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Effects of fertilizer and Rhizobium inoculation on alfalfa growth on mine tailings and the physicochemical properties of iron tailings

施肥和苜蓿接种根瘤菌对苜蓿生长及铁尾矿砂基质理化性质的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2015121 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
杨何宝,李继泉,王俊娟,李玉灵.施肥和苜蓿接种根瘤菌对苜蓿生长及铁尾矿砂基质理化性质的影响.草业学报,2016,25(2):6876.
YANGHeBao,LIJiQuan,WANGJunJuan,LIYuLing.Effectsoffertilizerand犚犺犻狕狅犫犻狌犿inoculationonalfalfagrowthonminetailingsandthe
physicochemicalpropertiesofirontailings.ActaPrataculturaeSinica,2016,25(2):6876.
施肥和苜蓿接种根瘤菌对苜蓿生长及
铁尾矿砂基质理化性质的影响
杨何宝1,李继泉1,2,王俊娟1,李玉灵1,2
(1.河北农业大学林学院,河北 保定071000;2.河北省林木种质资源和森林保护重点实验室,河北 保定071000)
摘要:本研究采用室外盆栽的方式,探讨了施肥水平和苜蓿接种不同根瘤菌菌株对紫花苜蓿生长及铁尾矿砂基质
理化性质的影响。结果表明,接种根瘤菌可显著促进紫花苜蓿株高、根长、地上鲜重、根鲜重、总生物量和瘤鲜重的
增加,其中以接种菌株17676的效果最佳。而接种根瘤菌的苜蓿在种植当年对铁尾矿砂基质理化性质的改善有一
定的促进作用,但效果不显著。施肥明显促进了苜蓿生长,随着施肥水平的提高,苜蓿株高、根长、地上鲜重、根鲜
重和总生物量逐渐增大,在N3 施肥水平时最高,并且N3 施肥水平条件下的株高、地上部鲜重和总生物量与N2 和
N1 两个施肥水平间差异显著。在促进根瘤重的增加方面,N2 施肥水平效果最好,但与N3 水平间差异不显著。在
改良铁尾矿砂理化性质方面,施肥不仅能明显促进铁尾矿砂容重和pH值的降低,还能显著促进其田间持水量、总
孔隙度以及有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的增加。在降低容重、酸碱度以及提高有机质、速效磷和速效钾
含量方面,N3 施肥水平的效果均明显优于N1 和N2 水平。
关键词:铁尾矿;紫花苜蓿;根瘤菌;施肥;理化性质  
犈犳犳犲犮狋狊狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狀犱犚犺犻狕狅犫犻狌犿犻狀狅犮狌犾犪狋犻狅狀狅狀犪犾犳犪犾犳犪犵狉狅狑狋犺狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊犪狀犱
狋犺犲狆犺狔狊犻犮狅犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀狋犪犻犾犻狀犵狊
YANGHeBao1,LIJiQuan1,2,WANGJunJuan1,LIYuLing1,2
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犉狅狉犲狊狋狉狔,犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犎犲犫犲犻,犅犪狅犱犻狀犵071000,犆犺犻狀犪;2.犎犲犫犲犻犘狉狅狏犻狀犮犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犌犲狀犲狋犻犮
犚犲狊狅狌狉犮犲狊狅犳犉狅狉犲狊狋犪狀犱犉狅狉犲狊狋犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀,犅犪狅犱犻狀犵071000,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thisstudywasundertakentodeterminetheeffectsoffertilizerapplication(irontailingsandorganic
fertilizer)and犚犺犻狕狅犫犻狌犿inoculationwithdifferentstrainsonthegrowthofalfalfaplantedinironminetailings
andthephysicochemicalpropertiesofthesoilplantsysteminoutdoorpots.犚犺犻狕狅犫犻狌犿inoculationsignificantly
increasedheightgrowth,rootgrowth,abovegroundfreshweight,rootfreshweight,totalbiomassandfresh
noduleweight.Themosteffective犚犺犻狕狅犫犻狌犿wasstrainNo.17676.Inoculatedalfalfaalsoinfluencedthephys
icochemicalpropertiesofironminetailings,buttheeffectwasnotsignificantinthefirstyearofthestudy.Fer
tilizerapplicationmarkedlypromotedalfalfagrowth.Increasingfertilizerratesincreasedplantheight,above
groundfreshweightandtotalbiomass.TheN2fertilizertreatmentproducedthegreatestincreaseinrootnodule
68-76
2016年2月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第25卷 第2期
Vol.25,No.2
收稿日期:20150309;改回日期:20150420
基金项目:“十二五”环境领域国家科技计划课题(2012BAC09B03)和“十二五”农村领域国家科技计划课题(2011BAD38B0103)资助。
作者简介:杨何宝(1987),男,河北唐山人,在读硕士。Email:327735736@qq.com
通信作者Correspondingauthor.Email:lijqbd@163.com
weight.FertilizerapplicationsignificantlyreducedsoilbulkdensityandpHbutincreasedorganicmatter,avail
ablenitrogen,availablephosphorus,andavailablepotassiumintheminetailingssoil.Theseeffectsweresig
nificantlyhigherfortheN3treatmentcomparedtolowerfertilizerrates.
