CN102823397A

CN102823397A - 一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法

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Publication number: CN102823397A
Application number: CN2012102180917A
Authority: CN
Inventors: 夏运生; 岳献荣; 张乃明; 白来汉
Original assignee: Yunnan Agricultural University
Current assignee: Yunnan Agricultural University
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明涉及一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，属于废物资源化利用技术领域。首先，进行盆栽试验，加入不同量磷石膏同时接种几种农田中优势菌根真菌（AMF），通过用SPSS11.5统计软件对试验数据中磷石膏添加和菌根接种进行双因素方差分析及多重比较，分析不同量磷石膏处理和不同菌根处理之间的差异显著性，确定磷石膏的最佳施用量和磷石膏与菌根的最佳组合；最后，根据模拟试验结果，结合实际的农业生产情况估算磷石膏施用量，并进行小区试验验证后大面积推广。本发明通过向低硫缺磷土壤施用不同量磷石膏和接种菌根真菌的盆栽试验发现，磷石膏和菌根的最佳组合，可提高农作物对磷石膏中磷、硫等养分的高效利用，并降低作物对磷石膏中有害成分的吸收量。

Description

一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法

技术领域

本发明涉及一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，属于废物资源化利用技术领域。

背景技术

磷石膏是磷肥、磷酸生产时排放出的固体废弃物，生产1 t磷酸约能产生4.5~5.0 t磷石膏据统计，我国每年磷石膏的排放量超过1000万t，产生的磷石膏不仅占用大量土地，污染环境，还给磷复肥生产企业带来很大的负担（徐翠云，2000）。磷石膏因含硫量高，并含有一定量的磷、钙、硅等植物所需元素而被作为土壤改良剂或肥源应用于农业生产，研究发现，磷石膏能降低土壤pH值，改良盐碱土，促进缺硫土壤上蔬菜等作物的幼苗生长，以及使水稻、棉花、大豆、红薯、果树、青椒、白菜等增产，并能提高花生的固氮能力及花卉、树木和草坪草等的移栽成活率（欧阳文杰，1992；石伟勇等，1995；张学斌等，1996；陈玉琦，2005）。不过，这些研究的关注重点大多在逆境土壤的改良、作物生长及增产等方面，而就磷石膏施用于土壤后对作物有害物积累与评价等方面的研究较少（王荣华等，1993）。

而且，磷石膏具有强酸性、含水率高、含有一定量砷（As）等不利于作物生长及农产品安全的逆境因素，在一定程度上限制了磷石膏的农业应用（纪罗军等，2006；Pérez-López et al., 2007）。

如何在利用菌根技术促进蔬菜中葱属植物对磷、硫吸收，同时增加抵御As胁迫的作用，探索一条兼顾废物资源化利用和农业增产的经济、安全的新途径尚是一个空白。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，利用菌根技术结合磷石膏施用促进葱属植物对磷、硫吸收，同时抵御重金属As等胁迫的作用，探索一条兼顾废物资源化利用和农业增产的经济、安全的新途径。

本发明采用的技术方案：首先，进行盆栽试验，加入不同量的磷石膏同时接种不同的菌根真菌，通过用SPSS11.5统计软件对试验数据中磷石膏添加和菌根接种进行双因素方差分析，分析不同菌根处理之间的差异显著性，确定磷石膏的施用的最佳量和磷石膏与菌根的最佳组合；最后，根据模拟试验结果，结合实际的农业生产情况估算磷石膏施用量，并进行小区试验验证后大面积推广。

在双因素方差分析中，交互作用显著的情况下对所有处理进行LSD多重比较，检验接种菌根真菌与添加磷石膏复合处理之间的差异显著性(p<0.05)。在添加磷石膏处理和接种处理交互作用不显著的情况下，分别对接种或未接种处理进行多重比较，分析磷石膏添加量处理之间的差异显著性，并对同一磷石膏添加水平处理进行多重比较。

在盆栽试验中，挑选大小一致且籽粒饱满的种子，用10% H₂O₂进行表面消毒10 min，再用蒸馏水冲洗，然后置于放有湿润定量滤纸的培养皿中，于25℃恒温培养箱中催芽2~3 d，待发芽较整齐混入细沙播种；在盆栽试验中的容器为1.5 L的盆，在装土前在盆内衬上塑料袋或者塑料薄膜，每盆装土1 kg，以溶液形式向土壤中加入基础肥料，加入肥料后混合均匀，平衡1周，等待使用。

在盆栽试验中设定不同的磷石膏添加水平，每个添加磷石膏处理同时设不接种和接种不同的菌根真菌，在盆栽试验中接种处理中每盆添加菌剂60 g，对照加入等量的灭菌菌剂，与土壤充分混匀后装盆，浇水使土壤含水量达到15%，小葱发芽后与灭过菌的少量细沙混合，均匀撒播，待长势稳定后间苗至20株左右。

