孫萌 寧松瑞 顏安 楊利 盧前成 左筱筱 李靖言 范君

摘要：為了探究不同生物菌肥對(duì)小麥生長、土壤肥力及微生物數(shù)量的影響，采用盆栽試驗(yàn)，以小麥（Triticum aestivum L.）為試驗(yàn)對(duì)象，不施肥為對(duì)照（CK），設(shè)置水溶性鹽堿地復(fù)合菌（A）、不溶性鹽堿地復(fù)合菌（B）、枯草芽孢桿菌（C）、解淀粉芽孢桿菌（D）4種生物菌肥及3個(gè)施用量梯度，并測(cè)定小麥苗期生長指標(biāo)、土壤理化性質(zhì)及土壤微生物數(shù)量。結(jié)果表明，施用4種生物菌肥處理的小麥苗期株高、葉綠素SPAD及地上部干物質(zhì)質(zhì)量均高于CK，且各處理小麥苗期生長指標(biāo)隨著生物菌肥用量的增加而提高；施用4種生物菌肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分（全氮、全磷、全鉀）和速效養(yǎng)分（堿解氮、速效磷、速效鉀）含量均高于CK；各生物菌肥處理盆栽小麥土壤可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量均高于CK，而真菌數(shù)量均低于CK。通過主成分分析可知，枯草芽孢桿菌在施用量為0.80 g/kg時(shí)對(duì)土壤的改善效果最佳。

關(guān)鍵詞：生物菌肥；小麥（Triticum aestivum L.）；苗期生長；土壤養(yǎng)分；土壤微生物；主成分分析

中圖分類號(hào)：S144；S512；S151.9+3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2024）04-0024-06

The characteristics of wheat seeding growth and soil microorganisms under biological bacterial fertilizer

Abstract： To explore the effects of different biological bacterial fertilizers on wheat growth， soil nutrients and microbial quantity， a pot experiment was conducted with wheat （Triticum aestivum L.） as the test object and no fertilizer as the CK control. Four kinds of biological bacterial fertilizers including water-soluble saline-alkali soil composite bacteria （A）， insoluble saline-alkali soil composite bacteria （B）， Bacillus subtilis （C）， Bacillus amyloliquefaciens （D） and three application gradients were set up. The growth index of wheat seedings， physical and chemical properties and microorganisms quantity of soil were determined. The result showed that the plant height， chlorophyll SPAD and aboveground dry matter of wheat seedings treated with four kinds of biological bacterial fertilizers A， B， C and D were higher than those of CK， and these growth indexes of wheat seedlings in each treatment increased with the increase of the amount of biological bacterial fertilizers. The contents of soil organic matter， total nutrients （total nitrogen， total phosphorus and total potassium） and available nutrients （alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus and available potassium） of wheat treated with four kinds of biological bacterial fertilizers were higher than those of CK. The number of culturable bacteria and actinomycetes in the soil of potted wheat treated with each biological bacterial fertilizer was higher than that of CK， while the number of fungi was lower than that of CK. Through principal component analysis， Bacillus subtilis （C） had the best effect on improving soil when the application amount was 0.80 g/kg.

Key words： biological bacterial fertilizer； wheat（Triticum aestivum L.）； seedling growth； soil nutrient； soil microorganism； principal component analysis

小麥（Triticum aestivum L.）是一種適應(yīng)性強(qiáng)、分布性廣的糧食作物，作為中國第三大糧食作物，其可持續(xù)發(fā)展為保障國內(nèi)糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也是中國北方地區(qū)最重要的口糧作物［1］。2020年小麥產(chǎn)量占新疆主要糧食作物產(chǎn)量的36.76%［2］。在小麥生產(chǎn)中肥料的貢獻(xiàn)較大［3］，但近年來為了追求產(chǎn)量而盲目過量施用化肥，造成土壤污染、肥力下降，土壤微生物數(shù)量減少，肥料的利用率下降，同時(shí)也增加了農(nóng)產(chǎn)品中的有害物質(zhì)。新疆目前還存在著施肥結(jié)構(gòu)不合理、比例不協(xié)調(diào)、分配不平衡等問題［4-8］。

