微生物菌劑對水稻植株性狀、產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

劉一江 都林娜 康華靖

（溫州市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 溫州325006；*通訊作者：kanghuajing@126.com）

水稻是我國三大主栽糧食作物之一，年產(chǎn)量約占世界稻谷總產(chǎn)量的36.9%。上個世紀，化肥的施用對農(nóng)業(yè)增產(chǎn)作出了巨大貢獻。但長期大量施用化肥，會對生態(tài)系統(tǒng)功能和環(huán)境造成嚴重影響。目前，我國每年農(nóng)業(yè)上施用氮肥的流失量約17.4 萬t，其中，近50%從農(nóng)田流入水體。張維理等[1]認為，農(nóng)田、農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖地帶和城鄉(xiāng)結(jié)合部的排污已成為造成流域水體氮、磷富營養(yǎng)化的最主要原因。因此，在保證水稻產(chǎn)量的前提下，需對如何降低化肥、農(nóng)藥使用量進行深入的探索和研究。

溫州的水稻生產(chǎn)以雙季稻為主。近年來，溫州對生態(tài)農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展日益重視，各級政府積極引導農(nóng)民采用農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)技術，并在重點糧食生產(chǎn)功能區(qū)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)內(nèi)推廣生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，取得了一些成效，但與發(fā)達國家相比，稻田化肥和農(nóng)藥的投入仍偏高，而利用率偏低。微生物菌劑肥是指含有特定微生物活體、能應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的制品，與常規(guī)化學肥料、有機肥料等相比，它是通過微生物的生命活動使農(nóng)作物得到特定的肥料效應，從而使其生長旺盛、產(chǎn)量增加[2]。近些年，微生物菌劑在水稻生產(chǎn)上的應用和研究逐漸增多，整體效果較好[2-5]。然而，現(xiàn)有的研究或僅基施菌劑，或僅噴施菌劑，鮮見有從畜牧業(yè)糞水治理及資源化利用角度來全面探討微生物菌劑對水稻生長及土壤性狀的影響。為此，本文進行了相關試驗，以期推進溫州市畜牧業(yè)糞污水治理工作，促進高產(chǎn)高效和環(huán)境友好稻作技術的推廣應用。

1 材料與方法

1.1 試驗地選擇

試驗于2017年設在浙江省瑞安市馬嶼鎮(zhèn)柴下村。該村屬于農(nóng)業(yè)“兩區(qū)”建設點。試驗稻田地勢平坦、肥力均勻。土壤中水解性氮、有效磷和速效鉀分別為170.18 mg/kg、16.31 mg/kg 和56.36 mg/kg。試驗地面積為0.40 hm2，統(tǒng)一翻耕，然后等分為12 塊試驗田。每塊試驗田面積300 m2左右。

1.2 供試材料

供試水稻品種為甬優(yōu)9 號，購自溫州當?shù)厥袌?。參試復合肥系由華強化工集團股份有限公司生產(chǎn)，N、P2O5、K2O 含量分別為25%、10%、18%。參試菌劑由臺灣濟圣公司生產(chǎn)，菌劑中氮、磷、鉀的濃度分別為63.6 mg/L、61.7 mg/L 和202.0 mg/L。

1.3 試驗設計

試驗設4 個處理：CK，農(nóng)戶常規(guī)施肥，即每667 m2施25 kg 復合肥；B，復合肥用量降低30%，每667 m2補施經(jīng)菌劑發(fā)酵過的豬糞水2.22 m3；C，常規(guī)施肥用量，每667 m2加噴菌劑444.70 mL（稀釋100 倍，每10 d 噴施1 次，共噴施7 次；如遇下雨，噴施時間另行調(diào)整）；D處理，常規(guī)施肥用量+噴施化肥（每667 m2噴尿素0.051 g 和磷酸二氫鉀0.224 g，用量根據(jù)菌劑中各元素的含量確定），每10 d 左右噴施1 次，共7 次。各處理隨機排列，3 次重復。

