促生菌劑在砂質(zhì)潮土麥田的應(yīng)用效果

熊偉東，劉 曄，王國文，汪 強，韓燕來，姜 瑛

(河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南鄭州 450000)

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促生菌劑在砂質(zhì)潮土麥田的應(yīng)用效果

熊偉東，劉 曄，王國文，汪 強，韓燕來，姜 瑛

(河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南鄭州 450000)

為了解植物促生菌劑在砂質(zhì)潮土麥田的應(yīng)用效果，采用壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌制成的微生物菌劑進行小區(qū)試驗，設(shè)置T1(不施任何菌劑和骨粉)、T2(單施骨粉)、T3(施用以骨粉為載體的壁芽孢桿菌菌劑)、T4(施用以骨粉為載體的特基拉芽孢桿菌菌劑)、T5(施用以骨粉為載體的短小芽孢桿菌菌劑)、T6(施用以骨粉為載體的壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌等比例混合菌劑)6個處理，研究了植物促生菌劑對土壤微生物及小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，T3、T4、T5、T6處理均能顯著提高土壤微生物數(shù)量及活性，促進土壤速效磷的釋放與IAA含量的提高，增加小麥產(chǎn)量。在本試驗條件下，T5、T6處理小麥生育期內(nèi)土壤微生物數(shù)量顯著高于其他處理。T5處理顯著提高小麥生育期內(nèi)土壤的微生物碳、氮含量(P<0.05)，促進速效磷、速效鉀養(yǎng)分的釋放，提高土壤IAA的含量，并且促進小麥顯著增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度12.8%，達到6 357.4 kg·hm-2。表明采用短小芽孢桿菌制成的微生物菌劑(T5)效果最好。

小麥；微生物菌劑；短小芽孢桿菌；微生物量；產(chǎn)量

我國是一個耕地資源約束型國家，人地、人糧矛盾突出，提高中低產(chǎn)田的土地生產(chǎn)力是增加糧食總產(chǎn)的重要途徑。在當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用化肥是提高作物產(chǎn)量的重要途徑，但是，長期過量施用化肥常導致土壤板結(jié)，有機質(zhì)含量下降，不僅增加了農(nóng)民的負擔，也對生態(tài)環(huán)境造成嚴重威脅[1-2]。微生物菌劑是目標微生物經(jīng)過擴繁之后，以適當比例加工制成的活菌制劑[3]，因其中所含微生物具有固氮、溶磷、解鉀和刺激生長的作用，成為提高作物產(chǎn)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)高效生產(chǎn)的重要技術(shù)途徑。

砂質(zhì)潮土土壤養(yǎng)分含量低，保肥保水性能差，作物后期易脫肥早衰，嚴重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。前人研究表明，施用微生物菌劑能顯著提高土壤肥力[4]；顯著增加土壤有機質(zhì)含量，改變根際土壤微生物數(shù)量與活性[5]；含微生物的有機發(fā)酵物基施與追施結(jié)合能顯著增加西瓜產(chǎn)量[6]；施用微生物菌肥能顯著提高菜心的產(chǎn)量[7]；用微生物菌劑處理水稻種子可顯著提高水稻抗性[8]；施用膠質(zhì)類芽孢桿菌能有效提高花生田塊土壤酶活性，增加花生產(chǎn)量[9]；微生物菌肥可顯著提高土壤中微生物多樣性指數(shù)[10]；有效改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤的酶活性[11]。小麥是我國主要農(nóng)作物之一，但關(guān)于麥田施用微生物菌劑的效應(yīng)研究較少。因此，本研究利用從砂質(zhì)潮土中篩選的能分解磷、鉀和分泌IAA的植物促生菌，以骨粉為載體，制成單一微生物菌劑或復(fù)合微生物菌劑，研究這些菌劑施用后對土壤理化性狀和小麥產(chǎn)量的影響，以明確促生菌劑在砂質(zhì)潮土麥田上的作用效果，為減少化肥的生產(chǎn)和投入，減少環(huán)境污染探索新的技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2014年10月至2015年9月在河南新鄭市航空港區(qū)華北小麥-玉米輪作營養(yǎng)與施肥科學觀測試驗站(東經(jīng)113.89°，北緯34.51°)進行。試驗點屬于半干旱、半濕潤的暖溫帶季風氣候區(qū)，年平均降水量676 mm，主要集中在7至9月，年平均氣溫為14.4 ℃。土壤類型為砂質(zhì)潮土，常年耕作方式為小麥、玉米輪作。2014年至2015年播種前試驗田0～20 cm土層含有機碳1.91 g·kg-1、全磷0.29 g·kg-1、全鉀19.56 g·kg-1、速效鉀3.44 mg·kg-1，pH值為7.39。

