肥料配施枯草芽孢桿菌對夏玉米產(chǎn)量及養(yǎng)分利用的影響

李榮發(fā)，劉 鵬，董樹亭，張吉旺，趙 斌

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

玉米在我國糧食生產(chǎn)中占有重要地位。戴景瑞等[1]認(rèn)為2008—2020年我國玉米單產(chǎn)年均遞增188.7 kg/hm2才能保證未來玉米的消費(fèi)需求。施用化肥，特別是施氮肥是玉米增產(chǎn)的有效措施之一[2]。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，存在氮肥施用量大[3]、利用效率低[4-5]、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大[6]等突出問題。與此同時，隨著集約化、規(guī)?；菪箴B(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，大量排放的禽畜糞便使農(nóng)業(yè)環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。禽畜糞便中含有大量的有機(jī)質(zhì)和作物生長必需的營養(yǎng)元素，是優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥源[7]。目前對畜禽糞便的研究絕大多數(shù)都是利用堆肥、腐熟糞便或廄肥與無機(jī)氮肥配合施用[8]，施用方法繁瑣。Richardson[9-10]發(fā)現(xiàn)接種芽孢桿菌能促進(jìn)植物根系生長，增加總根長和單位根長密度，提高磷的生物有效性。Kloepper等[11]研究得出增施枯草芽孢桿菌能增加植物根系表面積，提高根系對水分和養(yǎng)分的吸收效率。胡小加等[12]發(fā)現(xiàn)施用枯草芽孢桿菌能在不同程度上增加小麥、辣椒、西瓜、大豆和玉米苗期干物重，還能增加植株的氮、磷和鉀含量。但在等養(yǎng)分條件下，關(guān)于增施枯草芽孢桿菌對作物產(chǎn)量和肥料利用率影響的報(bào)道較少。本試驗(yàn)研究等養(yǎng)分條件下肥料配施枯草芽孢桿菌對夏玉米養(yǎng)分吸收和作物產(chǎn)量的影響，以期為夏玉米肥料的合理施用和肥料配施模式提供新的技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016和2017年在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海玉米區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新中心旱棚中進(jìn)行，旱棚內(nèi)栽培池規(guī)格為2.5 m × 2.5 m，土壤為棕壤，其有機(jī)質(zhì)含量為9.60 g/kg、全氮0.54 g/kg、速效磷23.6 mg/kg、速效鉀89.4 mg/kg。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置不施氮肥(CK)、施尿素(N)、施牛糞(M)、牛糞 + 枯草芽孢桿菌(MB)、尿素 + 枯草芽孢桿菌(NB)5個處理，5次重復(fù)，共25個栽培池，增施枯草芽孢桿菌(F4009-1，CHEMINOVA A/S，RTI477，17%，w/w)處理按照1.5 kg/hm2用量施入。以登海605(DH605)為玉米品種，種植密度為82500株/hm2。氮肥選用腐熟牛糞和普通尿素，施肥前對有機(jī)肥含水量及養(yǎng)分含量進(jìn)行測定，本試驗(yàn)2016年施用牛糞養(yǎng)分含量為：全氮(N)0.49%，全磷(P2O5)0.42%，全鉀(K2O)0.32%，重量含水量為78.2%；2017年，全氮(N)0.94%，全磷(P2O5)0.12%，全鉀(K2O)0.19%，重量含水量為79.7%。施氮處理的施氮量均為純N262、P2O5131、K2O 262 kg/hm2，牛糞施入量根據(jù)牛糞的含氮量和含水量計(jì)算得出；然后根據(jù)牛糞中P2O5和K2O的含量，分別計(jì)算出P2O5和K2O的施用量，為保證與牛糞處理相同的P2O5和K2O投入量，其他處理均采用過磷酸鈣和硫酸鉀補(bǔ)齊P2O5和K2O的需求量。施肥方式為作基肥播前撒施在地表，翻地后播種并立即灌水。

