孫 玥,陳種凱,謝谷艾,2,張辰鑫,蔣文斌,王 鑫,李 雙,賀浩華,彭小松*

(1.作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部/江西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)),江西 南昌 330045;2.江西省林業(yè)科學(xué)研究院,江西 南昌 330000;3.江西皓烽農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司,江西 新余 338000;4.山東京青農(nóng)業(yè)科技有限公司,山東 濰坊 262513)

我國(guó)農(nóng)業(yè)已進(jìn)入一個(gè)作物生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和環(huán)境保護(hù)并重的多目標(biāo)時(shí)期[1]。在我國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中,農(nóng)藥對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步起到了較為重要的促進(jìn)作用,它在一定程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步,但在人們環(huán)保無(wú)公害的食品安全消費(fèi)觀念興起的當(dāng)下,農(nóng)藥也限制了我國(guó)農(nóng)業(yè)的進(jìn)步[2]?；瘜W(xué)農(nóng)藥的大量施用,不僅使病蟲(chóng)產(chǎn)生了抗藥性,而且化學(xué)農(nóng)藥的殘留嚴(yán)重地危害人類(lèi)的健康和環(huán)境代謝[3,4]。隨著科技和時(shí)代的不斷發(fā)展,我國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)肥料的大量施用,不僅使土壤板結(jié)、土壤微生物區(qū)系發(fā)生變化,而且?guī)?lái)了嚴(yán)重的食品安全問(wèn)題,還造成了大量的經(jīng)濟(jì)損失,以及嚴(yán)重的環(huán)境污染[5]。2014年,農(nóng)業(yè)部提出到“2020年化肥使用量零増長(zhǎng)目標(biāo)”,今后化肥的需求増長(zhǎng)速度將逐漸放緩[6]。微生物菌肥是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型肥料,作為一種綠色肥料日漸成為肥料市場(chǎng)的寵兒,它在被施入土壤后,能以其生命活動(dòng)促使作物得到特定的肥料養(yǎng)分，從而使作物生長(zhǎng)茁壯、產(chǎn)量增加[8]。微生物菌肥主要針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長(zhǎng)期不合理施用化肥、農(nóng)藥、獸藥、激素、抗生素等所導(dǎo)致的一系列問(wèn)題[9],利用微生物的強(qiáng)大活性?xún)?yōu)勢(shì)及其代謝產(chǎn)物的特定作用,達(dá)到生物修復(fù)、改良、調(diào)節(jié)、降解、增效、促長(zhǎng)、防病、抗逆等綜合功效,促進(jìn)作物生長(zhǎng)并使環(huán)境中的養(yǎng)分潛力得到充分發(fā)揮,為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造一個(gè)良好的土壤微生態(tài)環(huán)境[10]。它是一種多元素肥料,含有大量活性微生物,是利用高科技手段將野外環(huán)境中篩選出來(lái)的微生物經(jīng)過(guò)誘變、復(fù)壯后,經(jīng)工業(yè)發(fā)酵,以草碳、褐煤灰等為載體精加工而成的一種高含量的生物制劑,能通過(guò)微生物的特定作用給植物提供營(yíng)養(yǎng),調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)[11,12]。益普微生物菌肥是一種新型肥料,為深棕色液體,有輕微發(fā)酵味,具有提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量和植物中氮磷鉀含量，增加可溶性固形物含量,增加作物產(chǎn)量,減少病蟲(chóng)害發(fā)生,促進(jìn)作物早熟，改善品質(zhì)的作用[13]。本研究探討了微生物菌肥對(duì)水稻芽期及全生育期產(chǎn)量性狀的影響,旨在為微生物菌肥在培育水稻壯苗及高產(chǎn)栽培中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況和試驗(yàn)材料

試驗(yàn)1:發(fā)芽試驗(yàn)在江西農(nóng)業(yè)大學(xué)恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行。

