生物菌肥下小麦苗期生长及土壤微生物的特征

孙萌 宁松瑞 颜安 杨利 卢前成 左筱筱 李靖言 范君

摘要：为了探究不同生物菌肥对小麦生长、土壤肥力及微生物数量的影响，采用盆栽试验，以小麦（Triticum aestivum L.）为试验对象，不施肥为对照（CK），设置水溶性盐碱地复合菌（A）、不溶性盐碱地复合菌（B）、枯草芽孢杆菌（C）、解淀粉芽孢杆菌（D）4种生物菌肥及3个施用量梯度，并测定小麦苗期生长指标、土壤理化性质及土壤微生物数量。结果表明，施用4种生物菌肥处理的小麦苗期株高、叶绿素SPAD及地上部干物质质量均高于CK，且各处理小麦苗期生长指标随着生物菌肥用量的增加而提高；施用4种生物菌肥处理的土壤有机质、全量养分（全氮、全磷、全钾）和速效养分（碱解氮、速效磷、速效钾）含量均高于CK；各生物菌肥处理盆栽小麦土壤可培养细菌数量和放线菌數量均高于CK，而真菌数量均低于CK。通过主成分分析可知，枯草芽孢杆菌在施用量为0.80 g/kg时对土壤的改善效果最佳。

关键词：生物菌肥；小麦（Triticum aestivum L.）；苗期生长；土壤养分；土壤微生物；主成分分析

中图分类号：S144；S512；S151.9+3         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）04-0024-06

The characteristics of wheat seeding growth and soil microorganisms under biological bacterial fertilizer

Abstract： To explore the effects of different biological bacterial fertilizers on wheat growth， soil nutrients and microbial quantity， a pot experiment was conducted with wheat （Triticum aestivum L.） as the test object and no fertilizer as the CK control. Four kinds of biological bacterial fertilizers including water-soluble saline-alkali soil composite bacteria （A）， insoluble saline-alkali soil composite bacteria （B）， Bacillus subtilis （C）， Bacillus amyloliquefaciens （D） and three application gradients were set up. The growth index of wheat seedings， physical and chemical properties and microorganisms quantity of soil were determined. The result showed that the plant height， chlorophyll SPAD and aboveground dry matter of wheat seedings treated with four kinds of biological bacterial fertilizers A， B， C and D were higher than those of CK， and these growth indexes of wheat seedlings in each treatment increased with the increase of the amount of biological bacterial fertilizers. The contents of soil organic matter， total nutrients （total nitrogen， total phosphorus and total potassium） and available nutrients （alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium） of wheat treated with four kinds of biological bacterial fertilizers were higher than those of CK. The number of culturable bacteria and actinomycetes in the soil of potted wheat treated with each biological bacterial fertilizer was higher than that of CK， while the number of fungi was lower than that of CK. Through principal component analysis， Bacillus subtilis （C） had the best effect on improving soil when the application amount was 0.80 g/kg.

Key words： biological bacterial fertilizer； wheat（Triticum aestivum L.）； seedling growth； soil nutrient； soil microorganism； principal component analysis

小麦（Triticum aestivum L.）是一种适应性强、分布性广的粮食作物，作为中国第三大粮食作物，其可持续发展为保障国内粮食安全作出了重要贡献，同时也是中国北方地区最重要的口粮作物［1］。2020年小麦产量占新疆主要粮食作物产量的36.76%［2］。在小麦生产中肥料的贡献较大［3］，但近年来为了追求产量而盲目过量施用化肥，造成土壤污染、肥力下降，土壤微生物数量减少，肥料的利用率下降，同时也增加了农产品中的有害物质。新疆目前还存在着施肥结构不合理、比例不协调、分配不平衡等问题［4-8］。

