孫悅穎，劉景輝，米俊珍，趙寶平，李英浩

（全國(guó)農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)/內(nèi)蒙古高校燕麥工程研究中心/內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)雜糧產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

燕麥（Avena sativa L.）為禾本科燕麥屬一年生重要谷類作物，具有抗旱、抗寒、耐鹽堿、耐貧瘠、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)良特性[1-2]，為北方地區(qū)優(yōu)勢(shì)特色糧飼兼用作物[3]，具有較高食用價(jià)值和飼用價(jià)值[4-5]，且農(nóng)業(yè)種植投入小、風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)低，因此其高產(chǎn)栽培對(duì)維護(hù)燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展及地方經(jīng)濟(jì)意義重大[6]。

益生菌能調(diào)控植物的根系形態(tài)[7]，根系的發(fā)育狀況在很大程度上影響著植物的生長(zhǎng)狀況及群體建成，是作物取得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素[8]。曾益波等[9]研究發(fā)現(xiàn)，使用微生物菌劑光合細(xì)菌PSB06進(jìn)行浸種處理可促進(jìn)水稻幼苗的根長(zhǎng)，增強(qiáng)群體抗逆能力。土壤中的叢枝菌根真菌（AFM）與植物建立共生關(guān)系后，改變了根系構(gòu)型，提高了植物根系吸收土壤中水分和養(yǎng)分的能力[10]。有研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌通過分泌激素類、抗菌素類等物質(zhì)促進(jìn)宿主植物根系的生長(zhǎng)[11]。益生菌對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，微生物菌劑是指由益生菌經(jīng)一系列工藝加工而成的一類活力高、肥料效應(yīng)特定的活體菌劑，具有改善土壤環(huán)境、增加作物產(chǎn)量等作用[12]，兩種或多種有益菌按適合比例共同培養(yǎng)制成復(fù)合菌劑，相較于單一菌劑的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)能力與促生能力均能提高，且更穩(wěn)定，也是微生物菌劑將來的發(fā)展趨勢(shì)，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)研究熱點(diǎn)[13-14]。

乳酸菌是一類廣泛存在于土壤中的益生菌[15]，前人研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌復(fù)合制劑具有促進(jìn)植物健康生長(zhǎng)、增加植物產(chǎn)量、改善土壤質(zhì)量等作用[16-17]。近年來，已逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[18-19]，但乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)大田作物根系生長(zhǎng)及群體結(jié)構(gòu)建成的影響鮮有研究，因此，本試驗(yàn)對(duì)施用乳酸菌復(fù)合制劑后燕麥群體構(gòu)成指標(biāo)、根系形態(tài)指標(biāo)、根系生物量的變化特點(diǎn)進(jìn)行了研究，旨在探索乳酸菌復(fù)合制劑在調(diào)節(jié)燕麥生長(zhǎng)方面的應(yīng)用研究，為燕麥的高效栽培及乳酸菌復(fù)合制劑的開發(fā)利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古清水河縣宏河鎮(zhèn)一間房村（40.06°N，111.14°E），該地區(qū)是內(nèi)蒙古段黃土高原典型的旱作丘陵地區(qū)，屬典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量365 mm，降水主要集中在6月和7月，無霜期140 d，土壤類型為黃綿土。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)見表1，2021—2022年燕麥生育期內(nèi)降水量及積溫見圖1。

圖1 試驗(yàn)期間試驗(yàn)地降水量和積溫Figure 1 Rainfall and accumulated temperature at the test site during the experiment

表1 試驗(yàn)地0～20 cm土層土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of soil in 0-20 cm soil layer in the test site

1.2 供試材料

燕麥品種選用壩莜1號(hào)。乳酸菌復(fù)合制劑為北京科拓恒通生物技術(shù)股份有限公司（北京懷柔科學(xué)城）生產(chǎn)的農(nóng)用微生物菌劑，顏色為淡黃色，粉末狀質(zhì)地，主要成分為乳酸菌（干酪乳桿菌Zhang、植物乳桿菌P-8和植物乳桿菌PC30301）、解淀粉芽孢桿菌、側(cè)孢短芽孢桿菌及其代謝產(chǎn)物（乳酸、甲酸、乙酸、胞外多糖及細(xì)菌素等），活菌數(shù)≥5×109cfu/g。供試肥料為磷酸二銨N-P2O5-K2O（18-46-0），由清水河縣農(nóng)牧業(yè)局提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置4個(gè)處理，不施乳酸菌復(fù)合制劑和化肥（CK）、單施化肥（A）、乳酸菌復(fù)合制劑和化肥配施（AB）、單施乳酸菌復(fù)合制劑（B），重復(fù)4次，共16個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積30 m2（5 m×6 m）。第1年于2021年6月11日播種，10月1日收獲，第2年于2022年6月11日播種，9月28日收獲。采用機(jī)械條播，播種量150 kg/hm2，種植行距25 cm?；室曰适┤耄シN前均勻撒施地表后立即翻耕整地，翻耕深度10～15 cm。施肥量為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，乳酸菌復(fù)合制劑為推薦用量，乳酸菌復(fù)合制劑拌種隨播種機(jī)帶入大田，施入深度為10～15 cm，化肥及乳酸菌復(fù)合制劑具體施用量見表2。

