论文部分内容阅读
摘要[目的]探究最优的磁效应参数，提高砖红壤中磷素吸收率。[方法]通过连续培养的方法，以未经磁场处理的土样作对照，测定不同磁化强度对砖红壤中无机磷细菌和有机磷细菌的影响。[结果]在整个磁处理过程中，对2种溶磷细菌影响最大的是500 mT处理第3天。在整个磁处理过程中，100 mT对2种磷细菌表现为抑制作用，但与CK相比基本达不到显著水平。300、500和700 mT对2种磷细菌均表现为促进作用。磁处理对2种磷细菌产生的影响存在不同程度的滞后及衰退效果。[结论]磁处理对溶磷细菌的生长影响较大，可用于快速获得大量的溶磷细菌。
关键词磁效应；溶磷细菌；无机磷细菌；有机磷细菌
中图分类号S153.2文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）13-006-02
磷是我国大多数土壤非常缺乏的作物营养元素之一，这主要由于土壤中可被植物直接利用的有效磷含量较低[1]。磷作为一种非可再生资源，近年来其全球使用率过高导致的磷资源即将枯竭的问题已被全世界关注[2]。我国即是世界上最大的磷肥生产国（每年生产全世界23%的磷肥），也有着世界上最多的磷肥消费群体（约占全球的30%）[3]。溶磷细菌广泛存在于土壤中，主要是土壤中的一类溶解磷酸化合物能力较强的细菌的总称，包括有机磷细菌和无机磷细菌[2]。有机磷微生物在土壤缺磷的情况下，向外分泌植酸酶、核酸酶和磷酸酶等，水解有机磷，转化为无机磷酸盐。无机磷微生物的解磷机制一般认为与微生物产生有机酸有关， 这些有机酸能够降低pH，与铁、铝、钙、镁等离子结合，从而使难溶性的磷酸盐溶解[4]。通过溶磷细菌的作用，可使土壤中不能被植物利用的磷化物转变成可被利用的可溶性磷化物，其所分泌的生长素等物质还可刺激植物生长[5]。
自1954年以来，许多国家开展了土壤磁学的研究，主要侧重于土壤磁性发生机理、土壤磁化率分布、土壤磁性与土壤发生演变规律的关系等方面[6]。刘孝义等[7-8]于1978年首次将土壤磁性研究引入我国，引起了人们极大的关注。近年来，土壤磁学越来越多地应用到大气污染等环境科学相关领域[9-10]。已有研究表明，磁场通过对酶活性的影响进而改变生物的新陈代谢甚至遗传质量，这在动植物学领域已有广泛报道，而在微生物领域报道较少[11]，尤其在溶磷细菌方面鲜见报道。鉴于此，笔者通过连续培养方法研究了不同磁化强度对砖红壤中无机磷细菌和有机磷细菌的影响，以期提高砖红壤中磷系吸收率。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1供试土壤。
供试土壤样品采自海南儋州宝岛新村附近农田（19°30′ N、109°29′ E），土壤为花岗岩母质发育的砖红壤，种植作物为玉米。土层采集深度范围为0～20 cm。采集的土壤经风干后，去除植物根系和石砾，过2 mm 筛备用。土壤基本理化性质为：pH 4.88，有机碳6.07 g/kg，全氮0.58 g/kg，碱解氮86.90 mg/kg，速效磷43.94 mg/kg，速效钾92.65 mg/kg。
1.1.2培养基。
无机磷细菌培养基：葡萄糖10.00 g，硫酸氨0.50 g，氯化钠0.30 g，氯化钾0.30 g，硫酸镁0.30 g，硫酸锰0.03 g，硫酸亚铁0.03 g，磷酸钙5.00 g，琼脂15.00～18.00 g，蒸馏水1 L，pH 7.0～7.2。
有机磷细菌培养基：葡萄糖1000 g，硫酸氨0.50 g，氯化钠0.30 g，氯化钾0.30 g，硫酸镁0.30 g，硫酸锰0.03 g，硫酸亚铁0.03 g，磷酸钙5.00 g，卵磷脂0.20 g，酵母粉0.50 g，琼脂15.00～18.00 g，蒸馏水1 L，pH 7.0～7.2。
1.2方法
1.2.1试验设计。
采用双因素完全随机区组设计，因素1为磁化强度，下设0、100、300、500和700 mT共5个水平；因素2为磁处理土壤的培养天数，下设1、3、7、14、21和28 d共6个水平。相同水平均3次重复。
1.2.2土样的制备。
取土样风干后磨细过1 mm筛，加水至田间持水量的70%（以下简称为湿土），采用100、300、500和700 mT处理，磁处理时间均为10 min，以未经磁处理的土样为对照（CK）。采用塑料瓶为容器装土（每瓶800 g），用称重法保持含水量不变，于25 ℃恒温连续培养，分别于磁化后1、3、7、14、21和28 d取样进行测定分析。
1.2.3样品稀释液的制备。
