宋維民，趙 坤，楊 帆，王麗艷，郭永霞，王海澤，荊瑞勇

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在黑龍江省泰來縣大興鎮(zhèn)進(jìn)行，土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量31.25 g/kg、堿解氮含量135.55 mg/kg、有效磷含量22.05 mg/kg、速效鉀含量158.36 mg/kg，pH值6.37。

供試微生物肥料為固氮藍(lán)藻菌劑和促生細(xì)菌SM13。固氮藍(lán)藻菌劑由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院生物技術(shù)系微生物實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建，過程如下：從黑龍江省水稻主產(chǎn)區(qū)(建三江、綏化、牡丹江、齊齊哈爾等產(chǎn)區(qū))的稻田及大慶濕地等地采集土壤和水體樣品，在無氮BG-11液體培養(yǎng)基中富集出固氮藍(lán)藻，當(dāng)富集的固氮藍(lán)藻變綠時(shí)轉(zhuǎn)接傳代至新鮮的無菌無氮BG-11液體培養(yǎng)基中，選取生長(zhǎng)速度快的復(fù)合菌系進(jìn)行配伍傳代，連續(xù)傳代9次后，采用BG-11液體培養(yǎng)基擴(kuò)繁固氮藍(lán)藻，經(jīng)初步鑒定該復(fù)合菌系中主要固氮藍(lán)藻有Limnothrix、Leptolyngbya和Calothrix等,該菌劑質(zhì)量濃度為8.975 g/L。促生細(xì)菌SM13是由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院生物技術(shù)系微生物實(shí)驗(yàn)室從鹽堿稻田中分離純化出的一株枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)，其菌液含菌量為1.5×109cfu/mL。供試水稻品種為龍洋19，是當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣種植的水稻品種之一。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，以常規(guī)施肥處理為對(duì)照(CK)，在常規(guī)施肥條件下設(shè)置增施固氮藍(lán)藻(LZ)、促生細(xì)菌SM13(SM)、固氮藍(lán)藻+促生細(xì)菌SM13(SL)3個(gè)處理。固氮藍(lán)藻菌劑和促生細(xì)菌SM13在秧苗移栽至大田7 d后施用，固氮藍(lán)藻菌劑施用量為111.4 L/hm2，促生細(xì)菌SM13的施用量為228 L/hm2。小區(qū)面積為330 m2(15 m×22 m)，各個(gè)小區(qū)間用高30 cm的塑料擋板隔開，并且每個(gè)小區(qū)設(shè)置一個(gè)排水通道和一個(gè)灌水通道。4月7日播種，5月15日移栽。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉面積和地上部干質(zhì)量 在水稻分蘗期、齊穗期和灌漿期進(jìn)行水稻葉面積及地上部分干質(zhì)量測(cè)定。首先對(duì)每個(gè)處理的小區(qū)進(jìn)行連續(xù)20穴的水稻莖數(shù)調(diào)查，計(jì)算各小區(qū)的平均莖數(shù)，然后在各小區(qū)內(nèi)取與對(duì)應(yīng)小區(qū)平均莖數(shù)相同的3穴水稻，即3次重復(fù)，分別測(cè)定上三葉(高效葉)、余葉和剩余地上部分干質(zhì)量，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量；使用直尺測(cè)定每穴水稻植株待測(cè)葉片最長(zhǎng)和最寬處，分蘗期水稻葉片全部進(jìn)行測(cè)量，齊穗期和灌漿期僅對(duì)水稻上三葉進(jìn)行測(cè)量，利用所測(cè)葉片的長(zhǎng)寬乘積乘以葉面積系數(shù)(0.75)得出測(cè)量葉片的葉面積，采用干質(zhì)量法計(jì)算植株總?cè)~面積：總?cè)~面積=測(cè)量葉片葉面積/測(cè)量葉片干質(zhì)量×總?cè)~片干質(zhì)量。

