霍佳慧，李坤，王欣悅，王晴，于欣卉，畢少杰，王彥杰，韓毅強

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/黑龍江省寒區(qū)環(huán)境微生物與農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用重點實驗室，大慶 163319）

大豆（Glycine max（L.）Merrill.）是一年生草本作物，起源于中國，已有五千年栽培歷史，是重要的糧油兼用的豆科植物，是人體理想的蛋白質(zhì)營養(yǎng)來源[1]。然而，近年來我國的大豆生產(chǎn)與供給能力不足，存在著大豆產(chǎn)量下降與大豆產(chǎn)品消費需求不斷增長的巨大矛盾，提升大豆產(chǎn)量已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要研究目標(biāo)。大豆種植前對種子進行包衣處理是提高種子出苗率、保證大豆穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)源增收的主要措施之一。目前以福美雙、克百威及咯菌腈為主的市售化學(xué)種衣劑應(yīng)用廣泛，其存在毒性高、產(chǎn)品質(zhì)量低、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理等問題，不適宜可持續(xù)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展。根據(jù)《“十四五”推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》中重點提到的推進化肥農(nóng)藥減量增效，利用對環(huán)境友好，綠色安全的微生物菌劑提高農(nóng)作物產(chǎn)量已經(jīng)成為研究熱點[3]。

研究表明，添加微生物菌劑具有提高土壤微生物多樣性指數(shù)、改善土壤酶活性及改善土壤營養(yǎng)供給等能力，以微生物為主要活性物質(zhì)對種子進行包衣，制備生物種衣劑，可以將種子優(yōu)良的生物學(xué)特性最大化的傳給后代[4]。目前有關(guān)生物種衣劑對植物的促生作用主要應(yīng)用在水稻、大豆和玉米等農(nóng)作物中。王宏燕等[5]研究表明，生物種衣劑BSCA 能提高大豆植株的抗衰老性和抗逆性，促進氮素的吸收，促進大豆的生長發(fā)育。周圓圓等[6]利用生物種衣劑SN101 包衣合豐50，結(jié)果表明，對大豆出苗率無影響，產(chǎn)量顯著提高57.07%。張維耀等[7]利用生物種衣劑SN100對綏農(nóng)28 進行包衣處理，產(chǎn)量增加6.2%。王美玲等[8]用SN101 對墾鑒豆28 號包衣后產(chǎn)量提高11.9%。劉燕等[9]利用復(fù)合微生物包衣不同的大豆品種，黑農(nóng)84、黑農(nóng)85、黑農(nóng)66 和黑農(nóng)71 分別增產(chǎn)12.3%、18.5%、5.1%和8.9%，同時脂肪含量增加。大量研究表明，經(jīng)生物種衣劑處理后大豆的產(chǎn)量均比對照組增產(chǎn)6%～60%。

解淀粉芽孢桿菌屬于革蘭氏陽性桿狀細菌，具有促進植物生長及改善根際土壤微生物種群結(jié)構(gòu)等作用，其生長速度快、營養(yǎng)需求簡單且抗逆性強，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。放線菌能夠產(chǎn)生大量的抗生素、酶及其抑制劑等，具有生物活性的次級代謝產(chǎn)物，產(chǎn)生能定殖在植物根部土壤內(nèi)的孢子以抵抗多種植物病原體。解淀粉芽孢桿菌與放線菌能為植物生長創(chuàng)造良好環(huán)境，促進植物生長。研究利用實驗室前期篩選得到的具有良好促生特性的解淀粉芽孢桿菌和具有拮抗大豆根腐病病原菌的放線菌分別與助劑復(fù)配，制備大豆生物種衣劑，采用田間試驗測定生物種衣劑對大豆生長和產(chǎn)量的影響，對綏農(nóng)28 品種進行包衣處理，測定大豆生長中生理性狀及成熟期產(chǎn)量性狀，明確生物種衣劑在大田試驗的應(yīng)用效果，以期探究生物型種衣劑在大豆種植中的科學(xué)施用，為安全綠色的大豆增產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況及試驗材料

試驗地點位于安達市第一原種場黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)實驗基地。安達市位于黑龍江省西南部，位于東經(jīng)124°53′～125°55′，北緯46°01′～47°01′之間，該地區(qū)屬于北溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，冬季寒冷，夏季雨熱同期。年平均氣溫3.2 ℃，年際間溫差不大，年平均日照數(shù)為2 659 h，耕地面積203 萬畝。