生物菌肥又稱微生物肥料，施用后可提高土壤中有益菌的活性，進(jìn)而促進(jìn)作物生長，且對(duì)提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力有積極作用［9］，同時(shí)對(duì)提高農(nóng)作物抗病性及產(chǎn)量有重要的作用［10］。Zhao等［11］研究不同濃度的生物（根瘤菌）肥料對(duì)高寒草地苜蓿土壤肥力以及土壤微生物的影響，結(jié)果表明施用生物菌肥導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，提高了土壤肥力。張海娥等［12］的研究表明，配施生物菌肥對(duì)梨的良性生長和土壤中有益微生物的繁衍有促進(jìn)作用，可提高土壤肥力。黃鵬等［13］的研究表明，與單施化肥相比，生物菌肥配施化肥減量15%能提高小麥和玉米的產(chǎn)量。李保會(huì)等［14］的研究結(jié)果表明，菌肥處理明顯促進(jìn)草莓營養(yǎng)生長，提高草莓產(chǎn)量和果品質(zhì)量。王義坤等［15］的研究表明，施用菌肥可以很大程度抑制土壤中有害微生物的活動(dòng)，從而改善連作土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，為植物提供有利的生長環(huán)境。

基于此，本試驗(yàn)在盆栽條件下設(shè)置水溶性鹽堿地復(fù)合菌、不溶性鹽堿地復(fù)合菌、枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌4種菌肥3個(gè)施用量梯度，研究不同生物菌肥在不同施用量下對(duì)盆栽小麥苗期生長發(fā)育以及土壤養(yǎng)分和土壤可培養(yǎng)微生物的影響，以分析適宜小麥生長的最佳生物菌肥處理，為小麥苗期合理施用生物菌肥提供理論和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為新冬20號(hào)，供試土壤為新疆阿克蘇地區(qū)阿瓦提拜什艾日克鎮(zhèn)（40°48′09″N，80°22′05″E）小麥農(nóng)田土壤（0～30 cm）。供試土壤pH為8.27，電導(dǎo)率為2.28 mS/cm，有機(jī)質(zhì)含量為16.2 g/kg，全氮含量為12.3 g/kg，全磷含量為1.6 g/kg，全鉀含量為18.2 g/kg，堿解氮含量為38.4 mg/kg，速效磷含量為19.4 mg/kg，速效鉀含量為256.0 mg/kg。

供試生物菌肥：水溶性鹽堿地復(fù)合菌、不溶性鹽堿地復(fù)合菌（湖北中向生物工程有限公司生產(chǎn)，有效活菌數(shù)200億/g）；枯草芽孢桿菌（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院等研制，有效活菌數(shù)10億/g；解淀粉芽孢桿菌（河海大學(xué)等研制，有效活菌數(shù)200億/g）。有機(jī)肥由新疆天物生態(tài)科技股份有限公司生產(chǎn)，有機(jī)質(zhì)含量≥45%、N+P2O5+K2O≥5%、Ca≥5%、S≥10%、腐殖酸≥20%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)樓室外進(jìn)行。采用盆栽試驗(yàn)，單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置水溶性鹽堿地復(fù)合菌、不溶性鹽堿地復(fù)合菌、枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌4種生物菌肥，以不施生物菌肥（CK）為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)3次。生物菌肥施用量按照大田推薦量（15、30、45 kg/hm2），換算出每千克土中菌肥含量，有機(jī)肥按照大田推薦量換算成盆栽施用量為2 g/kg，由于枯草芽孢桿菌的有效活菌數(shù)相對(duì)其他3種生物菌肥少，為保證各處理中有效活菌數(shù)相同，故枯草芽孢桿菌用量增加20倍，具體施肥量設(shè)計(jì)見表1。于2020年6月29日將風(fēng)干過5 mm篩孔的供試土壤、生物菌肥和有機(jī)肥混勻后裝盆澆水100 mL，每盆裝土1 kg，6月30日播種，每盆播種7粒，出苗1周后定苗為每盆5株小麥，每盆每2 d澆水50 mL。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