生物菌肥又称微生物肥料，施用后可提高土壤中有益菌的活性，进而促进作物生长，且对提高土壤有机质含量、改善土壤理化性质、提高土壤肥力有积极作用［9］，同时对提高农作物抗病性及产量有重要的作用［10］。Zhao等［11］研究不同浓度的生物（根瘤菌）肥料对高寒草地苜蓿土壤肥力以及土壤微生物的影响，结果表明施用生物菌肥导致微生物群落结构发生明显变化，提高了土壤肥力。张海娥等［12］的研究表明，配施生物菌肥对梨的良性生长和土壤中有益微生物的繁衍有促进作用，可提高土壤肥力。黄鹏等［13］的研究表明，与单施化肥相比，生物菌肥配施化肥减量15%能提高小麦和玉米的产量。李保会等［14］的研究结果表明，菌肥处理明显促进草莓营养生长，提高草莓产量和果品质量。王义坤等［15］的研究表明，施用菌肥可以很大程度抑制土壤中有害微生物的活动，从而改善连作土壤的微生物群落结构，为植物提供有利的生长环境。

基于此，本试验在盆栽条件下设置水溶性盐碱地复合菌、不溶性盐碱地复合菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌4种菌肥3个施用量梯度，研究不同生物菌肥在不同施用量下对盆栽小麦苗期生长发育以及土壤养分和土壤可培养微生物的影响，以分析适宜小麦生长的最佳生物菌肥处理，为小麦苗期合理施用生物菌肥提供理论和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为新冬20号，供试土壤为新疆阿克苏地区阿瓦提拜什艾日克镇（40°48′09″N，80°22′05″E）小麦农田土壤（0～30 cm）。供试土壤pH为8.27，电导率为2.28 mS/cm，有机质含量为16.2 g/kg，全氮含量为12.3 g/kg，全磷含量为1.6 g/kg，全钾含量为18.2 g/kg，碱解氮含量为38.4 mg/kg，速效磷含量为19.4 mg/kg，速效钾含量为256.0 mg/kg。

供试生物菌肥：水溶性盐碱地复合菌、不溶性盐碱地复合菌（湖北中向生物工程有限公司生产，有效活菌数200亿/g）；枯草芽孢杆菌（新疆农业科学院等研制，有效活菌数10亿/g；解淀粉芽孢杆菌（河海大学等研制，有效活菌数200亿/g）。有机肥由新疆天物生态科技股份有限公司生产，有机质含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%、Ca≥5%、S≥10%、腐殖酸≥20%。

1.2 试验设计

试验于新疆农业大学生物实验楼室外进行。采用盆栽试验，单因素随机区组设计，设置水溶性盐碱地复合菌、不溶性盐碱地复合菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌4种生物菌肥，以不施生物菌肥（CK）为对照，每个处理重复3次。生物菌肥施用量按照大田推荐量（15、30、45 kg/hm2），换算出每千克土中菌肥含量，有机肥按照大田推荐量换算成盆栽施用量为2 g/kg，由于枯草芽孢杆菌的有效活菌数相对其他3种生物菌肥少，为保证各处理中有效活菌数相同，故枯草芽孢杆菌用量增加20倍，具体施肥量设计见表1。于2020年6月29日将风干过5 mm筛孔的供试土壤、生物菌肥和有机肥混匀后装盆浇水100 mL，每盆装土1 kg，6月30日播种，每盆播种7粒，出苗1周后定苗为每盆5株小麦，每盆每2 d浇水50 mL。

1.3 指标测定及方法

于小麦播种后第4天记录小麦出苗情况。7月30日，各处理选取3株长势均匀的小麦测定株高、叶绿素SPAD，并收割小麦地上部植株，放于烘箱105 ℃杀青30 min后，于75 ℃烘干至恒重，测定植株地上部干物质质量。在植株收获后采集盆栽土壤，取一部分放于4 ℃冰箱保存，用于测定土壤可培养微生物数量；另一部分风干过筛，用于测定土壤理化性质［16］。

主要参考《土壤农化分析》［17］测定土壤养分含量。土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法测定；土壤全氮含量采用半微量式凯氏定氮法测定［18］；土壤全磷含量采用钼锑抗比色法测定；土壤全钾含量采用火焰光度法测定；土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定；土壤速效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；土壤速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定［16］。