犓犲狔狑狅狉犱狊:irontailings;alfalfa(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪);犚犺犻狕狅犫犻狌犿;fertilization;physicochemicalproperties
随着我国铁矿资源的开发和利用,产出大量的铁尾矿,不仅占用大量土地,而且破坏植被、严重污染环境[1]。
研究表明,植被恢复与重建是治理矿山废弃地的有效途径[23]。紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)因其根系可与根瘤
菌形成固氮体系,具有适应性强、产草量高、富含蛋白质等特点被称作“牧草之王”,同时还具改良土壤理化性质、
改善生态环境的作用,是牧草生产和沙化、退化土壤及金属尾矿植被恢复的首选牧草[2,45]。因此,利用铁尾矿种
植紫花苜蓿不仅能增加苜蓿种植面积,利于发展畜牧生产,而且对于治理因铁尾矿大量堆积造成的环境污染,改
善生态环境具有重要意义。
然而,铁尾矿砂营养成分极度匮乏、结构松散、持水力差,这些恶劣的理化性质严重制约着苜蓿及其他植物的
正常生长[3,56]。因此,改善铁尾矿砂理化性质、提高苜蓿抗逆性是促进苜蓿正常生长的重要方面。研究表明,接
种根瘤菌可以促进苜蓿早结瘤、多结瘤、增加固氮量,提高苜蓿的品质及抗逆性[78],并且种植接种根瘤菌的苜蓿
还能促进土壤养分含量的增加[9]。施用有机肥能改善土壤结构,提高养分含量,增强土壤保水保肥能力,进而提
高苜蓿产量[1012]。可见,施用有机肥和苜蓿接种根瘤菌处理不仅能明显促进苜蓿生长,还能显著改善土壤的理化
性质。但施用有机肥和苜蓿接种根瘤菌能否促进铁尾矿砂上种植的苜蓿结瘤和生长,以及对铁尾矿基质的改良
效果如何未见报道。
因此,本试验采用裂区试验方法,通过室外盆栽的方式,研究施用有机肥和苜蓿接种根瘤菌处理对铁尾矿砂
上种植的紫花苜蓿生长状况及其生长基质理化性质的影响,以期为紫花苜蓿在铁尾矿废弃地上快速定植与生长
提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试植物:阿尔冈金紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪cv.Algonquin),购自北京正道生态科技有限公司。
供试根瘤菌菌株:菌株ACCC17512、17513和17676,由中国农业微生物菌株保藏中心提供。
供试铁尾矿砂:取自迁安马兰庄铁矿尾矿库,其pH 为7.67,养分含量为有机质1.15g/kg、碱解氮1.41
mg/kg、速效磷0.24g/kg、速效钾15.50mg/kg。
根瘤菌培养基:蔗糖,10g;K2HPO4,0.5g;NaCl,0.1g;酵母膏,1g;柠檬酸铁(1%),1mL;CaSO4,0.2g;
MgSO4·7H2O,0.2g;MnSO4(1%),1mL;NaMoO4(1%),1mL;硼酸(1%),1mL;琼脂,20g;1000mL水;
pH6.8~7.0。该配方由中国农业微生物菌株保藏中心提供。
根瘤菌营养液:1000mL水中加硼酸(H3BO3)2.86g,钼酸钠(Na2MoO4·7H2O)2.03g。
供试有机肥:经发酵处理的鸡粪有机肥(pH5.90,有机质285.47g/kg,全氮14.0g/kg,碱解氮0.46g/kg,