于小麥播種后第4天記錄小麥出苗情況。7月30日，各處理選取3株長勢(shì)均勻的小麥測(cè)定株高、葉綠素SPAD，并收割小麥地上部植株，放于烘箱105 ℃殺青30 min后，于75 ℃烘干至恒重，測(cè)定植株地上部干物質(zhì)質(zhì)量。在植株收獲后采集盆栽土壤，取一部分放于4 ℃冰箱保存，用于測(cè)定土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量；另一部分風(fēng)干過篩，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)［16］。

主要參考《土壤農(nóng)化分析》［17］測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；土壤全氮含量采用半微量式凱氏定氮法測(cè)定［18］；土壤全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定；土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定［16］。

土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的測(cè)定［16］：采用稀釋涂布平板法測(cè)定土壤中可培養(yǎng)微生物數(shù)量。細(xì)菌采用NA培養(yǎng)基培養(yǎng)；真菌采用孟加拉紅培養(yǎng)基培養(yǎng)；放線菌采用高氏一號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

利用Microsoft Excel 2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納整理，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行ANOVA單因素方差分析，利用LSD法進(jìn)行多重比較。采用主成分分析法對(duì)各處理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物菌肥處理對(duì)盆栽小麥苗期生長的影響

生物菌肥的施用對(duì)小麥苗期株高有一定的影響，并能促進(jìn)小麥生長前期的營養(yǎng)生長，各處理株高均大于CK（表2）。隨生物菌肥施用量增加，小麥苗期株高也隨之增長。A、B、C、D小麥平均株高與CK相比分別提高17.47%、17.90%、8.10%、14.08%。其中B-3的植株最高，比CK提高22.14%。但A、B、C、D間差異不顯著。

葉綠素是與光合作用有關(guān)的重要色素［19］，影響作物的光合作用，從而影響產(chǎn)量。由表2可知，A、B、C、D的小麥葉片葉綠素SPAD均高于CK，分別比CK提高30.56%、39.06%、42.82%、9.60%。隨各生物菌肥施用量的增加，小麥葉片葉綠素SPAD隨之增加。C的小麥葉片葉綠素SPAD分別比A、B、D提高9.39%、2.70%、30.31%。由此可見，施用枯草芽孢桿菌生物菌肥有利于苗期小麥葉片葉綠素SPAD的提高，且施量在1.20 g/kg時(shí)苗期小麥的葉綠素SPAD最高。

4種生物菌肥不同施量對(duì)小麥苗期地上部干物質(zhì)積累有一定促進(jìn)作用，干物質(zhì)積累和產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。施入不同生物菌肥處理的小麥地上部干物質(zhì)質(zhì)量均大于CK，表明施加生物菌肥有利于小麥地上部干物質(zhì)積累。與CK相比，A、B、C、D小麥地上部干物質(zhì)質(zhì)量分別提高25.93%、25.93%、33.33%、22.22%（表2）。

2.2 不同生物菌肥處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

施用不同種類不同量的生物菌肥均對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量起著促進(jìn)作用（表3）。

施加生物菌肥可以增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，與CK相比，有機(jī)質(zhì)含量顯著增加（P<0.05），A、B、C、D分別比CK提高64.92%、67.98%、69.82%、65.79%，但各施用生物菌肥處理間差異不顯著。由此可見，生物菌肥施用有利于提高土壤肥力，進(jìn)而促進(jìn)小麥生長。

施入不同的生物菌肥對(duì)土壤中的全量養(yǎng)分（全氮、全磷、全鉀）含量具有顯著的影響（P<0.05）。所有施用生物菌肥處理的全氮、全磷、全鉀含量均高于CK。各處理土壤全氮含量表現(xiàn)為CK

施入不同種類不同用量的生物菌肥對(duì)土壤速效養(yǎng)分含量有提高作用，與CK相比，A、B、C、D的土壤堿解氮含量分別提高54.69%、56.46%、76.38%、85.04%，速效磷含量分別提高12.81%、10.81%、16.12%、18.09%，速效鉀含量分別提高7.43%、5.06%、8.36%、6.93%。

