多功能促生菌剂对砂质潮土玉米生产的影响

刘晓丹，朱学强，张林利，刘 晔，姜 瑛(河南农业大学 资源与环境学院，河南 郑州 450002)

土壤是农业生产的基础，化肥是维持土壤肥力、促进农业可持续发展的保障。处理好土壤与化肥之间的关系，是保障我国粮食安全的重要任务。但在农业生产中，长期不合理的化肥施用导致土壤肥力下降、作物产量降低、生态环境破坏等诸多问题[1-4]。充分发挥化肥肥效、提高肥料利用率是我国农业生产发展提升的关键问题之一。

土壤微生物是土壤生命力的重要组成，是评价土壤健康状况的关键指标，它们参与土壤有机质的分解、腐殖质的合成，对提高土壤养分有效性发挥着重要作用，其合成的代谢产物具有固氮、溶磷、解钾和刺激生长等作用，是提高作物产量、改善作物品质的重要保证[5-7]。前人研究表明，施用微生物菌剂不仅可以增加土壤有机质含量，提高土壤肥力，改善作物生长环境，而且能够改变根际土壤微生物的数量与活性，进而提高矿质营养元素含量[8-11]。施用胶质类芽孢杆菌能够有效提高花生田块土壤酶活性，增加花生产量[12]；施用地衣芽孢杆菌制剂能够提高作物根系生长和作物抗逆性[13]；微生物菌肥还能显著提高土壤中微生物多样性指数[14]，有效改善土壤基础理化性质，提高土壤酶活性[15]。

华北地区砂质潮土供肥保水性能差、施肥见效快，但在作物生长后期易脱肥早衰。玉米是我国的三大粮食作物之一。当今，玉米产量提高主要依赖化肥施用，有关微生物菌剂促进其生长的报道较少。本试验从砂质潮土中筛选出具有解磷能力和分泌吲哚乙酸(IAA)功能的促生菌，借助骨粉为载体，制成单一微生物菌剂和复合微生物菌剂[16]，研究其施入土壤后对土壤基础理化性状、IAA和玉米植株养分含量及产量的影响，旨在为保护华北地区土壤环境、提高玉米产量等提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2015年6月初至2015年10月进行，地点为河南省新郑市航空港管理区华北小麦-玉米轮作营养与施肥科学观测试验站(113.89410°E，34.50572°N)，土壤类型是砂质潮土。研究区地处半湿润、半干旱的暖温带季风气候区，年均降水量675 mm，降水主要集中在7—9月，年均气温14.5 ℃。供试土样(采样深度0～20 cm)基本理化性状：土壤有机质3.29 g·kg-1，全氮0.29 g·kg-1，矿质氮25.46 mg·kg-1，全磷0.80 g·kg-1，速效磷9.77 mg·kg-1，全钾19.56 g·kg-1，速效钾80.17 mg·kg-1，pH值7.27。

1.2 处理设计

本试验共设置7个处理：T1，不施任何菌剂和骨粉；T2，单施骨粉；T3，施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌(Bacillusmuralis，登录号KP743121)菌剂；T4，施用以骨粉为载体的特基拉芽孢杆菌(Bacillustequilensis，登录号KP743123)菌剂；T5，施用以骨粉为载体的枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis，登录号KP743130)菌剂；T6，施用以骨粉为载体的短小芽孢杆菌(Bacilluspumilus，登录号KP743131)菌剂；T7，施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等比例混合菌剂。

供试细菌均从供试土壤中筛选，并保存在实验室4 ℃冰箱中，制成以骨粉为载体的菌剂。菌剂中有效活菌数为1011cfu·g-1。每个处理3次重复，随机区组排列，小区尺寸3 m×3 m。所有处理均施用N 15%、P2O515%、K2O 15%的复合肥作基肥，施用量650 kg·hm-2。除T1外，各处理配施骨粉或含等量骨粉制成的微生物菌剂50 kg·hm-2。在玉米拔节期追施尿素120 kg·hm-2。供试玉米品种为郑单958，播种量为每公顷7.5万粒，生育期间其他管理措施按照当地高产玉米管理规程进行。