供試促生菌解淀粉芽孢桿菌HJ-1 與拮抗菌放線菌M1-4[10]由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院農(nóng)業(yè)生物技術(shù)實驗室提供，成膜劑主要成分為1%羧甲基纖維素鈉、10%聚乙烯醇，將OD600為1 的發(fā)酵液與成膜劑復(fù)配制成HJ-1 和M1-4 生物種衣劑。供試化學(xué)種衣劑為先正達亮盾（精甲霜靈+咯菌腈）。供試大豆品種為綏農(nóng)28（由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)大豆種子資源創(chuàng)新課題組提供）。

1.2 田間試驗

田間試驗采用單因素田間小區(qū)設(shè)計，設(shè)4 個處理：對照為以成膜劑包衣的大豆種子（CK），處理1 為市售先正達亮盾化學(xué)種衣劑包衣的大豆種子（CA），處理2 以促生菌HJ-1 為主要活性物質(zhì)包衣的大豆種子（生物種衣劑HJ-1），處理3 以拮抗菌M1-4 為主要活性成分包衣的大豆種子（生物種衣劑M1-4），試驗設(shè)計采用6 行區(qū)，行長5 m，株距15 cm，每穴3粒，隨機區(qū)組，重復(fù)4 次，采用人工點播的方式，常規(guī)管理。2021 年5 月15 日播種，10 月13 日收獲，2022年5 月12 日播種，10 月15 日測產(chǎn)收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 大豆生長指標(biāo)測定

播種15 d 后調(diào)查出苗率，每個重復(fù)調(diào)查2 行，每行2.5 m 內(nèi)的大豆株數(shù)（出苗率=實際出苗數(shù)/應(yīng)出苗數(shù)）。在大豆生長的出苗期（VE）、子葉期（VC）、一節(jié)期（V1 期）、始花期（R1 期）、盛莢期（R4 期）、鼓粒期（R6 期），從每個小區(qū)連續(xù)選取生長一致的10 株植株樣品帶回實驗室，測定農(nóng)藝性狀并記錄。VC 期測量大豆植株的株高。V1 期測量大豆葉片的葉綠素值并計算根冠比（地下干重/地上干重）。R1 期、R4 期、R6期測量植株株高、葉綠素值和葉面積指數(shù)（LAI）。干重即在大豆植株子葉痕處，將大豆的地上部分剪下烘干稱重即為地上干重，將大豆的根系清洗干凈后烘干稱重即為地下干重，烘干時將材料置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青，30 min 后溫度調(diào)為80 ℃烘干至恒重后稱量，利用便攜式葉綠素測定儀（SPAD-502 Plus）測定葉片SPAD 值，采用打孔法測定植株葉面積，根據(jù)公式計算葉面積指數(shù)（測點內(nèi)植株的總?cè)~面積/測點所占土地面積）[11]。

1.3.2 大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀測定

在成熟期（R8 期）選取大豆生長均勻的地方測量密度，連續(xù)選取15 株大豆植株，測量單株莢數(shù)和莢粒數(shù)，選取沒有破裂的種子稱量百粒重，根據(jù)以下公式計算產(chǎn)量：

產(chǎn)量（kg·hm-2）=密度（株/hm2）×單株莢數(shù)×莢粒數(shù)×百粒重（g）/100 000

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2016 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行錄入整理和作圖，用SPSS 26.0 對不同包衣處理下大豆的生長性狀和產(chǎn)量進行單因素方差分析（P＜0.05），LSD 法進行均值比較。用SPSS 26.0 進行產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同包衣處理對大豆出苗率的影響

大豆播種后第15 d 調(diào)查各處理組大豆出苗率，當(dāng)子葉展開時判定為出苗。CK、CA、生物種衣劑HJ-1 和M1-4 的出苗率分別為83.69%、96.43%、96.23%和90.48%，見圖1。CA 和種衣劑HJ-1 能夠顯著提高大豆出苗率，與CK 相比出苗率分別顯著提高15.22%和14.98%（P＜0.05），種衣劑M1-4 與CK 相比出苗率提高8.11%，未達到顯著水平（P＞0.05）。

圖1 不同包衣劑對大豆出苗率的影響Fig.1 Effects of different coating agents on soybean seedling emergence rate

