两种生物种衣剂对大豆生长及产量的影响

霍佳慧，李坤，王欣悦，王晴，于欣卉，毕少杰，王彦杰，韩毅强

（黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院/黑龙江省寒区环境微生物与农业废弃物资源化利用重点实验室，大庆 163319）

大豆（Glycine max（L.）Merrill.）是一年生草本作物，起源于中国，已有五千年栽培历史，是重要的粮油兼用的豆科植物，是人体理想的蛋白质营养来源[1]。然而，近年来我国的大豆生产与供给能力不足，存在着大豆产量下降与大豆产品消费需求不断增长的巨大矛盾，提升大豆产量已经成为我国农业发展的重要研究目标。大豆种植前对种子进行包衣处理是提高种子出苗率、保证大豆稳产高产、农业生产节源增收的主要措施之一。目前以福美双、克百威及咯菌腈为主的市售化学种衣剂应用广泛，其存在毒性高、产品质量低、产品结构不合理等问题，不适宜可持续农业的绿色发展。根据《“十四五”推进农业农村现代化规划》中重点提到的推进化肥农药减量增效，利用对环境友好，绿色安全的微生物菌剂提高农作物产量已经成为研究热点[3]。

研究表明，添加微生物菌剂具有提高土壤微生物多样性指数、改善土壤酶活性及改善土壤营养供给等能力，以微生物为主要活性物质对种子进行包衣，制备生物种衣剂，可以将种子优良的生物学特性最大化的传给后代[4]。目前有关生物种衣剂对植物的促生作用主要应用在水稻、大豆和玉米等农作物中。王宏燕等[5]研究表明，生物种衣剂BSCA 能提高大豆植株的抗衰老性和抗逆性，促进氮素的吸收，促进大豆的生长发育。周圆圆等[6]利用生物种衣剂SN101 包衣合丰50，结果表明，对大豆出苗率无影响，产量显著提高57.07%。张维耀等[7]利用生物种衣剂SN100对绥农28 进行包衣处理，产量增加6.2%。王美玲等[8]用SN101 对垦鉴豆28 号包衣后产量提高11.9%。刘燕等[9]利用复合微生物包衣不同的大豆品种，黑农84、黑农85、黑农66 和黑农71 分别增产12.3%、18.5%、5.1%和8.9%，同时脂肪含量增加。大量研究表明，经生物种衣剂处理后大豆的产量均比对照组增产6%～60%。

解淀粉芽孢杆菌属于革兰氏阳性杆状细菌，具有促进植物生长及改善根际土壤微生物种群结构等作用，其生长速度快、营养需求简单且抗逆性强，在农业生产中应用广泛。放线菌能够产生大量的抗生素、酶及其抑制剂等，具有生物活性的次级代谢产物，产生能定殖在植物根部土壤内的孢子以抵抗多种植物病原体。解淀粉芽孢杆菌与放线菌能为植物生长创造良好环境，促进植物生长。研究利用实验室前期筛选得到的具有良好促生特性的解淀粉芽孢杆菌和具有拮抗大豆根腐病病原菌的放线菌分别与助剂复配，制备大豆生物种衣剂，采用田间试验测定生物种衣剂对大豆生长和产量的影响，对绥农28 品种进行包衣处理，测定大豆生长中生理性状及成熟期产量性状，明确生物种衣剂在大田试验的应用效果，以期探究生物型种衣剂在大豆种植中的科学施用，为安全绿色的大豆增产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验材料

试验地点位于安达市第一原种场黑龙江八一农垦大学实验基地。安达市位于黑龙江省西南部，位于东经124°53′～125°55′，北纬46°01′～47°01′之间，该地区属于北温带大陆性半干旱季风气候，冬季寒冷，夏季雨热同期。年平均气温3.2 ℃，年际间温差不大，年平均日照数为2 659 h，耕地面积203 万亩。

供试促生菌解淀粉芽孢杆菌HJ-1 与拮抗菌放线菌M1-4[10]由黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院农业生物技术实验室提供，成膜剂主要成分为1%羧甲基纤维素钠、10%聚乙烯醇，将OD600为1 的发酵液与成膜剂复配制成HJ-1 和M1-4 生物种衣剂。供试化学种衣剂为先正达亮盾（精甲霜灵+咯菌腈）。供试大豆品种为绥农28（由黑龙江八一农垦大学大豆种子资源创新课题组提供）。