土壤可培养微生物数量的测定［16］：采用稀释涂布平板法测定土壤中可培养微生物数量。细菌采用NA培养基培养；真菌采用孟加拉红培养基培养；放线菌采用高氏一号培养基培养。

1.4 数据处理及分析

利用Microsoft Excel 2019软件对数据进行归纳整理，采用SPSS 26.0软件进行ANOVA单因素方差分析，利用LSD法进行多重比较。采用主成分分析法对各处理进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同生物菌肥处理对盆栽小麦苗期生长的影响

生物菌肥的施用对小麦苗期株高有一定的影响，并能促进小麦生长前期的营养生长，各处理株高均大于CK（表2）。随生物菌肥施用量增加，小麦苗期株高也随之增长。A、B、C、D小麦平均株高与CK相比分别提高17.47%、17.90%、8.10%、14.08%。其中B-3的植株最高，比CK提高22.14%。但A、B、C、D间差异不显著。

叶绿素是与光合作用有关的重要色素［19］，影响作物的光合作用，从而影响产量。由表2可知，A、B、C、D的小麦叶片叶绿素SPAD均高于CK，分别比CK提高30.56%、39.06%、42.82%、9.60%。随各生物菌肥施用量的增加，小麦叶片叶绿素SPAD随之增加。C的小麦叶片叶绿素SPAD分别比A、B、D提高9.39%、2.70%、30.31%。由此可見，施用枯草芽孢杆菌生物菌肥有利于苗期小麦叶片叶绿素SPAD的提高，且施量在1.20 g/kg时苗期小麦的叶绿素SPAD最高。

4种生物菌肥不同施量对小麦苗期地上部干物质积累有一定促进作用，干物质积累和产量有着密切的关系。施入不同生物菌肥处理的小麦地上部干物质质量均大于CK，表明施加生物菌肥有利于小麦地上部干物质积累。与CK相比，A、B、C、D小麦地上部干物质质量分别提高25.93%、25.93%、33.33%、22.22%（表2）。

2.2 不同生物菌肥处理对土壤养分的影响

施用不同种类不同量的生物菌肥均对土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾的含量起着促进作用（表3）。

施加生物菌肥可以增加土壤中的有机质，与CK相比，有机质含量显著增加（P<0.05），A、B、C、D分别比CK提高64.92%、67.98%、69.82%、65.79%，但各施用生物菌肥处理间差异不显著。由此可见，生物菌肥施用有利于提高土壤肥力，进而促进小麦生长。

施入不同的生物菌肥对土壤中的全量养分（全氮、全磷、全钾）含量具有显著的影响（P<0.05）。所有施用生物菌肥处理的全氮、全磷、全钾含量均高于CK。各处理土壤全氮含量表现为CK

施入不同种类不同用量的生物菌肥对土壤速效养分含量有提高作用，与CK相比，A、B、C、D的土壤碱解氮含量分别提高54.69%、56.46%、76.38%、85.04%，速效磷含量分别提高12.81%、10.81%、16.12%、18.09%，速效钾含量分别提高7.43%、5.06%、8.36%、6.93%。

2.3 不同生物菌肥处理对土壤可培养微生物的影响

土壤微生物数量可以科学评价土壤质量。不同生物菌肥处理对盆栽小麦土壤可培养微生物的影响显著（P<0.05），细菌数量和放线菌数量均高于CK，而真菌数量均低于CK（表4）。各处理土壤细菌数量表现为CKD-1>C-3>C-1>B-1>A-1>A-3>D-2>B-3>B-2>A-2>D-3>C-2；A、B、C、D土壤真菌数量分别比CK减少57.14%、61.90%、52.38%、54.76%；土壤真菌数量A、B、C、D间差异不显著。各处理土壤可培养放线菌数量表现为CK