全磷1.3g/kg,速效磷0.88g/kg,全钾14.3g/kg,速效钾7.46g/kg),购于藁城市发达生物发酵肥有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计  采用裂区试验设计方法进行盆栽试验,每盆(φ=15cm,H=18cm)装基质5kg。设4个主
处理和4个副处理。主处理为苜蓿不接种根瘤菌(A0)、接种根瘤菌17512(A1)、根瘤菌17513(A2)和根瘤菌
17676(A3);副处理为4个有机肥水平,包括N0(5kg铁尾矿砂+0kg有机肥)、N1(4.95kg铁尾矿砂+0.05kg
有机肥)、N2(4.875kg铁尾矿砂+0.125kg有机肥)和N3(4.75kg铁尾矿砂+0.25kg有机肥),每个主处理分
96第25卷第2期 草业学报2016年
别与4个副处理进行组合,共16个处理,以不种苜蓿的铁尾矿砂为空白对照(CK),每个处理3次重复,共48盆。
1.2.2 根瘤菌培养与制备  吸取0.3~0.4mL的根瘤菌营养液,滴入装有冻干菌株的安瓿管内轻轻振荡,使
菌体溶解成悬浮液,采用平板画线法接种于根瘤菌固体培养基上,于28℃培养3~4d,然后转接到液体培养基
中,在28℃下恒温振荡培养1d,经4000r/min离心10min后,收集菌体,用平板计数法测定含菌量为5×109
个/g,保证在接种过程中每粒种子表面含有不少于103 个有效的根瘤菌[13]。
1.2.3 接种  将苜蓿种子于50~60℃水中浸泡0.5h后,捞出。白天放在阳光下暴晒,夜间转至阴凉处,并加
水保持种子湿润,当大部分种子略有膨胀时,按根瘤菌与干种子重量比为1∶10的比例进行拌种。在拌种前,根
瘤菌中加入1%羧甲基纤维素钠溶液作为黏着剂[14]。
1.2.4 播种及后期管理  铁尾矿砂过筛去除杂质,并加入硼砂(1.7mg/kg)和钼酸钠(0.007mg/kg),与添加
不同比例的有机肥混合均匀后装盆。于2013年5月初播种,采用穴播的方式,穴深1~2cm,在盆中4角和中心
播种,每穴播种3粒种子,出苗一周后,盆中5个点各留一株长势最好的植株。为保证根瘤菌更好地发挥固氮能
力,间苗在每盆中各加入含硼砂(2.86mg/mL)和钼酸钠(2.03mg/mL)的混合溶液20mL。在苜蓿的生长过程
中,及时浇水,除虫和除草。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 苜蓿生长性状的测定  于2013年10月中旬收获,分别测定植株株高、根长、地上部分和根鲜重、总生
物量、根瘤鲜重[4]。
1.3.2 铁尾矿砂理化性质的测定  苜蓿收获后,将盆中的尾矿砂混匀并去除杂物,用于测定其理化性质。容
重、总孔隙度和田间持水量采用环刀法测定[15]。土壤pH用pH计测定;土壤碱解N采用碱解扩散法;土壤速效
P采用碳酸氢钠浸提钼蓝比色法;土壤速效K采用NH4OAc浸提—火焰光度法;土壤有机质含量采用重铬酸钾
容量法-外稀释法[16]。
1.4 统计分析
不同处理对铁尾矿砂理化性质的影响均以各指标的测定值与空白对照比较所得的差值即增减量来表示。利
用Excel、SPSS统计工具对试验数据进行统计分析,不同水平间的多重比较采用LSD法,相关性分析采用Pear
son法。
2 结果与分析
2.1 接种根瘤菌和施肥对紫花苜蓿生长状况的影响
通过犉值检验(表1),结果表明,接种根瘤菌对紫花苜蓿株高、根长、地上鲜重、根鲜重、总生物量和根瘤重提
高的影响达到了显著水平(犘<0.05)。施肥处理对苜蓿各项生长指标提高的影响均达到了极显著水平(犘<
