微生物肥對谷田土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

王麗霞，郭二虎，張艾英，范惠萍，李瑜輝，程麗萍

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西長治 046011)

谷子[Setariaitalica(L.) Beau]又稱粟，屬禾本科狗尾草屬，是我國重要的雜糧作物之一。近年來山西省年種植面積基本穩(wěn)定在20萬hm2，總播種面積居全國第2位，同時也是我國春播谷子種植面積最大的省份，谷子在山西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，也是山西省農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整首要考慮的作物[1-3]。微生物肥料也稱微生物菌肥、生物肥料，是近年來新興的一種無公害新型肥料，其具有改良土壤、增強土壤肥力、降低土壤農(nóng)藥殘留、增加植物對養(yǎng)分吸收等效果，已在諸多作物上應(yīng)用，取得了諸多成果[4-8]，但在谷子上的研究較少。谷子雖然具有耐貧瘠的特點，但肥料在谷子生產(chǎn)中仍發(fā)揮重要作用。由于化肥的過度施用及不合理施肥，導(dǎo)致土壤板結(jié)、肥料利用率低、谷子品質(zhì)下降；有機肥的施用可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高谷子品質(zhì)，但存在肥效慢、養(yǎng)分含量低，且在生產(chǎn)實際中農(nóng)民多施用未腐熟的有機肥等缺點[9-12]。針對以上問題，筆者通過田間試驗，探討有機肥、化肥添加微生物肥對谷子生長發(fā)育、土壤溫度、近地面層的微環(huán)境及谷子產(chǎn)量的影響，以期為谷子合理施肥、提高肥料利用效率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2016年5月下旬至10月上旬在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所進行。試驗地為砂壤土，肥力中上等，0～40 cm土層內(nèi)有機質(zhì)含量為33.51 g/kg，全氮1.2 g/kg，堿解氮48.47 mg/kg，速效磷20.14 mg/kg，速效鉀168.76 mg/kg。生育期降雨量489 mm。

1.2試驗設(shè)計試驗設(shè)6個處理，分別為CF(常規(guī)施化肥N 187.5 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2)；CY(常規(guī)施有機肥2 250 kg/hm2)；CK(不施肥)； WF(施化肥N 187.5 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2+微生物肥75 kg/hm2)；WY(常規(guī)施有機肥2 250 kg/hm2+微生物肥75 kg/hm2)；WB(不施肥+微生物肥75 kg/hm2)。隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2(5 m×4 m)。前茬為玉米，試驗用谷子品種長農(nóng)35號，留苗30萬株/hm2。所有處理肥料均作為底肥播前一次性施入。微生物菌肥由黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院提供，主要成分為巨大芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌等。

1.3測定項目與方法

1.3.1近地層CO2及土壤溫度。應(yīng)用托普云農(nóng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，于灌漿期測定近地面20 cm高根際CO2濃度，并測定各處理土壤 5、10、15、20 cm深溫度，取24 h平均值。

1.3.2土壤緊實度。灌漿期，應(yīng)用托普土壤緊實度儀測量行間、株間處的土壤緊實度，每個處理測量4次，取平均值。測量深度為6、12、18、24、30 cm。

1.3.3農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量。于谷子成熟期，在每小區(qū)中間行內(nèi)選取約 1.0 m作為取樣單元，取 10 株，對穗重、穗粒重和千粒重等農(nóng)藝性狀進行調(diào)查。去掉小區(qū)邊行，收獲面積 4.0 m2谷穗計產(chǎn)。

1.4數(shù)據(jù)處理化肥農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=(施肥區(qū)谷子產(chǎn)量-不施肥區(qū)谷子產(chǎn)量)/施肥量。試驗數(shù)據(jù)應(yīng)用DPS 7.5軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同處理對土壤溫度的影響由圖1可知，所有處理的地溫隨著土層深度的增加呈逐漸降低的趨勢，有機肥處理的地溫較化肥處理的溫度高，添加微生物肥料的處理溫度較未添加的處理高，5、10 cm深的地溫變化較大。WY處理0～20 cm平均地溫22.7 ℃，較CY處理增加0.16 ℃，0～10 cm平均地溫23.24 ℃，較CY處理增加0.27 ℃；WF處理0～20 cm平均地溫22.32 ℃，較CF處理增加0.23 ℃，0～10 cm平均地溫22.65 ℃，較CF處理增加0.14 ℃；WB處理0～20 cm平均地溫22.17 ℃，較CY處理增加0.1 ℃，0～10 cm平均地溫22.42 ℃，較CY處理增加0.14 ℃。

圖1 不同處理對不同土壤深度溫度的影響Fig.1 Effects of different treatments on the temperature of different soil depth