2.2 不同包衣處理對大豆根冠比的影響

如圖2 可看出，在大豆第一復(fù)葉小葉片的葉緣分離時期，經(jīng)測量地上部分及地下部分干重后，計算得CK、CA、生物種衣劑HJ-1 和M1-4 的根冠比分別為0.54、0.56、0.62 和0.69。CA 和種衣劑HJ-1 處理與CK 相比根冠比提高3.70%和14.81%，種衣劑M1-4 處理與CK 相比根冠比顯著提高27.78%?？梢?，生物種衣劑對大豆一節(jié)期的根冠比提升有促進作用，能夠促進地下部分根系生長。

圖2 不同包衣劑對大豆根冠比的影響Fig 2 Effects of different coating agents on root-shoot ratio of soybean

2.3 不同包衣處理對大豆不同生長時期株高的影響

如表1 所示，隨著大豆生育時期的延長，不同處理組的大豆株高均呈上升趨勢。在子葉期，由于在大豆生長前期，植株主要以營養(yǎng)生長為主，養(yǎng)分充足，CA、生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理下株高與CK 相比均無顯著差異；在始花期，生物種衣劑HJ-1 處理株高為33.96 cm，與CK 相比顯著增加16.94%；在盛莢期，生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理株高分別為59.47 cm 和59.20 cm，與CK 相比株高分別增加4.52%和4.06%；在鼓粒期，生物種衣劑HJ-1 和M1-4 與CK 相比株高分別顯著增加13.72%和14.65%。可見，隨著大豆生育期的延長，生物種衣劑處理對大豆株高的增加具有促進作用。

表1 不同包衣劑對大豆不同生長時期株高的影響Table 1 Effects of different coating treatments on plant height of soybean at different growth stages

2.4 不同包衣處理對大豆不同生長時期葉綠素的影響

光合作用是大豆生長發(fā)育中重要的生理過程，葉綠素含量高會促進光合速率，會提高代謝加速植物生長發(fā)育。表2 結(jié)果顯示，隨著大豆發(fā)育進程的推進，大豆SPAD 值逐漸升高，不同處理組均在鼓粒期達到最大值。一節(jié)期生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理與CK 相比葉綠素含量分別提升5.66%和7.48%。始花期、盛莢期和鼓粒期葉綠素含量處理組與對照組未產(chǎn)生顯著差異。結(jié)果表明：化學(xué)種衣劑和生物種衣劑會對植株葉片光合能力產(chǎn)生影響，均可促進大豆葉綠素的增加。

2.5 不同包衣處理對大豆不同生長時期葉面積指數(shù)的影響

葉面積指數(shù)（LAI）是體現(xiàn)植株長勢的重要指標(biāo)，與作物產(chǎn)量關(guān)系最為密切[12]。表3 結(jié)果顯示，在盛莢期生物種衣劑HJ-1 處理與CK 相比LAI 顯著增加了59.71%；全生育期HJ-1 處理葉面積指數(shù)均最大，生物種衣劑M1-4 處理在測試生育期內(nèi)LAI 與CK相比之間無顯著差異，在鼓粒期，大豆籽粒對養(yǎng)分的需求較多，供給葉片生長的養(yǎng)分變少，葉面積指數(shù)降低。結(jié)果表明，化學(xué)種衣劑和生物種衣劑均可促進大豆葉面積指數(shù)的增加，生物種衣劑HJ-1 對大豆葉面積指數(shù)增加效果高于其他處理。

表3 不同包衣劑對大豆不同生長時期葉面積指數(shù)的影響Table 3 Effects of different coating agents on LAI of soybean at different growth stages

