酵素菌剂与有机肥配施对水稻产量、品质和土壤养分的影响

廖欣　王忍　张印　陈灿　马微微　余政军　孟祥杰　罗雨聪　汤伟　黄璜　张小兵

摘要：为研究不同酵素用量与有机肥配施对土壤养分、稻米品质的影响，2020年在湖南省长沙县明月村以农香32为试验材料，设置单施有机肥（CK）、有机肥配施200 kg/hm2酵素（T1）、有机肥配施400 kg/hm2酵素（T2）3个处理，对酵素与有机肥配施对水稻产量、土壤养分及稻米品质的影响进行研究。结果表明，与CK相比，T2处理水稻产量显著提高11.55%，T1和T2处理糙米率分别显著提高1.49%、1.24%，精米率分别显著提高2.57%、1.20%。T2处理分蘖期和成熟期土壤全氮含量较CK分别增加了58.51%、91.55%，达到显著水平。孕穗期和齐穗期T2处理土壤全钾含量较CK分别显著提高了7.57%、5.13%。分蘖期T2处理的速效钾、速效磷和碱解氮含量分别比CK处理增加了11.54%、22.16%、19.43%，差异显著。孕穗期和成熟期，T2处理有机质、速效磷、碱解氮含量均显著高于CK处理，在成熟期增幅分别为11.53%、39.74%、36.65%。与CK相比，在水稻成熟期T1和T2处理蔗糖酶活性分别显著提高4.85%、3.86%，T1处理脲酶活性显著提高37.73%，T2处理过氧化氢酶活性显著提高62.71%。本研究结果表明，水稻生产应用酵素有利于改善土壤理化性质，稳定甚至提高水稻产量，以有机肥配施400 kg/hm2酵素（T2）施用效果最佳。

关键词：酵素；水稻；产量；稻米品质；土壤养分；RVA谱特征值

中图分类号：S511.06文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）14-0095-06

随着经济发展和生活水平提高，人们对粮食的要求不再是量的突破，而是注重安全和品质［1］。耕地质量的好坏极大地影响了粮食的生产安全［2］。水稻作为我国主要的粮食作物之一，常年种植面积约3 000万hm2［3］。根据2014年我国发布的《全国土壤污染状况调查公报》数据显示，我国近3 600万hm2的农田受到有机物的污染［4］。长期施用农药肥料导致土壤板结、酸化、重金属污染、微生物群落单一等土壤环境问题逐渐加剧［5-7］。国内学者认为使用有机肥代替部分化肥能够在稳产的同时提高土壤肥力［8］。市面上流通的有机肥多为畜禽类排泄物以及植物残渣发酵分解而成，在使用过程中配施酵素能达到更好的效果。

酵素技术最早是由日本的微生物专家作为一项生态工程发明的，并于20世纪80年代开始广泛应用形成产业化［9］。酵素在植物、动物、微生物的三维立体循环农业体系转化中起到核心链接作用。通过酵素发酵的有机肥可作为一种高效复合生物肥料［10］，不仅响应了国家化肥农药“双减”政策，还能提高作物产量，改善稻米品质，提高土壤肥力，缓解化肥农药过量使用导致的土壤板结、酸化、重金属污染等一系列土壤环境问题［11］。因此，研究酵素对高产稳产、稻米品质及土壤理化性质具有非常重要的实际意义。目前，已有许多相关文献报道施用酵素对水稻稳产提质、改善土壤性质的作用，其研究结果也大致相同，在施用酵素后，水稻产量均有不同程度的提高［10-15］，稻米品质得到改善［16］。李丽霞等研究发现，酵素菌可以产生各种酶，分解有机物质形成腐殖质，通过溶解土壤中磷钾等微量元素增加土壤中养分含量［17］。在以往研究中已经明确了酵素对水稻产量、稻米品质和土壤理化性质的影响，但施用多少酵素对水稻产量、稻米品质和土壤性质的改善效果更好尚不清晰，因此探究酵素的合理施用量对实现水稻的高产优质栽培有重要意义。本研究采用田间小区试验，研究不同酵素用量條件下水稻产量、稻米品质以及土壤性状的影响，以期通过合理施用酵素为实现水稻的高产优质栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况与试验材料