表2 各處理施肥量Table 2 Fertilizer application amount of each treatment 單位：kg/hm2

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 出苗及群體建成情況調(diào)查

出苗后7 d在每個(gè)小區(qū)內(nèi)標(biāo)記1 m長(zhǎng)樣段，邊行、次邊行、中間行分別標(biāo)記，定位調(diào)查樣段內(nèi)基本苗數(shù)量、分蘗盛期的總莖數(shù)、收獲穗數(shù)，具體的測(cè)定指標(biāo)和計(jì)算方法如下

主莖分蘗率/%＝［（收獲穗數(shù)-基本苗數(shù)）/基本苗數(shù)］×100 （1）

分莖成穗率/%＝［（收獲穗數(shù)-基本苗數(shù)）/（分蘗盛期莖數(shù)-基本苗數(shù)）］×100 （2）

1.4.2 根系生物量

于燕麥抽穗期取樣，大田挖掘法采集根系，取樣體積30 cm×30 cm×30 cm，取樣時(shí)注意消除邊際效應(yīng)，剪去地上部分，將植株地下部用去離子水洗凈后，裝入紙袋在105℃下殺青30 min后，在80℃下烘干至恒重，稱重法測(cè)量其根系生物量。

1.4.3 根系形態(tài)指標(biāo)

于燕麥抽穗期取樣，大田挖掘法采集根系，將地下部連土帶根裝入孔徑為100目的尼龍袋，在去離子水中漂洗，然后在水盆中用比重法清除雜質(zhì)，每個(gè)小區(qū)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的完整根系，在實(shí)驗(yàn)室用根系掃描儀（REGENT LA2400）對(duì)根樣進(jìn)行掃描，掃描時(shí)，把根樣放入透明托盤內(nèi)，托盤內(nèi)注水深10～15 mm，為了獲得較為準(zhǔn)確的圖像結(jié)果，需要整理根樣，防止根樣分枝互相纏繞。用Win RHIZO分析軟件分析掃描圖像，測(cè)得根長(zhǎng)、根表面積和根體積等根系形態(tài)參數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、作圖，采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，多重比較采用Duncan法進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥群體建成的影響

由表3可知，燕麥處理間群體建成指標(biāo)在年際間變化差異不大。2021年和2022年燕麥群體結(jié)構(gòu)在處理間均表現(xiàn)為：AB>A>B>CK。各指標(biāo)均以AB處理表現(xiàn)最好，2021年和2022年，基本苗數(shù)、分蘗數(shù)、成穗數(shù)、主莖分蘗率、分莖成穗率分別較CK提高了 14.27%、16.88%、22.13%、44.86%、21.11%和19.01%、23.90%、27.30%、44.09%、22.21%，其中，分蘗數(shù)和成穗數(shù)顯著高于CK（P<0.05）；A處理下燕麥出苗及群體建成情況表現(xiàn)次之，2021年和2022年，基本苗數(shù)、分蘗數(shù)、成穗數(shù)、主莖分蘗率、分莖成穗率分別較CK提高了8.37%、9.37%、11.89%、20.58%、14.40%和10.60%、17.40%、17.05%、37.68%、5.95%，其中，分蘗數(shù)和成穗數(shù)顯著高于CK（P<0.05）。2年內(nèi)，B處理僅成穗數(shù)較CK顯著提高了6.15%～9.29%（P<0.05）。綜上結(jié)果表明，施用乳酸菌復(fù)合制劑能促進(jìn)燕麥群體建成，但對(duì)各指標(biāo)改善效果不同，其促進(jìn)燕麥分蘗、增加成穗數(shù)效果更好。

表3 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥出苗及群體建成情況影響Table 3 Effects of lactobacillus compound preparation on seedling emergence and population building of oat

2.2 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥根系生物量的影響

由圖2可知，2022年各處理的根系生物量明顯高于2021年，各處理在年際間均表現(xiàn)為AB＞A＞B＞CK。2021年和2022年，AB處理的根系生物量分別為130.70、145.71 g/cm2，年際間增幅為 11.48%。2021年，A、AB、B處理的根系生物量分別較 CK提高了23.78%、37.02%、14.84%，其中，A與AB處理顯著高于 CK（P<0.05）；2022年，A、AB、B 處理的根系生物量分別較CK顯著提高了28.46%、44.31%、19.52%（P<0.05）。綜上結(jié)果表明，單施乳酸菌復(fù)合制劑能促進(jìn)燕麥根系生物量的合成積累，但作用效果不如單施化肥處理，乳酸菌復(fù)合制劑與化肥配施條件下燕麥根系生物量表現(xiàn)最好。