2.6 不同包衣處理對大豆產(chǎn)量性狀的影響

大豆的密度、單株莢數(shù)、莢粒數(shù)和百粒重是決定大豆產(chǎn)量的主要因素[13]。如表4 所示，2021 年生物種衣劑HJ-1 和M1-4 與CK 相比單株莢數(shù)分別增加了26.84%和30.61%，表明生物種衣劑對提高大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素具有積極促進作用。產(chǎn)量水平依次為CA（1 648.79 kg·hm-2）＞M1-4（1 572.96 kg·hm-2）＞HJ-1（1 500.79 kg·hm-2）＞CK（1 118.67 kg·hm-2），化學(xué)種衣劑與CK 相比產(chǎn)量顯著增加47.39%，生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理與CK 相比分別增產(chǎn)34.16%和40.60%，兩生物種衣劑處理組產(chǎn)量與CK 間無差異。2022 年生物種衣劑HJ-1 和M1-4 與CK 相比密度分別增加了29.13%和33.38%，產(chǎn)量水平依次為M1-4（1 620.38 kg·hm-2）＞CA（1 548.56 kg·hm-2）＞HJ-1（1 389.20 kg·hm-2）＞CK（1 220.11 kg·hm-2），CA 和生物種衣劑M1-4 處理產(chǎn)量均顯著高于CK，增長率分別為26.92%和32.81%，生物種衣劑HJ-1 處理產(chǎn)量與CK 之間并無顯著差異，產(chǎn)量增加13.86%。經(jīng)兩年田間試驗可見，化學(xué)種衣劑和生物種衣劑均具備一定的增產(chǎn)能力，包衣處理后大豆產(chǎn)量均增加，化學(xué)種衣劑與生物種衣劑相比對大豆產(chǎn)量的影響無顯著差異。

表4 不同包衣劑對連續(xù)兩年大豆產(chǎn)量其構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of different coating agents on yield components of soybean for two consecutive years

2.7 產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)性分析

對產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，目的是了解不同因素之間是否相關(guān)、相關(guān)性質(zhì)及相關(guān)程度。由表5 可知，對2021 年產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，百粒重、莢粒數(shù)和單株莢數(shù)均與產(chǎn)量呈正相關(guān)。其中密度和單株莢數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.59 和0.65，其余性狀與產(chǎn)量的相關(guān)性均未達到顯著水平，說明密度與單株莢數(shù)是提高產(chǎn)量的主要因素，在一定范圍內(nèi)密度越大，單株莢數(shù)越多相應(yīng)產(chǎn)量就越高。對產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性分析表明：密度和單株莢數(shù)、莢粒數(shù)、百粒重均呈正相關(guān)。莢粒數(shù)與百粒重呈正相關(guān)。單株莢數(shù)與莢粒數(shù)和百粒重呈負相關(guān)。對2022 年產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，密度和百粒重與產(chǎn)量的相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.58和0.66，莢粒數(shù)與密度、百粒重和產(chǎn)量呈負相關(guān)，單株莢數(shù)與百粒重呈負相關(guān)。大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素之間彼此協(xié)調(diào)發(fā)展，充分發(fā)揮出各性狀的最大效益，才能獲得高產(chǎn)。

表5 大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficient between yield components and yield of soybean

3 討論

微生物菌劑在農(nóng)業(yè)環(huán)境方面的應(yīng)用優(yōu)勢逐漸凸顯，然而，微生物菌劑在使用過程中并不穩(wěn)定，不能完全保障施加的時效性和有效性，在穩(wěn)定促進作物生長方面存在爭議。微生物菌劑效果受限于復(fù)雜的土壤內(nèi)部環(huán)境，制備生物種衣劑是保證菌株有效穩(wěn)定發(fā)揮作用的方法[14]。

