張瑩瑩，李新暢，檀建新，丁貴江，張 婷，陳 磊，鄭 然，任 杰，石愛(ài)麗

(1.承德市農(nóng)林科學(xué)院，河北 承德 067000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，河北 保定 071000; 3.寧夏鹽 池縣自然資源局，寧夏 吳忠 751500; 4.承德市農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)流轉(zhuǎn)管理服務(wù)中心，河北 承德 067000 )

1 引言

水稻作為我國(guó)主要糧食作物，總產(chǎn)量約為2.08億t，占我國(guó)總糧食產(chǎn)量的37.2%[1，2]。冀北地區(qū)屬于北方半濕潤(rùn)單季稻作區(qū)，受氣候限制水稻一年一季，為追求產(chǎn)量施用大量化肥，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。長(zhǎng)期施用過(guò)量化肥不僅會(huì)浪費(fèi)肥料，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量下降和土壤酸化，使植物體內(nèi)吸收大量的重金屬元素，導(dǎo)致作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，且重金屬元素會(huì)通過(guò)食物鏈最終在人體內(nèi)富集[3]。隨著綠色種植，綠色糧食的理念不斷被人們接受，微生物菌肥作為一種新型的生物肥因其環(huán)境友好、功能全面等特點(diǎn)被農(nóng)業(yè)工作者用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)肥料和化學(xué)肥料，以滿(mǎn)足人們對(duì)綠色糧食的需求，是當(dāng)前使用較多的生物肥料[4]。微生物菌肥中含有80多種活性微生物，將對(duì)作物有益微生物菌群(EM 菌)混合到有機(jī)肥料中，作為基肥施用到土壤中[5～7]。通過(guò)實(shí)現(xiàn)一次性施肥就能滿(mǎn)足作物整個(gè)生長(zhǎng)期的養(yǎng)分需求，有利于培育健壯植株，在提高肥料利用率的同時(shí)，大幅度減少了勞動(dòng)成本投入[8]。微生物菌肥還可以有效緩解農(nóng)作物因連作和工業(yè)化肥濫用產(chǎn)生的問(wèn)題，起到良性調(diào)節(jié)作用，產(chǎn)生正向效果[9]。吳昊等通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用3000 kg/hm2復(fù)合微生物菌劑肥處理效果最佳，水稻增產(chǎn)率增加了34.92%。同時(shí)，增加了土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，提高了水稻土壤的養(yǎng)分含量[4]。胡基華等通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)減施化肥配施微生物菌肥使大豆產(chǎn)量增加4.72%[10]。微生物菌肥可以提高玉米[11]、谷子[7]、大豆[12]和番茄[13]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

目前新型肥料的應(yīng)用研究雖然較寬泛，結(jié)論不盡相同，尤其在冀北地區(qū)進(jìn)行微生物菌肥替代其他肥料施用對(duì)水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)作用的研究少之又少。以水稻作為研究對(duì)象，在水稻種植中以微生物菌肥、有機(jī)肥、牛糞和羊糞作為基底肥，通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，探究不同種類(lèi)肥料及施肥量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響；對(duì)施用微生物菌肥的栽培土壤中的養(yǎng)分、重金屬等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；明確微生物菌肥對(duì)當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量和土壤的影響。旨在為促進(jìn)水稻產(chǎn)量，保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)，為水稻的高效優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

2 材料和方法

2.1 實(shí)驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021年在河北省隆化縣張三營(yíng)鎮(zhèn)進(jìn)行。水資源豐富，土壤質(zhì)地為褐色砂土，土壤pH=6.9，全氮1.05 g/kg、全磷0.50 g/kg、全鉀36.4 g/kg，前茬作物為水稻，適宜機(jī)械化作業(yè)。