圖2 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥根系生物量的影響Figure 2 Effects of lactobacillus compound preparation on root biomass of oat

2.3 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥根系形態(tài)的影響

從根系形態(tài)各指標(biāo)整體變化規(guī)律分析（表4），2021年和2022年，均以AB處理表現(xiàn)最好，各根系形態(tài)參數(shù)顯著高于CK。2021年和2022年，AB處理的燕麥節(jié)根、總根長(zhǎng)、根系平均表面積、根系平均體積分別較CK顯著提高了9.76%、21.39%、52.01%、39.58%和 39.93%、25.38%、23.17%、49.17%（P<0.05）；A處理次之，2021年和2022年，燕麥節(jié)根、總根長(zhǎng)、根系平均表面積分別較CK顯著提高了9.76%、16.50%、19.44%和 15.97%、17.28%、25.18%（P<0.05）。2年內(nèi)，B處理的各根系形態(tài)參數(shù)較CK提升幅度較小，與CK相比，B處理下燕麥總根長(zhǎng)、根系平均表面積、根系平均體積、根系平均直徑均未達(dá)到顯著差異。綜上結(jié)果表明，乳酸菌復(fù)合制劑與化肥配施條件下燕麥根系形態(tài)參數(shù)數(shù)值表現(xiàn)最好，且處理間根系形態(tài)參數(shù)在年際間變化差異不大（P>0.05）。

表4 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥根系形態(tài)的影響Table 4 Effect of lactobacillus compound preparation on root morphology of oat

2.4 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表5可知，年際間產(chǎn)量及其構(gòu)成因素表現(xiàn)一致，均表現(xiàn)為AB＞A＞B＞CK。2021年和2022年，均以AB處理表現(xiàn)最佳，燕麥千粒重、穗長(zhǎng)、單穗粒數(shù)分別較CK顯著提高了8.44%、26.35%、63.53%和8.43%、28.97%、69.38%（P<0.05）。2021年和2022年，A處理燕麥穗長(zhǎng)和單穗粒數(shù)分別較CK顯著提高了17.78%、35.48%和19.39%、46.26%（P<0.05）。2021年和2022年，B處理燕麥千粒重、穗長(zhǎng)、單穗粒數(shù)較CK提升幅度較小，僅單穗粒數(shù)與CK相比差異顯著（P<0.05），增幅范圍為18.25%～23.14%。2021年和2022年，AB和A處理，與CK相比均顯著提高了燕麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量（P<0.05），2021年，AB處理燕麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別較CK顯著提高了32.20%和54.66%，A處理分別提高了21.73%和28.44%（P<0.05）；2022年，AB 處理燕麥籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量分別較CK顯著提高了33.23%和60.39%（P<0.05），A處理分別較CK顯著提高了25.09%和33.96%（P<0.05）。綜上結(jié)果表明，兩年間，燕麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均以乳酸菌復(fù)合制劑與化肥配施處理表現(xiàn)最佳，可以看出乳酸菌復(fù)合制劑有促進(jìn)增產(chǎn)作用。

表5 乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥產(chǎn)量及其建成因素的影響Table 5 Effects of lactobacillus compound preparation on oat yield and its constituent factors

3 討論

根系是合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，良好的根系形態(tài)和生物量對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，改善根系指標(biāo)調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)是目前行之有效的方法[20]。研究表明，菌劑能夠促進(jìn)根系生長(zhǎng)。李想等[21]對(duì)煙苗盆栽施加根際促生菌后發(fā)現(xiàn)，煙苗根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根直徑顯著增長(zhǎng)，從而促進(jìn)煙草生長(zhǎng)；徐偉慧等[22]研究表明，根際芽孢桿菌及其復(fù)合菌劑能促進(jìn)水稻根系生長(zhǎng)，水稻根長(zhǎng)、根表面積、根體積顯著增加。乳酸菌作為益生菌的一種，其菌體及代謝產(chǎn)物能促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育[23]。本試驗(yàn)研究表明，施用乳酸菌復(fù)合制劑能夠改善燕麥根系形態(tài)指標(biāo)，且根系平均表面積增幅最大，主要是通過增加根長(zhǎng)縱向延伸根系長(zhǎng)度，從而增加根系平均表面積，擴(kuò)大根系平均體積，但對(duì)根系平均直徑提升效果不明顯，這與王禹佳等[24]研究施用菌劑后，菌劑中的益生菌會(huì)促進(jìn)玉米根系橫向以及縱向的延伸，增加植株根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的面積的結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，乳酸菌復(fù)合制劑與化肥配施，燕麥根系生物量表現(xiàn)最佳，較CK增幅達(dá)44.31%，究其原因可能是土壤中有效養(yǎng)分的持續(xù)供給是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，一方面乳酸菌復(fù)合制劑中有益微生物定殖繁殖促進(jìn)難溶解養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，使其加速釋放養(yǎng)分；另一方面，化肥直接提供養(yǎng)分，供給快，兩者互相結(jié)合提供作物根系生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[25]，且乳酸菌分泌的代謝產(chǎn)物也具有土壤益生菌特質(zhì)，能夠激活細(xì)胞活性，提高植物對(duì)養(yǎng)分的生物利用度，單施乳酸菌復(fù)合制劑較CK根系生物量也有一定程度的提高[26-27]。