1.3.2 莖稈強(qiáng)度指標(biāo) 齊穗期，選取各處理具有代表性的12株水稻植株測(cè)定株高、重心高度、相對(duì)重心高度、穗長(zhǎng)、第1—4節(jié)間(D1、D2、D3、D4)的長(zhǎng)度及第2—3節(jié)間(D2、D3)的莖稈抗折力、節(jié)間基部到穗頂?shù)拈L(zhǎng)度和節(jié)間基部到穗頂?shù)孽r質(zhì)量等指標(biāo)。其中，相對(duì)重心高度為重心高度與株高的比值；各處理節(jié)間抗折力、彎曲力矩及倒伏指數(shù)的計(jì)算參照瀬古秀生等[23]的方法：彎曲力矩=節(jié)間基部到穗頂?shù)拈L(zhǎng)度×該節(jié)間基部到穗頂?shù)孽r質(zhì)量，倒伏指數(shù)=彎曲力矩/抗折力×100。

1.3.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在水稻成熟時(shí)，每個(gè)處理選取具有代表性的6穴用于考種，考察穗部性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量。主要測(cè)定指標(biāo)有每穴穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量、穗質(zhì)量、穗長(zhǎng)、著粒密度及一次枝梗和二次枝梗的枝梗數(shù)、粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量。

1.3.4 稻米品質(zhì)指標(biāo) 將收獲的水稻自然風(fēng)干脫谷，靜置2個(gè)月待稻米理化性質(zhì)穩(wěn)定后，按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)稻谷(GB/T 17891—2017)測(cè)定加工品質(zhì)、外觀品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及食味品質(zhì)，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)稱取200 g稻谷。采用精米碾磨機(jī)對(duì)稻米進(jìn)行加工后統(tǒng)計(jì)糙米率、精米率和整精米率；使用日本靜岡機(jī)械株式會(huì)社生產(chǎn)的ES-1000便攜式品質(zhì)分析儀測(cè)定精米的堊白度與堊白粒率；采用德國(guó)BRUKER公司生產(chǎn)的VECTOR22/N型近紅外光譜儀測(cè)定稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量；采用日本佐竹公司(SATAKE)生產(chǎn)的米飯食味計(jì)(STA1A)測(cè)定稻米香氣、光澤、完整性、味道、口感和食味值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用 SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 固氮藍(lán)藻與促生細(xì)菌SM13對(duì)水稻葉面積和地上部干質(zhì)量的影響

由表1可知，分蘗期，SM處理水稻葉面積比CK顯著提高30.61%，LZ和SL處理與CK無顯著差異；齊穗期，SL處理水稻總?cè)~面積比CK顯著提高65.86%，其他處理與CK無顯著差異，高效葉面積各處理間無顯著差異；灌漿期，不同處理的高效葉面積及總?cè)~面積均表現(xiàn)為SM>SL>LZ>CK，但處理間差異均不顯著。綜上，施用固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13可在一定程度上提高水稻葉面積。

表1 不同處理水稻葉面積 cm2/穴

由表2可知，分蘗期，地上部干質(zhì)量表現(xiàn)為SM>LZ>CK>SL，LZ、SM、SL處理與CK均無顯著差異；齊穗期，地上部干質(zhì)量表現(xiàn)為SL>LZ>SM>CK，其中，SL較CK顯著提高了23.83%，其余處理與CK均無顯著差異；灌漿期，LZ、SM處理地上部干質(zhì)量分別較 CK顯著提高19.95%、16.71%，SL處理與CK無顯著差異。綜上，稻田內(nèi)施用固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13能夠顯著提高灌漿期水稻地上部干質(zhì)量。

表2 不同處理水稻地上部干質(zhì)量 g/穴

2.2 固氮藍(lán)藻與促生細(xì)菌SM13對(duì)水稻莖稈強(qiáng)度的影響

2.2.1 莖稈抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù) 常用水稻莖稈第2、3節(jié)間的抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù)等指標(biāo)來判斷水稻的抗倒伏能力[24]。其中，倒伏指數(shù)越小，植株越不易發(fā)生倒伏，倒伏指數(shù)越大，植株越易發(fā)生倒伏，通常將倒伏指數(shù)200作為判斷植株抗倒伏能力強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)[25]。由表3可知，LZ、SM、SL處理的第2、3節(jié)間莖稈抗折力與CK均無顯著差異；LZ、SM處理的第2、3節(jié)間莖稈彎曲力矩均顯著高于CK，SL處理的第2、3節(jié)間彎曲力矩低于CK，但差異不顯著；LZ、SM處理第2、3節(jié)間倒伏指數(shù)均高于CK，SL處理低于CK，但差異均不顯著。綜上，SL處理的水稻莖稈強(qiáng)度強(qiáng)于其余處理。