1.3 土样采集

分别在玉米拔节期(7月18日)、抽雄期(8月10日)、成熟期(9月20日)采集土样。采用5点取样法在玉米行间采集土壤样品，表层采样深度为0～20 cm，然后将采集的土样混合均匀并作好编号，作为待测样品进行保存。

1.4 土样及植株的测定指标及方法

1.4.1 土样理化性质、IAA和pH的测定

土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用1 mol·L-1中性乙酸铵浸提，火焰光度计法测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化法测定。土壤IAA采用高效液相色谱法测定：称取土壤样品10 g到100 mL离心管，加入80%(体积分数)丙酮水溶液50 mL，超声提取30 min，上清液减压浓缩(40 ℃)，将丙酮蒸发完全，再用乙酸乙酯萃取3次，然后合并有机相，减压浓缩(40 ℃)蒸干，用5 mL色谱纯甲醇溶解，过0.45 μm有机相滤膜，滤液保存于棕色小瓶中，用高效液相色谱(HPLC)测定。土水质量体积比1∶5浸提，水采用去二氧化碳蒸馏水，酸度计测定[13]。

1.4.2 植株氮、磷、钾含量测定

植株全氮测定采用H2SO4-H2O2消煮-开氏定氮法；植株全磷测定采用H2SO4-H2O2消煮-钼黄比色法；植株全钾测定采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法。

1.4.3 考种及计产

在玉米成熟期采取1 m双行的全部玉米植株进行考种(株高、棒粒数、千粒重)，计算理论产量。每小区收获9 m2，全部脱粒，计算实际产量。

1.5 数据分析

所得数据用Excel 2016进行整理后，在SPSS 23平台上进行方差分析，在Origin 8.5平台上制图。

2 结果与分析

2.1 对土壤肥力的影响

2.1.1 土壤速效磷含量

由图1可知，土壤速效磷含量在玉米抽雄期最高、成熟期最低。在玉米拔节期，T1处理的土壤速效磷显著(P<0.05)低于其他处理，而其他处理间土壤速效磷含量差异不显著；在玉米抽雄期，T2与T1处理的土壤速效磷含量差异不显著，施用了菌剂的T3～T7处理土壤速效磷含量均显著高于T1和T2处理；在玉米成熟期，T4～T7处理的土壤速效磷含量显著高于T1和T2处理，T5、T6、T7处理的土壤速效磷含量最高，显著高于其他处理。总体来看，T6处理的土壤速效磷含量在玉米整个生育期中均保持在较高水平。

同一时期各处理上无相同小写字母的表示差异显著(P< 0.05)。图2同图1 施用促生菌剂对土壤速效磷、速效钾、IAA含量的影响

2.1.2 土壤速效钾含量

由图1可知，玉米拔节期和抽雄期土壤中的速效钾含量高于成熟期。在各生育时期，T3～T7处理与T2处理的土壤速效钾含量无显著差异。

2.1.3 土壤IAA含量

由图1可知，玉米各生育期，T2、T1处理的土壤IAA含量均无显著差异，而添加菌剂的各处理IAA含量均显著高于T2。在玉米拔节期和抽雄期，T6、T7处理的土壤IAA含量显著高于T3、T4处理；在玉米成熟期，T6、T7处理的土壤IAA含量显著高于T2、T3处理，而T4、T5、T6处理的土壤IAA含量差异不显著。

2.2 对玉米植株氮、磷、钾积累的影响

2.2.1 氮积累量

由图2可知，随着生育期的延长，玉米植株氮积累量呈增高趋势。在玉米拔节期，T3～T7处理的玉米植株氮积累量显著高于T1和T2处理，而T3～T7处理间差异不显著；在玉米抽雄期，T5、T6、T7处理的玉米植株氮积累量显著高于T1和T2处理，而T3～T7处理间差异不显著；在玉米成熟期，T3～T7处理的玉米植株氮积累量显著高于T1和T2处理，T5、T6处理显著高于T3、T4。总体来看，各时期T5、T6处理的植株氮积累量均较高。

