陳曉燕 王小琳 謝先進(jìn)
(1河南省清豐縣土壤肥料工作站河南清豐457300;2河南省土壤肥料站河南鄭州450002)
玉米是中國(guó)主要的糧食作物。近年來(lái),過(guò)量施肥、單一施肥、偏施氮肥等不合理施肥措施使得土壤有機(jī)質(zhì)含量下降,土壤微生物平衡遭到破壞,不僅造成資源浪費(fèi)、肥料利用率低,而且嚴(yán)重污染農(nóng)田土壤[1]。因此,改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤生物活性尤為重要。微生物菌劑是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的含有特定微生物活體的制品,通過(guò)其所含微生物的生命活動(dòng),改善土壤微生物的群落和土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu),增加植物養(yǎng)分的供應(yīng)量并促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高作物產(chǎn)量[2],改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,在化肥零增長(zhǎng)行動(dòng)中具有重要作用。目前,微生物菌劑在多種作物上取得較好的應(yīng)用效果[3]。韓樹(shù)鑫等[4]研究表明,應(yīng)用可施可力生物菌肥,可有效促進(jìn)水稻秧苗的生長(zhǎng)發(fā)育,增強(qiáng)水稻秧苗抗逆性和抗病性。高雁等[5]研究表明,微生物菌劑改變了小麥根際土壤微生物功能多樣性,提高土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量,從而促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)。肖讓等[6]研究表明,配施菌肥能夠不同程度地促進(jìn)制種玉米籽粒產(chǎn)量形成,在增產(chǎn)的同時(shí),還能改善耕作層土壤微環(huán)境。方成等[7]研究表明,減施化肥、配施微生物菌劑可顯著提高果實(shí)品質(zhì)、改善土壤肥力、提高土壤微生物菌群數(shù)量。前人對(duì)微生物菌肥的研究主要集中在蔬菜和果樹(shù)上,在玉米上的應(yīng)用相對(duì)較少。本研究以玉米為試驗(yàn)材料,研究微生物菌劑對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分含量變化的影響,為玉米田微生物菌劑的使用提供參考。
1.1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)于2019年在河南省清豐縣高堡鄉(xiāng)王莊村進(jìn)行。該地海拔48 m,經(jīng)度115.138 611o,緯度35.933 056o,屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,光照充足、四季分明,≥10℃有效積溫4 519.9℃,平均氣溫13.0℃,年均降水量562.6 mm。種植模式為冬小麥/夏玉米。土質(zhì)為中壤土,有機(jī)質(zhì)含量17.45 g/kg,全氮含量1.38 g/kg,堿解氮含量86.31 mg/kg,速效磷含量32.47 mg/kg,速效鉀84.27 mg/kg。
1.1.2 供試材料
試驗(yàn)供試品種為鄭單958,供試微生物菌劑為立占科奇微生物菌劑(有效菌種為枯草芽孢桿菌,有效活菌數(shù)≥2×109g),由山東綠德地生物科技有限公司提供;西多里微生物菌劑(有效菌種為枯草芽孢桿菌,有效活菌數(shù)≥5×109g,有機(jī)質(zhì)≥45%),由項(xiàng)城市嘉禾生物技術(shù)有限公司提供;聚谷氨酸復(fù)合微生物菌劑(有效菌為解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌,有效活菌數(shù)50×109個(gè)/g),由南京軒凱生物科技有限公司提供。無(wú)機(jī)肥料為尿素(46%N)、過(guò)磷酸鈣(17.5%P2O5)和氯化鉀(60%K2O),購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)資市場(chǎng)。