0.01)。此外,接种根瘤菌和施肥处理对苜蓿株高、根长、根鲜重和根瘤重提高的影响存在交互作用,且达到了显
著水平(犘<0.05)。
表1 紫花苜蓿各生长指标犉值
犜犪犫犾犲1 犉狏犪犾狌犲狅犳犪犾犳犪犾犳犪犵狉狅狑狋犺犻狀犱犲狓犲狊
项目
Items
株高
Plantheight
根长
Rootlength
地上部鲜重
Shootfreshweight
根鲜重
Rootfreshweight
总生物量
Totalbiomass
根瘤重
Rootnoduleweight
主处理AMaintreatmentA 2.967 3.158 2.671 4.342 2.764 3.127
副处理NSubplottreatmentN 9.348 10.058 8.726 9.387 7.127 13.248
AxN 2.315 3.104 1.648 2.349 1.359 3.267
 注:“”和“”分别表示在5%和1%水平差异显著,下同。
 Note:“”and“”indicatesignificantdifferenceat5%and1%level,respectively,thesamebelow.
07 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
接种根瘤菌后,苜蓿的株高、根长、根鲜重、总生物量和根瘤重等生长指标均明显高于不接种处理,特别是根
瘤重的提高幅度最大,为不接种处理的2.4~3.4倍。接种菌株17676(A3)后,除根瘤重的提高程度不显著外,其
余各生长指标均明显高于接种其他两个菌株。与菌株17513(A2)相比,接种菌株17512(A1)苜蓿的根鲜重明显
增大,其他各生长指标虽然也都有一定程度的提高,但差异不显著(表2)。
表2 接种根瘤菌对紫花苜蓿生长的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犚犺犻狕狅犫犻狌犿犻狀狅犮狌犾犪狋犻狅狀狅狀犪犾犳犪犾犳犪犵狉狅狑狋犺
处理
Treatments
株高
Plantheight
(cm)
根长
Rootlength
(cm)
地上部鲜重
Shootfreshweight
(g/plant)
根鲜重
Rootfreshweight
(g/plant)
总生物量
Totalbiomass
(g/plant)
根瘤重
Rootnoduleweight
(g/plant)
A0 13.34±5.31a 14.48±5.07a 16.61±3.50a 14.19±4.26a 13.08±2.32a 0.1411±0.06a
A1 16.87±6.65b 18.23±3.53b 20.07±2.65a 20.24±5.34b 18.08±3.47b 0.3801±0.22b
A2 16.64±5.88b 17.23±3.72b 18.73±2.75a 17.54±2.75a 16.08±5.32b 0.3449±0.23b
A3 19.79±5.67c 23.36±6.63c 27.21±3.91b 27.40±3.91c 20.49±4.68c 0.4800±0.26b
 注:同一列内不同字母表示差异显著(犘<0.05),下同。
 Note:Thedatawithdifferentlettersinthesamecolumnindicatesignificantdifferencesstatisticaly(犘<0.05),thesamebelow.