1.2 田间试验

田间试验采用单因素田间小区设计，设4 个处理：对照为以成膜剂包衣的大豆种子（CK），处理1 为市售先正达亮盾化学种衣剂包衣的大豆种子（CA），处理2 以促生菌HJ-1 为主要活性物质包衣的大豆种子（生物种衣剂HJ-1），处理3 以拮抗菌M1-4 为主要活性成分包衣的大豆种子（生物种衣剂M1-4），试验设计采用6 行区，行长5 m，株距15 cm，每穴3粒，随机区组，重复4 次，采用人工点播的方式，常规管理。2021 年5 月15 日播种，10 月13 日收获，2022年5 月12 日播种，10 月15 日测产收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 大豆生长指标测定

播种15 d 后调查出苗率，每个重复调查2 行，每行2.5 m 内的大豆株数（出苗率=实际出苗数/应出苗数）。在大豆生长的出苗期（VE）、子叶期（VC）、一节期（V1 期）、始花期（R1 期）、盛荚期（R4 期）、鼓粒期（R6 期），从每个小区连续选取生长一致的10 株植株样品带回实验室，测定农艺性状并记录。VC 期测量大豆植株的株高。V1 期测量大豆叶片的叶绿素值并计算根冠比（地下干重/地上干重）。R1 期、R4 期、R6期测量植株株高、叶绿素值和叶面积指数（LAI）。干重即在大豆植株子叶痕处，将大豆的地上部分剪下烘干称重即为地上干重，将大豆的根系清洗干净后烘干称重即为地下干重，烘干时将材料置于烘箱内105 ℃杀青，30 min 后温度调为80 ℃烘干至恒重后称量，利用便携式叶绿素测定仪（SPAD-502 Plus）测定叶片SPAD 值，采用打孔法测定植株叶面积，根据公式计算叶面积指数（测点内植株的总叶面积/测点所占土地面积）[11]。

1.3.2 大豆产量及产量性状测定

在成熟期（R8 期）选取大豆生长均匀的地方测量密度，连续选取15 株大豆植株，测量单株荚数和荚粒数，选取没有破裂的种子称量百粒重，根据以下公式计算产量：

产量（kg·hm-2）=密度（株/hm2）×单株荚数×荚粒数×百粒重（g）/100 000

1.4 数据处理与分析

使用Excel 2016 软件对试验数据进行录入整理和作图，用SPSS 26.0 对不同包衣处理下大豆的生长性状和产量进行单因素方差分析（P＜0.05），LSD 法进行均值比较。用SPSS 26.0 进行产量构成因素与产量的相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同包衣处理对大豆出苗率的影响

大豆播种后第15 d 调查各处理组大豆出苗率，当子叶展开时判定为出苗。CK、CA、生物种衣剂HJ-1 和M1-4 的出苗率分别为83.69%、96.43%、96.23%和90.48%，见图1。CA 和种衣剂HJ-1 能够显著提高大豆出苗率，与CK 相比出苗率分别显著提高15.22%和14.98%（P＜0.05），种衣剂M1-4 与CK 相比出苗率提高8.11%，未达到显著水平（P＞0.05）。

图1 不同包衣剂对大豆出苗率的影响Fig.1 Effects of different coating agents on soybean seedling emergence rate

2.2 不同包衣处理对大豆根冠比的影响

如图2 可看出，在大豆第一复叶小叶片的叶缘分离时期，经测量地上部分及地下部分干重后，计算得CK、CA、生物种衣剂HJ-1 和M1-4 的根冠比分别为0.54、0.56、0.62 和0.69。CA 和种衣剂HJ-1 处理与CK 相比根冠比提高3.70%和14.81%，种衣剂M1-4 处理与CK 相比根冠比显著提高27.78%。可见，生物种衣剂对大豆一节期的根冠比提升有促进作用，能够促进地下部分根系生长。

图2 不同包衣剂对大豆根冠比的影响Fig 2 Effects of different coating agents on root-shoot ratio of soybean

2.3 不同包衣处理对大豆不同生长时期株高的影响

如表1 所示，随着大豆生育时期的延长，不同处理组的大豆株高均呈上升趋势。在子叶期，由于在大豆生长前期，植株主要以营养生长为主，养分充足，CA、生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理下株高与CK 相比均无显著差异；在始花期，生物种衣剂HJ-1 处理株高为33.96 cm，与CK 相比显著增加16.94%；在盛荚期，生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理株高分别为59.47 cm 和59.20 cm，与CK 相比株高分别增加4.52%和4.06%；在鼓粒期，生物种衣剂HJ-1 和M1-4 与CK 相比株高分别显著增加13.72%和14.65%。可见，随着大豆生育期的延长，生物种衣剂处理对大豆株高的增加具有促进作用。

表1 不同包衣剂对大豆不同生长时期株高的影响Table 1 Effects of different coating treatments on plant height of soybean at different growth stages