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)置,試驗(yàn)以化肥處理為對(duì)照(CK),設(shè)驗(yàn)設(shè)3個(gè)菌肥處理,分別為立占科奇微生物菌劑(T1)、西多里微生物菌劑(T2)、聚谷氨酸復(fù)合微生物菌劑(T3);T1、T2、T3菌劑施用量分別為15、15、5 kg/hm2,所有處理均施入氮肥(N)180 kg/hm2、磷肥(P5O2)90 kg/hm2、鉀肥(K2O)90 kg/hm2、氮肥60%、所有磷肥、鉀肥及微生物肥料均作為基肥,在播種前(4月25日)一次性施入;其余氮肥在玉米拔節(jié)期前(6月15日)進(jìn)行追施。每小區(qū)8壟,壟寬0.65 m,長(zhǎng)7 m,面積約36.4 m2;每處理重復(fù)3次,隨機(jī)排列,試驗(yàn)田田間管理同大田。
1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目
1.2.2.1 土壤養(yǎng)分含量測(cè)定
分別在玉米拔節(jié)期(6月19日)、灌漿期(7月19日)和成熟期(9月24日)取耕層20 cm處土壤,分別在每小區(qū)采用五點(diǎn)取樣法采集兩份土壤樣品,將樣品裝于聚乙烯塑料袋中,貼好標(biāo)簽,帶回實(shí)驗(yàn)室;一份鮮土用于測(cè)定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮,另一份置于陶瓷盤(pán)中風(fēng)干并過(guò)60目篩,備用。土壤養(yǎng)分含量的測(cè)定:有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用外加熱法[8],土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量用流動(dòng)分析儀測(cè)定,速效磷采用鉬銻抗比色法[8],速效鉀采用火焰光度計(jì)法[8]。
1.2.2.2 土壤酶活性測(cè)定
在玉米拔節(jié)期、灌漿期和成熟期,用毛刷刷取玉米根際土壤帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干,用于測(cè)定土壤酶活性。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法,中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法,過(guò)氧化氫酶活性采用微孔板吸收光法。
1.2.2.3 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測(cè)定
將玉米實(shí)收測(cè)產(chǎn),于室內(nèi)考察穗行數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重、含水量等穗部性狀,按14%含水量計(jì)算籽粒產(chǎn)量。
1.2.3 數(shù)據(jù)分析
采用Excel 2010統(tǒng)計(jì)和計(jì)算數(shù)據(jù),采用SPSS 24.0進(jìn)行差異顯著性分析。
土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力中極其重要的組成部分。由圖1可看出,土壤有機(jī)質(zhì)含量在全生育期沒(méi)有明顯的變化規(guī)律,但是微生物肥料對(duì)有機(jī)質(zhì)具有顯著的影響。在玉米拔節(jié)期,T1處理和CK沒(méi)有顯著差異;T2和T3處理均顯著提高于CK,分別比CK高出7.57%和7.42%,微生物肥料處理間差異不顯著。在灌漿期,T1處理和CK沒(méi)有顯著差異;T2和T3處理均顯著提高于CK,分別比CK高出7.51%和9.65%,且T3處理顯著高于T1。在成熟期,T1、T2和T3處理均顯著高于CK,分別高出10.12%、21.36%和15.02%,其中T2處理最高,與T1差異顯著。
圖1 微生物肥料對(duì)玉米田土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響
土壤銨態(tài)氮能被作物直接吸收利用,肥效發(fā)揮迅速,是表征土壤肥力的主要指標(biāo)。由圖2可知,土壤銨態(tài)氮含量隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈逐漸下降的趨勢(shì)。拔節(jié)期,微生物肥料處理的土壤銨態(tài)氮含量均顯著高于CK,T1、T2和T3處理分別比CK高19.18%、44.97%和30.81%,T2處理顯著高于T1。灌漿期,各處理表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK,處理間差異顯著,T1、T2和T3處理分別比CK高49.60%、98.77%和159.34%。成熟期,微生物肥料處理的土壤銨態(tài)氮含量均顯著高于CK,T1、T2和T3處理分別比CK高49.60%、46.42%和87.48%,T3顯著高于T1和T2。
