劉恒青，蔣鵬，孫權(quán)，蘇保平，馬婧，田超

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.永寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，寧夏 銀川 750100）

寧夏回族自治區(qū)地處黃河流域，其東部為典型的農(nóng)牧交錯(cuò)帶，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植業(yè)、畜牧業(yè)為兩大支柱，種植業(yè)中玉米占到全區(qū)播種面積的20%［1］。然而寧夏分布大面積風(fēng)沙土，其養(yǎng)分貧瘠且結(jié)構(gòu)不良，保水、保肥能力較弱。加之在傳統(tǒng)施肥方式下，長期過量、不合理的施用化肥導(dǎo)致了土壤板結(jié)、肥力下降及農(nóng)業(yè)面源污染等問題，嚴(yán)重限制玉米生產(chǎn)。

2019年“黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展”上升為重大國家戰(zhàn)略，同時(shí)為解決化肥過量施用帶來的諸多問題，我國農(nóng)業(yè)部提出“一控兩減三基本”的目標(biāo)［2］。復(fù)合微生物肥是一種將特定微生物與營養(yǎng)物質(zhì)復(fù)合而成的新型肥料，能夠提高土壤肥力，改善土壤質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)［3-4］。利川市土肥站在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上增施復(fù)合微生物肥，單位面積（667 m2）鮮茶葉產(chǎn)量增幅可達(dá)22.8%［5］。烏音嘎等［6］研究表明，施用復(fù)合微生物肥1 125 kg/hm2后，玉米株高、莖粗較不施肥分別顯著增加了21.90%、30.43%。于文進(jìn)等［7］研究表明，在南方高溫高濕的氣候和土壤條件下，將復(fù)合微生物肥料應(yīng)用于無公害蔬菜的栽培上可使番茄產(chǎn)量提高7.3%～11.1%、苦瓜產(chǎn)量提高10.7%～16.1%、菜薹產(chǎn)量提高7.2%～15.1%。然而目前有關(guān)復(fù)合微生物肥的研究多集中在南方地區(qū)，西北瘠薄沙土等低肥力地區(qū)施用復(fù)合微生物肥的研究鮮見報(bào)道。

因此，本試驗(yàn)以綠博6號(hào)玉米為試材，研究不同施用量的復(fù)合微生物肥（同時(shí)含有較高有機(jī)質(zhì)及特異微生物）對風(fēng)沙土區(qū)種植玉米的光合特性、生長及產(chǎn)量的影響，旨在為以風(fēng)沙土為代表的低肥力土壤構(gòu)建一種既能改良土壤同時(shí)提高玉米產(chǎn)量的新型施肥模式。以期為低肥力地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年5月至9月在寧夏回族自治區(qū)銀川市興慶區(qū)月牙湖鄉(xiāng)（E 106°57′，N 38°60′）開展，該地位于毛烏素沙漠西緣，海拔1 123 m，年平均氣溫8.5℃，年平均降水量為200 mm，年平均蒸發(fā)量為1 580 mm，無霜期為140～185 d，年平均日照時(shí)數(shù)2 600～3 000 h。試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)多大風(fēng)、沙塵天氣，光熱資源充足。當(dāng)?shù)赝寥李愋蜑轱L(fēng)沙土，土壤pH值為8.26，其中全鹽0.46 g/kg、有機(jī)質(zhì)5.62 g/kg、堿解氮67.72 mg/kg、有 效 磷34.16 mg/kg、速 效 鉀112.55 mg/kg。

1.2 供試材料

1.2.1 供試肥料供試肥料為奶牛糞好氧發(fā)酵后與微生物菌劑復(fù)合而成的復(fù)合微生物肥，其有機(jī)質(zhì)含量為31.22%，全氮含量92.55 g/kg，全磷含量31.14 g/kg，全鉀含量33.67 g/kg，有效活菌數(shù)（cfu）≥200億/kg，符合NY/T798-2015質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 供試作物供試作物為玉米，品種為國家審定品種綠博6號(hào)，糧飼兼用型品種。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)置6種不同的復(fù)合微生物肥施用梯度：0（CK）、375（T1）、750（T2）、1 500（T3）、3 000（T4）、3 750 kg/hm2（T5），每個(gè)處理重復(fù)3次，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為330 m2（30 m×11 m）。