试验地位于湖南省长沙县路口镇明月村（113°29′48″E，28°40′38″N），试验时间为2020年5—10月。该区属于亚热带季风性湿润气候，全年平均气温在16～18 ℃，年日照时间达1 800 h，年降水量1 200～1 500 mm。土壤类型为红黄泥水稻土，在基施有机肥和酵素前使用5点取样法，测定土壤背景值及其理化性状，其中pH值为5.24，有机质含量为23.18 g/kg，碱解氮含量为96.93 mg/kg，速效磷含量为19.86 mg/kg，速效钾含量为130 mg/kg，全氮含量为0.94 g/kg，全磷含量为0.36 g/kg，全钾含量为7.8 g/kg。

供试水稻品种为农香32；酵素为益生菌液体酵素，主要成分包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等，由湖南伊润生物科技股份有限公司生产；有机肥为基地自购商品发酵鸡肥。

1.2 试验设计

采用田间小区试验，试验设3个处理，分别为有机肥与200 kg/hm2农用微生物酵素菌剂配施（T1）、有机肥与400 kg/hm2农用微生物酵素菌剂配施（T2）、有机肥单施（CK），3次重复，共9个小区，每个小区面积为80 m2。

本试验于5月16日浸种，5月17日催芽，5月18日播种，用种量为60 kg/hm2。6月10日设置保护行、试验地区划，各小区用田埂隔开，避免肥水串灌串排。6月16日翻耕，按3个处理即200 kg/hm2农用微生物酵素菌剂配施2 680 kg/hm2有机肥混合发酵（T1）、400 kg/hm2农用微生物酵素菌剂配施2 680 kg/hm2有机肥混合发酵（T2）、2 680 kg/hm2有机肥（CK），采用人工施肥的方式均匀施撒基肥。6月19日，采用人工插秧密植将秧苗移栽至大田，移栽规格为24 cm×24 cm。在水稻孕穗期（8月1日）追施1次复合肥，用量为375 kg/hm2。10月1日收获水稻。试验采用培育壮苗、以水压草、合理密植等措施防治杂草病害，其他田间管理均按照当地实际生产措施进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 水稻产量测定 于水稻收获前1 d，每个小区选取5株有代表性的植株进行考种，调查穗粒数、结实率、千粒质量等指标。于水稻收获当天，每个处理随机割取3个1 m2的样方，脱离后晒干称质量，测定谷物含水量，计算实际产量。

1.3.2 稻米品质测定 参照GB/T 17891—2017《优质稻谷》测定糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度；采用流动分析仪测定蛋白质含量；采用碘蓝比色法测定直链淀粉含量；淀粉快速黏度分析仪（RVA）特征谱采用RVA测定。

1.3.3 土壤性质测定 分别于水稻分蘖期、孕穗期、齐穗期、成熟期采用5点取样法采集0～20 cm土壤样品，风干磨样后过筛备用。其中土壤pH值使用pH计测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法-稀释热法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2 H2SO4）-可见分光光度计法测定；速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定；全氮、全磷含量采用浓硫酸消煮-流动分析仪法测定；全钾含量采用浓硫酸消煮-火焰光度法测定［18］。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法测定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；过氧化氢酶活性采用高猛酸钾滴定法测定［19］。

1.4 数据处理

采用Excel 2010整理数据，用SPSS 23.0軟件进行不同处理间各测定指标的方差分析，用LSD法（α=0.05）进行多重比较，用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻产量的影响