由表3可知,施肥对苜蓿生长的促进作用显著优于不施肥处理(犘<0.05)。随着施肥水平的提高,除根瘤重
外其他各生长指标均逐渐增大。N3 水平的苜蓿株高、地上部鲜重和总生物量明显高于N2 和N1 水平,说明N3
施肥水平对苜蓿地上部分的生长和总生物量的提高显著高于其他较低的施肥水平。在促进根瘤重的增加方面,
N2 施肥水平效果最好,但与N3 水平间差异不显著。
表3 施肥对紫花苜蓿生长的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狅狀犪犾犳犪犾犳犪犵狉狅狑狋犺
处理
Treatments
株高
Plantheight
(cm)
根长
Rootlength
(cm)
地上部鲜重
Shootfreshweight
(g/plant)
根鲜重
Rootfreshweight
(g/plant)
总生物量
Totalbiomass
(g/plant)
根瘤重
Rootnoduleweight
(g/plant)
N0 9.26±1.74a 11.55±3.11a 6.47±1.93a 6.55±2.47a 4.75±1.27a 0.1058±0.04a
N1 16.38±3.34b 17.11±2.67b 19.45±7.01b 21.05±4.35b 16.31±2.40b 0.2501±0.09b
N2 17.88±2.60b 21.48±3.94c 23.85±5.70c 23.66±6.04bc 20.25±3.99c 0.4999±0.21c
N3 24.60±2.88c 23.15±4.58c 32.84±2.69d 28.10±7.85c 26.42±4.01d 0.4902±0.22c
相关性分析表明,根瘤重与株高、根长、地上部鲜重、根鲜重和总生物量间均呈极显著地正相关(株高,狉=
0.803;根长,狉=0.888;地上部鲜重,狉=0.814;根鲜重,狉=0.863;总生物量,狉=0.867),这表明良好的结瘤性对
苜蓿生长有显著的促进作用。
2.2 苜蓿接种根瘤菌和施肥对铁尾矿砂理化性质的影响
2.2.1 对铁尾矿砂物理性质的影响  经犉检验发现,种植接种根瘤菌的苜蓿对尾矿砂容重的降低以及田间
持水量和总孔隙度的提高均无显著影响,而施肥对以上指标的影响达到了极显著的水平(犘<0.01)(表4)。
由表5可知,种植接种根瘤菌的苜蓿对铁尾矿砂容重的降低以及田间持水量和总孔隙度的提高均无显著影
响,但种植接种根瘤菌苜蓿的铁尾矿砂容重的减少量以及田间持水量和总孔隙度的增加量均大于种植不接种苜
蓿,这表明接种根瘤菌的苜蓿在种植当年对铁尾矿砂物理性质的改善有一定的促进作用,但效果不明显。种植接
种不同菌株的苜蓿对以上指标增减量的影响也存在一定的差异,以接种菌株17676(A3)的效果最好。
17第25卷第2期 草业学报2016年
  随着施肥水平的提高,容重的降低幅度以及田间
持水量和总孔隙度的增加量逐渐增大。在降低铁尾矿
砂容重方面,N3 施肥水平的效果明显好于其他处理
(犘<0.05)。在提高田间持水量和总孔隙度方面,N2
和N3 施肥水平的作用均明显大于其他处理,而两者
间的差异不明显,但对以上指标提高的数量方面仍有
区别,以N3 水平的效果最佳,说明施有机肥可明显改
善铁尾矿砂的物理性质(表6)。
2.2.2 对铁尾矿砂化学性质的影响  经犉检验可
知,种植接种根瘤菌的苜蓿对铁尾矿砂pH 的减少量
及其他营养物质的增加量的影响不显著,而施肥处理
对以上指标变化的影响达到了极显著的水平(犘<
0.01)。在提高碱解氮和速效钾含量方面,苜蓿接种根
瘤菌和施肥处理间存在交互作用(犘<0.05)(表7)。
表4 铁尾矿砂物理性质犉值
犜犪犫犾犲4 犉狏犪犾狌犲狅犳狋犺犲狆犺狔狊犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊
狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
项目
Items
容重的
增减量
Increment
ofVW
田间持水量
的增减量
Increment
ofFC
总孔隙度
的增减量
Increment
ofTP
主处理AMaintreatmentA 0.709 0.723 0.242
副处理NSubplottreatmentN 14.213 16.543 13.769
AxN 1.164 0.813 0.078
 注:VW,容重;FC,田间持水量;TP,总孔隙度。下同。
 Note:VW:Volumeweight;FC:Fieldcapacity;TP:Totalporosi
ty.Thesamebelow.