根据葱属植物的特点控制白天和晚上气温，采用自然光照，期间每天根据失水量决定蒸馏水的浇水量，在小葱生长期间，进行一次追肥。

小葱生长14周后收获，先用自来水冲洗，然后用蒸馏水漂洗干净，晾干，根样剪成1 cm根段；取出部分根样用曲利苯蓝-方格交叉法测定根系的根长和菌根侵染率；土壤pH、速效磷、有效硫、砷、镉、植株含磷量及植株含砷量采用常规的方法测定；植株含硫量采用浊度法测定。

本发明的有益效果：

1）所有接种处理均能提高小葱生物量，其中接种GM菌根真菌对小葱生物量的促进较佳。

2）小葱植株磷、硫、砷含量均随磷石膏添加水平的提高有增加的趋势。

3）菌根接种均能提高小葱对磷、硫养分的吸收能力，在PG40添加水平时GM和DS接种处理下的砷含量显著较低。

4）通过对低硫缺磷土壤添加不同量磷石膏和接种AMF的盆栽试验发现，以PG40与GM接种组合处理对小葱生长促进作用最优。

附图说明

图1 不同量的磷石膏添加和接种AMF处理下小葱的生物量；

图2 不同量的磷石膏添加和接种AMF处理下小葱植株磷含量；

图3 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株的磷吸收量；

图4 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株砷含量；

图5 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株的砷吸收量；

图6 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株的磷砷吸收比；

图7 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株硫含量；

图8 不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株的硫吸收量。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。

本发明提出一种基于菌根技术的磷石膏农业利用的方法：首先，进行盆栽试验，加入不同量的磷石膏同时接种不同的菌根真菌，通过用SPSS11.5统计软件对试验数据中磷石膏添加和菌根接种进行双因素方差分析及多重比较，分析不同量磷石膏处理和不同菌根处理之间的差异显著性，确定磷石膏的最佳施用量和磷石膏与菌根的最佳组合；最后，根据模拟试验结果，结合实际的农业生产情况估算磷石膏施用量，并进行小区试验验证后大面积推广。

实施例：农作物为蔬菜类中的葱属植物

供试葱属植物为小葱，在盆栽试验中，挑选大小一致且籽粒饱满的种子，用10% H₂O₂进行表面消毒10 min，再用蒸馏水冲洗，然后置于放有湿润定量滤纸的培养皿中，于25℃恒温培养箱中催芽2~3 d，待发芽较整齐混入细沙播种；预先在盆中加入肥料后混合均匀，平衡1周，等待使用。

如表1所示：选取玉溪市江川县低硫缺磷土壤，土壤的基本化学属性如表1所示，土壤自然风干后过2 mm筛，混合均匀后装入灭菌袋中进行高压蒸汽灭菌（121 ℃间歇灭菌共2 h），置于牛皮纸上晾置2~3 d后收入密封塑料袋，避免其它途径的微生物污染。

表1 供试土壤及磷石膏的化学属性

Table 1 The chemical characteristics of the experimental soil and the phosphogypsum

类别	土壤pH	有机质/(g·kg^-1)	全磷/(g·kg^-1)	速效磷/（mg·kg^-1）	有效硫/（mg·kg^-1）	全砷/（mg·kg^-1）
							土壤	7.30	13.42	0.68	7.56	36.45	6.70
磷石膏	4.19	4.61	5.26	35.62	376.84	18.5

在盆栽试验中的容器为1.5 L的盆，每盆装土1 kg，以溶液形式向土壤中加入基础肥料，加入肥料后混合均匀，平衡1周；在装土前在盆内衬上塑料袋或者塑料薄膜。

加入的基础肥料包括N：60 mg·kg^-1 , P：30 mg·kg^-1，K：67 mg·kg^-1，Ca：20 mg·kg^-1，Mg：4.5 mg·kg^-1，Mn：0.92 mg·kg^-1，Cu：0.54 mg·kg^-1，Zn：1.24 mg·kg^-1，Mo：0.06 mg·kg^-1，分别以NH₄NO₃、KH₂PO₄、K₂SO₄、Cacl₂·2H₂O、MgSO₄·7H₂O、MnSO₄·H₂O、CuSO₄·5H₂O、ZnSO₄·7H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O的形式加入盆中。

盆栽试验中使用的菌根为分离自农田作物根际土壤的Glomus mosseae（BGCYN05，1511C0001BGCAM0013）、Glomus aggregatum （BGCHEB07C）、Diversispora spurcum（BGCSD03A，1511C0001BGCAM0047），其中Glomus还是农田优势属；所述的试菌根真菌由北京市农林科学院植物营养与资源研究所提供。