1.2 測定項(xiàng)目和方法

1.2.1 樣品采集 各處理分別于玉米吐絲期(R1)和籽粒完熟期(R6)取4株長勢均勻一致的植株，其中R1期植株分為葉片、莖鞘兩部分，R6期植株分為葉片、莖鞘、籽粒三部分，各部分樣品105℃殺青30 min后80℃烘至恒重，測定干物質(zhì)積累量，之后用粉碎機(jī)粉碎。

1.2.2 氮磷鉀測定 采用H2SO4消煮，用連續(xù)流動分析儀(Auto Analyzer-III，德國 Bran Luebbe公司)測定植物樣品全氮、全磷含量，火焰光度計(jì)測定全鉀含量。

1.2.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 成熟期各處理池子中所有玉米全收，室內(nèi)考種，調(diào)查穗行數(shù)、行粒數(shù)、千粒重，按14%含水量測產(chǎn)。

1.2.4 參數(shù)計(jì)算 氮(磷、鉀)素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(kg/kg)= 干物質(zhì)重(kg/hm2)/植株氮(磷、鉀)素吸收量(kg/hm2)；氮(磷、鉀)素利用效率(kg/kg)= 籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)/植株氮(磷、鉀)吸收量(kg/hm2)；氮(磷、鉀)收獲指數(shù)= 籽粒氮(磷、鉀)吸收量(kg/hm2)/植株氮(磷、鉀)吸收量(kg/hm2)；氮(磷、鉀)肥偏生產(chǎn)力(kg/kg)= 施氮(磷、鉀)區(qū)產(chǎn)量(kg/hm2)/施純氮(P2O5、K2O)量(kg/hm2)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用DPS16.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中處理間差異顯著性采用LSD法進(jìn)行檢驗(yàn)(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下玉米產(chǎn)量及構(gòu)成因素

由表1可知，年份、處理和二者的交互作用對生物量、收獲指數(shù)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著。各施氮處理玉米籽粒產(chǎn)量均高于對照；其中MB處理籽粒產(chǎn)量最高，顯著高于其它處理(P＜0.05)。MB處理2年玉米產(chǎn)量分別比M處理增產(chǎn)20.3%、21.2%；NB和N處理兩年平均產(chǎn)量無顯著差異。處理間籽粒產(chǎn)量的差異主要是由穗粒數(shù)和千粒重的差異造成的。兩年各處理完熟期生物量差異顯著，表現(xiàn)為 MB＞NB＞N＞M＞CK。

表1 不同肥料處理對玉米籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table1 Effect of different fertilization treatments on grain yields and yield components of maize

2.2 不同處理下玉米干物質(zhì)積累特性

吐絲期施氮處理干物質(zhì)積累量顯著高于CK，MB處理顯著高于其它處理(表2)。吐絲期MB處理干物質(zhì)積累量比M處理兩年平均增加24.7%。2016年和2017年，花后MB處理比M處理分別提高25.4%、52.0%，NB處理比N處理分別增加3.06%、17.2%。無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌對干物質(zhì)積累效果不一致，而有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌有利于夏玉米花后干物質(zhì)積累，為夏玉米籽粒產(chǎn)量提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 不同處理下玉米生長期氮磷鉀吸收量

由表2可知，吐絲期不同處理夏玉米地上部氮素吸收量存在顯著差異(除N和NB間沒有顯著差異外)，且施氮處理顯著高于CK。其中，2016年和2017年MB處理吐絲期氮素積累量較M處理分別提高39.6%、19.0%，花后氮素積累量分別增加24.9%、49.2%；與N處理相比，NB處理吐絲期氮積累量無顯著差異，花后氮素積累量顯著增加40.2%、29.8%。在促進(jìn)植株對氮素的吸收上，有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌的效果要顯著優(yōu)于化肥配施枯草芽孢桿菌。

吐絲期不同處理夏玉米地上部磷素吸收量，施氮處理顯著高于CK，且配施枯草芽孢桿菌顯著增加了植株磷素吸收量(2017年NB除外)。2016年和2017年吐絲期磷素積累量，MB處理比M處理分別提高71.7%、12.4%，2016年NB處理比N處理提高7.71%(P＜0.05)；MB處理花后磷素積累量比M處理分別提高85.1%、63.9%(表2)。有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能顯著增加夏玉米磷素吸收量，普通化肥配施枯草芽孢桿菌對夏玉米磷素吸收量的影響兩年結(jié)果不一致。