表5 苜蓿接种根瘤菌对铁尾矿砂物理
性质的影响(犿犲犪狀±犛犇,狀=3)
犜犪犫犾犲5 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犚犺犻狕狅犫犻狌犿犻狀狅犮狌犾犪狋犻狅狀狅狀狋犺犲
狆犺狔狊犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
处理
Treatments
容重的增减量
Incrementof
VW (g/cm3)
田间持水量的增
减量Incrementof
FC(%)
总孔隙度的增减量
IncrementofTP
(%)
A0 -0.043±0.03a 2.46±1.64a 4.67±2.65a
A1 -0.064±0.03a 3.23±1.29a 5.27±2.92a
A2 -0.054±0.03a 2.98±1.34a 5.16±2.92a
A3 -0.078±0.04a 3.95±1.52a 6.37±3.12a
表6 施肥对铁尾矿砂物理性质的
影响(犿犲犪狀±犛犇,狀=3)
犜犪犫犾犲6 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狅狀狋犺犲狆犺狔狊犻犮犪犾
狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
处理
Treatments
容重的增减量
Incrementof
VW (g/cm3)
田间持水量的增
减量Incrementof
FC(%)
总孔隙度的增减量
IncrementofTP
(%)
N0 -0.027±0.01a 1.53±0.55a 1.40±0.48a
N1 -0.040±0.01ab 2.55±0.84a 5.04±0.74b
N2 -0.072±0.01b 3.73±0.89b 7.20±0.79c
N3 -0.100±0.03c 4.79±0.40b 7.83±0.90c
表7 铁尾矿砂化学性质犉值
犜犪犫犾犲7 犉狏犪犾狌犲狅犳狋犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
项目
Items
pH增减量
IncrementofpH
有机质增减量
IncrementofOM
碱解氮增减量
IncrementofAN
速效磷增减量
IncrementofAP
速效钾增减量
IncrementofAK
主处理AMaintreatmentA 0.024 0.014 0.161 0.115 1.094
副处理NSubplottreatmentN 18.144 17.099 9.023 17.998 13.876
AxN 1.653 1.677 2.605 2.138 3.418
 注:OM,有机质;AN,碱解氮;AP,速效磷;AK,速效钾,下同。
 Note:OM:Organicmatter;AN:Availablenitrogen;AP:Availablephosphorus;AK:Availablepotassium.Thesamebelow.
由表8可知,种植接种根瘤菌的苜蓿对铁尾矿砂pH值的降低量及其他营养物质的增加量的影响并不显著,
但种植接种根瘤菌的苜蓿后铁尾矿砂pH值的减少量及其他营养物质的增加量均在一定程度上大于种植不接种
苜蓿,并且这些指标的增减量在不同菌株间也有差异,接种根瘤菌菌株17676的效果最佳。表明接种根瘤菌的苜
蓿在种植当年对铁尾矿砂肥力的提高及酸碱度的改良有一定的积极作用,但效果不显著。
经分析发现,与不施肥处理相比,施肥对铁尾矿砂pH值的降低幅度及有机质、速效磷增加量的影响达到了
显著程度。随着施肥水平的提高,pH值的降低幅度及营养物质的增加量逐渐增大。并且N3 水平对降低pH以
27 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2
及提高有机质、速效磷和速效钾含量的效果明显优于N1 和N2 水平,使铁尾矿砂的pH值降低了0.54,由原来的