2.4 不同包衣处理对大豆不同生长时期叶绿素的影响

光合作用是大豆生长发育中重要的生理过程，叶绿素含量高会促进光合速率，会提高代谢加速植物生长发育。表2 结果显示，随着大豆发育进程的推进，大豆SPAD 值逐渐升高，不同处理组均在鼓粒期达到最大值。一节期生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理与CK 相比叶绿素含量分别提升5.66%和7.48%。始花期、盛荚期和鼓粒期叶绿素含量处理组与对照组未产生显著差异。结果表明：化学种衣剂和生物种衣剂会对植株叶片光合能力产生影响，均可促进大豆叶绿素的增加。

2.5 不同包衣处理对大豆不同生长时期叶面积指数的影响

叶面积指数（LAI）是体现植株长势的重要指标，与作物产量关系最为密切[12]。表3 结果显示，在盛荚期生物种衣剂HJ-1 处理与CK 相比LAI 显著增加了59.71%；全生育期HJ-1 处理叶面积指数均最大，生物种衣剂M1-4 处理在测试生育期内LAI 与CK相比之间无显著差异，在鼓粒期，大豆籽粒对养分的需求较多，供给叶片生长的养分变少，叶面积指数降低。结果表明，化学种衣剂和生物种衣剂均可促进大豆叶面积指数的增加，生物种衣剂HJ-1 对大豆叶面积指数增加效果高于其他处理。

表3 不同包衣剂对大豆不同生长时期叶面积指数的影响Table 3 Effects of different coating agents on LAI of soybean at different growth stages

2.6 不同包衣处理对大豆产量性状的影响

大豆的密度、单株荚数、荚粒数和百粒重是决定大豆产量的主要因素[13]。如表4 所示，2021 年生物种衣剂HJ-1 和M1-4 与CK 相比单株荚数分别增加了26.84%和30.61%，表明生物种衣剂对提高大豆产量构成因素具有积极促进作用。产量水平依次为CA（1 648.79 kg·hm-2）＞M1-4（1 572.96 kg·hm-2）＞HJ-1（1 500.79 kg·hm-2）＞CK（1 118.67 kg·hm-2），化学种衣剂与CK 相比产量显著增加47.39%，生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理与CK 相比分别增产34.16%和40.60%，两生物种衣剂处理组产量与CK 间无差异。2022 年生物种衣剂HJ-1 和M1-4 与CK 相比密度分别增加了29.13%和33.38%，产量水平依次为M1-4（1 620.38 kg·hm-2）＞CA（1 548.56 kg·hm-2）＞HJ-1（1 389.20 kg·hm-2）＞CK（1 220.11 kg·hm-2），CA 和生物种衣剂M1-4 处理产量均显著高于CK，增长率分别为26.92%和32.81%，生物种衣剂HJ-1 处理产量与CK 之间并无显著差异，产量增加13.86%。经两年田间试验可见，化学种衣剂和生物种衣剂均具备一定的增产能力，包衣处理后大豆产量均增加，化学种衣剂与生物种衣剂相比对大豆产量的影响无显著差异。

表4 不同包衣剂对连续两年大豆产量其构成因素的影响Table 4 Effects of different coating agents on yield components of soybean for two consecutive years

2.7 产量构成因素与产量相关性分析

对产量构成因素与产量进行相关性分析，目的是了解不同因素之间是否相关、相关性质及相关程度。由表5 可知，对2021 年产量进行相关性分析，百粒重、荚粒数和单株荚数均与产量呈正相关。其中密度和单株荚数与产量的相关性显著，相关系数分别为0.59 和0.65，其余性状与产量的相关性均未达到显著水平，说明密度与单株荚数是提高产量的主要因素，在一定范围内密度越大，单株荚数越多相应产量就越高。对产量构成因素的相关性分析表明：密度和单株荚数、荚粒数、百粒重均呈正相关。荚粒数与百粒重呈正相关。单株荚数与荚粒数和百粒重呈负相关。对2022 年产量进行相关性分析，密度和百粒重与产量的相关性显著，相关系数分别为0.58和0.66，荚粒数与密度、百粒重和产量呈负相关，单株荚数与百粒重呈负相关。大豆产量构成因素之间彼此协调发展，充分发挥出各性状的最大效益，才能获得高产。

表5 大豆产量构成因素与产量相关系数Table 5 Correlation coefficient between yield components and yield of soybean

3 讨论

微生物菌剂在农业环境方面的应用优势逐渐凸显，然而，微生物菌剂在使用过程中并不稳定，不能完全保障施加的时效性和有效性，在稳定促进作物生长方面存在争议。微生物菌剂效果受限于复杂的土壤内部环境，制备生物种衣剂是保证菌株有效稳定发挥作用的方法[14]。