1.3.2 田間管理（1）播種：2019年5月6日進(jìn)行播種前最后一次整地并且規(guī)劃小區(qū)，精確稱量各小區(qū)施肥量，將復(fù)合微生物肥按設(shè)計(jì)梯度撒施于地表并進(jìn)行翻耕耙耱；5月8日采用氣吸式精量播種機(jī)單粒播種，播種時(shí)設(shè)置寬窄行，寬行70 cm，窄行40 cm，株距定為20 cm，種植密度為90 900株/hm2；（2）灌溉：采用滴灌方式，整個(gè)生育期共滴水14次，每次滴水225～300 m3/hm2；（3）追肥：生育期內(nèi)采用水肥一體化方式追肥，幼苗期專用肥（N-P2O5-K2O：14.7-25-10.3）于5月中、下旬各施一次，施用量90 kg/hm2，拔節(jié)期專用肥（N-P2O5-K2O：20.5-5-24.5）于6月上、下旬各施一次，施用量90 kg/hm2，抽雄期專用肥（N-P2O5-K2O：25.2-8-16.8）于7月中、下旬各施一次，施用量120 kg/hm2，灌漿期專用肥（N-P2O5-K2O：34.5-10-5.5）于8月中旬施一次，施用量90 kg/hm2，全生育期總計(jì)追肥7次，追肥總量690 kg/hm2；（4）病蟲草害防治：除草劑于四葉一芯期機(jī)械噴施，7月上旬噴施農(nóng)藥一次，預(yù)防病蟲害；（5）收獲：待玉米成熟后于9月29日收獲，后續(xù)進(jìn)行測產(chǎn)及考種。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 玉米抽雄期光合指標(biāo)的測定于玉米抽雄期，選擇晴天光照較強(qiáng)時(shí)使用CI-6400便攜式光合測量儀測定，每個(gè)處理隨機(jī)選取20株，取平均值，測定指標(biāo)有葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率。葉綠素含量（SPAD）使用SPAD-502便攜式葉綠素儀測定，選中葉子后分別測定基部、中部、葉尖的葉綠素含量，取平均值。

1.4.2 玉米生長指標(biāo)的測定株高、莖粗的測量于玉米收獲時(shí)進(jìn)行，使用桿尺測量株高，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量近地面莖粗，株高、莖粗每個(gè)處理隨機(jī)測量20株，取平均值。

1.4.3 玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的測定在玉米收獲時(shí)測產(chǎn)，每個(gè)處理選取有代表性的果穗10穗進(jìn)行室內(nèi)考種，穗長使用直尺測量；穗粗、禿尖長使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量；百粒質(zhì)量使用電子天平稱量；籽粒含水率的測定使用PM-8188谷物水分測定儀，10次重復(fù)，取平均數(shù)；產(chǎn)量按14%折算含水率；單株鮮質(zhì)量使用電子臺(tái)秤稱量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2010整理，使用SPSS 24.0進(jìn)行方差分析、LSD多重比較、Pearson相關(guān)性分析，使用R Studio、Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米抽雄期光合特性的影響

由表1可知，與CK相比，施用復(fù)合微生物肥的處理玉米抽雄期的光合能力增強(qiáng)。T3～T5處理葉片凈光合速率及胞間CO2濃度分別提高15.70%～26.38%、60.16%～124.53%；T4及T5處理的葉片氣孔導(dǎo)度分別提高60%、64%；同時(shí)蒸騰速率隨復(fù)合微生物肥施用量的增加而提高，T4及T5處理較CK顯著提高76.33%、93.36%。葉綠素是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，植物利用葉綠素進(jìn)行電子傳遞、能量轉(zhuǎn)化等過程，將無機(jī)碳同化成有機(jī)物質(zhì)用于作物生長，在復(fù)合微生物肥的作用下，處理T2～T5葉綠素含量（SPAD值）較CK提高18.75%～42.52%。整體而言，施用復(fù)合微生物肥有利于改善玉米抽雄期光合特性，且處理T5表現(xiàn)最優(yōu)。

表1 施用復(fù)合微生物肥對玉米抽雄期光合特性的影響Table 1 Effects of application of compound microbial fertilizer on photosynthetic characteristics of corn at tasseling stage

