化肥减量配施复合微生物菌肥对土壤养分和水稻产量的影响

姜钦龙, 王苏影, 祝 飞, 崔潞燕, 喻全华, 邹新建

(南昌市农业科学院, 南昌 330038)

化肥是农业生产最基础的物质投入要素之一,化肥减量增效是农业绿色发展的重要内容。在人多地少的资源禀赋条件下,我国长期持续着高投入高产出的农业生产模式。 化肥的密集投入对保障粮食安全起到了不可替代的积极作用[1-2]。 然而,过度且不合理地施用化肥也是农业面源污染的重要源头之一[3],成为农业绿色发展的制约因素。水稻中的问题归根结底是土壤问题,土壤问题的核心是土壤微生态,因此微生物技术在水稻生产中的重要性毋庸置疑。但目前,能够克服化肥与农药的危害,适合水稻现代化耕作管理的农用微生物产品还很少,有效的、经济的、防治结合的,全面修复水稻土壤的农用微生物技术更是凤毛麟角。目前,环保无污染的微生物菌肥越来越受到人们欢迎,它可有效利用大气中的氮素或土壤中的养分资源,不仅降低生产成本,提高作物产量、改善作物品质,减少环境污染,并在一定程度上改善土壤的理化性状等[4-6]。国内微生物肥料的研究起步晚于国外,但国内外微生物肥料研究内容基本一致,都是停留在单一的微生物菌种研究,大多围绕某一类易分离和培养的菌株的分离和筛选方面展开,目前的微生物肥料使用最为普遍的菌种是芽孢杆菌类。截至2021年8月15日,中国农业农村部累计颁发生物有机肥登记证2 696个,复合微生物肥料登记证1 637个,微生物菌剂4 399个,但登记的菌种仅152种。其中以芽孢杆菌类菌株为主的产品占90%以上,产量占98%以上。但芽孢杆菌因菌体抗逆性差,易产生休眠体(芽孢)、依赖氧气,对水稻造成毒害以及会影响有益微生物等原因而难以适用于水稻生产。前人研究也多是以单一的微生物菌肥在水稻方面的研究,本研究探讨了多菌种的复合微生物菌肥对土壤养分和水稻产量的影响,以期减少化肥使用量,探索合理的施肥结构,为合理施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

田间试验于2022年5月—11月在南昌市农业科学院恒湖科技园水稻试验田进行。试验田地力均匀,种植季度为稻稻油轮作,排灌方便。对耕层(0～18 cm)土壤进行理化分析,土壤有机质含量22.1 g/kg,碱解氮122.5 mg/kg,有效磷53.7 mg/kg,速效钾133.68 g/kg,pH值5.60。

1.2 供试材料

供试水稻品种为广和优33(国审稻20210321)。供试肥料:复合微生物菌肥,森井生物工程(湖州)有限公司生产,酸鱼乳杆菌、谷氨酸棒杆菌≥0.5亿/g,NPK≥6%。推荐配方肥总养分≥45%,N-P2O5-K2O 15-15-15,山东利农肥业有限公司生产,尿素,总氮≥46.2%,贵州赤天化铜锌化工有限公司生产。

1.3 试验设计

在单一差异的原则下,按照《肥料效应鉴定田间试验技术规程》(NY/T 249—2002)要求,试验设5个处理:推荐施肥量,处理1(ck);推荐施肥量+复合微生物菌肥,处理2;推荐施肥量减氮10%+复合微生物菌肥,处理3;推荐施肥量减氮30%+复合微生物菌肥,处理4;推荐施肥量减氮50%+复合微生物菌肥,处理5。详见表1,试验采用小区试验,随机区组排列,3次重复,每个小区面积27 m2,共15个小区。

表1 田间试验设计

1.4 田间试验

2022年7月17日犁耙试验田、划区作梗、分区施肥,各试验小区用隔离板作梗体,隔板接头用双层塑料薄膜加覆,设排灌沟,单排单灌。6月25日晚上开始浸种,6月27日开始播种,7月19日移栽。移植密度为18.77万丛/hm2,每丛2苗。7月27日结合化学除草追施尿素。水分管理方式:浅水移栽,薄水活颗;苗期水位保持3～5 cm,有效分蘖期水位保持2～4 cm,在无效分蘖期晒田,孕穗扬花期水位保持在4～8 cm,在齐穗后田间保持干湿交替,成熟期7 d方可断水。病虫害防治记录:8月22日、9月7日、9月25日统一施药防治病虫害。10月23日取样分析经济性状,10月24日试验各小区单打单收计产并分小区采集土样检测。