7.67降至7.13;有机质、速效磷和速效钾含量分别增加了17.1g/kg、0.6g/kg和7.49mg/kg。在提高碱解氮含
量方面,虽然N3 与N2 水平间无显著差异,但在增加量上前者高于后者。因此,N3 施肥水平在改良铁尾矿酸碱
度及提高养分含量方面效果最佳,其次为N2 和N1 水平(表9)。
表8 苜蓿接种根瘤菌对铁尾矿砂化学性质的影响(犿犲犪狀±犛犇,狀=3)
犜犪犫犾犲8 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犚犺犻狕狅犫犻狌犿犻狀狅犮狌犾犪狋犻狅狀狅狀狋犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
处理
Treatments
pH增减量
IncrementofpH
有机质增减量
IncrementofOM (g/kg)
碱解氮增减量
IncrementofAN(mg/kg)
速效磷增减量
IncrementofAP(g/kg)
速效钾增减量
IncrementofAK(mg/kg)
A0 -0.297±0.23a 6.99±6.80a 3.96±4.88a 0.22±0.25a 3.12±2.50a
A1 -0.323±0.23a 7.70±7.46a 6.11±6.31a 0.28±0.27a 4.58±2.33a
A2 -0.308±0.24a 7.68±7.44a 5.08±5.19a 0.26±0.28a 3.94±2.45a
A3 -0.338±0.25a 8.01±7.75a 6.56±6.60a 0.33±0.29a 6.16±2.55a
表9 施肥对铁尾矿砂化学性质的影响(犿犲犪狀±犛犇,狀=3)
犜犪犫犾犲9 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狅狀狋犺犲犮犺犲犿犻犮犪犾狆狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犻狉狅狀犿犻狀犲狋犪犻犾犻狀犵狊
处理
Treatments
pH增减量
IncrementofpH
有机质增减量
IncrementofOM (g/kg)
碱解氮增减量
IncrementofAN(mg/kg)
速效磷增减量
IncrementofAP(g/kg)
速效钾增减量
IncrementofAK(mg/kg)
N0 -0.03±0.01a 0.01±0.12a -0.22±0.32a -0.02±0.03a 2.07±1.34a
N1 -0.22±0.02b 4.09±0.15b 1.21±0.69a 0.13±0.05b 2.93±1.29a
N2 -0.49±0.02c 9.18±0.47c 9.85±1.91b 0.38±0.04c 5.32±1.21b
N3 -0.54±0.03d 17.10±1.00d 10.87±1.85b 0.60±0.08d 7.49±1.41c
3 讨论
本研究中,接种根瘤菌显著提高了紫花苜蓿的根瘤重,促进了其地上和地下部的生长(表2),并且根瘤重与
株高、根长、地上部鲜重、根鲜重和总生物量间呈极显著正相关关系,这表明良好的结瘤性能够提高铁尾矿砂中紫
花苜蓿的产量。其主要原因是根瘤菌通过促进苜蓿早结瘤、提高结瘤率和单株结瘤量,增强植株对空气中氮素的
固定与利用[14,17]。然而,本研究中的3株根瘤菌对阿尔冈金紫花苜蓿生长的促进作用存在差异,其中17676菌
株的作用最为显著(表2)。与之类似,Zeng等[17]将17株根瘤菌与苜蓿品种Vector进行田间接种实验的结果表
明,接种CCBAU30138菌株的苜蓿结瘤率及干草产量最高。这是由于苜蓿根瘤菌对寄主的选择有很强的专一
性,苜蓿品种与菌种间的不同共生组合,其固氮效果差异较大。这种差异由根瘤菌菌种和苜蓿品种双方基因的相
容性所决定,并涉及宿主植物、根瘤菌和环境间复杂的互作[1820]。
同样,施肥也能促进苜蓿生长[21]。李凤霞等[12]比较了不同改良剂对宁夏盐碱地中苜蓿生物量的影响,结果
显示,在各种改良剂中,有机肥对苜蓿株高和生物量提高的促进作用最为显著。本研究结果也表明,施用有机肥