2.2 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米生長的影響

如圖1所示，與CK相比，施用復(fù)合微生物肥可顯著促進(jìn)玉米的生長。T1～T5處理玉米株高與CK相比提高26.92%～52.26%，且施用高量復(fù)合微生物肥處理T4、T5較施用較低量處理T1、T2也有顯著增長；T1～T5處理玉米莖粗較CK提高47.73%～73.18%，且處理T3、T4及T5與處理T1差異顯著。通過分析得出，施用復(fù)合微生物肥能夠提高玉米的株高和莖粗，且中、高量施用較低量施用效果更為明顯。

圖1 施用復(fù)合微生物肥對玉米株高和莖粗的影響Figure 1 Effects of application of compound microbial fertilizer on plant height and stem diameter of corn

2.3 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米穗部性狀的影響

由表2可知，施用復(fù)合微生物肥后玉米穗部性狀優(yōu)良。處理T1～T5穗行數(shù)較CK增加30.00%～40.06%，T5處理穗行數(shù)增幅達(dá)到最大；處理T3行粒數(shù)增幅最大，與CK相比增加37.36%；處理T1～T5穗長及穗粗較CK顯著增加40.88%～50.74%、60.40%～68.54%。玉米禿尖長隨復(fù)合微生物肥施肥量增加而降低，處理T2～T5禿尖長與CK差異達(dá)到顯著水平，且處理T5禿尖長降幅最大，為80.73%。

表2 施用復(fù)合微生物肥對玉米穗部性狀的影響Table 2 Effects of application of compound microbial fertilizer on ear characters of corn

2.4 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

如表3所示，施用復(fù)合微生物肥后玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素明顯改善，產(chǎn)量顯著提高。處理T1～T5穗粒數(shù)較CK差異顯著，T3處理穗粒數(shù)最多，增幅為82.04%；處理T1～T5百粒質(zhì)量較CK增加15.43%～63.64%。處理T1～T5玉米籽粒產(chǎn)量較CK分別增加67.73%、55.54%、135.40%、163.23%、180.92%，且施中、高量復(fù)合微生物肥處理T3、T4、T5較施低量復(fù)合微生物肥處理T1、T2差異顯著。玉米鮮質(zhì)量對于青貯而言至關(guān)重要，處理T2～T5單株玉米鮮質(zhì)量較CK增加142.11%～278.95%，增幅非常明顯，同時(shí)高量復(fù)合微生物肥處理T4、T5與低量處理T1、T2相比差異顯著。

表3 施用復(fù)合微生物肥對玉米產(chǎn)量指標(biāo)的影響Table 3 Effects of application of compound microbial fertilizer on corn yield index

2.5 產(chǎn)量與光合特性的相關(guān)性分析

熱圖是近年來被廣泛應(yīng)用的一種簡潔明了的相關(guān)性表達(dá)方式，可以簡單地聚合大量數(shù)據(jù)，將結(jié)果以一種漸進(jìn)的色帶直觀地展現(xiàn)出來［8］。綠博6號(hào)玉米籽粒產(chǎn)量與光合特性的相關(guān)性熱圖如圖2所示，由圖可知，玉米籽粒產(chǎn)量與葉綠素含量、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度及凈光合速率之間均呈極顯著的正相關(guān)，與蒸騰速率之間存在顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.98、0.95、0.96、0.97、0.87。相關(guān)性分析表明，施用復(fù)合微生物肥可通過改善玉米的光合特性，進(jìn)一步增加玉米的產(chǎn)量。

圖2 籽粒產(chǎn)量與光合特性的相關(guān)性分析Figure 2 Correlation analysis of grain yield and photosynthetic characteristics

2.6 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米產(chǎn)投比的影響

在種植過程中，除施肥外中間環(huán)節(jié)較多，其總成本組成較復(fù)雜，本研究中除復(fù)合微生物肥成本外，亦包括機(jī)械使用費(fèi)、灌溉材料費(fèi)、水電費(fèi)等其他成本，由于本試驗(yàn)只設(shè)置復(fù)合微生物肥施用量一個(gè)因素，其他田間管理措施各處理均相同，故各處理其他成本均相同（總成本=肥料成本+其他成本；產(chǎn)投比=產(chǎn)值/總成本）。由圖3可知，施用復(fù)合微生物肥提高了玉米產(chǎn)投比，具體表現(xiàn)為：T3>T4>T5>T1>T2>CK，最大產(chǎn)投比出現(xiàn)在處理T3，產(chǎn)投比達(dá)1.94。