1.5 测定项目及方法

测定土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量及土壤pH值,测定方法参考土壤农化分析[7]。

1.6 数据统计与分析

采用Excel2003和SPSS19.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 各处理对水稻主要经济性状的影响

由表2可知,在株高上,ck与处理3、处理4差异不显著,与处理2、处理5差异显著,说明施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,同时肥料减量10%,30%,对株高影响不显著。在穗长、千粒重上,ck与处理2、处理3、处理4、处理5差异均不显著,说明在施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,同时肥料减量10%,30%,50%,对穗长、千粒重影响不显著。在有效穗数上,ck与处理2、处理4、处理5差异不显著,与处理3差异显著,说明在施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,同时肥料减量0,30%,50%,对有效穗数影响不显著。在每穗总粒数、结实率上,ck与处理4差异不显著,与处理2、处理3、处理5差异显著,说明施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,同时肥料减量30%,对每穗总粒数、结实率影响不显著。

表2 各处理对水稻主要经济性状的影响

2.2 各处理对水稻产量及经济效益的的影响

由表3可知,处理3的实收产量最高,处理5的实收产量最低,且ck与处理5差异显著,与处理2、处理3、处理4的差异不显著,说明在施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,同时肥料减量0,10%,30%情况下,对实收产量差异不显著。处理5与处理2、处理3、处理4的实收产量差异显著,说明在施用复合微生物菌肥同等条件下,化肥减量30%以内对实收产量的影响不显著。在扣除肥料成本情况下,各处理纯收入由高到低依次为:处理3>ck>处理4>处理2>处理5。说明在化肥减量30%,施加300 kg/hm2复合微生物菌肥,有利于水稻增产增收。

表3 各处理对水稻产量及经济效益的影响

2.3 各处理对土壤养分的影响

由表4可知,复合微生物菌肥对耕地土壤养分有影响。其中ck有机质含量均显著低于其他4个处理,说明施用复合微生物菌肥,对土壤有机质含量影响显著。在碱解氮、有效磷、速效钾值上,ck显著低于其他4个处理,说明施用复合微生物菌肥,对土壤碱解氮、有效磷、速效钾均影响显著。在有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值上,处理2、处理3、处理4、处理5之间差异不显著,说明在施复合微生物菌肥300 kg/hm2的同等条件下,化肥减量50%以内对土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值影响不显著。

表4 各处理对土壤养分含量的影响

3 结论与讨论

从水稻主要经济性状上看,化肥减量10%,30%,配施复合微生物菌肥对水稻株高、穗长、千粒重的影响不显著,但同时又能提高水稻有效穗数、结实率。

从产量及经济效益上看,化肥减量10%,30%,配施复合微生物菌肥均能提高水稻产量,其中在施复合微生物菌肥300 kg/hm2的同等条件下,化肥减量10%的产量最高,比对照增产372.7 kg/hm2,比对照增收401.8元/hm2。其次是化肥减量30%。比对照增产34.8 kg/hm2,但比对照纯收入减少102.7元/hm2,减少的幅度很小。

从土壤养分上及生态效益上看,化肥减量10%,30%,配施复合微生物菌肥提高了土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH值,从而提高了土壤养分,中和了土壤酸性。

通常水稻产量是反映土壤肥力和土壤养分稳定输出的关键。混合菌群施用于土壤中,能满足水稻生长对氮素营养和微量元素的需求,促进土壤有机质的分解转化,使土壤中有益微生物能够快速繁殖。大量研究表明,施用微生物菌肥增加了水稻根际土壤中的细菌数量,改善了土壤微生态环境,加快了土壤养分的转化,促进水稻根部生长、茎秆粗壮,提高了水稻产量[8-9]。另外微生物活动可以使土壤疏松,改善土壤的渗透性和结构。在水稻分蘖期间,施用混合微生物菌肥可以提高土壤中有益微生物的数量,从而产生更多的代谢产物。这些代谢产物会促进作物生长,为作物提供足够的养分,从而提高作物的产量。除此之外,硝态氮和碱解氮提升也可能是混合菌中具有自生固氮能力的沼泽红假单胞菌发挥了固氮作用,同时混合菌中的芽孢杆菌加快了土壤有机氮的矿化[10]。两种菌肥混合后能够大大提升土壤中可被植物吸收的的养分,同时减少化肥的投放量[11]。郜胜涛等[12]在使用微生物菌肥代替化肥研究水稻土壤理化性质时也发现了类似的结果,微生物菌肥中含有多种微生物,可以增加土壤有机质含量,从而提高土壤的pH值及其肥力。