2.2不同處理對近地面層CO2濃度的影響微生物肥料通過增加土壤中微生物活菌的數(shù)量，增加了土壤的呼吸強度，進而加大了二氧化碳的排放，是作物光合作用碳的重要來源之一。由圖2可知，在谷子灌漿期近地面層24 h的CO2濃度變化呈倒“V”字型，12：00—16：00濃度最低，添加微生物肥料的各處理CO2濃度均高于未添加的處理。WY處理24 h平均CO2濃度312 mg/L，較CY處理增加22 mg/L，增幅7.6%；WF處理24 h平均CO2濃度299 mg/L，較CY處理增加18 mg/L，增幅6.4%；WB處理24 h平均CO2濃度273 mg/L，較CY處理增加10 mg/L，增幅3.8%。

圖2 不同處理對近地面層CO2濃度的影響Fig.2 Effects of different treatments on CO2 concentration in near-surface layer

2.3不同處理對土壤緊實度的影響由表1可知， 施用微生物肥處理6和12 cm深的土壤緊實度均較未施用的處理降低， WY處理0～6 cm土壤緊實度較CY處理降低了2.6%，6～12 cm土壤緊實度較CY降低了2.0%；WF處理0～6 cm土壤緊實度較CF處理降低了7.9%，6～12 cm土壤緊實度較CF降低了5.8%；WB處理0～6 cm土壤緊實度較CK處理降低了3.5%，6～12 cm土壤緊實度較CK降低了4.0%；其中，WY、CY、WB、WF 4個處理較CF處理的土壤緊實度顯著降低，可見施用微生物肥和有機肥的處理，土壤疏松度顯著優(yōu)于僅施用化肥的處理。

表1 不同處理對不同深度土壤緊實度的影響

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

2.4不同處理對谷子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響由表2可知，所有添加微生物肥的處理產(chǎn)量均高于未添加的處理，其中WY處理產(chǎn)量最高達4 775 kg/hm2，較CY處理產(chǎn)量增加14.4%，兩者之間差異顯著；WF處理產(chǎn)量達4 675 kg/hm2，較CF處理產(chǎn)量增加10%，兩者之間無顯著差異；WB處理產(chǎn)量達4 125 kg/hm2，較CK處理產(chǎn)量增加3.1%，兩者之間無顯著差異；其中施用復(fù)合肥的2個處理中，WF處理的化肥農(nóng)學(xué)效率為2.00 kg/kg，較CF處理提高170%，可見添加微生物肥能有效提高化肥農(nóng)學(xué)效率。

表2 不同處理對谷子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

3 結(jié)論與討論

該研究結(jié)果表明，添加微生物菌肥后的WY、WF、WB 3個處理較未添加的處理，0～20 cm平均地溫增加了0.10～0.23 ℃，0～10 cm平均地溫增加了0.14 ～0.27 ℃；近地層CO2濃度增加10～22 mg/L，增幅3.8%～7.6%；0～6 cm土壤緊實度降低了2.6%～7.9%，6～12 cm降低了2.0%～5.8%；產(chǎn)量增加了125～600 kg/hm2，增幅3.1%～14.4%。

土壤溫度與微生物之間密切相關(guān)。該試驗研究了灌漿期晴天0～20 cm土壤耕層不同深度的日平均溫度，結(jié)果顯示，微生物肥料對土壤溫度的影響主要集中在0～10 cm，10～20 cm不同處理間的地溫?zé)o明顯規(guī)律。微生物肥料通過增加土壤微生物活菌的數(shù)量，增加了土壤呼吸強度[13]，進而加大了二氧化碳的排放，是作物光合作用碳的重要來源之一。該試驗中，近地面層添加各微生物肥料處理的CO2濃度均有不同程度的提高，但在倒二葉和倒三葉高度測定的CO2濃度無規(guī)律可循，考慮是大氣層空氣流動影響了測量的準確度，將來有必要在封閉條件下進一步探討。微生物肥料中有益微生物能產(chǎn)生糖類物質(zhì)，與植物黏液、有機膠體等螯合在一起，可以改善土壤團粒結(jié)構(gòu)，具有改善土壤物理性狀的作用[14]。該試驗研究了0～30 cm土層的緊實度，結(jié)果表明，微生物肥料對土壤緊實度的影響主要集中在0～12 cm土層，12～30 cm土層各處理之間無規(guī)律可循，且試驗田由于常年施用化肥及人工踩踏等原因，緊實度較常規(guī)農(nóng)田普遍增大。微生物肥料在各種作物上均有報道，其中起增產(chǎn)作用的占絕大多數(shù)[15]，試驗中各添加微生物肥料處理的產(chǎn)量均高于未添加的處理，穗數(shù)、穗粒重和千粒重的增加，是產(chǎn)量提高的主要原因，這也與前人的研究結(jié)果一致[16]。