有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌對玉米吐絲期的鉀素吸收影響兩年結(jié)果不一致，無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌使吐絲期的鉀素吸收量減少或影響不顯著(表2)。有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能顯著增加夏玉米鉀素吸收量，普通化肥配施枯草芽孢桿菌對夏玉米鉀素吸收量影響兩年結(jié)果不一致。

表2 不同處理夏玉米吐絲期、花后期生物量、氮磷鉀吸收量及花后期在全株的比例Table2 Biomass and nutrient accumulation of summer maize at silking and post-silking stages and their percentage at post-silking under different treatments

2.4 不同處理下玉米氮磷鉀利用效率

由表3可得，各處理的氮肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為MB ＞NB＞N＞M；施肥處理的氮肥利用效率顯著低于CK，肥料配施枯草芽孢桿菌處理顯著低于單施肥料處理。配施枯草芽孢桿菌處理的氮肥偏生產(chǎn)力高于單施肥料處理，即MB＞M，NB＞N。氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)率各處理表現(xiàn)為 CK＞N＞MB＞M＞NB。MB處理與M處理相比，氮肥的干物質(zhì)生產(chǎn)率和利用效率無顯著差異(P＜0.05)，NB處理與N處理相比，不同處理對所有氮素吸收利用指標(biāo)均有極顯著影響。年份對氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)率、氮肥利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力影響顯著，對氮肥收獲指數(shù)無顯著影響；兩者的交互作用對氮肥干物質(zhì)生產(chǎn)率、氮肥偏生產(chǎn)力無顯著影響，對氮肥利用效率和氮收獲指數(shù)影響顯著。

表3 不同處理對夏玉米氮肥利用率的影響(kg/kg)Table3 Effect of different fertilization treatments on nitrogen utilization efficiency of summer maize

由表4可知，各處理2016年磷肥偏生產(chǎn)力表現(xiàn)為 MB＞NB＞N＞M，2017 年則表現(xiàn)為 MB＞NB ＞M＞N，且有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能顯著提高磷肥偏生產(chǎn)力。磷肥干物質(zhì)生產(chǎn)率和利用效率，施肥處理顯著低于對照，肥料配施枯草芽孢桿菌處理顯著低于單施肥料處理。2016年不同處理磷素收獲指數(shù)以N處理最高，MB、NB、M處理無顯著差異，2017 年各處理變化趨勢為 MB＞NB＞M＞CK＞N。除年份對磷肥收獲指數(shù)顯著影響外，年份、處理、年份與處理的交互作用對磷肥的其它利用效率指標(biāo)均有極顯著影響。

由表5可知，不同肥料配施，MB處理鉀收獲指數(shù)最高；鉀肥干物質(zhì)生產(chǎn)率和利用效率處理間差異不明顯。鉀肥利用效率以CK最高。鉀肥偏生產(chǎn)率2016 年各處理變化趨勢為 MB＞NB＞N＞M＞CK，2017 年為 MB＞NB＞M＞N＞CK。除處理對鉀肥干物質(zhì)生產(chǎn)率無顯著影響外，年份、處理、年份與處理的交互作用對鉀肥的其它利用效率指標(biāo)均有極顯著影響。

2.5 配施枯草芽孢桿菌對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表6可知，有機(jī)肥或無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌，投入成本均增加620元/hm2，有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌和無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌兩年平均凈收入分別增加16.9%、-0.07%，無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌的產(chǎn)量與單施無機(jī)肥的產(chǎn)量差異不顯著，凈收入基本持平。有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能顯著增加玉米產(chǎn)量，提高玉米的經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

