加快，说明菌肥能够促进棉花的蒸腾作用，促进植物的生长；在光合反应系统Ⅱ中，菌肥处理棉花最大光化学强度比对照高，说明菌肥能够减弱环境对棉花的胁迫，增强棉花对荒漠沙环境的适应性。
参考文献
[1] 曹承忠，孙素芬，罗长寿.我国现代农业发展研究[J].安徽农业科学，2008（2）：788-790.
[2] 周建斌，陈竹君.以色列农业在水肥利用方面取得的成就及做法[J].干旱地区农业研究，2002（2）：135-138.
[3] ELHENDAWY S E，KOTAB M A，ALSUHAIBANI N A.Urs Schmidhalter，optimal coupling combinations between the irrigation rate and glycinebetaine levels for improving yield and water use efficiency of dripirrigated maize grown under arid conditions[J].Agricultural Water Management，2014，140（7）：69-78.
[4] 耿庆玲.西北旱区农业水土资源利用分区及其匹配特征研究[D].咸阳：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心），2014：69-78.
[5] RAMSAY J，SMITH II A M.Desert agriculture at Bir Madhkur：The first archaeobotanical evidence to support the timing and scale of agriculture during the Late Roman/Byzantine period in the hinterland of Petra[J].Journal of Arid Environments，2013，99（12）：51-63. [6] CHAI Y J，ZENG X B，E S Z，et al.Response of soil organic carbon and its aggregate fractions to longterm fertilization in irrigated desert soil of China[J].Journal of Integrative Agriculture，2014，12（13）：2758-2767.
[7] 沈德龙，李俊，姜昕.我国微生物肥料产业现状及发展方向[J].微生物学杂志，2013（3）：1-4.
[8] SUN J，ZHANG Q，ZHOU J，et al.Pyrosequencing technology reveals the impact of different manure doses on the bacterial community in apple rhizosphere soil[J].Applied Soil Ecology，2014，78（6）：28-36.
[9] SELVAM A，XU Z L，ZHAO Z Y，et al.Fate of tetracycline，sulfonamide and fluoroquinolone resistance genes and the changes in bacterial diversity during composting of swine manure[J].Bioresource Technology，2012，126（12）：383-390.
[10] 薛惠云，张永江，刘连涛，等.干旱胁迫与复水对棉花叶片光谱、光合和荧光参数的影响[J].中国农业科学，2013（11）：2386-2393.
[11] 郭文琦，刘瑞显，周治国，等.施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响[J].植物营养与肥料学报，2010（2）：362-369.
[12] DING Z S，LI T，ZHU X G，et al.Three photosynthetic patterns characterized by cluster analysis of gas exchange data in two rice populations[J].The Crop Journal，2014，2（2）：22-27.
[13] TEZARA W，MITCHELL V J，DRISCOLL S D，et al.Water stress inhibits plant photosynthesis by decreasing coupling factor and ATP[J].Nature，1999，401（6756）：914-917.
[14] 张国伟，张雷，唐明星，等.土壤盐分对棉花功能叶气体交换参数和叶绿素荧光参数日变化的影响[J].应用生态学报，2011（7）：1771-1781.
[15] 郭文琦，刘瑞显，周治国，等.施氮量对花铃期短期渍水棉花叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响[J].植物营养与肥料学报，2010（2）：362-369.
[16] 陈建勋，王晓峰.植物生理学实验指导[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
[17] 段锦波.不同肥料在滴灌棉花上的应用效果研究[D].石河子：石河子大学，2014.
[18] YANG L X，YANG Y，CHEN Z，et al.Influence of super absorbent polymer on soil water retention，seed germination and plant survivals for rocky slopes ecoengineering[J].Ecological Engineering，2014，62（1）：27-32.
[19] ANGEL DE SOUZA，GARCíA D，SUEIRO L，et al.Improvement of the seed germination，growth and yield of onion plants by extremely low frequency nonuniform magnetic fields[J].Scientia Horticulturae，2014，11，176（9）：63-69.
[20] 段錦波，翟勇，柴颖，等.不同滴灌施肥模式对棉花产量及养分吸收的影响[J].中国土壤与肥料，2014（6）：52-58.
[21] 吴立峰，张富仓，周罕觅，等.不同滴灌施肥水平对北疆棉花水分利用率和产量的影响[J].农业工程学报，2014（20）：137-146.
[22] FARQUHAR G D，SHARKEY T D. Stomatal conductance and photosynthesis [J].Annual Review of Plant Physiology，1982，33（1）：317-345.
[23] 雷在新.膜下滴灌条件下不同灌水量对土壤水分及棉花荧光参数的影响[J].甘肃水利水电技术，2013（3）：60-62.
[24] 刘克贞，李志博，林海荣，等.北疆棉花叶绿素荧光猝灭特性对渗透胁迫的响应[J].新疆农业科学，2007（1）：42-46.
[25] YAMANE Y，KASHINO Y，KOIKE H，et al.Increases in the fluorescence Fo level and reversible inhibition of photosystem II reaction center by hightemperature treatments in higher plants[J].Photosynthesis Research，1997，52（1）：57-64.
[26] XING W，HUANG W，LIU G.Effect of excess iron and copper on physiology of aquatic plant Spirodela polyrrhiza （L.）Schleid[J].Environmental Toxicology，2010，25（2）：103-112.
[27] 汪保华，王亚峰，谢晓玲，等.盐胁迫下棉花叶绿素荧光参数的变化[J].湖北农业科学，2014（7）：1509-1512.
[28] HU Y Y，ZHANG Y L，LUO H H，et al.Important photosynthetic contribution from the nonfoliar green organs in cotton at the late growth stage[J].Plant，2012，235：325-336.