根系的發(fā)育情況在很大程度上影響著植物的生長(zhǎng)狀況，合理的群體建成，有利于高效利用光能和地力，建成高產(chǎn)群體[28]。本試驗(yàn)研究表明，施用乳酸菌復(fù)合制劑能夠促進(jìn)良好的燕麥群體建成，但對(duì)各指標(biāo)改善程度不同，以促進(jìn)燕麥分蘗效果較好。提高分蘗數(shù)是麥類作物增加產(chǎn)量的重要方式，本試驗(yàn)與冀宇婷等[29]、徐大勝等[30]噴施乳酸菌稀釋液能夠有效促進(jìn)小麥的分蘗，促進(jìn)小麥群體建成的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)以乳酸菌復(fù)合制劑與化肥處理配施效果最佳，優(yōu)于單施乳酸菌復(fù)合制劑，是因?yàn)閺?fù)合微生物制劑對(duì)環(huán)境要求高，其本身所含營(yíng)養(yǎng)成分匱乏，單施并不能滿足作物生長(zhǎng)需要，增產(chǎn)效果有限，與肥料配合施用效果更好，這可能與菌種與肥料之間的互惠關(guān)系有關(guān)[31-32]。于深州[33]的研究同樣印證了化肥配施生物菌肥比單施菌肥或者化肥對(duì)水稻的生長(zhǎng)及增產(chǎn)效果更明顯。已有研究證實(shí)，乳酸菌復(fù)合制劑能促進(jìn)產(chǎn)量提升，施用乳酸菌復(fù)合制劑后，草莓[18]產(chǎn)量提升了13.52%，黃瓜[31]產(chǎn)量提升了28.81%，西紅柿[17]產(chǎn)量提升了25.39%。本試驗(yàn)中施用乳酸菌復(fù)合制劑能促進(jìn)燕麥成穗數(shù)的提高，2年間乳酸菌復(fù)合制劑與化肥配施燕麥籽粒產(chǎn)量顯著提高了32.20%～33.23%，推測(cè)可能與試驗(yàn)地土壤條件有關(guān)，乳酸菌等微生物利于在該條件下定植，且能發(fā)揮出最大作用[34]。乳酸菌復(fù)合制劑作為拌種菌劑施用量少，使用簡(jiǎn)單易操作，促進(jìn)了燕麥群體建成，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)民施肥以及促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收有重要意義。

本試驗(yàn)探究施用乳酸菌復(fù)合制劑對(duì)燕麥群體建成及根系性狀的影響，具有一定參考價(jià)值。然而土壤是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)體系，影響復(fù)合菌劑使用效果的因素復(fù)雜多樣，今后應(yīng)建立健全完整的乳酸菌復(fù)合制劑評(píng)價(jià)體系的研究，探究菌劑釋放率、抗逆性、傳質(zhì)性和菌劑與原有菌群在土壤中的定殖共生狀況。

4 結(jié)論

施用乳酸菌復(fù)合制劑能夠促進(jìn)燕麥群體結(jié)構(gòu)建成，改善燕麥根系形態(tài)指標(biāo)，增加燕麥產(chǎn)量。單施乳酸菌復(fù)合制劑時(shí)，只有成穗數(shù)和單穗粒數(shù)較CK有顯著提高，能夠一定程度改善燕麥根系指標(biāo)，燕麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素提升幅度較??；乳酸菌復(fù)合制劑和化肥配施改善效果更佳，可顯著提高燕麥分蘗數(shù)、成穗數(shù)、根系生物量、根系平均表面積，能夠有效改善燕麥根系指標(biāo)，顯著提高燕麥籽粒產(chǎn)量和根系生物量，各產(chǎn)量構(gòu)成因素以單穗粒數(shù)提升效果顯著。