圖2 微生物肥料對(duì)玉米田土壤銨態(tài)氮含量的影響
由圖3可知,土壤硝態(tài)氮含量隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈逐漸降低的變化趨勢(shì)。拔節(jié)期,表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK,T1處理和CK沒(méi)有顯著差異,T2和T3處理顯著高于CK,分別高出30.77%和51.99%,微生物肥料處理間差異顯著。灌漿期T3>T2>T1>CK,處理間差異均顯著,T1、T2和T3處理分別比CK高34.53%、57.56%和74.46%。成熟期,微生物有機(jī)肥處理均顯著高于CK,T1、T2和T3處理分別比CK高46.60%、81.15%和57.49%,T2處理顯著高于T1和T3處理。
土壤速效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷,反映了土壤供磷能力,也是植株磷素的直接來(lái)源。由圖4可知,在各生育時(shí)期,微生物肥料處理的土壤速效磷含量均顯著高于CK。拔節(jié)期,T1、T2、T3分別比CK高42.48%、19.03%和28.50%;T1處理最高,其次是T3處理,顯著高于T1。灌漿期,T1、T2、T3分 別 比CK高36.25%、28.41%和57.02%,T3處理顯著高于T2處理。成熟期,T1、T2、T3分別比CK高44.01%、58.25%和70.77%,T3處理顯著高于T1處理。
由圖5可知,微生物肥料能夠顯著提高土壤速效鉀含量。在玉米拔節(jié)期,表現(xiàn)為T(mén)1>T3>T2>CK,T1、T2、T3分 別 比CK高19.58%、7.98%和14.80%;T1處理最高,顯著高于T2,但與T3沒(méi)有顯著差異。灌漿期,微生物肥料處理均顯著高于CK,T1、T2、T3分別比CK高出24.24%、21.58%和33.62%,T3處理顯著高于T1和T2。成熟期,T1處理和CK沒(méi)有顯著差異;T2和T3顯著高于CK,分別高22.75%和39.41%;T3處理最高,顯著高于T1和T2。
土壤酶能催化土壤中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì),參與土壤養(yǎng)分的分解和轉(zhuǎn)化過(guò)程,是反映土壤生物活性以及土壤肥力的重要指標(biāo)。由表1可知,微生物肥料能夠顯著影響土壤酶活性。T1、T2、T3土壤脲酶活性均顯著高于CK,分別比CK高13.66%、34.36%和37.83%,T2和T3顯著高于T1。T3處理土壤中性磷酸酶活性顯著高于其它處理,比CK高19.79%;T1、T2與CK沒(méi)有顯著差異。微生物肥料處理的土壤過(guò)氧化氫酶活性均顯著高于CK,T1、T2、T3分別比CK高1.54%、18.44%和9.67%,其中T2處理活性最高。過(guò)氧化氫酶活性變化趨勢(shì)和中性磷酸酶相似,T2處理顯著高于其它處理。
表1 微生物肥料對(duì)玉米田土壤酶活性的影響
由表2可知,在不同微生物肥料處理下,玉米穗數(shù)和穗行數(shù)沒(méi)有顯著差異;T1和T3處理行粒數(shù)顯著高于CK,分別高11.81%和16.35%;T1千粒重和CK沒(méi)有顯著差異,T2和T3處理顯著高于CK,分別高出7.76%和6.33%,T3處理最高;各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK,T2和T3均顯著高于CK,分別高12.23%和21.17%。
表2 微生物肥料對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響
由表3可知,菌肥投入為T(mén)3>T2>T1,說(shuō)明菌肥顯著提高玉米產(chǎn)量,且玉米產(chǎn)量和菌肥投入成正比;使用菌肥顯著增加玉米的總產(chǎn)值、凈收入和投產(chǎn)比,表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK;T1、T2和T3凈收入分別比CK增加18.44%、24.35%和42.78%;T3處理投產(chǎn)比最大,為(1∶2.18)。
表3 微生物肥料對(duì)玉米收益的影響