試驗按照水稻旱育稀植“三化一管”栽培模式進行管理，播種量、栽插密度、施肥量及施用時期、防蟲滅草等均按當?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)進行。6月10日播種，7月8日定植移栽。

表1 不同處理下水稻葉片光合參數(shù)的比較（平均數(shù)±標準誤差）

表2 不同處理對水稻穗部的影響

1.4 測定項目及方法

于8月9日（晴天）選取長勢一致的水稻劍葉，利用便攜式光合儀（LI-6400-40，LI-COR INC., USA）在8∶30—11∶30 對其進行光合參數(shù)的測定。測量時，流速為500 μmol/s，光強設置為1 500 μmol/（m2·s）。CO2濃度為400 μmol/mol，由內(nèi)置CO2小鋼瓶提供，經(jīng)校對后使用。每片葉子大約穩(wěn)定3 min，然后進行參比室和樣品室之間的匹配，記錄數(shù)據(jù)。

測量結(jié)束，統(tǒng)一將其剪下，放入盛有水的小水桶中帶回實驗室。參考ARNON[6]的測定方法測量葉綠素含量。具體操作：用打孔器打孔，取出葉子小圓片，隨機取5 片小圓片置于裝有15 mL 無水乙醇的試管中，保鮮膜封口，黑暗保存24 h，直至葉片變?yōu)榘咨?；然后用分光光度計?65、649、470 nm 波長下對提取液比色，進而計算葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Cb）和類胡蘿卜素（Car）的含量。每個處理混合取樣，試驗重復取樣3 次。10月21日在每塊試驗田中隨機選取3 株水稻，連根挖取，帶回實驗室考種、測量植株形態(tài)等相關指標，同時運用環(huán)刀取土壤樣品，進行土壤容重及相關金屬元素的測量。金屬元素測量由溫州市農(nóng)科院分析測試中心完成。10月22日機械收割并測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)處理及作圖由Excel10.0 完成，采用SPSS 12.5 進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻葉片葉綠素含量的影響

由圖1 可以看出，B 處理水稻葉片的葉綠素a、葉綠素b 和類胡蘿卜素含量均最高；葉綠素a 含量各處理之間無顯著性差異（P＞0.05）；葉綠素b 和類胡蘿卜素含量B 處理與D 處理之間存在顯著差異（P＜0.05）；類胡蘿卜素含量CK 也顯著低于B 處理（P＜0.05）。

圖1 水稻葉片葉綠素含量的比較

2.2 不同處理對水稻光合參數(shù)的影響

由表1 可以看出，C 處理的水稻葉片光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和電子傳遞速率均最高，且顯著高于CK（P＜0.05）；各光合參數(shù)B 處理和C 處理間無顯著差異（P＞0.05），D 處理與CK 間差異也不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同處理對水稻植株及產(chǎn)量的影響

由表2 可以看出，B 處理和C 處理的有效穗數(shù)、總粒數(shù)、實粒數(shù)、空秕粒數(shù)和每株穗質(zhì)量均較高，且兩者整體差異不顯著；而與CK 相比，每株有效穗數(shù)、總粒數(shù)以及不實數(shù)均顯著要高。

由表3 可知，B 處理和C 處理的秸稈質(zhì)量、生物量均顯著高于CK 和D 處理；根系質(zhì)量以B 處理最高；折合單產(chǎn)則以C 處理最高，達到573.73 kg/667 m2，顯著高于CK 和D 處理。

2.4 不同處理對稻田土壤理化性質(zhì)的影響

由圖2 可知，土壤的容重以B 處理最低，與D 處理相比差異不顯著，但顯著低于CK 和C 處理。說明增施有機肥有利于改善土壤環(huán)境，增加土壤透氣性。由表4 可知，重金屬砷、鋅和銅在CK 和B 處理之間并無顯著性差異，而B 處理土壤中的鐵和錳元素含量則顯著高于CK（P＜0.05）。

