段淇斌，趙冬青，姚 拓，韓華雯，劉 婷

(1.甘肅省農(nóng)牧廳外資項(xiàng)目管理辦公室，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

施用生物菌肥對(duì)飼用玉米生長(zhǎng)和土壤微生物數(shù)量的影響

段淇斌1，趙冬青1，姚 拓2，韓華雯2，劉 婷2

(1.甘肅省農(nóng)牧廳外資項(xiàng)目管理辦公室，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

對(duì)飼用玉米進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，測(cè)定了生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)指標(biāo)(株高、干鮮比和地上生物量)、土壤有效養(yǎng)分(有效氮、有效磷和有效鉀)以及土壤微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌)的影響。結(jié)果表明，施用生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)有著促進(jìn)作用，玉米株高和地上植物量較對(duì)照分別提高6.3%和10.1%，且與對(duì)照差異顯著(P<0.05)；土壤有效氮、有效磷和有效鉀顯著增加(P<0.05)，分別較對(duì)照增加7.7%，27.9%和7.5%，其中，有效磷增加明顯；土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著增加(P<0.05)，分別較對(duì)照增加322.0%和101.6%，而真菌的數(shù)量顯著低于對(duì)照(P<0.05)，與對(duì)照相比，施用生物菌肥后，土壤真菌數(shù)量減少了67.9%。

生物菌肥；飼用玉米；土壤微生物

我國(guó)農(nóng)作區(qū)化肥用量呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，但作物產(chǎn)量增加卻很有限。同時(shí)，使用化肥造成污染環(huán)境(大氣污染、水體污染和土壤污染)、威脅食品安全，引起土壤內(nèi)在理化性質(zhì)改變、減少生物多樣性及引致其功能衰退等。因此，探尋新肥源替代或部分替代化肥的應(yīng)用備受關(guān)注[1]。

生物菌肥(又稱微生物肥料)以其環(huán)境友好、成本低廉、增產(chǎn)明顯、效果持久等特點(diǎn)成為部分替代化肥的首選。據(jù)2009年統(tǒng)計(jì)，生物肥料在優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面用量超過400萬t，大約為我國(guó)生物肥料年產(chǎn)量的1/2[2]。近年，利用高效植物生長(zhǎng)促進(jìn)菌(PGPR)研制的新型微生物肥料已成為國(guó)內(nèi)外生物菌肥研究的熱點(diǎn)[3]，是維持和提高土壤肥力的有效手段。微生物肥料主要通過其所含的特定有益微生物菌群發(fā)揮功效，可制造和協(xié)助植物吸收營(yíng)養(yǎng)，兼具提高植物抗逆性、增加植物產(chǎn)量以及改善其品質(zhì)的特性[4]。目前，生物菌肥的研究主要針對(duì)其對(duì)宿主植物的增產(chǎn)和品質(zhì)的改善[5-7]，而有關(guān)其對(duì)土壤養(yǎng)分和土壤微生物影響的研究報(bào)道較少。研究旨在通過使用生物菌肥，研究其對(duì)玉米生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分以及土壤微生物數(shù)量的影響，以期為“植物—土壤—微生物”體系的系統(tǒng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年在甘肅省定西市安定區(qū)香泉鎮(zhèn)進(jìn)行，地理位置N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896.7 m，屬典型的半干旱區(qū)。光能較多，熱量資源不足，雨熱同季，降水少且變率大。年日照時(shí)間為2 433 h，年平均氣溫6.7 ℃，年平均最高和最低氣溫分別為25.9 ℃(7月)和-13.0 ℃(1月)。1971～2010年平均降水量383.8 mm，冬季和夏季月平均降水量分別為20～80 mm和150～270 mm。降水在年內(nèi)分布極不均勻，7～10月降水占年降水量的86.9%；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均潛在蒸發(fā)量達(dá)到1 500 mm。