2.2 供試材料

供試水稻品種為五優(yōu)稻一號(hào)，全生育期140 d，為黑龍江省五常市種子公司、黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)院第二水稻所選育。施用肥料種類(lèi)：羊糞(Y)、牛糞(N)、兆沃田生物有機(jī)肥(承德沃田生物有機(jī)肥有限公司)(Z)、自制微生物菌肥(W)。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，將肥料作為底肥進(jìn)行撒施，試驗(yàn)梯度如表1所示，共21個(gè)處理，以不施肥作為對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為30 m2，插秧規(guī)格30.0 cm×14 cm(15881穴/667 m2)。其他農(nóng)藝措施與田間管理均按當(dāng)?shù)匾筮M(jìn)行統(tǒng)一管理。

表1 水稻底肥設(shè)計(jì) kg/667m2

2.4 試驗(yàn)實(shí)施

2021年4月15日播種，5月25日將肥料作為底肥撒施，5月26日移栽，使用久保田SPW48C水稻旱地精量穴直播機(jī)(久保田農(nóng)業(yè)機(jī)械(蘇州)有限公司)進(jìn)行機(jī)械化插秧。全生育期用大疆T20 無(wú)人機(jī)(深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司)防治病蟲(chóng)草害，10月15日收獲。

2.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

2.5.1 水稻植株性狀及產(chǎn)量

在水稻成熟期，對(duì)角線(xiàn)五點(diǎn)取樣，每點(diǎn)取1 m2，選取各處理小區(qū)水稻植株，實(shí)收測(cè)產(chǎn)。

2.5.2 土壤養(yǎng)分、重金屬含量測(cè)定

水稻成熟期收獲后采集施用微生物菌肥土壤(WF)和不施微生物菌肥土壤(CK)耕層0～20 cm土壤樣品，用于養(yǎng)分、pH值和重金屬等元素含量測(cè)定，由北京譜尼測(cè)試科技有限公司完成。

2.6 數(shù)據(jù)處理

利用 Microsoft Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和作圖，采用SSPS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、差異顯著性分析( Duncan 氏新復(fù)極差法，P<0.05)、獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)、相關(guān)性分析檢驗(yàn)。采用matlab進(jìn)行模型擬合分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同肥料和用量對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同肥料和施肥量處理對(duì)水稻實(shí)際產(chǎn)量和理論產(chǎn)量有顯著影響(表2)。肥料種類(lèi)對(duì)水稻實(shí)際產(chǎn)量有一定的影響(F=9.72，P=0.0001)，實(shí)際產(chǎn)量依次表現(xiàn)為微生物菌肥>有機(jī)肥>羊糞>牛糞。750 kg/667m2微生物菌肥處理實(shí)際產(chǎn)量最高，為516.01 kg/667m2，與1000 kg/667m2微生物菌肥處理產(chǎn)量無(wú)顯著差異，顯著高于其他處理。高于未施肥對(duì)照128.63%，較高于750 kg/667m2有機(jī)肥處理8.70%，高于750 kg/667m2牛糞處理67.74%，高于800 kg/667m2羊糞處理34.47%。肥料種類(lèi)對(duì)水稻理論產(chǎn)量有一定的影響(F=79.57，P=0.0001)，理論產(chǎn)量依次表現(xiàn)為微生物菌肥>有機(jī)肥>羊糞>牛糞。750 kg/667m2微生物菌肥處理理論產(chǎn)量最高，為566.74 kg/667m2，高于未施肥對(duì)照193.60%，高于1000 kg/667m2微生物菌肥處理12.91%，高于800 kg/667m2有機(jī)肥處理22.31%，高于800 kg/667m2牛糞處理445.44%，高于800 kg/667m2羊糞處理31.31%。