2.3 不同生物菌肥處理對(duì)土壤可培養(yǎng)微生物的影響

土壤微生物數(shù)量可以科學(xué)評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量。不同生物菌肥處理對(duì)盆栽小麥土壤可培養(yǎng)微生物的影響顯著（P<0.05），細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量均高于CK，而真菌數(shù)量均低于CK（表4）。各處理土壤細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)為CKD-1>C-3>C-1>B-1>A-1>A-3>D-2>B-3>B-2>A-2>D-3>C-2；A、B、C、D土壤真菌數(shù)量分別比CK減少57.14%、61.90%、52.38%、54.76%；土壤真菌數(shù)量A、B、C、D間差異不顯著。各處理土壤可培養(yǎng)放線菌數(shù)量表現(xiàn)為CK

2.4 不同生物菌肥處理下土壤各指標(biāo)主成分分析

采用主成分分析對(duì)土壤養(yǎng)分（有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效鉀、速效磷）含量以及土壤可培養(yǎng)微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量10個(gè)土壤指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理（表5），根據(jù)特征值大于1提取了3個(gè)主成分，其特征值分別為4.173、1.953、1.288。主成分1、主成分2、主成分3的方差貢獻(xiàn)率分別為41.728%、19.532%、12.878%，累積方差貢獻(xiàn)率為74.138%，可以全面反映生物菌肥對(duì)苗期小麥根際土壤的影響。

土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷含量在主成分1上有較高的因子載荷量，綜合了大部分變異信息；速效磷、速效鉀含量在主成分2上有較高的因子載荷量；堿解氮含量在主成分3中有較高的因子載荷量（表6）。3個(gè)主成分可以反映土壤肥力水平的高低。

將各因子在主成分上的載荷值與特征值進(jìn)行計(jì)算，可得到主成分的特征向量［20］。為進(jìn)一步反映原始因子與主成分之間的線性關(guān)系，可得到主成分表達(dá)式為：

Y1=0.336X1+0.374X2+0.288X3+0.237X4+0.170X5+0.305X6+0.402X7+0.247X8-0.391X9+0.329X10? ? ? （1）

Y2=-0.001X1+0.306X2-0.386X3+0.084X4+0.542X5+0.394X6+0.145X7-0.163X8+0.327X9-0.383X10

（2）

Y3=-0.321X1-0.146X2-0.214X3+0.482X4+0.207X5-0.357X6+0.148X7+0.633X8+0.040X9-0.047X10

（3）

把標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)代入上式，可計(jì)算出各生物菌肥處理在3個(gè)主成分上的得分，再根據(jù)主成分得分的函數(shù)模型［20］計(jì)算各處理的主成分綜合得分。

式中，F(xiàn)為各處理主成分綜合得分；bi為各主成分的方差貢獻(xiàn)率；Yi為主成分得分；m為主成分個(gè)數(shù)［16］。由式（4）計(jì)算出各處理的綜合得分，得出各施用生物菌肥處理綜合得分均高于CK。由表7可以看出，C-2綜合得分最高，有助于增強(qiáng)土壤肥力。

3 討論

近年來，隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，研究新的肥料（特別是生物菌肥）來替代化肥越來越受到人們的關(guān)注［21］。多年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐證明，微生物肥在減少致病菌數(shù)量、改善土壤環(huán)境、促進(jìn)植物根系生長、增加生物量等方面具有重要作用［22］。