后苜蓿的各项生长指标均明显提高,并随着施肥量的增加,苜蓿各生长指标(根瘤重除外)均有不同程度的提高,
特别是地上部鲜重及总生物量达到了显著的程度(表3),表明铁尾矿砂基质中施用有机肥能明显促进苜蓿生长。
然而,过量施肥导致土壤中的化合态氮浓度过高,会影响根瘤菌对根毛的侵染,降低结瘤数量,抑制固氮酶活性,
降低固氮效率,并随着菌株和宿主植物不同而异[19]。马霞等[4]研究发现,当施氮量超过50kg/hm2 时,则抑制根
瘤菌结瘤,引起苜蓿固氮量和生物量下降。蒯佳林等[22]的研究结果显示,当氮素浓度超过105mg/L时,苜蓿的
株高随着浓度的提高虽然仍有少量增加,但受浓度的影响已不显著,而根长随氮素水平的增加而降低。本研究也
发现,当施肥水平由2.5%升高到5%时,苜蓿根长和根鲜重虽然仍有一定程度的提高,但差异不显著,而根瘤重
却表现出下降的趋势(表3)。表明5%水平为施肥量的上限,此施肥水平对地下部分生长的促进效应已明显减
37第25卷第2期 草业学报2016年
弱,特别是对苜蓿结瘤产生了轻度抑制,这可能是由于铁尾矿基质中的氮素浓度较高所致。
在促进紫花苜蓿生长的同时,施肥也促进了铁尾矿砂理化性质的改善。在物理性质方面,施肥使铁尾矿砂基
质容重的降幅以及田间持水量和总孔隙度的增幅明显增大,并随着施肥量的增加表现出不同程度的提高(表8)。
这可能有2个方面的原因:一是有机肥有利于有机质含量的增加和土壤团粒结构的聚集,从而使容重下降以及田
间持水量和总孔隙度提高[2324]。本研究结果表明,随着有机肥施用量的提高,有机质含量的增幅明显增大(表
8),并且有机质的增加量与铁尾矿砂基质的容重、田间持水量和总孔隙度的变化幅度呈极显著相关(容重,狉=
-0.862,犘<0.01;田间持水量,狉=0.866,犘<0.01;总孔隙度,狉=0.817,犘<0.01),这与聂军等[23]的研究结果
一致;二是有机肥通过促进苜蓿根系的快速生长使铁尾矿砂基质的物理性质得到明显改善。本研究中,施肥明显
促进了根鲜重的提高(表3)。相关性分析表明,根鲜重与容重、田间持水量和总孔隙度的增减量呈极显著相关
(容重,狉=-0.903,犘<0.01;田间持水量,狉=0.908,犘<0.01;总孔隙度,狉=0.949,犘<0.01)。李勇等[25]也发
现,随着根量的增加,土壤容重的降幅和非毛管孔隙度的增幅明显增大。
在改善铁尾矿砂的化学性质方面,施用有机肥使有机质及速效养分的增加量显著提高,并随着施肥水平的提
高其增加量均表现出不同程度的增大(表9),说明有机肥本身对基质养分有添加作用。此外,有机肥的施入会促
进根系生长及微生物活动加强,根系分泌物和微生物的共同作用加快了铁尾矿砂中无机养分的溶解和有机物的
分解转化[26]。施有机肥还降低了铁尾矿砂基质的pH,由偏碱性逐渐接近中性(表9)。这可能有3个方面的原
因:一是有机肥含有的大量腐殖酸等酸性物质导致了pH值的降低[27];二是苜蓿根系在生长过程中不断向环境
中分泌有机酸,有机肥促进了根系生长及有机酸向环境中的分泌[28];三是有机肥通过提高微生物的数量和活性,
促进其在有机物分解及自身代谢过程中所产生的酸性物质向基质中的释放[2930]。
相关研究表明,苜蓿接种根瘤菌后,不仅能通过促进苜蓿生长来增加有机质和速效氮含量[31],还会降低土壤
容重、增加田间持水量[32],并且随着苜蓿种植年限的延长对土壤理化性质的改良效果逐渐增大[3334]。本研究中,
接种根瘤菌的苜蓿在种植的当年对铁尾矿砂基质理化性质的改善有一定的促进作用,但效果不显著(表5,表8),
这说明有机质及速效养分在铁尾矿砂中的积累速度较为缓慢,在苜蓿种植当年不足以引起铁尾矿砂理化性质的
明显改善。在今后的研究中,应延长苜蓿的种植年限。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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67 ACTAPRATACULTURAESINICA(2016) Vol.25,No.2