2.4 不同生物菌肥处理下土壤各指标主成分分析

采用主成分分析对土壤养分（有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾、速效磷）含量以及土壤可培养微生物（细菌、真菌、放线菌）数量10个土壤指标的标准化数据进行降维处理（表5），根据特征值大于1提取了3个主成分，其特征值分别为4.173、1.953、1.288。主成分1、主成分2、主成分3的方差贡献率分别为41.728%、19.532%、12.878%，累积方差贡献率为74.138%，可以全面反映生物菌肥对苗期小麦根际土壤的影响。

土壤有机质、全氮、全磷含量在主成分1上有较高的因子载荷量，综合了大部分变异信息；速效磷、速效钾含量在主成分2上有较高的因子载荷量；碱解氮含量在主成分3中有较高的因子载荷量（表6）。3个主成分可以反映土壤肥力水平的高低。

将各因子在主成分上的载荷值与特征值进行计算，可得到主成分的特征向量［20］。为进一步反映原始因子与主成分之间的线性关系，可得到主成分表达式为：

Y1=0.336X1+0.374X2+0.288X3+0.237X4+0.170X5+0.305X6+0.402X7+0.247X8-0.391X9+0.329X10      （1）

Y2=-0.001X1+0.306X2-0.386X3+0.084X4+0.542X5+0.394X6+0.145X7-0.163X8+0.327X9-0.383X10

（2）

Y3=-0.321X1-0.146X2-0.214X3+0.482X4+0.207X5-0.357X6+0.148X7+0.633X8+0.040X9-0.047X10

（3）

把标准化后的数据代入上式，可计算出各生物菌肥处理在3个主成分上的得分，再根据主成分得分的函数模型［20］计算各处理的主成分综合得分。

式中，F为各处理主成分综合得分；bi为各主成分的方差贡献率；Yi为主成分得分；m为主成分个数［16］。由式（4）计算出各处理的综合得分，得出各施用生物菌肥处理综合得分均高于CK。由表7可以看出，C-2综合得分最高，有助于增强土壤肥力。

3 讨论

近年来，随着生态农业的发展和社会对环境保护的重视，研究新的肥料（特别是生物菌肥）来替代化肥越来越受到人们的关注［21］。多年的农业生产实践证明，微生物肥在减少致病菌数量、改善土壤环境、促进植物根系生长、增加生物量等方面具有重要作用［22］。

3.1 生物菌肥对苗期小麦生长的影响

株高、叶片叶绿素SPAD以及干物质质量最能直观反映出小麦的长势情况，本研究发现施用不同生物菌肥对小麦苗期株高、叶片叶绿素SPAD以及地上部干物质质量有着一定的影响，与魏峰等［23］研究不同微生物肥对小麦生长和产量的影响差异显著的结果一致。小麦苗期株高、叶片叶绿素SPAD以及地上部干物质质量随生物菌肥施用量的增加而增长，其中枯草芽孢杆菌生物菌肥的地上部干物质质量比CK增加33.33%。与王梦园等［24］通过设置5种复合菌肥对小麦苗期生长指标等影响，发现复合菌肥对苗期小麦的地上部以及干物质积累都有一定的促进作用结果基本一致。朱云娜等［25］的研究发现，施用生物菌肥可显著提高玉米株高、穗长和穗粗。本试验中各生物菌肥处理小麦株高均高于对照，但差异相对较小，可能因为作物不同，只是在小麦苗期进行，造成不同处理间株高差异相对较小。生物菌肥对小麦完整生育期生长的影响还有待研究。

3.2 生物菌肥对土壤养分的影响

土壤养分是作物赖以生存的基础条件，对作物的生长发育发挥至关重要的作用。 Nishanth等［26］的研究表明，施入微生物肥料使土壤固氮酶活性和葉绿素分别比CK增加14.0倍和3.3倍，可以促进土壤中铁和锌迁移到玉米子粒中。许丽等［27］的研究表明，生物菌肥替代氮、磷、钾复合肥可在一定程度上提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾等养分含量，提高土壤肥力。王青凤等［28］、邓妍等［29］的研究发现，一定量的生物菌肥和化肥配施可以改善土壤理化性质，长效提高地力。王旭辉等［30］的研究发现，生物菌肥可以改善土壤的理化性质。本试验同样发现，施入生物菌肥可以提高土壤中有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾的含量。