試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，土壤為黃綿土，土壤肥力均勻，土壤有機(jī)質(zhì)含量10.37 mg/kg，pH 7.68，全氮0.78 g/kg，全鉀22.40 g/kg，速效鉀204 mg/kg，速效磷13.35 mg/kg，堿解氮48 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物選用飼用玉米(Zeamays)，品種為大力士，從甘肅創(chuàng)綠草業(yè)科技有限公司購得籽粒飽滿、無病蟲的玉米種子。生物菌肥為含有從不同禾本科植物根際篩選的高效溶磷菌株(Bacillussp.)、聯(lián)合固氮菌株(Azospirillussp.)、分泌植物激素菌株(Azospirillussp.)和生防菌株(Bacillussp.)的復(fù)合生物菌肥(專利號(hào)ZL 2010 1 0557699.3)，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草地生物多樣性實(shí)驗(yàn)室提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，即生物菌肥處理和對(duì)照(用無菌水拌種)，每處理3次重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積4 m×7.5 m。玉米播種采用田間溝壟覆膜種植模式，地膜寬度為1.2 m，播種量36.7 kg/hm2，穴播，玉米的株距和行距分別為25 cm，30 cm，每小區(qū)10行，每行29株。

1.3.2 菌肥及化肥施用量及方法 播種前將玉米種子(最好不要用農(nóng)藥包衣)用菌肥拌種，置于蔭涼、避光處2 h(使細(xì)菌充分附著在種子表面)后可播種。以110 g的菌肥拌種110 g玉米種子。對(duì)照處理的種子用無菌水拌種?；适┓柿恳?5 kg/hm2的磷肥(過磷酸鈣，P2O5≥14%)作為基肥施用，作物各生育期內(nèi)不追肥，同時(shí)根據(jù)自然降水及視當(dāng)?shù)馗珊登闆r，進(jìn)行田間常規(guī)灌溉，以水分狀況滿足玉米生長(zhǎng)為宜。

1.3.3 玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在玉米灌漿期采用常規(guī)法測(cè)定株高和干鮮比，每小區(qū)取10個(gè)單株重復(fù)10次，求平均值；同時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取1 m×1 m的樣方齊地收割，烘干至恒重，測(cè)定地上植物量。

1.3.4 土壤有效氮、有效磷和有效鉀含量測(cè)定 在玉米灌漿期，利用常規(guī)法采集0～30 cm的土壤樣品進(jìn)行土壤有效氮(堿解法)、有效磷(高錳酸鉀氧化-葡萄糖還原法)和有效鉀(火焰原子吸收分光光度法)測(cè)定，每個(gè)小區(qū)取3個(gè)樣點(diǎn)。

1.3.5 土壤3大類微生物數(shù)量測(cè)定 在玉米灌漿期，利用常規(guī)法采集0～20 cm的土壤樣品，采用平板稀釋法[8]對(duì)土壤3大類微生物數(shù)量進(jìn)行測(cè)定，其中真菌數(shù)量測(cè)定采用馬丁-孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌數(shù)量用改良高氏一號(hào)培養(yǎng)基，細(xì)菌數(shù)量采用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基。

N = M×鮮土重/干土重

式中：M=a×u/v，N為每1 g干土的菌數(shù)；M為每1 g鮮土的菌數(shù)；v為每個(gè)培養(yǎng)皿中加懸浮液體積(本實(shí)驗(yàn)為50 μL)；a為培養(yǎng)皿中平均菌落數(shù)；u為稀釋倍數(shù)。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Excel 2007和SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

株高、干鮮比和地上植物量是表征作物長(zhǎng)勢(shì)和生產(chǎn)能力及利用價(jià)值的重要指標(biāo)。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，玉米株高和地上植物量較對(duì)照分別提高6.3%和10.1%，且與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。

表1 菌肥施用下玉米的生長(zhǎng)特性Table1 Effect of biofertilizer on growth of maize

注：處理間字母相同表示差異不顯著，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 生物菌肥對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響

對(duì)玉米施用生物菌肥后土壤有效氮、有效磷和有效鉀進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施肥后，土壤有效氮、有效磷和有效鉀顯著增加(P<0.05)，分別較對(duì)照增加7.7%、27.9%和7.5%，其中有效磷增加明顯(表2)。

表2 菌肥施用下土壤有效氮、有效磷和有效鉀含量Table2 Effects of biofertilizer on available nitrogen,available phosphorus and available potassium in soil

2.3 生物菌肥對(duì)土壤微生物的影響

土壤微生物是評(píng)價(jià)土壤健康和質(zhì)量的重要指標(biāo)，成功定殖的外源微生物可能與土壤土著微生物共同參與土壤中幾乎全部的物質(zhì)循環(huán)和能量代謝。研究對(duì)0～20 cm 細(xì)菌、真菌和放線菌進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明(表3)，施用生物菌肥可顯著改變土壤3大類微生物的數(shù)量，且對(duì)不同微生物類群的影響不同。與對(duì)照相比，施用生物菌肥后，土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著增加(P<0.05)，分別較對(duì)照增加322.0%和101.6%。而真菌的數(shù)量顯著低于對(duì)照(P<0.05)，與對(duì)照相比，施用生物菌肥后，土壤真菌數(shù)量減少了67.9%。

