微藻生物肥對稻苗生長的影響

蘭 彪，賈佳歡，孫廣仁

（北華大學 林學院，吉林 吉林 132013）

藻類是指以葉綠素a為光合色素的葉狀體不 能分化為根、莖、葉的植物[1]，而微藻[2-3]是指顯微鏡下才能觀察到的一類藻類，能夠合成豐富的生物活性成分，微藻在生物質開發[4]、污水處理、生物醫學、環境治理、食品開發[5]、生物肥[6]等領域的應用研究，引起了學者們的廣泛關注。

我國是一個農業大國，為滿足人口不斷增長的需要，在過去幾十年的農業生產中單一大量的使用化學肥料以促進農產品的增產增收，同時也造成了土壤肥力下降和環境污染等問題[7-8]。國家在“十三五”規劃中明確提出，要推廣生態農業[9]。藍藻具有固氮能力，可以為作物提供豐富的有機氮源，而且通過活化被固化在土壤中的磷、鉀等元素，為作物提供豐富的礦物質營養。微藻生物肥料不但具有與化學肥料相似的功效，還能促進農作物代謝生長[6]。微藻作為生物肥料的優勢：通過緩慢釋放氮、磷、鉀來防止養分流失，滿足植物的生長需求[10]；除了含有大量營養元素外，還含有微量元素和促進植物生長的物質[11]，這些物質能促進作物生長和提高土壤肥力；微藻繁殖速度快，可規?；囵B，其生物質可直接用于土壤接種；利用微藻凈化養殖廢水或城市污水后收獲微藻生物來作為肥料[12-13]，在凈化水質的同時也極大地降低了生產成本[14]；能夠修復被破壞的土壤，如荒漠化土壤和鹽堿地等[15]。不同的微藻種類和處理方法對微藻肥液效果也有影響[16-17]，具有很大的研究空間。使用藻類活性細胞生物肥也是減少化肥用量的措施之一[18]。目前，在經濟作物上開展了藻類活性細胞生物肥的研究，表明藻類活性細胞生物肥對作物的產量和品質都有顯著影響[19]。

筆者以固氮藍藻為原料制備微藻生物肥，通過水培、沙培和土壤培育，研究微藻對水稻幼苗生長的影響，旨在為微藻作為生物肥提高水稻品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

水稻品種為稻花香2號，從市場上購買。供試微藻生物肥為北華大學食品開發與檢測研究院提供，微藻主要包含念珠藻（Nostocales）和固氮魚腥藻（Anabaena azotica），濃度分別為2.5×105、5.7×106個/mL。

1.2 試驗方法

試驗在北華大學林學院食品開發與檢測研究院實驗室進行。試驗使用長32.5 cm、寬24.5 cm、高4.5 cm的食品級PP材質的育苗盤。采用水選法將漂浮的水稻去掉，保留籽粒飽滿的種子，用自來水沖洗后，用純化水沖洗并浸泡48 h，每隔12 h換水1次（共2次），浸泡結束用純化水沖洗，放入發芽盤中催芽24 h，當芽長為0.2~2.5 mm視為發芽，挑選大小一致的催芽種子播種或置床，用補光燈（光照強度4 500 lx）24 h光照以加速育苗，一日2次施用純化水保持水分。育苗盤選擇3種培育基質，水培培育采用純化水、河沙培育采用純化水清洗的河沙和土壤培育采用花土作為基質；每個基質處理下設置空白組（使用純化水）、基質組（施加微藻培養基1次，共10 mL）、基質+微藻（施加微藻肥1次，共10 mL）。試驗共設置9個處理，分別為純水、純水+培養基、純水+微藻生物肥、河沙、河沙+培養基、河沙+微藻生物肥、土壤、土壤+培養基、土壤+微藻生物肥。每個處理設3個重復，每個重復40粒稻芽，水培組收獲期為15 d，沙培組收獲期為20 d，土壤培育組收獲期為37 d。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉綠素含量的測定 在各處理組收獲期取樣，保留稻苗上端葉苗部分，根據文獻[20]采用四分法取樣，利用甲醇提取法提取葉綠素進行測定，測定6個處理，分別為處理1（土壤+微藻生物肥組）、處理2（土壤空白組）、處理3（水培+微藻生物肥組）、處理4（水培空白組），處理5（沙培+微藻生物肥組）、處理6（沙培空白組）。