3.3 生物菌肥对土壤可培养微生物的影响

生物菌肥的作用机理是改善土壤微生物环境，提高土壤肥力，促进小麦生长［31］。本试验4种菌肥不同施用量处理的土壤细菌数量比对照增加27.27%～76.97%，真菌数量减少52.38%～61.90%，放线菌数量增加96.73%～212.42%。施用生物菌肥后，土壤细菌数量增加，真菌数量减少。张淑香等［32］的研究表明，施入生物菌肥后可以改善微生物群落结构、抑制植物致病菌的数量。王义坤等［15］研究3种生物菌肥的施用均能促进植物生长，抑制土壤致病真菌的繁殖，且与连作对照相比，细菌和放线菌数量显著增加，与本研究结果一致。生物菌肥可以改变土壤微生物系统结构，增加细菌和放线菌数量，加快土壤养分的转化和分解速度，从而提高土壤肥力，促进植物生长。

4 小结

1）施用水溶性盐碱地复合菌、不溶性盐碱地复合菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌生物菌肥可促进盆栽小麦苗期株高、叶绿素SPAD增长以及地上部干物质积累，并且随着生物菌肥施用量的增加而提高。其中施用枯草芽孢杆菌生物菌肥处理的叶绿素SPAD以及地上部干物质质量均高于其他处理。

2）施入生物菌肥对盆栽小麦苗期地下土壤养分及可培养微生物量有促进作用。与不施肥对照相比，土壤可培养细菌和放线菌数量增加，真菌数量减少。本试验通过主成分分析得出枯草芽孢杆菌在施量为0.80 g/kg时效果最佳，能够改善土壤微生物环境，增强土壤肥力，促进小麦干物质积累。

参考文献：

［1］ 何中虎，庄巧生，程顺和，等.中国小麦产业发展与科技进步［J］.农学学报，2018，8（1）：99-106.

［2］ 新疆维吾尔自治区统计局.新疆统计年鉴2021［M］.北京：中国统计出版社，2021.

［3］ 张淑香，张文菊，沈仁芳，等.我国典型农田长期施肥土壤肥力变化与研究展望［J］.植物营养与肥料学报，2015，21（6）：1389-1393.

［4］ 汤明尧，王 飞，沈重阳，等.新疆化肥“零增长”行动的成效与建议［J］.中国农技推广，2021，37（3）：62-65.

［5］ 李福夺.新疆粮食产量主要影响因素分析［J］.中国农机化学报，2016，37（5）：268-274.

［6］ 赖 波，汤明尧，柴仲平，等.新疆农田化肥施用现状调查与评价［J］.干旱区研究，2014，31（6）：1024-1030.

［7］ 郑国栋，龚 屾，黄炎霞，等.不同用量有机肥与菌剂组合对花生产量、品质及土壤肥力的影响［J］.花生学报，2022，51（2）：25-31，48.

［8］ 李孝刚，张桃林，王兴祥.花生连作土壤障碍机制研究进展［J］.土壤，2015，47（2）：266-271.

［9］ 李双喜，沈其荣，郑宪清，等.施用微生物有机肥对连作条件下西瓜的生物效应及土壤生物性状的影响［J］.中国生态农业学报，2012，20（2）：169-174.

［10］ WU K， YUAN S， WANG L， et al. Effects of bio-organic fertilizer plus soil amendment on the control of tobacco bacterial wilt and composition of soil bacterial communities［J］. Biology and fertility of soils， 2014， 50（6）： 961-971.

［11］ ZHAO Y G， LU G X， JIN X， et al. Effects of microbial fertilizer on soil fertility and alfalfa rhizosphere microbiota in alpine grassland［J］. Agronomy， 2022， 12（7）：1722.