微生物菌劑含有大量的活性微生物,能夠?yàn)橥寥姥a(bǔ)充分解養(yǎng)分及腐殖物質(zhì)的活性物質(zhì),可產(chǎn)生糖類(lèi)物質(zhì)及改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和顆粒損失[8]。微生物菌劑中的微生物在土壤中會(huì)釋放大量的生長(zhǎng)素、赤霉素和各種維生素等代謝產(chǎn)物,對(duì)植株生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用,可使植株吸收多種養(yǎng)分[9];此外,微生物菌劑中的微生物還可分解植株殘?bào)w,加快腐殖質(zhì)的形成,增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,釋放大量有機(jī)酸類(lèi)物質(zhì),加速土壤中養(yǎng)分的礦化,提高土壤養(yǎng)分性能,從而促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用,提高土壤肥力[10]。方瑞琳等[11]研究表明,施用微生物菌劑能顯著改善谷子農(nóng)藝性狀,并能提高產(chǎn)量。沙月霞等[12]研究表明,微生物菌劑拌土增加了玉米農(nóng)田土壤中全磷、硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀的含量。高雁等[13]研究表明,微生物菌劑顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)和全氮含量。本研究結(jié)果表明,3種微生物肥料均能夠顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效磷和速效鉀含量,主要是由于微生物肥料能有效地促使土壤中的有機(jī)質(zhì)分解成腐殖質(zhì),從微觀上迅速改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu);此外,微生物菌肥是一種生態(tài)型土壤改良劑,其能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和礦化,提高土壤肥力肥效。
土壤酶參與土壤養(yǎng)分的分解和轉(zhuǎn)化過(guò)程,有利于促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的活化和更新[14]。有研究認(rèn)為,微生物菌劑通過(guò)改善土壤理化特性和微生物活性,從而影響土壤酶活性[15]。另一方面,土壤酶中一部分是由微生物活動(dòng)釋放的[16]。范娜等[17]研究表明,適宜微生物菌劑可顯著提高土壤蔗糖酶和磷酸酶活性,有效改善土壤的肥力狀況,從而提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收。黃偉等[18]研究表明,使用微生物菌劑能夠提高土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶和過(guò)氧化氫酶活性。本研究表明,微生物肥料能夠顯著影響土壤酶活性,3種肥料處理的土壤脲酶和過(guò)氧化氫酶活性均顯著高于對(duì)照。微生物菌劑中含有大量的有機(jī)質(zhì),能夠?yàn)橥寥姥a(bǔ)充一部分的土壤酶;另外,微生物菌劑還可誘導(dǎo)植株產(chǎn)生一些酶類(lèi)物質(zhì),從而提高土壤酶活性??傮w來(lái)看,T3處理酶活性最高,可能是T3肥料含有的微生物種類(lèi)較多,使得土壤活性物質(zhì)高于其它處理。本研究表明,T1和T3處理顯著提高行粒數(shù),T2和T3處理顯著提高玉米千粒重,產(chǎn)量表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK。一方面是由于微生物肥料提高了土壤中養(yǎng)分含量,增加植株對(duì)養(yǎng)分的吸收利用;另一方面,微生物在植株根部形成菌群,這些菌群分泌的物質(zhì)成為抵抗真菌和細(xì)菌的抗生素,防止根部病菌的產(chǎn)生,從而增加了玉米產(chǎn)量。說(shuō)明菌肥可顯著提高玉米產(chǎn)量,且玉米產(chǎn)量和菌肥投入成正比,使用菌肥顯著增加玉米的總產(chǎn)值、凈收入和投產(chǎn)比,表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK。
綜上所述,微生物有機(jī)肥對(duì)玉米田土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性均有顯著影響,能夠提高玉米產(chǎn)量,其中聚谷氨酸復(fù)合微生物菌劑處理(T3)酶活性最高,玉米產(chǎn)量最高(比化肥對(duì)照提高21.17%),凈收入增加42.78%。因此,聚谷氨酸復(fù)合微生物菌劑可提高土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活性、玉米產(chǎn)量,在玉米上應(yīng)用效果較好。