表3 不同處理水稻抗折力、彎曲力矩和倒伏指數(shù)

2.2.2 株高、相對(duì)重心高度和穗長(zhǎng) 由表4可知，LZ、SM、SL處理的水稻株高、穗長(zhǎng)、重心高度、相對(duì)重心高度均與CK無顯著差異；LZ、SM、SL處理第1、2、3節(jié)間長(zhǎng)度均與CK 無顯著差異，SL處理的第4節(jié)間長(zhǎng)度顯著低于CK，而LZ和SM處理的第4節(jié)間長(zhǎng)度與CK均無顯著差異。綜上，稻田內(nèi)施用固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13對(duì)水稻株高、重心高度、相對(duì)重心高度和穗長(zhǎng)均無顯著影響。

表4 不同處理水稻株高、重心高、相對(duì)重心高度、節(jié)間長(zhǎng)度和穗長(zhǎng)

2.3 固氮藍(lán)藻與促生細(xì)菌SM13對(duì)水稻穗部性狀的影響

由表5可知，SM處理的穗質(zhì)量較CK顯著提高了2.36%，其余處理均與CK無顯著差異，LZ、SM、SL處理的穗長(zhǎng)和著粒密度與CK均無顯著差異；對(duì)于一次枝梗和二次枝梗的穗部性狀來說，僅SL處理一次枝梗粒數(shù)顯著高于CK，其他處理各性狀均與CK無顯著差異。綜上，稻田內(nèi)施用促生細(xì)菌SM13能夠有效提高水稻穗質(zhì)量，同時(shí)施用固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13可提高水稻一次枝梗粒數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量的提升。

表5 不同處理水稻穗部性狀

2.4 固氮藍(lán)藻與促生細(xì)菌SM13對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表6可見，LZ、SM、SL處理每穴穗數(shù)均顯著高于CK，分別提高了7.16%、7.89%、5.74%，LZ、SM、SL處理穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量均與CK無顯著差異；產(chǎn)量表現(xiàn)為SM>LZ>SL>CK，SM、LZ、SL處理分別較CK顯著提高9.46%、7.39%、4.94%?？梢?，稻田內(nèi)施用固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13均能夠顯著提高水稻每穴穗數(shù)及產(chǎn)量。

表6 不同處理水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.5 固氮藍(lán)藻與促生細(xì)菌SM13對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.5.1 加工、外觀和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 由表7可知，在稻米加工品質(zhì)的比較中，LZ、SM、SL處理的稻米糙米率、精米率和整精米率均與CK無顯著差異；LZ處理稻米堊白度、堊白粒率均顯著高于CK，其余處理與CK均無顯著差異；各處理間稻米直鏈淀粉含量無顯著差異，LZ處理稻米蛋白質(zhì)含量顯著低于CK，其余處理均與CK差異顯著?？梢?，施用固氮藍(lán)藻會(huì)顯著降低稻米外觀品質(zhì)及蛋白質(zhì)含量。

表7 不同處理稻米加工、外觀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

2.5.2 食味品質(zhì) 由表8可知，不同處理間稻米綜合食味值無顯著差異，SL處理香氣得分顯著高于CK，LZ和SM處理與CK均無顯著差異；LZ、SM、SL處理的完整性和味道得分均顯著高于CK；LZ、SM、SL處理的光澤、口感得分及食味值均與CK無顯著差異?？梢?，施用固氮藍(lán)藻菌劑和促生細(xì)菌SM13可顯著提高稻米完整性和味道得分。

表8 不同處理稻米食味品質(zhì)得分

2.6 水稻產(chǎn)量與其構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

由表9可知，每穴穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)；穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒質(zhì)量與產(chǎn)量的相關(guān)性均不顯著；穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量的相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān)。