［12］ 张海娥，郝宝锋，徐金涛，等.生物菌肥配施对梨根系、产量和品质的影响［J］.河北果树，2019（3）：11-12，16.

［13］ 黄 鹏，何 甜，杜 娟.配施生物菌肥及化肥减量对玉米水肥及光能利用效率的影响［J］.中国农学通报，2011，27（3）：76-79.

［14］ 李保會，李青云，李建军，等.复合微生物菌肥对连作草莓产量和品质的影响［J］.河北农业科学，2007，11（1）：15-17.

［15］ 王义坤，孙琪然，段亚楠，等.三种菌肥对苹果连作土壤环境及平邑甜茶幼苗生长的影响［J］.植物营养与肥料学报，2019，    25（4）：630-638.

［16］ 杨 利，颜 安，宁松瑞，等.生物有机肥对盐胁迫小麦幼苗生长和土壤培肥的影响［J］.新疆农业大学学报，2021，44（4）：291-299.

［17］ 鲍士旦.土壤农化分析［M］.第三版.北京：中国农业出版社，2005.

［18］ 李 伟，王金亭.枯草芽孢杆菌与解磷细菌对苹果园土壤特性及果实品质的影响［J］.江苏农业科学，2018，46（3）：140-144.

［19］ 李 光，白文斌，曹昌林，等.不同种植模式对矮秆高粱‘晋杂34号光合特性和产量的影响［J］.农学学报，2015，5（10）：1-5.

［20］ 张迎春，颉建明，李 静，等.生物有机肥部分替代化肥对莴笋及土壤理化性质和微生物的影响［J］.水土保持学报，2019，    33（4）：196-205.

［21］ 唐艳领.微生物肥在设施辣椒连作障碍克服中的应用研究［D］.郑州：河南农业大学，2014.

［22］ 赵秉强，张福锁，廖宗文，等.我国新型肥料发展战略研究［J］.植物营养与肥料学报，2004，10（5）：536-545.

［23］ 魏 峰，侯祥保，魏琳娜.几种微生物肥料在小麦上的施用效果［J］.安徽农业科学，2002，30（1）：90，112.

［24］ 王梦园，杜延全，朱建强.复合促生菌对小麦苗期生长和土壤酶活的影响［J］.中国农业科技导报，2019，21（10）：98-106.

［25］ 朱云娜，刘建国.生物菌肥在玉米栽培上的效果［J］.安徽农业科学，2013，41（28）：11354-11356.

［26］ NISHANTH S， PRASANNA R， HOSSAIN F， et al. Interactions of microbial inoculants with soil and plant attributes for enhancing Fe and Zn biofortification in maize genotypes［J］. Rhizosphere， 2021， 19： 100421.

［27］ 许 丽，孙 青，宗 睿，等.生物菌肥等量替代氮磷钾复合肥对冬小麦和夏玉米产量及土壤肥力的影响［J］.山东农业科学，2019，51（4）：85-88.

［28］ 王青凤，孙 权，王 锐.酵素菌肥施用量对日光温室土壤及芹菜产量品质的影响［J］.北方园艺，2011（3）：41-43.

［29］ 邓 妍，王娟玲，王创云，等.生物菌肥与无机肥配施对藜麦农艺性状、产量性状及品质的影响［J］.作物学报，2021，47（7）：1383-1390.

［30］ 王旭辉，丁亚欣，谈 俊.生物菌肥促生机制研究［J］.现代农业科技，2010（4）：308-309.

［31］ 杨国威，杨亚东，臧华栋，等.半干旱区生物菌肥替代氮肥对裸燕麦生长和产量的影响［J］.内蒙古农业大学学报（自然科学版），2022，43（1）：5-10.

［32］ 张淑香，高子勤.连作障碍与根际微生态研究Ⅱ.根系分泌物与酚酸物质［J］.应用生态学报，2000，11（1）：153-157.