試驗(yàn)2:田間試驗(yàn)于2017年5～11月在江西省新余市分宜縣大崗山鄉(xiāng) (114.68°E、27.82°N) 的皓烽農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)田的地力均勻,種植制度為稻-稻-油輪作。耕層 (0～15 cm) 土壤的基本理化性狀如下:土壤有機(jī)質(zhì)含量5.1 g/kg，全氮0.72 g/kg，有效磷13.43 mg/kg，速效鉀43.67 mg/kg，鹽度0.19 g/kg， pH 5.01。試驗(yàn)水稻品種分別為農(nóng)香優(yōu)雅占、粵油絲苗、泰優(yōu)390、桃優(yōu)香占。其中農(nóng)香優(yōu)雅占為江西天涯種業(yè)有限公司選育的;粵油絲苗為廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育的;泰優(yōu)390為湖南金稻種業(yè)有限公司和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所共同選育的;桃優(yōu)香占為湖南金健種業(yè)科技有限公司、桃源縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所共同選育的。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

微生物菌肥為有益微生物活菌制劑,含內(nèi)生枯草芽孢桿菌200億/g(山東京青農(nóng)業(yè)科技有限公司)。將農(nóng)香優(yōu)雅占、粵油絲苗、泰優(yōu)390、桃優(yōu)香占的種子分別在5%的NaClO溶液中浸泡30 min,再用超純水洗凈,在室溫浸種1 d,然后在37 ℃培養(yǎng)箱中催芽2～3 d；將催出的芽放入超純水中培養(yǎng)，直至一葉一心；從中挑選長(zhǎng)勢(shì)均一的幼苗，轉(zhuǎn)移至含8 L營(yíng)養(yǎng)液的塑料盆中。采用國(guó)際水稻所的標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液,在標(biāo)準(zhǔn)水稻營(yíng)養(yǎng)液(加入1.44 mmol/L NH4NO3)中分別加入0 g/mL(處理T1)、1/3 g/mL(處理T2)、2/3 g/mL(處理T3)、3/4 g/mL(處理T4)的微生物菌肥，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。培養(yǎng)條件:28 ℃ 14 h光照,22 ℃ 10 h黑暗。在2017年夏將雜交組合種植于江西省新余市分宜縣大崗山鄉(xiāng)皓烽農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司的試驗(yàn)田,釆用露地濕潤(rùn)秧田育秧,于5月19日播種,6月21日移栽。田間試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),每個(gè)小區(qū)栽插3行,每行10株,單本植,每個(gè)組合3個(gè)區(qū)組重復(fù)。田間試驗(yàn)處理T1～T4的微生物菌肥施用量分別為0、195、367、540 kg/hm2,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施方法

1.3.1 營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)試驗(yàn) 將供試的水稻種子用5% NaClO溶液消毒20 min，然后洗凈并轉(zhuǎn)移至PCR孔板(自制)中,培養(yǎng)至一葉一心。采用國(guó)際水稻所 (IRRI)建議的標(biāo)準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)液 (pH 5.5左右),其中Fe2+用 FeCl3·6H2O代替,營(yíng)養(yǎng)液中N+、P+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Mo2+、B5+、Zn2+、Cu2+的濃度保持不變。在培養(yǎng)過(guò)程中,每2 d噴灑1次營(yíng)養(yǎng)液。