1.2 試驗材料與設(shè)計

供試小麥品種為矮抗58。試驗設(shè)置6個處理，分別為T1(不施任何菌劑和骨粉)、T2(單施骨粉)、T3(施用以骨粉為載體的壁芽孢桿菌菌劑)、T4(施用以骨粉為載體的特基拉芽孢桿菌菌劑)、T5(施用以骨粉為載體的短小芽孢桿菌菌劑)、T6(施用以骨粉為載體的壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌等比例混合菌劑)。供試細菌均從供試土壤中篩選并保存于4 ℃冰箱中備用。供試菌劑含有效活菌數(shù)為1011cfu·g-1。每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積6 m×3 m。所有處理均基施復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg·hm-2。除T1處理外，各處理基施骨粉或含等量骨粉制成的微生物菌劑40 kg·hm-2。于小麥拔節(jié)期開溝追施尿素120 kg·hm-2。播種量為150 kg·hm-2，生育期間其他管理措施同當?shù)馗弋a(chǎn)小麥田。

1.3 土壤樣品采集

分別于小麥分蘗期(12月22日)、拔節(jié)期(3月2日)、收獲期(6月1日)在小麥行間采用5點取樣法，采集0～20 cm土壤樣品，混合后備用。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 微生物碳、氮的測定

土壤微生物碳和氮的提取采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法；浸提液中的微生物碳的測定采用重鉻酸鉀加熱氧化-硫酸亞鐵滴定法；微生物氮的測定采用凱氏定氮-稀硫酸滴定法。

1.4.2 土壤基礎(chǔ)呼吸量的測定

土壤基礎(chǔ)呼吸(basal soil respiration，BR)采用CO2吸收法[12]：稱取20 g土樣，均勻鋪于150 mL呼吸瓶底，向吸收瓶內(nèi)加入5 mL 0.2 mol·L-1NaOH溶液，保持呼吸瓶密封；在22 ℃恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)24 h，取出后用0.1 mol·L-1HCl進行滴定，計算土壤呼吸量。

1.4.3 土壤理化性質(zhì)、速效磷與鉀、土壤IAA含量與pH的測定

土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；土壤全磷含量采用磷鉬藍比色法測定；土壤全鉀含量用NaOH熔融，用火焰光度計法測定。速效磷含量用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量用1 mol·L-1中性乙酸銨浸提，火焰光度計法測定。

土壤IAA含量采用高效液相色譜法測定，稱取土壤樣品10 g到100 mL離心管，加入80%(V/V)丙酮水溶液50 mL，超聲提取30 min；將上清液減壓濃縮(40 ℃)，丙酮蒸發(fā)完后，用乙酸乙酯萃取3次，合并有機相，減壓濃縮(40 ℃)蒸干；用5 mL色譜用純甲醇溶解后，過0.45 μm有機相濾膜，濾液保存在棕色小瓶中，用高效液相色譜(HPLC)測定。pH值用去二氧化碳蒸餾水提取(水土比為5∶1)，酸度計測定。

1.4.4 考種及測產(chǎn)

于成熟期取1 m雙行的穗數(shù)，取20株小麥測株高、穗粒數(shù)和千粒重，計算理論產(chǎn)量；另每小區(qū)收獲4 m2，測實際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)用SPSS 23軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 促生菌劑對土壤微生物的影響

2.1.1 促生菌劑對土壤微生物碳的影響

土壤微生物碳量反映了土壤微生物的變化以及作用于環(huán)境的能力，指示土壤有機質(zhì)的積累狀況。圖1-A表明，小麥不同生育時期，不同處理間土壤微生物碳量存在不同程度差異。各取樣時期，T1、T2處理間差異均不顯著，說明，施用骨粉對于土壤微生物碳量無顯著影響；其他施用促生菌劑處理(苗期的T3、T4處理除外)的微生物碳量均顯著高于對照(T1、T2)。在小麥整個生育時期，T5處理均顯著高于T3、T4處理。不同微生物菌劑相比，以T5處理對土壤微生物碳量的提高作用最好而且在各時期效果最為穩(wěn)定。

同一時期圖柱上不同字母表示不同處理間差異在0.05水平顯著。下同。

Different letters above columns mean significant difference among different treatments at same stage at 0.05 level. The same as in Fig.2.