由表1可知，有效穗数随酵素用量的增加呈上升趋势；与CK相比，酵素与有机肥配施对水稻有效穗数、穗粒数、结实率和千粒质量无显著影响。T1处理的水稻产量低于CK处理，但差异不显著，T2处理的水稻产量较CK处理显著增加11.55%（P<0.05），较T1处理显著增加15.79%（P<0.05）。

2.2 不同处理对稻米品质的影响

由表2可知，酵素与有机肥配施对水稻糙米率和精米率均有所提高，与CK相比，T1处理分别增加1.49%、2.57%，T2处理分别增加1.24%、1.20%，均达到显著水平。在施用正常酵素用量与有机肥配施的条件下（T1）整精米率最高，与对照相比提高了2.89%，但未达到显著水平。与CK相比，施用酵素对稻米垩白粒率、垩白度、蛋白质含量和直链淀粉含量均没有显著影响。

RVA谱特征值可以反映稻米的蒸煮品质。由表3可知，不同处理RVA谱特征值表现为T2处理的最高黏度和崩解值显著低于CK和T1处理，而消减值显著高于CK及T1处理。T1处理最高黏度、热浆黏度和崩解值均高于CK处理，消减值低于CK处理，但无显著差异。

2.3 不同处理对土壤理化性质的影响

由表4可知，与CK相比，土壤pH值和全磷含量在分蘖期均表现出T1和T2处理显著高于CK，T1处理分别提高了7.29%和15.79%，T2处理分别提高了3.46%、63.16%。不同处理土壤pH值和全磷含量在其他各时期均无显著差异。分蘖期和成熟期土壤全氮含量均表现为T2>T1>CK，T2处理分蘖期和成熟期土壤全氮含量较CK分别增加了58.51%、91.55%，达到显著水平。孕穗期和齐穗期T2处理土壤全钾含量最高，分别达到了8.53、8.20 g/kg，分别较CK提高了7.57%、5.13%，呈现出显著性差异，T1和T2处理成熟期土壤全钾含量显著低于CK，分别降低了2.36%、3.19%。

土壤有机质含量在水稻孕穗期和成熟期均表现为T2>T1>CK，其中在孕穗期和成熟期T2处理较CK分别提高了11.06%、11.53%。T1处理土壤有机质含量在水稻成熟期显著高于CK。T1和T2处理在水稻孕穗期土壤速效钾含量高于CK处理，但未达到显著水平，其他3个时期土壤速效钾含量均高于CK处理；在水稻分蘖期和齐穗期T2处理土壤速效钾含量与CK相比显著提高了11.54%、18.19%；T1与CK处理土壤速效钾含量在分蘖期达到显著差异。在水稻全生育期内，T1和T2处理土壤速效磷和碱解氮含量均高于CK处理。与CK处理相比，T1处理土壤速效磷含量在水稻分蘖期、孕穗期和成熟期分别显著高出16.96%、10.82%、35.48%；T2处理显著高出22.16%、21.99%、39.74%。分蘖期T2处理土壤碱解氮含量与T1处理和CK相比分别高出17.31%、19.43%，且差异显著；孕穗期和成熟期T1和T2处理碱解氮含量与CK相比分别高出15.98、11.66%和21.20%、36.65%，达到显著水平。

2.4 不同处理对土壤酶活性的影响

在土壤系统大多数复杂的生化过程中，土壤酶有着重要作用。试验数据表明，T1和T2处理与CK相比分蘖期和齐穗期的土壤酶活性无显著差异。在水稻成熟期，与CK相比，T1和T2处理的土壤蔗糖酶活性分别显著提高4.85%、3.86%（图1）；T1处理土壤脲酶活性显著高于T2处理和CK，增幅分别为32.61%、37.73%（图2）；T2处理土壤过氧化氢酶活性相较于CK、T1处理分别显著高出62.71%、119.86%（图3）。