1.3.2 生物量的測定 稻苗生物量測定采用直接干燥法進行測定，使用純化水將稻苗清洗擦干，在烘箱中將試驗幼苗進行105℃重復干燥至恒質量，測定生物量。

1.3.3 幼苗根系的掃描檢測 長度小于15 cm的稻苗進行全苗檢測，長度大于15 cm的稻苗取根部進行檢測。各處理觀察期結束時將根小心分離并在清水中清洗。取15 cm×25 cm托盤放少量水，將稻苗（根）放入托盤內，用鑷子分散根系，使用儀器Expression 12000XL進行掃描，保存數據和掃描照片，對每個樣品重復10次。

1.4 數據分析

采用Origin 2018軟件進行數據處理，采用SPSS 25軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 在不同基質中秧苗葉綠素含量的比較

從圖1可以看出，各處理的葉綠素含量有所不同，其中，處理4偏低，處理1、處理5偏高，處理2、處理3和處理6處于中間。在土壤基質中添加微藻生物肥比對照組的總葉綠素含量增加23.3%、葉綠素a含量增加17.4%、葉綠素b含量增加26.0%，且差異顯著（P＜0.05）；在純化水基質中添加微藻生物肥比對照組的總葉綠素含量增加12.4%、葉綠素a含量增加22.2%、葉綠素b含量降低15.7%，且差異顯著（P＜0.05）；在河沙基質中添加微藻生物肥比對照組的總葉綠素含量增加19.2%、葉綠素a含量增加19.9%、葉綠素b含量降低16.4%，且差異顯著（P＜0.05）。所有施用微藻肥的處理總葉綠素含量均高于對照組?？梢?，微藻肥能夠促進葉綠素合成。

2.2 在不同基質中秧苗生物量比較

在土壤基質中添加微藻生物肥組的總生物量為22.42 g，對照組的總生物量為21.47 g，且差異不顯著（P＞0.05）；在河沙基質中添加微藻生物肥組的總生物量為11.23 g，對照組的總生物量為11.50 g，且差異不顯著（P＞0.05），微藻生物肥對稻苗生物量的影響在土壤和河沙基質中均不顯著；在純化水基質中添加微藻生物肥組的總生物量為8.10 g，對照組的總生物量為9.60 g，且差異顯著（P＜0.05），結果表明，在不同的基質中，微藻生物肥對秧苗總生物量影響不同，在水培中效果顯著。

2.3 在不同基質中秧苗地上地下部分的比較

在土壤基質中添加微藻生物肥組秧苗苗高40.3 cm，對照組秧苗苗高39.9 cm，差異不顯著（P＞0.05）；在河沙基質中添加微藻生物肥組秧苗苗高21.0 cm，對照組秧苗苗高21.5 cm，差異不顯著（P＞0.05），微藻生物肥對秧苗苗高的影響在土壤和河沙基質中均不顯著；在純化水基質中添加微藻生物肥組秧苗苗高15.4 cm，對照組秧苗苗長14.6 cm，差異顯著（P＜0.05）。按基質對肥效影響試驗設計方案，測定微藻生物肥在不同基質上對秧苗生長的影響，結果表明，土壤與河沙基質試驗中，苗高無顯著差異（P＞0.05），而水培試驗差異顯著，微藻生物肥比基質組秧苗平均高5%。

從圖2、3、4可以看出，不僅水培苗、沙培苗和土壤培育苗根系形態存在較大差異，而且在空白、基質和基質+微藻之間的形態也存在差異。

根據水培稻苗洗根分析結果可以看出（表1），水培苗根系的根總長度、根尖數、分叉數和交叉數在3種培養方式下無顯著差異（P＞0.05），而投影面積和根表面積差異顯著（P＜0.05），根平均直徑和體積差異極顯著，基質+微藻比空白組投影面積增加43.28%，根表面積增加51.66%，根平均直徑增加16.22%，體積增加50%；基質+微藻比基質組投影面積增加35.21%，根表面積增加23.08%，根平均直徑增加14.29%，體積增加25%。

表1 水培稻苗根系分析Tab.1 Results of root system analysis of hydroponically grown rice seedlings

從沙培稻苗洗根分析結果（表2）可以看出，沙培苗根系的根總長度、根尖數、分叉數和交叉數在3種培養方式下無顯著差異（P＞0.05），而投影面積、根表面積、根平均直徑和體積差異顯著（P＜0.05），基質+微藻比空白組投影面積增加25%，根表面積增加25.07%，根平均直徑增加17.14%，體積增加17.14%；基質+微藻比基質組投影面積增加5.83%，根表面積增加25.44%，根平均直徑增加20.59%，體積增加20.59%。