表3 生物菌肥對(duì)玉米土壤三大類微生物數(shù)量的影響

Table3 Effect of biofertilizer on soil microorganism

處理細(xì)菌/105cfu·g-1真菌/103cfu·g-1放線菌/105cfu·g-1微生物總數(shù)/105cfu·g-1菌肥28.95a0.27a1.25a30.2a對(duì)照6.86b0.84a0.62b7.48b

土壤微生物總數(shù)是土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量之和。與對(duì)照相比，施用生物菌肥后，玉米地土壤微生物總數(shù)提高了303.7%。同時(shí)，3大類微生物數(shù)量組成也發(fā)生了較大變化，對(duì)照處理中，細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別占總數(shù)的92.7%，0.01%和8.3%；施用生物菌肥處理細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量分別占95.9%，0.01%和4.1%。說明施用生物菌肥不但改變了土壤微生物數(shù)量，而且改變了其組成，對(duì)改善土壤微環(huán)境有較好的作用。

3 討論和結(jié)論

3.1 生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

試驗(yàn)表明，菌肥拌種對(duì)玉米株高和地上植物量影響較大，對(duì)干鮮比的影響不顯著。這與姚拓等[9，10]報(bào)道聯(lián)合固氮細(xì)菌對(duì)燕麥株高有明顯促進(jìn)作用，以及席琳喬等[11]利用分離自燕麥、草坪草等禾本科植物根際的聯(lián)合固氮細(xì)菌接種燕麥對(duì)其株高和產(chǎn)量有顯著促進(jìn)作用的研究結(jié)果一致。菌肥能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)的原因是菌肥含有大量有益微生物，其在生長(zhǎng)、繁殖過程中不但能夠直接給作物提供某些營(yíng)養(yǎng)元素(如固氮、溶磷等)，而且產(chǎn)生對(duì)植物有益的代謝產(chǎn)物，如細(xì)胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素等，都能夠不同程度地刺激和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)使植物生長(zhǎng)健壯，營(yíng)養(yǎng)狀況得到改善，進(jìn)而達(dá)到增產(chǎn)效果[12-15]。CHEN等[16]研究證實(shí)，根際細(xì)菌促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用之一是提高植物對(duì)Mn的吸收并促進(jìn)土壤中Mn的還原，而Mn是多種酶的活化劑，能調(diào)節(jié)氧化還原過程，參與植物光合作用和氮代謝，在植物體內(nèi)起重要生理作用。另外，同小娟等[17]利用EM微生物堆肥在冬小麥和夏玉米進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明年均總產(chǎn)比等量傳統(tǒng)堆肥增產(chǎn)8.3%～8.9%，其中冬小麥增產(chǎn)8.3%，夏玉米增8.2%～9.4%。劉旭等[16]研究表明，施用EM生物有機(jī)肥可以促進(jìn)甜玉米的生長(zhǎng)，甜玉米植株株高、莖粗、葉面積均有所增加，植株前期生長(zhǎng)加快，植株抗倒伏和光合性能增強(qiáng)。李玉華等[18]對(duì)庫爾勒香梨的試驗(yàn)表明，在習(xí)慣施肥的基礎(chǔ)上增施微生物菌肥，產(chǎn)量提高2.56～4.24 t/hm2，增產(chǎn)10.47%～17.33%。