2.5 不同生育期土壤理化性质和土壤酶活性与产量的相关性分析

如表5所示， 在各个处理中， 分蘖期的土壤全氮、全磷、有机质含量与产量呈极显著正相关，速效磷含量与产量呈显著正相关。孕穗期的全氮、有机质含量与产量呈显著正相关；蔗糖酶活性与产量呈显著负相关。齐穗期的土壤全钾含量与产量呈显著正相关，速效钾含量与产量呈极显著正相关。成熟期土壤肥力和土壤酶活性与产量没有显著相关性。

3 讨论

3.1 有机肥配施酵素有利于稳定甚至提高水稻产量

本研究结果表明，施用2倍用量酵素（T2）处理的产量达到7.92 t/hm2，比CK处理显著增产11.55%，而正常用量酵素（T1）处理与CK差异不显著。前人的研究表明，施用酵素能促进水稻生长，减少无效分蘖，提高有效分蘖，从而达到增产效果［12］，本研究的结果与之一致。酵素种类、用量、水稻品种及稻田土壤肥力的差异导致施用酵素对水稻产量效应不一致。杨永安等施用酵素秸秆速腐剂和生物酵素后水稻产量提高[KG*8]5.32%［13］。 刘伟研究发现，施用植物酵素的处理能显著增加穗长、穗实粒数及每平方米有效穗数，增产7.9%［11］。周泽宇等对比了植物酵素“金禾苗”和“环保酵素”对水稻产量的影响，发现喷施植物酵素“金禾苗”可以促进水稻分蘖，对水稻增产效果显著，相比常规种植水稻增产8.6%［15］。杜元中在水稻旱直播栽培中用不同浓度环保酵素浸种均达到增产效果，其增产幅度为 1.36%～10.51%［14］。本研究中，施用正常用量的酵素（T1）处理产量低于CK处理，但其有效穗数、结实率、千粒质量均高于CK处理，由此表明正常施用酵素在短期内不会显著影响水稻产量。酵素中的微生物在土壤中对有机肥的分解腐化是一个复杂且漫长的过程，因此长期连续合理地施用酵素菌肥对水稻生产的累积效应还有待持续关注。

3.2 有机肥配施酵素改善稻米品质

稻米品质主要受水稻品種遗传因素影响，但生育过程中生态环境、耕作方式等措施的不同也会对其产生较大的影响［20］。稻米品质评价指标主要有外观品质、加工品质、营养品质、蒸煮品质等［21］。前人研究发现，在酵素菌肥有机栽培条件下，稻米的糙米率、精米率、整精米率指标略低于传统栽培，但差异不大，而垩白率降低36.05%，达到显著差异，同时稻米的直链淀粉含量下降5.8%，蛋白质含量提高1.74%［16］。刘伟研究发现，施用酵素可以显著降低垩白率，降低直链淀粉含量，提高蛋白质含量，在一定程度上改善稻米品质［11］。王志超研究发现，随着生物菌肥追肥比例的增加，糙米率和整精米率显著增加，直链淀粉含量降低［22］。本研究中，T1和T2处理与对照相比，精米率得到显著提高，T1处理较CK的糙米率、整精米率、蛋白质含量均有不同程度的提高，同时垩白粒率、直链淀粉含量分别下降9.58%、4.00%。这与前人的研究结果基本一致，即施用酵素可以在一定程度上改善稻米品质。前人较为一致地研究认为，稻米淀粉 RVA谱特征值中较高的峰值黏度、较大的崩解值和较低的消减值，说明稻米食味品质较好［23-24］。本试验结果表明，施用正常用量酵素（T1）稻米淀粉的RVA谱特征值表现为峰值黏度高、崩解值大、消减值低，而施用2倍酵素用量（T2）稻米淀粉的RVA谱特征值反而变劣，这说明施用过量酵素不能改善稻米的蒸煮和食味品质。在本研究中，稻米品质并未随着酵素用量的增加而变优，笔者认为这可能与酵素中微生物及其代谢物过量有机肥快速被分解导致水稻开花早影响后期籽粒灌浆成熟有关。陶津等研究发现，浇施高浓度比例（1 ∶250）的环保酵素会导致辣椒未成熟果实早衰落果现象［25］。由此看来，施用酵素是一种能够提升稻米品质的生产措施，但仍需注重因地制宜，与栽培技术相配套地进行合理使用。