研究采用有益微生物對種子進行包衣處理，對比處理組與對照組對大豆的生長指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)的影響。研究表明，經(jīng)微生物菌劑處理后的作物部分農(nóng)藝性狀有所提升，是產(chǎn)量提高的重要原因，與試驗結(jié)果研究一致[15]。宋文堅等[16]研究表明，田間生產(chǎn)條件下，出苗率對作物產(chǎn)量具有重要的意義，出苗率的多少是保證基本苗的關(guān)鍵，提高出苗率常被作為研究的主要目的。種衣劑在種子萌發(fā)期間保護種子，包衣處理對大豆出苗具有一定促進作用，能提高大豆種子的出苗率[17]。研究結(jié)果中生物種衣劑與化學(xué)種衣劑包衣處理顯著提高了大豆的出苗率，與劉秀林等[18]對大豆的包衣試驗結(jié)果一致。幼苗形態(tài)指標(biāo)能直接反映幼苗的健壯度和生長發(fā)育潛力，也能間接反映種子的活力和健壯度。根冠比的大小反映了植株地下部分與地上部分的相關(guān)性，在作物苗期，促進根系發(fā)達，增大根冠比能夠為作物生長創(chuàng)造良好營養(yǎng)生長條件[19]。研究中生物種衣劑M1-4 促進了大豆根系生長，有助于根冠比提高，為大豆的生長提供了更加充足的營養(yǎng)，為后期養(yǎng)分運輸提供了有利條件。葉片是植物進行光合作用的主要器官，也是水分蒸騰的窗口，葉片的發(fā)育情況和葉面積的大小對植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響很大，測定不同時期葉面積的大小是探究大豆生長發(fā)育規(guī)律的重要參數(shù)之一，一方面葉面積的大小影響了植物的光合物質(zhì)累積，另外葉面積的變化也能反映植株的生長情況[20]。葉片中的SPAD 值能夠體現(xiàn)植物對光能的吸收作用，SPAD 的高低影響光合作用進而影響作物生長發(fā)育。研究中生物種衣劑在大豆生長各時期均對葉面積具有提升作用，包衣處理下大豆SPAD 值均高于CK，說明包衣能夠促進大豆生長，大豆能夠獲取更多養(yǎng)分。李曉旭等[21]利用大豆根瘤菌、解磷菌和解鉀菌制備微生物菌劑可有效提高大豆產(chǎn)量，單株莢粒數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重與對照組相比分別增加42.86%、49.25%和18.59%。王文金[22]制備的新型大豆種衣劑可使產(chǎn)量提高15.46%。通過相關(guān)性分析，2021 年大豆的生長密度和單株莢數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性較大，2022 年大豆生長密度和百粒重與產(chǎn)量的相關(guān)性顯著，生長密度可能是影響大豆產(chǎn)量的最重要因素之一。兩種不同微生物包衣處理對大豆產(chǎn)量具有不同程度的影響，連續(xù)兩年田間試驗中，兩種生物種衣劑處理后產(chǎn)量均高于對照組，第一年生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理產(chǎn)量分別較CK 增長34.16%和40.60%，第二年生物種衣劑HJ-1 和M1-4 產(chǎn)量較CK 增長13.86%和32.81%，并在兩年田間試驗中生物種衣劑與化學(xué)種衣劑處理對大豆產(chǎn)量的影響無顯著差異，表明生物種衣劑對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有借鑒意義，但增產(chǎn)率并不穩(wěn)定，推測原因可能是微生物在大豆長時間的生長發(fā)育過程中穩(wěn)定性受到了環(huán)境影響。

僅針對促生微生物及拮抗微生物對大豆包衣后的生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響進行了初步研究，對于生物種衣劑對大豆病蟲害的防治情況需進一步跟蹤調(diào)查，微生物與大豆生長發(fā)育及產(chǎn)量的內(nèi)在聯(lián)系需繼續(xù)深入研究，將促生菌與拮抗菌復(fù)配制備生物種衣劑以提高生物種衣劑的應(yīng)用范圍、效果和穩(wěn)定性，需在不同地點、不同年份和不同品種上進行田間試驗進一步的驗證。經(jīng)大量研究可以確定的是，微生物肥料不僅可以促進作物生長、減少化肥農(nóng)藥施用，更符合生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，發(fā)展前景非常廣闊。

4 結(jié)論

兩種生物種衣劑均對大豆生長具有促進作用，與對照組相比出苗率、根冠比、株高、葉綠素含量、葉面積指數(shù)與單株莢數(shù)均有所提高，生物種衣劑HJ-1處理與對照組相比大豆出苗率提高14.98%，始花期和鼓粒期株高分別提高16.94%和13.72%，盛莢期葉面積指數(shù)提高59.71%，單株莢數(shù)提高26.84%；M1-4處理鼓粒期株高顯著提高14.65%，單株莢數(shù)顯著提高30.61%；田間試驗結(jié)果表明生物種衣劑HJ-1 和M1-4 處理后大豆產(chǎn)量相比成膜劑包衣分別提高34.16%和40.60%，密度和單株莢數(shù)對產(chǎn)量影響較大，第二年HJ-1 和M1-4 處理后大豆產(chǎn)量比成膜劑處理提高13.86%和32.81%，密度和百粒重對產(chǎn)量影響較大，兩年田間試驗中生物種衣劑處理與化學(xué)種衣劑相比對產(chǎn)量的影響并無顯著差異。因此，生物種衣劑的使用有利于提高作物產(chǎn)量，是提高種子出苗率、實現(xiàn)農(nóng)民促產(chǎn)增收的重要途徑之一，能為大豆的綠色生產(chǎn)帶來更多可能。