表3 不同處理對生物量及產(chǎn)量的影響

表4 不同處理稻田土壤重金屬含量的比較 （mg/kg）

圖2 不同處理稻田土壤容重的比較

3 結(jié)論與討論

以微生物為核心的循環(huán)農(nóng)業(yè)，是指利用微生物對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工消費剩余物，如農(nóng)作物秸稈、動植物產(chǎn)品加工下腳料、人畜糞便、城鄉(xiāng)有機垃圾等進行分解消化吸收合成新的營養(yǎng)物再輸入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)過程。發(fā)展以微生物為核心的循環(huán)農(nóng)業(yè)，不但可以促進傳統(tǒng)的植物生產(chǎn)、動物生產(chǎn)“二維農(nóng)業(yè)”向植物生產(chǎn)、動物生產(chǎn)、微生物生產(chǎn)“三維農(nóng)業(yè)”的轉(zhuǎn)變，而且可以提高農(nóng)業(yè)質(zhì)量效益，減少資源浪費，維持生態(tài)平衡，其經(jīng)濟、生態(tài)、社會意義深遠。

葉綠素吸收光能的過程中，電子從基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)，并將光能轉(zhuǎn)化為化學能。雖然在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，高葉綠素含量會加劇個體之間競爭，不利用群體光合[6-7]，但葉綠素含量可從一個側(cè)面反映植物的生長狀況。本試驗結(jié)果顯示，不同處理之間葉綠素a 含量無顯著性差異。由于葉綠素a 占全部葉綠素含量的2/3 左右，所以在葉色上各處理同樣沒有明顯差異。這與大田的觀測結(jié)果相一致。從光合參數(shù)來看，噴施菌劑有利于提高水稻葉片光合效率，以光合速率數(shù)據(jù)為例，噴施菌劑后與對照相比提高了11.54%。

研究表明，施用微生物菌劑可提高水稻根際土壤中的細菌和放線菌數(shù)量，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，有利于土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，從而促進水稻根系生長、莖稈粗壯，增加水稻千粒重，提高水稻產(chǎn)量[3]?？挤N結(jié)果顯示，B 處理和C 處理下水稻的有效穗數(shù)、總粒數(shù)、實粒數(shù)和每株穗質(zhì)量均高于D 處理和CK；測產(chǎn)結(jié)果也顯示，B 處理和C 處理的水稻產(chǎn)量較高。與CK 相比，C 處理的產(chǎn)量增加了14.95%。由此可見，使用菌劑處理的畜牧業(yè)糞水和噴施菌劑對水稻生長均有顯著的促進作用。

然而，由于養(yǎng)殖飼料中普遍采用高銅、高鋅等重金屬作為添加劑，致使飼料中重金屬含量遠遠超過畜禽吸收能力，導致畜禽糞便中重金屬含量普遍偏高，進而導致農(nóng)產(chǎn)品中極易出現(xiàn)重金屬富集現(xiàn)象。為此，本試驗測量了B 處理和CK 土壤的重金屬含量，結(jié)果顯示，兩者之間的砷、鋅和銅含量無顯著差異，說明使用發(fā)酵后的豬糞水不會引起土壤重金屬的富集。鐵和錳含量B處理雖然顯著高于CK，但兩者均屬于植物生長所必需元素。研究表明，在有氧土壤環(huán)境中，鐵的溶解性很低，植物可以利用的生物有效鐵極少，從而導致鐵是植物正常生長發(fā)育的第三大限制性營養(yǎng)元素[8]。同樣，錳也是植物體內(nèi)重要生命元素之一，在植物的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。它對植物的光合放氧、維持細胞器的正常結(jié)構、活化酶活性等方面具有不可替代的作用。但是，過量的錳亦會對植物造成毒害。它可抑制Fe2+和Mg2+等元素的吸收及活性，并可破壞葉綠體結(jié)構，導致葉綠素合成下降及光合速率降低。從本試驗結(jié)果以及田間觀察來看，B 處理下水稻植株并未出現(xiàn)錳害癥狀。

可見，噴施微生物菌劑以及使用微生物菌劑處理后的豬糞水，對水稻的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及稻田土壤理化性質(zhì)均有一定的促進作用，且以基施和噴施相結(jié)合的效果更好。由于該技術可很好的進行水肥一體化操作，具有良好的推廣應用前景。