称取5 g土样，放入盛有45 mL无菌水并放有小玻璃珠的250 mL三角瓶中，在往复振荡机上振荡20 min，使微生物细胞分散，静止20～30 s，即得1×10-1稀释液，再用1 mL无菌吸管吸取1×10-1稀释液1 mL，移入装有9 mL无菌水的试管中，吹吸3次使菌液混合均匀，即得1×10-2 稀释液，以此类推每次更换无菌吸管，采用连续梯度稀释法[12]，制成1×10-7 ～1×10-1的系列稀释度菌液，供平板接种用。
1.2.4土壤磷细菌的计数。
采用涂布法[12]将1×10-4 、1×10-5 稀释度的菌液涂布于相应的琼脂培养基表面，于28～30 ℃恒温箱中培养，待菌落长出后开始计数。
1.2.5统计与分析方法。
试验数据应用Excel 2013、SPSS 19.0、DPS 15.0等软件进行相应的统计分析，不同培养时间下细菌数量的两两比较采用LSD法。
2结果与分析
2.1磁处理对有机磷细菌的影响
磁处理1 d后各组差异不显著，可能是存在滞后及衰退效果的原因[13]。随着培养时间的延长，第3～28天分别有不同磁处理强度下有机磷细菌数量出现显著变化，尤其第3、14天500 mT处理下有机磷细菌的增长数量与CK相比达极显著水平，分别增加了1966%和15.86%（表1）。 2.2磁处理对无机磷细菌的影响
磁处理1 d及第21～28天各组差异不显著，可能是由于滞后效应的原因。第3天的500 mT和第14天的500、700 mT处理下无机磷细菌比CK显著增加，尤其是500 mT处理第3天无机磷细菌的增长量为23.72%，达极显著水平（表1）。
3结论与讨论
对2种溶磷细菌影响最大的是500 mT处理第3天。磁处理对溶磷细菌生长的影响较大，因此，该方法可用于快速获得大量的溶磷细菌。
在整个磁处理过程中，100 mT对2种磷细菌表现为抑制作用，但与CK相比基本达不到显著水平。300、500和700 mT对2种磷细菌均表现为促进作用。磁处理对2种磷细菌产生的影响存在不同程度的滞后及衰退效果。这与栗杰等[13]的研究结果一致。
参考文献
[1] 李娜，乔志伟，洪坚平，等.磷细菌在复垦土壤上生长规律及对磷解析特性的影响[J].中国生态农业学报，2015，23（8）：964-972.
[2] KOBUS J.The distribution of microorganisms mobilizing phosphorus in different soils[J].Acta microbiologia plolonica，1962，11：255-264.
[3] WANG Y，ZHAO X，WANG L，et al.The regime and P availability of omitting P fertilizer application for rice in rice/wheat rotation in the Taihu Lake Region of southern China[J].Soils sediments，2015，15：844-853.
[4] 赵艳， 阮云泽，张晓波.王草砖红壤土壤根际解磷菌的分离鉴定及培养条件研究[J].广东农业科学，2014（19）：35-38，46.
[5] NARSIAN V，PATEL H H.Aspergillus aculeatus as a rock phosphate solubilizer[J].Soil biology & biochemistry，2000，32：559-565.
[6] MATSUSKA Y，SHERMAN G D.Msgnetic of iron oxide in Hawaian soils[J].Soil Sci，1961，91：239-246.
[7] 刘孝义.土壤磁学性质研究[J].沈阳农学院学报，1979（2）：132-138.
[8] 俞劲炎，詹硕仁.我国主要土类土壤磁化率的初步研究[J].土壤通报，1981（1）：35-38.
[9] 乔庆庆，黄宝春，张春霞.华北地区大气降尘和地表土壤磁学特征及污染来源[J].科学通报，2014，59（18）：1748-1760.
[10] 沈明洁，胡守云.环境磁学在环境科学中的应用研究[J].上海环境科学，2006，25（1）：19-24.
[11] LI J，YI Y，KCHENG X L，et al.Study on the effect of magnetic field treatment of newly isolated Paenibacillus sp.[J].Botanical studies，2015，56（2）：1-9.