圖1 促生菌劑對小麥不同時期土壤微生物碳(A)、氮(B)和土壤呼吸強度(C)的影響

Fig.1 Effects of plant growth-promoting bacterium agent on soil microbial carbon(A), microbial nitrogen(B), and soil respiration intensity(C) at different wheat growth stages

2.1.2 促生菌劑對土壤微生物氮的影響

微生物氮循環(huán)周期短、易礦化，對土壤中氮素的供應(yīng)和循環(huán)具有非常重要的意義[13]。圖1-B表明，在各時期，T2與T1處理間土壤微生物氮量差異均不顯著。說明，施用骨粉對于土壤微生物氮量無顯著影響。在小麥苗期，T5、T6處理的微生物氮量顯著高于T1、T2處理，在拔節(jié)期和成熟期T3、T4、T5、T6處理均顯著高于T1、T2，其中T5、T6處理又顯著高于T3、T4處理。

2.1.3 促生菌劑對土壤呼吸強度的影響

土壤呼吸強度是衡量土壤微生物活性的指標，因此研究小麥不同生育時期的土壤呼吸強度能直接反映土壤肥力的變化[14]。圖1-C表明，在小麥苗期，不同處理間土壤呼吸強度差異不顯著；在拔節(jié)期和成熟期，T1、T2處理間不顯著，T3、T4、T5、T6顯著高于T1、T2處理，但T3、T4、T5、T6間差異均不顯著。

2.2 促生菌劑對土壤速效養(yǎng)分的影響

A、B、D三類酶均可存在于可以水平移動的可移動耐藥元件中，通過接合，轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)導，轉(zhuǎn)座等方式在不同菌株之間水平傳播，從而導致耐藥菌株的流行。結(jié)合各個國家和地區(qū)的研究文獻和相關(guān)報道我們得知KPC，OXA-48，VIM和NDM這4種酶可以引起全世界范圍內(nèi)的廣泛傳播，而其他碳青霉烯酶如IMP，GES，PER，SME，SIM等引起的感染則具有相對獨特的地域性。

2.2.1 促生菌劑對土壤速效磷含量的影響

由圖2-A可以看出，不同處理間土壤速效磷在不同時期的差異程度不同。隨著小麥生育期的推移，土壤速效磷含量整體呈先升高后降低的趨勢，在拔節(jié)期達到最大值。在小麥苗期T1處理土壤速效磷顯著低于其他處理；其他5個處理間差異不顯著；拔節(jié)期和成熟期，T2與T1差異均不顯著，其中拔節(jié)期T3、T4、T5、T6處理顯著高于T2；成熟期，T3、T5、T6與T2處理間差異顯著，T5、T6處理顯著高于T3和T4處理。

2.2.2 施用促生菌劑對土壤速效鉀含量的影響

圖2-B顯示小麥苗期和拔節(jié)期土壤速效鉀含量相對較高。在各生育時期T3、T4、T5、T6處理土壤速效鉀含量與T2處理差異不顯著。

2.3 施用促生菌劑對土壤中IAA含量的影響

圖2-C表明，不同生育期T2、T1處理間土壤IAA含量無顯著差異，而各微生物菌劑處理土壤IAA含量均顯著高于T2處理，其中T5、T6處理顯著高于T3、T4處理，但T5與T6、T3與T4處理之間土壤IAA含量差異均不顯著。

2.4 施用促生菌劑對小麥產(chǎn)量的影響

圖2 施用促生菌劑對小麥不同時期土壤速效磷(A)、土壤速效鉀(B)、IAA(C)含量的影響

表1 不同處理對小麥產(chǎn)量性狀的影響

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平上差異顯著。

Significant differences(P<0.05) are indicated by different letters in the same column.

3 討 論

土壤生物學性狀可以作為評價土壤健康的生物指標[15]，土壤微生物碳、氮含量在一定程度上能表征土壤內(nèi)微生物的數(shù)量。而土壤呼吸強度通常在一定程度上反應(yīng)土壤內(nèi)微生物的活性。土壤微生物的生物量可反映參與調(diào)控土壤能量和養(yǎng)分循環(huán)以及有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化的微生物數(shù)量[16]。本研究中，各微生物菌劑的施用均能顯著提高土壤微生物碳、氮量，其中以施用短小芽孢桿菌菌劑和混合菌劑處理較高，其次為施用壁芽孢桿菌和施用特基拉芽孢桿菌的處理。這可能因為本試驗所用的微生物菌株篩選于試驗區(qū)砂質(zhì)潮土，這些促生菌能夠更好的適應(yīng)試驗環(huán)境，提高了土壤內(nèi)微生物的活性。這與陶 磊等[17]發(fā)現(xiàn)土壤中微生物數(shù)量隨著有機肥用量的增加而升高的研究結(jié)果一致。但是土壤呼吸強度在苗期與微生物碳、氮量的表現(xiàn)并不一致，這可能是苗期土壤溫度較低，抑制了土壤微生物的活動，降低其生物活性。呼吸強度在小麥拔節(jié)期與成熟期的表現(xiàn)證明，施用促生菌劑能顯著提高土壤呼吸強度。