3.1 生物菌肥對(duì)苗期小麥生長的影響

株高、葉片葉綠素SPAD以及干物質(zhì)質(zhì)量最能直觀反映出小麥的長勢(shì)情況，本研究發(fā)現(xiàn)施用不同生物菌肥對(duì)小麥苗期株高、葉片葉綠素SPAD以及地上部干物質(zhì)質(zhì)量有著一定的影響，與魏峰等［23］研究不同微生物肥對(duì)小麥生長和產(chǎn)量的影響差異顯著的結(jié)果一致。小麥苗期株高、葉片葉綠素SPAD以及地上部干物質(zhì)質(zhì)量隨生物菌肥施用量的增加而增長，其中枯草芽孢桿菌生物菌肥的地上部干物質(zhì)質(zhì)量比CK增加33.33%。與王夢(mèng)園等［24］通過設(shè)置5種復(fù)合菌肥對(duì)小麥苗期生長指標(biāo)等影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌肥對(duì)苗期小麥的地上部以及干物質(zhì)積累都有一定的促進(jìn)作用結(jié)果基本一致。朱云娜等［25］的研究發(fā)現(xiàn)，施用生物菌肥可顯著提高玉米株高、穗長和穗粗。本試驗(yàn)中各生物菌肥處理小麥株高均高于對(duì)照，但差異相對(duì)較小，可能因?yàn)樽魑锊煌?，只是在小麥苗期進(jìn)行，造成不同處理間株高差異相對(duì)較小。生物菌肥對(duì)小麥完整生育期生長的影響還有待研究。

3.2 生物菌肥對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是作物賴以生存的基礎(chǔ)條件，對(duì)作物的生長發(fā)育發(fā)揮至關(guān)重要的作用。 Nishanth等［26］的研究表明，施入微生物肥料使土壤固氮酶活性和葉綠素分別比CK增加14.0倍和3.3倍，可以促進(jìn)土壤中鐵和鋅遷移到玉米子粒中。許麗等［27］的研究表明，生物菌肥替代氮、磷、鉀復(fù)合肥可在一定程度上提高土壤堿解氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量，提高土壤肥力。王青鳳等［28］、鄧妍等［29］的研究發(fā)現(xiàn)，一定量的生物菌肥和化肥配施可以改善土壤理化性質(zhì)，長效提高地力。王旭輝等［30］的研究發(fā)現(xiàn)，生物菌肥可以改善土壤的理化性質(zhì)。本試驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn)，施入生物菌肥可以提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量。

3.3 生物菌肥對(duì)土壤可培養(yǎng)微生物的影響

生物菌肥的作用機(jī)理是改善土壤微生物環(huán)境，提高土壤肥力，促進(jìn)小麥生長［31］。本試驗(yàn)4種菌肥不同施用量處理的土壤細(xì)菌數(shù)量比對(duì)照增加27.27%～76.97%，真菌數(shù)量減少52.38%～61.90%，放線菌數(shù)量增加96.73%～212.42%。施用生物菌肥后，土壤細(xì)菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少。張淑香等［32］的研究表明，施入生物菌肥后可以改善微生物群落結(jié)構(gòu)、抑制植物致病菌的數(shù)量。王義坤等［15］研究3種生物菌肥的施用均能促進(jìn)植物生長，抑制土壤致病真菌的繁殖，且與連作對(duì)照相比，細(xì)菌和放線菌數(shù)量顯著增加，與本研究結(jié)果一致。生物菌肥可以改變土壤微生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加細(xì)菌和放線菌數(shù)量，加快土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和分解速度，從而提高土壤肥力，促進(jìn)植物生長。

4 小結(jié)

1）施用水溶性鹽堿地復(fù)合菌、不溶性鹽堿地復(fù)合菌、枯草芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌生物菌肥可促進(jìn)盆栽小麥苗期株高、葉綠素SPAD增長以及地上部干物質(zhì)積累，并且隨著生物菌肥施用量的增加而提高。其中施用枯草芽孢桿菌生物菌肥處理的葉綠素SPAD以及地上部干物質(zhì)質(zhì)量均高于其他處理。

2）施入生物菌肥對(duì)盆栽小麥苗期地下土壤養(yǎng)分及可培養(yǎng)微生物量有促進(jìn)作用。與不施肥對(duì)照相比，土壤可培養(yǎng)細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少。本試驗(yàn)通過主成分分析得出枯草芽孢桿菌在施量為0.80 g/kg時(shí)效果最佳，能夠改善土壤微生物環(huán)境，增強(qiáng)土壤肥力，促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累。

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