[12] 沈萍，陈向东.微生物学实验[M].4版.北京：高等教育出版社，2013.
[13] 栗杰，依艳丽，贺忠科 等.磁处理棕壤对土壤中几种细菌的影响[J].土壤通报，2009，40（6）：1262-1265.
关键词磁效应；溶磷细菌；无机磷细菌；有机磷细菌
中图分类号S153.2文献标识码 A文章编号0517-6611（2016）13-006-02
磷是我国大多数土壤非常缺乏的作物营养元素之一，这主要由于土壤中可被植物直接利用的有效磷含量较低[1]。磷作为一种非可再生资源，近年来其全球使用率过高导致的磷资源即将枯竭的问题已被全世界关注[2]。我国即是世界上最大的磷肥生产国（每年生产全世界23%的磷肥），也有着世界上最多的磷肥消费群体（约占全球的30%）[3]。溶磷细菌广泛存在于土壤中，主要是土壤中的一类溶解磷酸化合物能力较强的细菌的总称，包括有机磷细菌和无机磷细菌[2]。有机磷微生物在土壤缺磷的情况下，向外分泌植酸酶、核酸酶和磷酸酶等，水解有机磷，转化为无机磷酸盐。无机磷微生物的解磷机制一般认为与微生物产生有机酸有关， 这些有机酸能够降低pH，与铁、铝、钙、镁等离子结合，从而使难溶性的磷酸盐溶解[4]。通过溶磷细菌的作用，可使土壤中不能被植物利用的磷化物转变成可被利用的可溶性磷化物，其所分泌的生长素等物质还可刺激植物生长[5]。
自1954年以来，许多国家开展了土壤磁学的研究，主要侧重于土壤磁性发生机理、土壤磁化率分布、土壤磁性与土壤发生演变规律的关系等方面[6]。刘孝义等[7-8]于1978年首次将土壤磁性研究引入我国，引起了人们极大的关注。近年来，土壤磁学越来越多地应用到大气污染等环境科学相关领域[9-10]。已有研究表明，磁场通过对酶活性的影响进而改变生物的新陈代谢甚至遗传质量，这在动植物学领域已有广泛报道，而在微生物领域报道较少[11]，尤其在溶磷细菌方面鲜见报道。鉴于此，笔者通过连续培养方法研究了不同磁化强度对砖红壤中无机磷细菌和有机磷细菌的影响，以期提高砖红壤中磷系吸收率。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1供试土壤。
供试土壤样品采自海南儋州宝岛新村附近农田（19°30′ N、109°29′ E），土壤为花岗岩母质发育的砖红壤，种植作物为玉米。土层采集深度范围为0～20 cm。采集的土壤经风干后，去除植物根系和石砾，过2 mm 筛备用。土壤基本理化性质为：pH 4.88，有机碳6.07 g/kg，全氮0.58 g/kg，碱解氮86.90 mg/kg，速效磷43.94 mg/kg，速效钾92.65 mg/kg。
1.1.2培养基。
无机磷细菌培养基：葡萄糖10.00 g，硫酸氨0.50 g，氯化钠0.30 g，氯化钾0.30 g，硫酸镁0.30 g，硫酸锰0.03 g，硫酸亚铁0.03 g，磷酸钙5.00 g，琼脂15.00～18.00 g，蒸馏水1 L，pH 7.0～7.2。
有机磷细菌培养基：葡萄糖1000 g，硫酸氨0.50 g，氯化钠0.30 g，氯化钾0.30 g，硫酸镁0.30 g，硫酸锰0.03 g，硫酸亚铁0.03 g，磷酸钙5.00 g，卵磷脂0.20 g，酵母粉0.50 g，琼脂15.00～18.00 g，蒸馏水1 L，pH 7.0～7.2。
1.2方法
1.2.1试验设计。
采用双因素完全随机区组设计，因素1为磁化强度，下设0、100、300、500和700 mT共5个水平；因素2为磁处理土壤的培养天数，下设1、3、7、14、21和28 d共6个水平。相同水平均3次重复。
1.2.2土样的制备。
取土样风干后磨细过1 mm筛，加水至田间持水量的70%（以下简称为湿土），采用100、300、500和700 mT处理，磁处理时间均为10 min，以未经磁处理的土样为对照（CK）。采用塑料瓶为容器装土（每瓶800 g），用称重法保持含水量不变，于25 ℃恒温连续培养，分别于磁化后1、3、7、14、21和28 d取样进行测定分析。
1.2.3样品稀释液的制备。
称取5 g土样，放入盛有45 mL无菌水并放有小玻璃珠的250 mL三角瓶中，在往复振荡机上振荡20 min，使微生物细胞分散，静止20～30 s，即得1×10-1稀释液，再用1 mL无菌吸管吸取1×10-1稀释液1 mL，移入装有9 mL无菌水的试管中，吹吸3次使菌液混合均匀，即得1×10-2 稀释液，以此类推每次更换无菌吸管，采用连续梯度稀释法[12]，制成1×10-7 ～1×10-1的系列稀释度菌液，供平板接种用。