1.3.2 田間試驗(yàn) 播種前先浸種,采用好年冬拌種20 g/kg,用種量為雜交稻22.5 kg/hm2、常規(guī)稻37.5 kg/hm2。水分管理方式：淺水移栽,薄水活棵;苗期水位保持在3～5 cm,有效分蘗期水位保持在3～5 cm,在無(wú)效分蘗期進(jìn)行曬田;孕穗期水位保持在4～8 cm,在抽穗揚(yáng)花期進(jìn)行深水灌溉8～12 cm，在抽穗7 d左右開(kāi)始干濕交替灌溉；在水稻成熟前7～10 d斷水。使用福建中化智勝?gòu)?fù)合肥300 kg/hm2作基肥,其中氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N 46%)、過(guò)磷酸鈣 (含P2O514%) 和氯化鉀(含K2O 60%) 。在試驗(yàn)期間，氮肥分 4 次施用,即基肥∶分蘗肥∶促花肥∶?；ǚ?4∶2∶2∶2;鉀肥(K2O)的施用量為150 kg/hm2。在插秧前1 d (6月17日)施基肥,插秧后7 d (6月24日)施分蘗肥,促花肥在幼穗發(fā)育第5期(7月31日)施入,?；ǚ屎外浄试谟姿氚l(fā)育第7期(8月9日)施入。病蟲(chóng)草鼠害的防治記錄:8月4日施用播報(bào)75 g/hm2、億喜75 g/hm2、菌立克150 g/hm2、鉆煞1500 mL/hm2、立本凈75 g/hm2、飛常好正道75 g/hm2；9月4日施用天殲150 g/hm2、正能量1500 mL/hm2(呋瑞未用)。其它田間管理措施(除草、耘田、擱田等):6月2日拋秧7 d后排水噴灑韓秋好1500 mL/hm2,7月9日補(bǔ)噴氫氟草酯(拿杰)1500 mL/hm2+統(tǒng)統(tǒng)加(農(nóng)泰)150 mL/hm2,部分田塊補(bǔ)加蕓苔素內(nèi)酯(奔福)300 mL/hm2。播種期后推10 d后,有效避開(kāi)孕穗抽穗期高溫;成熟后期有少許降雨。

1.4 性狀考察及測(cè)定方法

幼芽在營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)7 d后記錄每個(gè)重復(fù)的根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根數(shù)、鮮重和發(fā)芽率,將5個(gè)性狀作為本試驗(yàn)的參考指標(biāo)。田間試驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目為水稻主要產(chǎn)量性狀,包括植株株髙、穗長(zhǎng)、有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重、空秕粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量。考察時(shí)間為水稻完熟期(收獲期),考察樣本為每個(gè)小區(qū)中間連續(xù)3株代表性植株。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2007和SPASS 16.00軟件進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)；插圖用Origin 17.0軟件繪制完成；對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用LSD法進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌肥的濃度對(duì)4個(gè)水稻品種芽期性狀的影響

由表1、圖1和圖2可知,隨菌液濃度的增加,各品種的根長(zhǎng)、根數(shù)、芽長(zhǎng)、鮮重和發(fā)芽率均呈先增加后下降的趨勢(shì),并且在濃度1/3 g/mL時(shí)各芽期的性狀均達(dá)到最大值,農(nóng)香優(yōu)雅占、粵油絲苗、泰優(yōu)390、桃優(yōu)香占的最大根長(zhǎng)分別達(dá)7.92、7.10、7.80、12.08 cm,最大根數(shù)分別達(dá)5.40、5.00、4.40、5.80根,最大芽長(zhǎng)分別達(dá)6.06、5.44、6.08、5.98 cm,最大鮮重分別達(dá)0.33、0.28、0.32、0.37 g,最高發(fā)芽率分別為98%、97%、89%、86%。當(dāng)菌液濃度達(dá)到3/4 g/mL時(shí),各品種的芽期性狀值均低于對(duì)照水平,說(shuō)明高濃度的菌液抑制了水稻芽期的生長(zhǎng)。