2.2.2 磷积累量

由图2可知，与植株氮积累量类似，玉米植株磷积累量亦随生育进程呈增高趋势。在玉米拔节期，添加菌剂的各处理植株磷积累量显著高于T1处理，但各处理间差异不显著，T5、T6、T7处理的植株磷积累量显著高于T2处理；在玉米抽雄期，添加菌剂的各处理植株磷积累量显著高于T1和T2处理，但各处理间差异不显著，且T2处理显著高于T1处理；在玉米成熟期，添加菌剂的各处理植株磷积累量显著高于T1处理，但各处理间差异不显著，T5、T6处理的植株磷积累量显著高于T2处理。总体来看，施用促生菌剂的各处理植株磷素积累量均较高。

图2 施用促生菌剂对玉米植株氮、磷、钾积累量的影响

2.2.3 钾积累量

由图2可知，玉米各生育期内，除抽雄期的T2与T6处理外，添加骨粉的各处理无论是否添加菌剂，植株钾积累量均无显著差异。

2.3 对玉米产量的影响

由表1可知，施用菌剂的各处理与T2处理相比，玉米千粒重、产量均显著提高，且T6、T7处理的穗粒数也显著高于T2处理。在施用菌剂的处理间，T6、T7处理的整体表现较优，穗粒数显著高于T3处理，千粒重显著高于T3～T5处理，产量显著高于T3、T4处理。整体来看，短小芽孢杆菌菌剂在砂质潮土上对玉米的增产效果最佳，较T1处理增产15.9%。

表1 施用促生菌剂对玉米产量的影响

注：同列数据后无相同小写字母的表示差异显著(P<0.05)。

3 讨论

土壤是农业生产的基地，是人类赖以生存的物质基础，因此，开发利用好土壤是维护人类生存、保障农业可持续发展的基础。土壤基础理化性状作为评价土壤质量和健康状况的重要指标[17-18]，对保持生物多样性、维持土壤肥力、提高作物产量及品质有着不可替代的作用。土壤速效磷是作物生长发育的必需营养元素[19]，对作物高产、保持品种优良、提高作物品质有明显作用，并在一定程度上能表征土壤肥力特性[20]。本研究结果表明，施入促生菌剂后土壤中速效磷含量提高，特别是T5、T6、T7处理在玉米各生育期的效果均较好，但菌剂对土壤速效钾含量无显著影响。这说明供试促生菌剂具有较好的解磷功能，从而得以提高土壤速效磷含量，但在砂质潮土中未能发挥解钾性能。

土壤中的IAA对作物生长发育起着至关重要的作用。研究表明，IAA能够刺激植物根系伸长，改善根际养分缓冲能力，为作物生长提供良好环境，进而增加作物的养分吸收量、提高作物的产量[14]。本研究结果表明，施用促生菌剂后，T7处理的土壤中IAA含量最高，T6处理次之，证明菌剂能明显提高砂质潮土中IAA含量，为植物根系生长提供良好环境。

作物植株的全量养分含量不仅能衡量土壤的有效养分供应状况和作物的养分吸收特性，而且与作物的产量和品质密切相关。提高并均衡植株全量养分含量是稳产和高产的重要举措。不同处理的玉米植株氮积累量差异明显，特别是T5、T6、T7处理显著提高了植株的氮积累量。

在我国，提升作物产量的主要措施是施用化肥，这也产生了许多负面影响，如土壤板结、养分含量不平衡、生态环境破坏、化肥利用率低等[21]，特别是在华北地区，化肥施用量过大的现象尤为普遍。目前，有关在华北平原利用微生物菌剂来提高作物产量的研究较少，并且多数微生物菌肥筛选的杂菌较多，不同菌肥的差异较大，施于土壤后易对作物产生不可预测的影响，因此，微生物菌肥并没有得到很好的应用。本试验所用的促生菌剂是从砂质潮土中筛选、提纯后制得的，成分较为明确。研究结果表明，施用促生菌剂提高了土壤速效磷、IAA含量，及植株的氮、磷积累量，提高了玉米产量，在华北平原砂质潮土玉米生产上具有一定的推广应用潜力。但关于试验用各促生菌剂在其他土壤类型及作物上的效果仍有待进一步的试验明确。

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