3.2 生物菌肥對(duì)土壤有效養(yǎng)分的影響

隨著世界各國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的日益重視，土壤生產(chǎn)能力的可持續(xù)性倍受關(guān)注。目前，大量研究證實(shí)，施用生物菌肥可將土壤中難溶性養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為可溶性養(yǎng)分，進(jìn)而達(dá)到培肥地力的效果，韓光等[19]發(fā)現(xiàn)接種復(fù)合型PGPR能夠顯著提高新墾地的土壤有效養(yǎng)分，而洪堅(jiān)平等[20]證實(shí)不同解磷菌群拌種不僅能提高油菜土壤堿解氮、有效磷和有效鉀含量，而且提高土壤脲酶和磷酸酶活性。梁運(yùn)江等[21]報(bào)道施用生物菌肥有利于土壤磷素可持續(xù)指數(shù)的上升，但必須配施足量的化學(xué)氮肥和鉀肥才能穩(wěn)定水稻產(chǎn)量并逐步提高土壤肥力。試驗(yàn)研究表明，施用生物菌肥后，土壤的有效氮、有效磷、有效鉀和速效鉀的含量均有不同程度的上升，說明接種PGPR促使難溶性磷、鉀鹽轉(zhuǎn)化成可溶性磷、鉀鹽，從而提高了土壤的磷、鉀供應(yīng)。逄煥成等[22]發(fā)現(xiàn)用含鉀細(xì)菌和芽孢桿菌的菌劑處理土壤，使土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀分別提高了55.9%、50.2%、71.4%和28.9%。葉榮華等[23]通過多功能微生物復(fù)合菌肥在晚稻上的應(yīng)用上發(fā)現(xiàn)施用復(fù)合菌肥后土壤酶活性增強(qiáng)的同時(shí)提高了土壤中速效N、P、K的含量。

3.3 生物菌肥對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是維持土壤活力的主要指標(biāo)。本研究采用傳統(tǒng)稀釋平板法對(duì)玉米灌漿期的3大土壤微生物進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示施用生物菌肥對(duì)土壤微生物數(shù)量有顯著影響，說明生物菌肥施用可改善土壤微環(huán)境。這與張振榮等[24]在煙葉根際土壤中的檢測(cè)結(jié)果較為相似。葉榮華等[23]研究發(fā)現(xiàn)施用復(fù)合菌肥后土壤中微生物優(yōu)勢(shì)菌群的數(shù)量大幅度增加。尹淑麗等[25]證實(shí)復(fù)合微生態(tài)菌劑施入前期可提高土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，隨生育時(shí)期的延長(zhǎng)效果變?nèi)?。由于土壤環(huán)境是一個(gè)巨大的緩沖體系，生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜而穩(wěn)定，土壤微生物活性與群落結(jié)構(gòu)受各種因素影響，不易于外來菌種微生物的成功定殖并發(fā)揮功效，前人稱土壤的這種抑制作用為土壤抑菌作用。本試驗(yàn)表明菌肥拌種可引起土壤微生物構(gòu)成發(fā)生變化，除了與接種外源微生物相關(guān)外，其深層次原因尚需進(jìn)一步研究。

施用生物菌肥對(duì)玉米生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，可提高玉米株高6.3%，地上植物量10.1%；同時(shí)，土壤有效氮、有效磷和有效鉀分別較對(duì)照增加7.7%，27.9%和7.5%；土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量較對(duì)照增加322.0%和101.6%，而真菌的數(shù)量減少了67.9%。

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Effects of using biofertilizer on forage maize growth and soil microbial number

DUAN Qi-bin1,ZHAO Dong-qing1,YAO Tuo2,HAN Hua-wen2,LIU Ting2

(1.GansuProvincialDepartmentofAgricultureandAnimalHusbandry,LanzhouGansu730070,China；2.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

By randomized block design of experiment tested on the forage maize,the paper determined the biofertilizer's effects on the growth index (plant height,dry-fresh ratio and aboveground biomass),available soil nutrention (available nitrogen,available phosphorus and available potassium) and soil microorganism(bacteria,fungi and actinomycetes).The results showed that using the biofertilizer have promoted forage maize's growth,which increased the plant height (6.3%) and aboveground biomass (10.1%) compared with the contorl (P<0.05).There were a significant difference (P<0.05) on the available nitrogen,available phosphorus and available potassium in the soil,which increased,7.7%,27.9% and 7.5% respectively compared with the control.Among them,the increase of available phosphorus was obvious.The edaphic bacteria and actinomycetes observably increased compared to the control (P<0.05),which respectively improved 322.0% and 101.6%.But,the quantity of fungi was lower than that of the contrast (P<0.05),which reduced about 67.9% after using the biofertilizer.

bio-fertilizer;feeding corn;soil microorganism

2014-12-25；

2015-01-16

甘肅省IFAD/GEF旱地生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)項(xiàng)目資助

段淇斌(1963-),男,甘肅涇川人,研究員，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。 E-mail：dyydqb@126.com

S 144；S 513

A

1009-5500(2015)02-0054-05