研究采用有益微生物对种子进行包衣处理，对比处理组与对照组对大豆的生长指标和产量指标的影响。研究表明，经微生物菌剂处理后的作物部分农艺性状有所提升，是产量提高的重要原因，与试验结果研究一致[15]。宋文坚等[16]研究表明，田间生产条件下，出苗率对作物产量具有重要的意义，出苗率的多少是保证基本苗的关键，提高出苗率常被作为研究的主要目的。种衣剂在种子萌发期间保护种子，包衣处理对大豆出苗具有一定促进作用，能提高大豆种子的出苗率[17]。研究结果中生物种衣剂与化学种衣剂包衣处理显著提高了大豆的出苗率，与刘秀林等[18]对大豆的包衣试验结果一致。幼苗形态指标能直接反映幼苗的健壮度和生长发育潜力，也能间接反映种子的活力和健壮度。根冠比的大小反映了植株地下部分与地上部分的相关性，在作物苗期，促进根系发达，增大根冠比能够为作物生长创造良好营养生长条件[19]。研究中生物种衣剂M1-4 促进了大豆根系生长，有助于根冠比提高，为大豆的生长提供了更加充足的营养，为后期养分运输提供了有利条件。叶片是植物进行光合作用的主要器官，也是水分蒸腾的窗口，叶片的发育情况和叶面积的大小对植物的生长发育和产量的影响很大，测定不同时期叶面积的大小是探究大豆生长发育规律的重要参数之一，一方面叶面积的大小影响了植物的光合物质累积，另外叶面积的变化也能反映植株的生长情况[20]。叶片中的SPAD 值能够体现植物对光能的吸收作用，SPAD 的高低影响光合作用进而影响作物生长发育。研究中生物种衣剂在大豆生长各时期均对叶面积具有提升作用，包衣处理下大豆SPAD 值均高于CK，说明包衣能够促进大豆生长，大豆能够获取更多养分。李晓旭等[21]利用大豆根瘤菌、解磷菌和解钾菌制备微生物菌剂可有效提高大豆产量，单株荚粒数、单株粒数、百粒重与对照组相比分别增加42.86%、49.25%和18.59%。王文金[22]制备的新型大豆种衣剂可使产量提高15.46%。通过相关性分析，2021 年大豆的生长密度和单株荚数与产量的相关性较大，2022 年大豆生长密度和百粒重与产量的相关性显著，生长密度可能是影响大豆产量的最重要因素之一。两种不同微生物包衣处理对大豆产量具有不同程度的影响，连续两年田间试验中，两种生物种衣剂处理后产量均高于对照组，第一年生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理产量分别较CK 增长34.16%和40.60%，第二年生物种衣剂HJ-1 和M1-4 产量较CK 增长13.86%和32.81%，并在两年田间试验中生物种衣剂与化学种衣剂处理对大豆产量的影响无显著差异，表明生物种衣剂对农业发展具有借鉴意义，但增产率并不稳定，推测原因可能是微生物在大豆长时间的生长发育过程中稳定性受到了环境影响。

仅针对促生微生物及拮抗微生物对大豆包衣后的生长发育及产量的影响进行了初步研究，对于生物种衣剂对大豆病虫害的防治情况需进一步跟踪调查，微生物与大豆生长发育及产量的内在联系需继续深入研究，将促生菌与拮抗菌复配制备生物种衣剂以提高生物种衣剂的应用范围、效果和稳定性，需在不同地点、不同年份和不同品种上进行田间试验进一步的验证。经大量研究可以确定的是，微生物肥料不仅可以促进作物生长、减少化肥农药施用，更符合生态农业发展要求，发展前景非常广阔。

4 结论

两种生物种衣剂均对大豆生长具有促进作用，与对照组相比出苗率、根冠比、株高、叶绿素含量、叶面积指数与单株荚数均有所提高，生物种衣剂HJ-1处理与对照组相比大豆出苗率提高14.98%，始花期和鼓粒期株高分别提高16.94%和13.72%，盛荚期叶面积指数提高59.71%，单株荚数提高26.84%；M1-4处理鼓粒期株高显著提高14.65%，单株荚数显著提高30.61%；田间试验结果表明生物种衣剂HJ-1 和M1-4 处理后大豆产量相比成膜剂包衣分别提高34.16%和40.60%，密度和单株荚数对产量影响较大，第二年HJ-1 和M1-4 处理后大豆产量比成膜剂处理提高13.86%和32.81%，密度和百粒重对产量影响较大，两年田间试验中生物种衣剂处理与化学种衣剂相比对产量的影响并无显著差异。因此，生物种衣剂的使用有利于提高作物产量，是提高种子出苗率、实现农民促产增收的重要途径之一，能为大豆的绿色生产带来更多可能。