3.3 有机肥配施酵素改善土壤质量

酵素作为一种土壤改良剂，虽然不可以为作物生长提供直接养分，但可以通过微生物及其代谢产物快速分解有机质，间接改善土壤理化性质，分解农药化肥等化学物质，将难溶的N、P、K解离出来，提高养分的利用率［26］。刁亚娟和马保国分别研究了酵素菌肥对番茄和大蒜土壤养分含量的影响，研究结果均表明酵素菌肥能显著提高土壤有机质和养分含量［27-28］。韩剑宏等研究认为，施加环保酵素和水按体积比1 ∶800的比例可以显著提高土壤有机质和速效钾含量，碱解氮和有效磷含量有所降低［29］。郜胜涛等研究发现，用微生物菌肥代替化肥，可以增加土壤有机质含量，进而提高土壤肥力［30］。本试验不同酵素用量配施有机肥处理对土壤养分的整体影响，T2处理最高，T1处理次之，CK最低。酵素中含有枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等微生物，在微生物的活动下不断分解有机质使得在分蘖期土壤的有机质和速效养分含量呈现3个层次水平。蔗糖酶是土壤微生物生长代谢的产物，是有机碳分解的重要指标，过氧化氢酶参与物质和能量的转换，其活性主要与土壤有机质及好氧微生物数量有关，土壤脲酶活性反映了土壤供氮能力［31］。高亮等将酵菌素生物有机肥应用于滨海盐土上，发现盐土的理化性质得到改善，土壤的呼吸作用和酶活性也有一定的增加［32］。在本研究中，在水稻分蘖期、孕穗期乃至齐穗期3个处理的过氧化氢酶、脲酶及蔗糖酶活性基本上没有出现显著性差异，但在水稻成熟期，施用酵素处理的蔗糖酶、过氧化氢酶及脲酶的活性显著提高。翟敬华等在研究酵素对红菜薹土壤特性的影响时也发现类似的规律［33］。在红菜薹生长45 d前，施加酵素的处理土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶活性与施用有机肥的处理差异并不显著，在生长后期过氧化氢及蔗糖酶活性均有所提高，但对脲酶活性没有显著影响。本研究发现，在水稻分蘖期土壤全氮、全磷、有机质含量与水稻产量呈极显著正相关，这说明基施有机肥能够在生育前期为水稻生长提供充足的土壤养分，对确保水稻产量有重要作用。

4 结论

与正常施用有机肥相比，有机肥配施酵素显著增加了土壤有机质及速效养分含量，有机肥配施400 kg/hm2酵素（T2）能显著提高成熟期土壤蔗糖酶和过氧化氢酶活性，显著提高稻米产量11.55%，且显著提高精米率。从本试验结果来看，有机肥配施400 kg/hm2酵素（T2）在提高水稻产量和土壤肥力方面表现更优。综上所述，有机肥配施400 kg/hm2酵素是一种稳产提质增效、改良土壤的农业生产措施，推荐在水稻生产过程中因地制宜地施用2倍用量酵素水平。

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收稿日期：2022-09-19

基金项目：湖南省农业农村厅项目（编号：2020-22）；国家重点研发计划（编号：2018YFD0301003）。

作者简介：廖 欣（1999—），女，湖南娄底人，硕士研究生，主要从事生态种养研究。E-mail：2553444397@qq.com。

通信作者：黄 璜，博士，教授，博士生导师，主要从事生态学研究，E-mail：hh863@126.com；张小兵，主要从事微生物菌剂研究，E-mail：1014545960@qq.com。