3.1 不同施肥方式對玉米產(chǎn)量的影響

不同施肥處理對玉米穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量及生物量均有極顯著的影響(表1)。研究表明，枯草芽孢桿菌SQR9在黃瓜、玉米和香蕉根際有效定殖，促進(jìn)地上部和根系生長和產(chǎn)量提高[12-13,17]。本試驗(yàn)中有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌花前、花后的干物質(zhì)積累量與單施有機(jī)肥處理相比提高顯著，無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌亦能顯著增加花后的干物質(zhì)積累量(表2)。干物質(zhì)積累是玉米產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，增加干物質(zhì)積累量，尤其是花后干物質(zhì)積累量對玉米增產(chǎn)具有重大意義[14]。肥料配施枯草芽孢桿菌能夠顯著增加玉米的產(chǎn)量，其中MB處理要優(yōu)于NB處理(表1)。穗粒數(shù)和粒重是單株玉米籽粒產(chǎn)量構(gòu)成的決定性因素[15]，穗粒數(shù)比粒重更容易受到氮素供應(yīng)和水分等環(huán)境因素的影響。兩年結(jié)果表明，有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌比單施有機(jī)肥處理的穗粒數(shù)顯著增加，而對千粒重?zé)o顯著影響(表1)?？莶菅挎邨U菌與肥料配施能夠顯著增加干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量，且枯草芽孢桿菌與有機(jī)肥配施的效果優(yōu)于無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌。

表4 不同處理對夏玉米磷肥利用率的影響(kg/kg)Table4 Phosphorus utilization efficiency of summer maize under different fertilization treatments

表5 不同處理對夏玉米鉀肥利用率的影響(kg/kg)Table5 Potassium utilization efficiency of summer maize under different treatments

表6 不同處理的經(jīng)濟(jì)效益Table6 Economic benefit of different fertilizer treatments

3.2 不同施肥方式對氮磷鉀吸收利用的影響

干物質(zhì)的積累與養(yǎng)分積累有著密切的關(guān)系，養(yǎng)分積累是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[16]。胡小加等[17]研究表明枯草芽孢桿菌Tu-100對油菜、小麥、辣椒、西瓜、大豆和玉米苗期有不同的促生效果?？莶菅挎邨U菌可以將無機(jī)和有機(jī)底物中的正磷酸鹽釋放出來，增加土壤磷養(yǎng)分的有效性[18-19]?？莶菅挎邨U菌一方面促進(jìn)根系生長，增加根系表面積，另一方面增加有效磷含量，從而促進(jìn)玉米對氮、磷、鉀的吸收。本研究結(jié)果表明，在施肥的基礎(chǔ)上配施一定量的枯草芽孢桿菌能顯著提高夏玉米整個生育期氮、磷、鉀的積累量，其中以有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌處理的效果最佳(表2)。

劉占軍等[20]研究表明，不施氮會導(dǎo)致植株?duì)I養(yǎng)體運(yùn)往籽粒的氮素過多，在氮素供應(yīng)良好的條件下，營養(yǎng)體氮素再分配率和對籽粒氮的貢獻(xiàn)率越高，越有利于經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成。肥料吸收利用特征是肥料運(yùn)籌是否合理的重要指標(biāo)，通常采用干物質(zhì)生產(chǎn)效率、肥料利用率、肥料收獲指數(shù)和肥料偏生產(chǎn)力等參數(shù)來表示[21]。有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能有效提高玉米氮磷鉀肥的偏生產(chǎn)力以及氮素和鉀素的收獲指數(shù)，降低磷肥的干物質(zhì)生產(chǎn)率和利用效率；無機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌能有效提高氮磷鉀肥的偏生產(chǎn)力(表3～表5)。說明配施枯草芽孢桿菌能提高肥料利用率，是兼顧夏玉米高產(chǎn)與高效的重要措施。

4 結(jié)論

在夏玉米實(shí)際生產(chǎn)中，肥料配施枯草芽孢桿菌可促進(jìn)夏玉米的生長發(fā)育，影響夏玉米的產(chǎn)量構(gòu)成要素，提高夏玉米產(chǎn)量，而且能顯著提高肥料吸收量和利用效率。以有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌處理的效果最佳，有機(jī)肥配施枯草芽孢桿菌不僅起到增產(chǎn)增效的效果，還能促進(jìn)肥料增效、降低面源污染，是玉米增產(chǎn)增效、經(jīng)濟(jì)效益顯著提高的有效途徑。