表2 不同肥料種類(lèi)和施肥量下的水稻產(chǎn)量 kg/667m2

3.2 微生物菌肥對(duì)土壤養(yǎng)分及重金屬影響

微生物菌肥對(duì)稻田土壤養(yǎng)分變化的影響如圖1所示，W和CK的pH值分別為6.90和6.83，其中施用微生物菌肥土壤的pH值略高。W和CK的全氮含量分別為1.78±0.05 g/kg和1.06±0.04 g/kg(t=21.67，df=8，P<0.01)；W和CK的全磷含量分別為0.65±0.02 g/kg和0.52±0.02 g/kg(t=9.961，df=8，P<0.01)；W和CK的全鉀含量分別為37.62±0.38 g/kg和35.96±0.42 g/kg(t=6.46，df=8，P<0.01)；施用微生物菌肥的稻田土壤全氮、全磷、全鉀含量極顯著高于對(duì)照組(圖1)。

微生物菌肥對(duì)稻田土壤重金屬含量影響如圖2所示，W和CK的鋅含量分別為49.74±0.77 mg/kg和49.34±1.49 mg/kg(t=0.532，df=6.021，P>0.05)；W和CK的砷含量分別為5.14±0.15 mg/kg和6.16±0.09 mg/kg(t=-12.76，df=8，P<0.01)；W和CK的鎘含量分別為0.11±0.01 mg/kg和0.18±0.01 mg/kg(t=-13.67，df=8，P<0.01)；W和CK的銅含量分別為13.70±0.07 mg/kg和14.02±0.08 mg/kg(t=-6.53，df=8，P<0.01)；W和CK的鉛含量分別為12±0.18 mg/kg和22.12±0.21 g/kg(t=-79.02，df=8，P<0.01)；W和CK的汞含量分別為0.007±0.00001 mg/kg和0.0398±0.002 mg/kg(t=-49.42，df=8，P<0.01)；W和CK的鎳含量分別為17.00±0.07 mg/kg和17.02±0.14 mg/kg(t=-0.272，df=8，P>0.05)；W和CK的鉻含量分別為27.00±0.07 mg/kg和37.86±0.25 mg/kg(t=-93.12，df=4.631，P<0.01)；施用微生物菌肥的稻田土壤內(nèi)的砷鎘銅鉛汞鉻含量極顯著低于對(duì)照組，鋅鎳的含量在二者之間差異不顯著。

柱上星號(hào)表示施用微生物菌肥土壤與未施用微生物菌肥土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量(獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，P< 0.001，下同。

圖2 施用微生物菌肥土壤與未施用微生物菌肥土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量

3 結(jié)論與討論

水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對(duì)于國(guó)家糧食安全、農(nóng)業(yè)綠色和地方經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本文探究了肥料種類(lèi)和施肥量對(duì)水稻產(chǎn)量和稻田土壤養(yǎng)分的影響。實(shí)際產(chǎn)量表現(xiàn)為：微生物菌肥>有機(jī)肥>羊糞>牛糞，施用微生物菌肥對(duì)水稻產(chǎn)量有促進(jìn)作用。施用750 kg微生物菌肥效果最佳，水稻畝產(chǎn)516.01 kg，高于未施肥128.63%，高于畝施750 kg有機(jī)肥8.70%。前人研究表明微生物菌肥對(duì)水稻產(chǎn)量有正向促進(jìn)作用[14～18]。土壤肥力的提升與水稻增產(chǎn)密切相關(guān)[19～21]，施用微生物菌肥后，土壤中全氮、全磷和全鉀含量較未施肥提高了40.4%，25.00%，4.6%；重金屬砷、鎘、銅、鉛和汞含量下降19.84%、38.8%、2.20%、45.75%和82.40%。明顯改善了土壤理化性質(zhì)、有效緩解了土壤肥力下降，提高了土壤養(yǎng)分含量。說(shuō)明合理適量地施用微生物菌肥能夠提高土壤養(yǎng)分、降低重金屬含量，增加水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。前人研究證實(shí)，微生物菌肥能優(yōu)化土壤環(huán)境，施用微生物菌肥在作物上有增產(chǎn)提質(zhì)的效果。綜合分析，施用750 kg/667m2微生物菌肥作為基底肥，適宜在北方半濕潤(rùn)單季稻作區(qū)水稻高產(chǎn)栽培中推廣應(yīng)用。