圖1 微生物菌肥對(duì)水稻苗期性狀的影響

圖2 4個(gè)水稻品種的發(fā)芽情況

表1 微生物菌肥對(duì)不同水稻品種芽期性狀影響的方差分析結(jié)果

2.2 微生物菌肥的濃度對(duì)4個(gè)水稻品種產(chǎn)量性狀的影響

由表2和圖3可知,隨菌液濃度的增加,各品種的穗長(zhǎng)、有效分蘗數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和單株產(chǎn)量均呈先增加后下降的趨勢(shì),并且在367 kg/hm2(處理T3)時(shí)各產(chǎn)量性狀達(dá)到最大值,說(shuō)明367 kg/hm2為微生物菌肥的最適施用劑量;在此施用濃度處理下,農(nóng)香優(yōu)雅占、粵油絲苗、泰優(yōu)390、桃優(yōu)香占的最大穗長(zhǎng)分別為27.44、19.98、20.88、23.86 cm,最大有效分蘗數(shù)分別為15.67、10.16、14.68、13.09個(gè),最大結(jié)實(shí)率分別達(dá)0.91、0.90、0.95、0.93,最大千粒重分別達(dá)25.94、25.16、24.68、23.09 g,最高單株產(chǎn)量分別為52.88、40.16、39.68、51.09 g。在最適菌液濃度處理T3下,4個(gè)品種的各產(chǎn)量性狀除結(jié)實(shí)率外均以農(nóng)香優(yōu)雅占最高,說(shuō)明菌肥對(duì)農(nóng)香優(yōu)雅占的效應(yīng)最強(qiáng),即農(nóng)香優(yōu)雅占為微生物菌肥的最適推廣品種,見(jiàn)圖4。

圖3 微生物菌肥對(duì)水稻產(chǎn)量性狀的影響

從表2還可以看出：4個(gè)品種的株高在不同菌液濃度處理間差異不顯著;農(nóng)香優(yōu)雅占的實(shí)粒數(shù)、總粒數(shù)在367 kg/hm2處理下最大,分別為157.41和182.30粒；粵油絲苗、泰優(yōu)390和桃優(yōu)香占的實(shí)粒數(shù)、總粒數(shù)隨菌液濃度的變化無(wú)顯著差異。說(shuō)明微生物菌肥在促進(jìn)水稻株高、實(shí)粒數(shù)和總粒數(shù)的增長(zhǎng)方面效果不明顯。

表2 微生物菌肥對(duì)不同水稻品種產(chǎn)量性狀影響的方差分析結(jié)果

當(dāng)菌液濃度高于367 kg/hm2(處理T3)時(shí),各產(chǎn)量性狀開(kāi)始下降,其中穗長(zhǎng)、實(shí)粒數(shù)、總粒數(shù)及單株產(chǎn)量的下降較顯著,4個(gè)品種穗長(zhǎng)的平均降幅達(dá)到3.01 cm,實(shí)粒數(shù)的平均降幅達(dá)到30.23粒,總粒數(shù)的平均降幅達(dá)到21.86粒,單株產(chǎn)量的平均降幅達(dá)到10.62 g,說(shuō)明高濃度的菌液會(huì)抑制水稻植株的生長(zhǎng)發(fā)育，降低產(chǎn)量性狀值，從而減少水稻的單株產(chǎn)量。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)菌液濃度與4個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀呈現(xiàn)一定的相關(guān)性,其中有效分蘗數(shù)與益普濃度的相關(guān)系數(shù)為r2=0.1701,實(shí)粒數(shù)與益普濃度的相關(guān)系數(shù)為r2=0.0356,千粒重與益普濃度的相關(guān)系數(shù)為r2=0.0213,單株產(chǎn)量與益普濃度的相關(guān)系數(shù)為r2=0.0721。益普濃度與4個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀均呈現(xiàn)正相關(guān),其中與有效分蘗數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)(圖5),表明益普主要通過(guò)有效分蘗數(shù)來(lái)影響水稻的單株產(chǎn)量。當(dāng)益普濃度在0～367 kg/hm2范圍內(nèi)變化時(shí),4個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀與益普濃度呈正相關(guān);當(dāng)益普濃度大于367 kg/hm2時(shí),4個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀與益普濃度呈負(fù)相關(guān),此結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明高濃度的菌液會(huì)抑制水稻植株的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響水稻的產(chǎn)量。

圖5 益普濃度與水稻產(chǎn)量性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 小結(jié)與討論