表9 水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，稻田施入固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13總體上均有利于水稻葉面積和地上部干質(zhì)量的增加，其中,SM處理分蘗期葉面積顯著高于CK，SL處理齊穗期總?cè)~面積和地上部干質(zhì)量均顯著高于CK，LZ、SM處理灌漿期地上部干質(zhì)量均顯著高于CK，這與固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13在植株根系的定殖有一定關(guān)系，稻田微生物的種類及生物量的增加有益于水稻根系的生長(zhǎng)，根系的生長(zhǎng)促進(jìn)了植株地上部分的積累。有研究表明，稻田內(nèi)固氮藍(lán)藻進(jìn)行固氮作用所產(chǎn)生的氮可以用于水稻及其他植物[26-27]。在一定范圍內(nèi)，隨著氮素水平的提高植物干物質(zhì)積累量隨之增加[28]。

施用固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13能夠促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)，許多藍(lán)細(xì)菌能夠提高土壤內(nèi)難溶性磷的可用性，改善土壤鹽度、通透性和pH值[29]，進(jìn)而增加水稻產(chǎn)量[22-30]。BISWAS等[31]研究表明，在溫室和田間環(huán)境下對(duì)水稻植株接種PGPR能夠提高水稻產(chǎn)量。本研究結(jié)果與前人相似，稻田內(nèi)施用促生細(xì)菌SM13能夠顯著提高水稻產(chǎn)量9.46%，施用固氮藍(lán)藻能夠提高水稻產(chǎn)量7.39%，同時(shí)施用固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13能夠顯著提高水稻產(chǎn)量4.94%，SL處理產(chǎn)量較LZ和SM處理低，推測(cè)2種不同微生物聯(lián)合施用時(shí)，可能需要調(diào)整合適的施用比例來達(dá)到進(jìn)一步促生的目的。同時(shí)產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析結(jié)果表明，水稻增產(chǎn)的主要原因是每穴穗數(shù)的提升，這與前人的研究結(jié)果有一定的相似性[32-34]。

水稻植株的抗倒伏能力與氮肥施用量和產(chǎn)量具有密切關(guān)系。水稻生長(zhǎng)過程中適量施氮肥有利于增產(chǎn)，降低莖稈抗折力，提高倒伏指數(shù)[35]；過量施氮肥會(huì)使水稻抗倒伏性降低，發(fā)生倒伏，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)[36]。一定范圍內(nèi)增施氮肥會(huì)提高水稻穗質(zhì)量。本研究結(jié)果表明，同時(shí)施用固氮藍(lán)藻和促生細(xì)菌SM13，水稻倒伏指數(shù)降低，這可能是由于促生細(xì)菌SM13和固氮藍(lán)藻共同促生作用引起的，這種促生作用可能是因?yàn)榇偕?xì)菌SM13分泌的某種生長(zhǎng)激素能夠促使水稻植株更好地利用固氮藍(lán)藻通過固氮作用產(chǎn)生的氮素，避免了由于氮素過剩引起的植株抗倒伏性降低。

稻米的色澤和食味值受蛋白質(zhì)含量的影響，直鏈淀粉與蛋白質(zhì)含量影響米飯的柔軟及黏聚性，可以通過氮肥減施或調(diào)節(jié)施肥時(shí)期改善稻米食味品質(zhì)[37-38]。在水稻植株生長(zhǎng)發(fā)育過程中，氮、磷、鉀肥過高或過低施用都會(huì)對(duì)稻米品質(zhì)產(chǎn)生影響，尤其是氮肥過量，導(dǎo)致植株貪青晚熟，嚴(yán)重降低稻米品質(zhì)，施氮水平提高會(huì)促使糙米蛋白質(zhì)含量增加[39-40]。本研究結(jié)果表明，施用固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13能夠提高稻米的完整性和食味值，而單獨(dú)施用固氮藍(lán)藻會(huì)降低稻米的加工品質(zhì)和蛋白質(zhì)含量。稻米品質(zhì)的優(yōu)劣可能與固氮藍(lán)藻、促生細(xì)菌SM13的施用量及施用時(shí)期有關(guān)，兩者是否能夠改良稻米品質(zhì)仍需繼續(xù)研究。