圖3 施用復(fù)合微生物肥對玉米產(chǎn)投比的影響Figure 3 Effect of compound microbial fertilizer on yield-cost ratio of corn

3 討論

3.1 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米抽雄期光合特性的影響

復(fù)合微生物肥因其具有用量少、成本低、本身安全無公害、不污染環(huán)境、資源循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為我國發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)綠色有機(jī)產(chǎn)品的首選肥料［9］。于健等［10］研究表明，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上增施復(fù)合微生物肥可使番茄凈光合速率提高。張幸果等［11］研究表明，基施1 500 kg/hm2復(fù)合微生物肥后，可提高花生成熟期凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度及蒸騰速率，且高量施用效果優(yōu)于低量施用。本研究中綠博6號(hào)玉米光合特性在復(fù)合微生物肥施用后得到顯著優(yōu)化，這與前人的研究結(jié)果相似，分析其原因可能為：復(fù)合微生物肥中含有大量氮素，前人研究發(fā)現(xiàn)增施氮肥能提高玉米葉片葉綠素含量，并改善其光合性能［12-14］。風(fēng)沙土地區(qū)干旱缺水，對植物光合作用至關(guān)重要的水分稀缺，導(dǎo)致植物光合效率下降［15］，而復(fù)合微生物肥施入土壤后，土壤有機(jī)質(zhì)含量提高［16-17］，有利于保持土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定［18］，提高土壤持水孔隙度［19］，增強(qiáng)土壤保水性，從而一定程度上緩解水分缺乏對植物光合能力的限制。

3.2 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米生長的影響

玉米前期生長發(fā)育是后期產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)［20］，楊曉明［21］在寧夏固原的試驗(yàn)表明，播前基施復(fù)合微生物肥600、900、1 200 kg/hm2，且后期未追肥，玉米收獲時(shí)株高較當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥分別增加13.63%、10.96%、12.08%。曹雯梅等［22］研究表明，播前基施復(fù)合微生物肥750 kg/hm2，玉米收獲時(shí)莖粗較未施肥處理增加20.83%。本研究結(jié)果表明，施用復(fù)合微生物肥后綠博6號(hào)玉米株高及莖粗較CK顯著提高，且施用高量復(fù)合微生物肥的處理T4、T5效果優(yōu)于較低量復(fù)合微生物肥的處理T1、T2，這與前人的研究結(jié)果一致，原因可能為是復(fù)合微生物肥中含有大量有益微生物，大量微生物進(jìn)入土壤，分泌合成促進(jìn)植株生長的維生素和激素，促進(jìn)植株生長［23-25］。

3.3 施用復(fù)合微生物肥對綠博6號(hào)玉米產(chǎn)量的影響

大量研究表明施用復(fù)合微生物肥能夠提高作物產(chǎn)量［26-29］。本研究發(fā)現(xiàn)，施用復(fù)合微生物肥后綠博6號(hào)玉米產(chǎn)量構(gòu)成因素改善，籽粒產(chǎn)量提高。這與前人的研究結(jié)果相似，分析其原因可能為：通過對玉米籽粒產(chǎn)量與玉米抽雄期光合特性進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)玉米的各項(xiàng)光合特性與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，由此推測復(fù)合肥生物肥可能通過提高綠博6號(hào)玉米的光合能力，增加干物質(zhì)積累量，從而提高玉米產(chǎn)量［30-32］。復(fù)合微生物肥既含有較高有機(jī)質(zhì)又含有大量具有分解功能的微生物，微生物能夠分解肥料中的有機(jī)質(zhì)，活化土壤中被固定的養(yǎng)分，提高土壤速效養(yǎng)分含量，同時(shí)促進(jìn)植株中營養(yǎng)元素向籽粒中的轉(zhuǎn)移［33］，使更多養(yǎng)分被玉米籽粒吸收利用。試驗(yàn)地干旱脅迫時(shí)有發(fā)生，微生物可與植物根系相互作用，提高植物抗逆性，緩解干旱脅迫對玉米的傷害，保障玉米健康生長［34-35］。

4 結(jié)論

施用復(fù)合微生物肥可增強(qiáng)綠博6號(hào)玉米光合特性、優(yōu)化改良其農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成因素并增加產(chǎn)量。綜合考慮產(chǎn)投比，施用復(fù)合微生物肥1 500 kg/hm2（T3）時(shí)，產(chǎn)投比達(dá)到最大，為最佳推薦施肥量。