盆栽试验中设3个磷石膏添加水平，添加量分别为0、20、40 g·kg^-1；每个添加磷石膏处理同时设不接种（NM）、接种Glomus mosseae（GM）、接种Glomus aggregatum（GA）、接种Diversispora spurcum（DS）4个处理，每个处理重复4次，共计48盆。

在盆栽试验中接种处理中每盆加菌剂60 g，对照加入等量的灭菌菌剂，与土壤充分混匀后装盆，浇水使土壤含水量达到15%。小葱发芽后与灭过菌的少量细沙混合，均匀撒播，待长势稳定后间苗至20株左右。

在试验中控制白天和晚上气温分别为(30±3)℃和(20±2) ℃，采用自然光照，期间每天根据失水量决定蒸馏水的浇水量；在小葱生长至35 d时进行一次追肥(N：30 mg·kg^-1，K：20 mg·kg^-1)。

小葱生长14周后收获，先用自来水冲洗，然后用蒸馏水漂洗干净，晾干，根样剪成1 cm根段；取出部分根样用曲利苯蓝-方格交叉法测定根系的根长和菌根侵染率 (Phillips et al., 1970；Giovannetti et al., 1980)；土壤pH、速效磷、有效硫、砷、镉、植株含磷量及植株含砷量采用常规的方法测定；植株含硫量采用浊度法测定。

具体分析过程：

（一）、不同磷石膏添加量与接种AMF对小葱菌根建成及生长的影响

本研究中由于小葱根系太少，只抽取了部分不接种和三种菌根接种处理根系样品进行了菌根侵染率测定，不接种样品未发现有菌根真菌侵染，接种处理样品均有菌根侵染，但侵染率较低，变化范围在19.6%~29.8%之间。经双因素方差分析，小葱生物量在磷石膏处理和接种处理之间的交互作用显著。如图1所示：无论接种与否，小葱生物量随着磷石膏添加水平的提高均呈显著增加趋势，说明磷石膏的添加促进了小葱的生长。对PG20和PG40内进行的比较分析显示，与未接种处理相比，所有接种菌根处理的植株生物量均相对较高，其中接种GM和DS菌根处理显著较高。同一磷石膏处理水平下，GM接种处理的小葱生物量均显著高于其它接种处理。所有复合处理中，PG40与GM接种组合处理的小葱生物量最高。

（二）、不同磷石膏添加量与接种AMF对小葱磷、砷吸收的影响。

经双因素方差分析，小葱磷、砷的含量及吸收量在磷石膏处理和接种处理间交互作用显著。

如图2-3所示：无论接种与否，小葱磷含量及吸收量均随磷石膏添加水平的提高呈增加趋势，其中磷含量呈显著增加，且添加40 g·kg^-1磷石膏处理的磷吸收量显著高于未添加磷石膏处理，并以PG40与接种GM菌根真菌组合处理的小葱磷含量及吸收量显著较高。对相同磷石膏添加处理下的小葱磷含量比较发现，与未接种处理相比，接种菌根处理的小葱磷含量均有增加，其中GM接种处理的小葱磷含量显著较高。不添加磷石膏时，各处理间的植株磷吸收量没有显著差异，添加磷石膏后，GM接种处理显著高于其它处理。

如图4-5所示：无论接种与否，随着磷石膏添加水平的提高，小葱植株内的砷含量及吸收量也有增加的趋势。PG40处理的小葱植株砷含量及吸收量均显著高于未添加磷石膏处理。此外，同一磷石膏添加水平下不同菌根处理对小葱植株砷含量及吸收量的影响也不同：不添加磷石膏时，各处理间小葱砷含量及吸收量均没有显著差异；添加PG20时，接种GA处理植株砷含量及吸收量显著低于其它处理；添加PG40时，接种GM和DS处理的小葱砷含量显著低于未接种处理。

图6为不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株的磷砷吸收比。从图6可以看出，无论接种与否，随着磷石膏添加量的增加，小葱的磷砷吸收比植呈增大趋势，且以添加40 g·kg^-1磷石膏和GM接种组合处理的磷砷吸收比值最大。从同一磷石膏添加水平内的处理比较来看，接种GM处理小葱植株磷砷吸收比均显著高于其它接种处理，与未接种处理相比，接种处理的磷砷吸收比均要高一些。

（三）、不同磷石膏添加量与接种AMF对小葱硫吸收的影响

如 SHAPE \* MERGEFORMAT 图7-8所示为不同磷石膏添加量与接种AMF处理下小葱植株硫含量及硫吸收量；经双因素方差分析，小葱植株硫含量及吸收量在磷石膏处理和接种处理间交互作用显著。