1.2.4土壤磷细菌的计数。
采用涂布法[12]将1×10-4 、1×10-5 稀释度的菌液涂布于相应的琼脂培养基表面，于28～30 ℃恒温箱中培养，待菌落长出后开始计数。
1.2.5统计与分析方法。
试验数据应用Excel 2013、SPSS 19.0、DPS 15.0等软件进行相应的统计分析，不同培养时间下细菌数量的两两比较采用LSD法。
2结果与分析
2.1磁处理对有机磷细菌的影响
磁处理1 d后各组差异不显著，可能是存在滞后及衰退效果的原因[13]。随着培养时间的延长，第3～28天分别有不同磁处理强度下有机磷细菌数量出现显著变化，尤其第3、14天500 mT处理下有机磷细菌的增长数量与CK相比达极显著水平，分别增加了1966%和15.86%（表1）。 2.2磁处理对无机磷细菌的影响
磁处理1 d及第21～28天各组差异不显著，可能是由于滞后效应的原因。第3天的500 mT和第14天的500、700 mT处理下无机磷细菌比CK显著增加，尤其是500 mT处理第3天无机磷细菌的增长量为23.72%，达极显著水平（表1）。
3结论与讨论
对2种溶磷细菌影响最大的是500 mT处理第3天。磁处理对溶磷细菌生长的影响较大，因此，该方法可用于快速获得大量的溶磷细菌。
在整个磁处理过程中，100 mT对2种磷细菌表现为抑制作用，但与CK相比基本达不到显著水平。300、500和700 mT对2种磷细菌均表现为促进作用。磁处理对2种磷细菌产生的影响存在不同程度的滞后及衰退效果。这与栗杰等[13]的研究结果一致。
参考文献
[1] 李娜，乔志伟，洪坚平，等.磷细菌在复垦土壤上生长规律及对磷解析特性的影响[J].中国生态农业学报，2015，23（8）：964-972.
[2] KOBUS J.The distribution of microorganisms mobilizing phosphorus in different soils[J].Acta microbiologia plolonica，1962，11：255-264.
[3] WANG Y，ZHAO X，WANG L，et al.The regime and P availability of omitting P fertilizer application for rice in rice/wheat rotation in the Taihu Lake Region of southern China[J].Soils sediments，2015，15：844-853.
[4] 赵艳， 阮云泽，张晓波.王草砖红壤土壤根际解磷菌的分离鉴定及培养条件研究[J].广东农业科学，2014（19）：35-38，46.
[5] NARSIAN V，PATEL H H.Aspergillus aculeatus as a rock phosphate solubilizer[J].Soil biology & biochemistry，2000，32：559-565.
[6] MATSUSKA Y，SHERMAN G D.Msgnetic of iron oxide in Hawaian soils[J].Soil Sci，1961，91：239-246.
[7] 刘孝义.土壤磁学性质研究[J].沈阳农学院学报，1979（2）：132-138.
[8] 俞劲炎，詹硕仁.我国主要土类土壤磁化率的初步研究[J].土壤通报，1981（1）：35-38.
[9] 乔庆庆，黄宝春，张春霞.华北地区大气降尘和地表土壤磁学特征及污染来源[J].科学通报，2014，59（18）：1748-1760.
[10] 沈明洁，胡守云.环境磁学在环境科学中的应用研究[J].上海环境科学，2006，25（1）：19-24.
[11] LI J，YI Y，KCHENG X L，et al.Study on the effect of magnetic field treatment of newly isolated Paenibacillus sp.[J].Botanical studies，2015，56（2）：1-9.
[12] 沈萍，陈向东.微生物学实验[M].4版.北京：高等教育出版社，2013.
[13] 栗杰，依艳丽，贺忠科 等.磁处理棕壤对土壤中几种细菌的影响[J].土壤通报，2009，40（6）：1262-1265.