土壤微生物的活性增強，能直接促進土壤速效養(yǎng)分的釋放。本試驗研究表明，促生菌劑的施入提高了土壤中速效磷含量，特別是在拔節(jié)期和成熟期含量顯著增加，說明促生菌劑具有解磷的功能，其中以施用短小芽孢桿菌菌劑和混合菌劑的解磷效果最顯著。土壤中速效鉀含量在各處理間總體無顯著差異，表明本試驗中的促生菌在土壤中并沒有發(fā)揮出顯著的解鉀能力。

土壤IAA含量的提高能夠刺激植物根系伸長，提高植物體對養(yǎng)分的吸收利用，進而提高作物的產(chǎn)量。本研究中，各促生菌劑的施用均能顯著提高土壤IAA含量，從而使小麥的產(chǎn)量顯著提高。其中以施用短小芽孢桿菌處理的產(chǎn)量最高，說明短小芽孢桿菌能更好的適應(yīng)砂質(zhì)潮土環(huán)境，促進植物根系生長。

在等量施用的前提下，由壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌制成的混合菌劑對于產(chǎn)量的提高略低于單一短小芽孢桿菌的處理。這可能是由于混合菌劑中的壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌解磷作用與刺激IAA產(chǎn)出水平較單一短小芽孢桿菌菌劑低，導致三種菌劑等量混合施用后產(chǎn)量低于單一短小芽孢桿菌菌劑。

由于有關(guān)華北地區(qū)施用促生菌劑對于提升作物產(chǎn)量的研究報道較少，而且目前市面上多數(shù)微生物菌肥篩選的雜菌較多，產(chǎn)量不穩(wěn)，因此微生物菌肥沒有得到很好的應(yīng)用[18]。本試驗在前人研究基礎(chǔ)上，從砂質(zhì)潮土中篩出3株高效菌株，進行多次提純，制成菌劑，提高了土壤微生物的碳、氮含量與土壤呼吸強度，促進了土壤IAA的產(chǎn)生與速效磷的釋放，最終使產(chǎn)量提高。但本試驗研究僅僅是針對華北砂質(zhì)潮土區(qū)的試驗，對于其他地區(qū)不同土壤類型的作用效果，還需要進一步驗證。

4 結(jié) 論

施用由壁芽孢桿菌、特基拉芽孢桿菌、短小芽孢桿菌制成的微生物菌劑能有效提高土壤微生物碳、氮量、土壤呼吸強度，有利于增強土壤微生物的活性，促進養(yǎng)分元素的釋放和土壤IAA的分泌。對于華北地區(qū)砂質(zhì)潮土的小麥種植，施用接種短小芽孢桿菌制成的促生菌劑，不但可以顯著提高小麥的產(chǎn)量，還可以減少化肥的施用量，減緩環(huán)境資源的壓力，同時也為農(nóng)業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展提供解決思路。

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Effects of Plant Growth-promoting Rhizobacteria Agents Application on Wheat in Sandy Soil

XIONG Weidong, LIU Ye, WANG Guowen, WANG Qiang, HAN Yanlai, JIANG Ying

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450002, China)

In order to study the application effects of plant growth-promoting rhizobacteria agent on wheat,Bacillusmuralis,BacillustequilensisandBacilluspumiluswere made of microbial agents for plot test to study the effects of microbial agents on soil microbial and wheat yield. Six treatments were conducted, such as T1(without any preservatives and bone),T2(single bone meal),T3(for a meal as a carrier ofBacillusmuralisbacteria agent),T4(for a meal as a carrier ofBacillustequilensisbacteria agent), T5(for a meal as a carrier ofBacilluspumilusbacteria agent), and T6(for a meal as a carrier ofBacillusmuralis,Bacillustequilensis, andBacilluspumiluswith identical proportion). The results showed that the application of microbial agents significantly increased the soil microorganism quantity and activity, promoted the release of soil available phosphorus and the concentration of IAA, and increased crop yield. Under this experimental conditions, the soil microbial quantity of T5 and T6 are significantly higher than other treatments. The content of soil microbial carbon and nitrogen was significantly increased(P<0.05) under T5 treatment in reproductive period of wheat,which promoted the release of available phosphorus and available potassium nutrient, and improved the content of IAA and significantly improved wheat yield by 12.8%, reaching up to 6 357.4 kg·hm-2. It was suggested that the effect ofBacilluspumilusmade of microbial agents(T5) is the best.

Wheat；Microbial agents；Bacilluspumilus；Microbial biomass；Yield

時間：2016-07-07

2016-02-02

2016-03-06

國家自然科學基金項目(41401274，41401273);“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃項目(2012BAD05B0207); 河南省教育廳項目(15A210012, 14B210025); 鄭州市民生進步科技工程項目(131PCXTD613)；河南省重點科技攻關(guān)項目(152102110050)

E-mail：eachpleasure@163.com

姜 瑛(E-mail:JY27486@163.com)；韓燕來(E-mail:hyanlai@126.com)

S512.1；S314

A

1009-1041(2016)07-0945-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160707.1531.034.html