本文探究了4個(gè)微生物菌液濃度處理對(duì)農(nóng)香優(yōu)雅占、粵油絲苗、泰優(yōu)390、桃優(yōu)香占4個(gè)品種芽期及全生育期產(chǎn)量性狀的影響。根系是植物獲取礦質(zhì)元素和水,合成植物激素、有機(jī)酸、氨基酸及固定植物的重要部位[14]。根系的形態(tài)和生理特性與葉、莖、花的生長(zhǎng)和發(fā)育密切相關(guān)[15]。Li等[16]研究發(fā)現(xiàn),水稻的分蘗位于主莖第一節(jié)間以下,依賴(lài)于植株的不定根總根長(zhǎng)。通過(guò)觀察根長(zhǎng)、根數(shù)、芽長(zhǎng)、鮮重、發(fā)芽率等5個(gè)芽期性狀,本研究發(fā)現(xiàn)菌肥通過(guò)增加根的伸長(zhǎng)來(lái)提高水分的吸收效率,從而提高了水稻的有效分蘗數(shù),進(jìn)而提高了單株產(chǎn)量。鮮重和發(fā)芽率反映了水稻苗期葉片的水分積累和物質(zhì)積累,菌肥通過(guò)增加鮮重和發(fā)芽率來(lái)提高芽期水稻的存活率。本試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著菌液濃度的增加，水稻各芽期性狀均呈現(xiàn)出先增加后減小的動(dòng)態(tài)變化,菌液最適濃度均為2/3 g/mL。

本田間試驗(yàn)以有效分蘗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重、單株產(chǎn)量作為水稻全生育期產(chǎn)量性狀的評(píng)價(jià)指標(biāo),并以此篩選出最適合施用菌肥的水稻品種農(nóng)香優(yōu)雅占；并且發(fā)現(xiàn)，隨著菌液濃度的升高,有效分蘗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重、單株產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后減小的動(dòng)態(tài)變化,最適施用量為367 kg/hm2,高濃度的菌肥抑制了水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。分蘗是與水稻群體質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量密切相關(guān)的農(nóng)藝性狀[17-19],由莖鞘基部的蘗芽發(fā)育而成,是一個(gè)可以調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過(guò)程[20]。本研究結(jié)果進(jìn)一步表明,益普濃度的變化與有效分蘗的變化相關(guān)性最大,說(shuō)明菌肥主要通過(guò)影響水稻的分蘗能力來(lái)影響水稻的單株產(chǎn)量。本研究分析了有效分蘗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重與單株產(chǎn)量之間的相關(guān)性,結(jié)果表明實(shí)粒數(shù)與單株產(chǎn)量的相關(guān)性最強(qiáng),而實(shí)粒數(shù)是由自身遺傳因素所決定的,說(shuō)明微生物菌肥的濃度與水稻遺傳因素共同決定水稻單株產(chǎn)量。微生物菌肥配施化肥是提高土壤肥力與作物產(chǎn)量的重要途徑[21]。究其原因,首先與化肥處理相比,微生物菌肥處理氮磷鉀的養(yǎng)分投入量明顯高于化肥處理,充足的養(yǎng)分投入有利于增強(qiáng)水稻的養(yǎng)分吸收能力[22];其次微生物菌肥處理可以顯著改善pH值、鹽度等土壤理化指標(biāo)[23],增加土壤氮磷鉀養(yǎng)分、氨基酸、有機(jī)酸等肥力指標(biāo)[24-27],而土壤肥力的提升是水稻增產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[26，28，29]。后續(xù)將進(jìn)一步研究微生物菌肥如何影響土壤肥力質(zhì)量指標(biāo),通過(guò)分析土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等物理和化學(xué)指標(biāo)的變化,準(zhǔn)確評(píng)估各施肥處理真實(shí)的土壤肥力質(zhì)量變化[30-31]。

綜上所述,微生物菌肥通過(guò)影響水稻芽期的根長(zhǎng)、根數(shù)、鮮重、發(fā)芽率來(lái)提高水稻品種前期的存活能力，進(jìn)一步影響成熟期水稻的有效分蘗數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒重、單株產(chǎn)量，從而提高水稻的產(chǎn)量。高濃度的菌液會(huì)影響水稻各時(shí)期的生長(zhǎng)發(fā)育,在適宜濃度下農(nóng)香優(yōu)雅占的芽期性狀和產(chǎn)量性狀均高于其他3個(gè)水稻品種的。本研究結(jié)果為適宜菌肥濃度和栽培水稻品種的選擇奠定了一定的理論基礎(chǔ)。