无论接种与否，PG40处理均显著高于未添加磷石膏处理，除DS接种处理外，PG40处理硫含量也相应显著高于PG20处理；此外，同一接种状况下，PG40处理的小葱植株硫吸收量也显著高于其它磷石膏添加处理。对同一磷石膏添加处理进行的比较分析显示，不添加磷石膏时，GM接种处理小葱含硫量显著高于其它处理；添加磷石膏20 g·kg^-1土后，GA接种处理小葱硫含量显著低于未接种和GM接种处理，且接种GM菌根真菌的小葱硫吸收量也显著较高；添加磷石膏40 g·kg^-1土后，GM接种处理小葱硫含量及吸收量均显著高于其它接种处理，而GA和DS接种处理的硫含量则低于未接种处理。

本试验中随磷石膏添加水平的提高，小葱植株的生物量随之增加，同一接种情况下以PG40处理小葱的生长状况最好（图1）。一方面可能由于供试磷石膏中的有效磷和有效硫含量远高于供试低硫缺磷土壤，随磷石膏添加水平的提高，土壤中可被植物利用的有效磷、硫含量随之增加；另一方面，磷石膏的添加还能够改善小葱生长的土壤环境，促进其根系菌根真菌的侵染而改善磷、硫养分的吸收。这为磷石膏资源应用于农业生产提供了先决条件。

PG40和GM菌根组合处理下的作物地上部砷含量理论上不会超标，食品安全性较高。

在云南，小葱的种植方式主要为带状种植。每亩面积为667 m²，土壤容重为1.34 g·cm-3，耕作层若按厚度0.15 m计算，则每亩土壤重量为134067 kg，本试验得出的优势组合处理的磷石膏施加水平为40 g·kg^-1土，可以估算出每亩可以施用磷石膏的量约为5400 kg，经过生产实际中的推广应用折算后，仍是相对较高的安全施用量，可以解决部分磷石膏的利用问题。

经过分析发现：

Claims

1.一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：首先，进行盆栽试验，加入不同量磷石膏同时接种几种农田中优势菌根真菌，通过用SPSS11.5统计软件对试验数据中磷石膏添加和菌根接种进行双因素方差分析及多重比较，分析不同量磷石膏处理和不同菌根处理之间的差异显著性，确定磷石膏的最佳施用量和磷石膏与菌根的最佳组合；最后，根据模拟试验结果，结合实际的农业生产情况估算磷石膏施用量，并进行小区试验验证后大面积推广。

2.根据权利要求1所述的一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：在双因素方差分析中，交互作用显著的情况下对所有处理进行LSD多重比较，检验接种菌根真菌与添加磷石膏复合处理之间的差异显著性(p<0.05)，在添加磷石膏处理和接种处理交互作用不显著的情况下，分别对接种或未接种处理进行多重比较，分析磷石膏添加量处理之间的差异显著性，并对同一磷石膏添加水平处理进行多重比较。

3.根据权利要求1所述的一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：在盆栽试验中，挑选大小一致且籽粒饱满的种子，用10% H₂O₂进行表面消毒10 min，再用蒸馏水冲洗，然后置于放有湿润定量滤纸的培养皿中，于25℃恒温培养箱中催芽2~3 d，待发芽较整齐混入细沙播种；在盆栽试验中的容器为1.5 L的盆，在装土前在盆内衬上塑料袋或者塑料薄膜，每盆装土1 kg，以溶液形式向土壤中加入基础肥料，加入肥料后混合均匀，平衡1周，等待使用。

4.根据权利要求1所述的一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：在盆栽试验中设定不同的磷石膏添加水平，每个添加磷石膏处理同时设不接种和接种不同的菌根真菌，在盆栽试验中接种处理中每盆添加菌剂60 g，对照加入等量的灭菌菌剂，与土壤充分混匀后装盆，浇水使土壤含水量达到15%，小葱发芽后与灭过菌的少量细沙混合，均匀撒播，待长势稳定后间苗至20株左右。

5.根据权利要求1所述的一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：根据农作物的特点控制白天和晚上气温，采用自然光照，期间每天根据失水量决定蒸馏水的浇水量，在植物生长期间，进行一次追肥。

6.根据权利要求1所述的一种基于菌根技术的磷石膏在葱属作物中利用方法，其特征在于：农作物收获后，将地上和地下部分开，先用自来水冲洗，然后用蒸馏水漂洗干净，晾干，根样剪成1 cm根段；取出部分根样用曲利苯蓝-方格交叉法测定根系的根长和菌根侵染率；土壤pH、速效磷、有效硫、砷、镉、植株含磷量及植株含砷量采用常规的方法测定；植株含硫量采用浊度法测定。