表2 沙培稻苗根系分析Tab.2 Results of root system analysis of r ice seedlings in sand

從土壤培育稻苗洗根（表3）分析結果可以看出，土壤培育苗根系的根體積、根尖數、分叉數和交叉數在3種培養方式下無顯著差異（P＞0.05），根總長度差異顯著（P＜0.05），而投影面積、根表面積和根平均直徑差異極顯著（P＜0.01），基質+微藻比空白組根總長度增加26.89%，投影面積增加35.67%，根表面積增加35.64%，根平均直徑增加22.86%；基質+微藻比基質組根總長度增加52.64%，投影面積增加49.69%，根表面積增加49.69%，根平均直徑增加19.44%。

表3 土壤培育稻苗根系分析Tab.3 Results of root system analysis of rice seedlings grown in soil

從表1~3可以看出，稻苗的根表面積和平均根直徑都表現為基質+微藻與空白組和基質組存在顯著差異（P＜0.05），而空白和基質間則無顯著差異（P＞0.05）?；|+微藻與基質組對照相比，水培、沙培和土壤培育的平均根直徑分別增加14.29%、20.59%和19.44%，根表面積分別增加23.08%、25.44%和49.69%，3種培養方式下均有顯著差異（P＜0.05），且微藻+基質組均高于基質組與空白組。表明微藻肥能夠壯根和增加根吸收表面積，同時系統分析的根尖數、分叉數和交叉數均沒有顯著性且數據變化較大，存在的問題還需要研究分析。

無論是水培、沙培還是土壤培育的稻苗根系，不同基質對根系的投影面積、表面積和平均直徑3項指標有顯著影響。不同基質對土壤培育苗根系總長影響顯著而對根系總體積影響不顯著。綜合來看，不同基質對根系的投影面積、表面積和平均直徑3項指標有顯著影響是一致的，同時培養基對于其影響也極顯著。

3 結論與討論

生物肥料有著微量高效、對環境無危害的特點，不會出現化學肥料污染水源、破壞土壤質量等各種環境問題[10]。我國是世界化肥消費大國，對化肥有很大的需求，微藻作為一種生物肥料，具有很大的優勢，發展空間廣闊。劉淑芳等[17]研究表明，使用了混合蛋白核小球藻、卷曲魚腥藻和四尾柵藻的生物肥料可以促進黃瓜的生長，還能顯著改善土壤品質。王榮敏[19]研究了藍藻和綠藻組成的肥液對于桃子生長發育的影響，結果表明，微藻肥可以有效增加果質量和固形物含量。FAHEED等[21]研究了小球藻對生菜的影響，結果表明，經過藻液處理可以顯著提高種子的發芽速率，在土壤中添加藻液也增加了幼苗的鮮質量、干質量和色素含量。GRZESIK等[22]通過使用藍藻和綠藻改善玉米種子萌發、幼苗生長和代謝活性，結果表明，單株培養的微藻均能顯著提高玉米幼苗的生長，并強化了酶的代謝活性。

通過室內花土、河沙、水培進行水稻秧苗試驗，發現使用微藻的稻苗葉綠素含量比對照組均有所增加；通過根系分析對比根長，表明微藻液能夠顯著增加根的總表面積和根的平均直徑，綜合葉綠素含量測定結果和根系分析結果，表明微藻可以增加葉綠素的含量來增強光合作用，提高有機物的積累，通過增加根的總表面積和根的粗度以達到生態位，實現壯苗和提高根系對營養和水分的吸收以達到增產的效果。在純水培育中，微藻生物肥比空白組投影面積增加43.28%，根表面積增加51.66%，根平均直徑增加16.22%；微藻生物肥比基質組投影面積增加35.21%，根表面積增加23.08%，根平均直徑增加14.29%，同時生物量與地上部分生長試驗中僅在純水培養差異顯著，在水培培育中，影響稻苗生長的因素相對較小，同時更利于微藻的生長，有助于探究微藻對農作物生長的影響；在土壤培育中，微藻生物肥比空白組根表面積增加35.64%，根平均直徑增加22.86%；微藻生物肥比基質組根總長度增加52.64%，投影面積增加49.69%，根表面積增加49.69%，根平均直徑增加19.44%，這與董國忠等[23]和薄自偉[24]等研究結果一致。

本研究通過從根投影面積反映根系在剖面的形態，總表面積反映根系與土壤的接觸面積，也能反映根系在水中的吸收營養和水分的面積，根平均直徑能夠反映根粗壯程度。分析不同介質對根系表面積和平均直徑的影響具有實際意義，研究結果為微藻作為生物肥提高水稻品質提供理論依據。