不同生物菌劑對水稻產(chǎn)量及生理特性的影響

吳周周，唐 雪，趙紅艷，劉佳欣，黃 倩，周嬋嬋，王 術(shù)

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)作物栽培觀測實(shí)驗(yàn)站，沈陽110161）

作物的生長與土壤中的微生物聯(lián)系密切，每一種微生物及微生物群之間協(xié)同工作，影響著植物的健康與作物的生產(chǎn)力[1]。 生物菌劑作為一種新型肥料，含有一種或幾種特定的生物活體，能夠通過所含微生物的生命活動(dòng)，發(fā)揮自身的作用，促進(jìn)植物的生長[2]。 胡淑娟[3]研究表明，生物菌劑提供固氮，解鉀，解磷等功能，能夠快速促進(jìn)植物根系微生物的繁殖與生長，防治有害微生物的滋生，抑制病蟲害的發(fā)生。 同時(shí)，生物菌劑還能夠促進(jìn)根系微生物固定空氣中的分子氮并將其轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮，促進(jìn)農(nóng)作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 而且，在水稻上施用有益生物菌劑，還可以減少當(dāng)季化肥使用量的30%[4]。 國外相關(guān)研究結(jié)果表明，施用生物制劑可以改變連續(xù)種植土壤中微生物群落的組成與結(jié)構(gòu)，改善土壤狀況[5]。 近年來，生物菌劑在多種農(nóng)作物上均有所應(yīng)用，效果較好，如硬紅春小麥在施用生物肥料后，營養(yǎng)期與成熟期干物質(zhì)積累量增多，小麥產(chǎn)量得到提高[6]。 生物菌劑價(jià)格合理，成本低，是生產(chǎn)綠色、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不可或缺的肥料。 本研究以沈稻47 為材料，配施3 種不同生物菌劑，旨在探明生物菌劑對水稻產(chǎn)量及生理特性的影響，為生物菌劑在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2018 年在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地（123．4°E，41．8°N）進(jìn)行。 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地試驗(yàn)田土壤質(zhì)地為棕壤土，pH 值為6．8，有機(jī)質(zhì)26．91g·kg-1,全氮1．22g·kg-1，速效氮85．59mg·kg-1，速效磷40．84mg·kg-1，速效鉀91．35 mg·kg-1。 沈陽年平均氣溫7～8℃，無霜期160d。

供試水稻(Oryza sativa L．)品種為沈稻47。 供試生物菌劑分別是金滿田（解淀粉芽孢、側(cè)孢短芽孢、巨大芽孢、膠凍樣芽孢桿菌等）、哈茨木霉菌和肥侶（地衣芽孢桿菌）。 其中金滿田由德州陽光生物科技有限公司生產(chǎn)，每克有效活菌數(shù)≥2 億；每克哈茨木霉菌由吉林省廣澤艾尚田肥料有限公司生產(chǎn)，每克有效活菌數(shù)≥1 億；肥侶由山西凱盛肥業(yè)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)，每克有效活菌數(shù)≥10 億。

1.2 方法

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，以不施生物菌劑為對照(CK)，考察不同生物菌劑（金滿田、哈茨木霉菌和肥侶）對水稻產(chǎn)量及生理特性的影響，每個(gè)處理3 次重復(fù)。 各個(gè)處理施用等量的尿素（300kg·hm-2）、磷酸二銨（112．5kg·hm-2）和硫酸鉀（150kg·hm-2）,其中尿素50%作為基肥，25%作為返青肥，25%作為拔節(jié)肥；磷酸二銨和硫酸鉀100%作為基肥。3 種生物菌劑按推薦用量施用，其中金滿田施用量為750kg·hm-2；哈茨木霉菌施用量為75kg·hm-2；肥侶施用量為150kg·hm-2。 3 種生物菌劑在插秧后一次性施入。 小區(qū)長12 m，寬4．8 m，每個(gè)小區(qū)單排單灌，栽植密度為行距30cm，株距13．2cm，每穴3～4 株。 4 月23 日育苗，5 月29 日進(jìn)行移栽，在水稻全生長季，不使用任何殺菌劑，按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行病蟲害防治和管理。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累 于水稻拔節(jié)期、齊穗期和成熟期調(diào)查全田苗情基本水平，從每個(gè)小區(qū)各取長勢一致、均勻的代表性水稻植株3 穴，用比葉重法[7]測定葉面積指數(shù)；于烘箱內(nèi)105℃條件下，將分離的莖、葉和穗殺青30 min，80℃條件下烘至恒重，測定植株干物質(zhì)積累與分配情況。

1.3.2 葉綠素含量和光合指標(biāo)測定 從齊穗期開始每隔10 d，每小區(qū)取長勢一致的植株10 穴，用SPAD-502型葉綠素儀測定劍葉1/3 處的SPAD 值代表葉綠素含量；齊穗期于晴天9∶00～10∶00，每小區(qū)選擇長勢均勻的植株3 株，用LI-6400 便攜式光合儀測定主穗莖劍葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度及蒸騰速率。

1.3.3 考種與測產(chǎn) 成熟期從每個(gè)小區(qū)選擇長勢一致、均勻，有代表性的植株5 穴，分別調(diào)查每穗粒數(shù)、空秕粒、千粒重、一次枝梗數(shù)、二次枝梗數(shù)等，計(jì)算理論產(chǎn)量，并實(shí)收核產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

式中：LAI1和LAI2為前后2 次測定的葉面積指數(shù)；t1和t2為前后2 次測定的時(shí)間。

式中：L1和L2為前后2 次測定的葉面積；t1和t2為前后2 次測定的時(shí)間。

式中：W1和W2為前后2 次測定的干物質(zhì)重；t1和t2為前后2 次測定的時(shí)間。

式中：LAI1和LAI2為前后兩次測定的葉面積指數(shù)；W1和W2為前后2 次測定的干物質(zhì)重；t1和t2為前后2 次測定的時(shí)間。

采用Microsoft Excel 2003 和DPS 7．05 等數(shù)據(jù)分析處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生物菌劑對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表1 可知，生物菌劑對水稻的單位面積有效穗數(shù)和結(jié)實(shí)率有顯著影響，其中施用金滿田和肥侶的水稻單位面積有效穗數(shù)顯著高于CK，施用哈茨木霉菌和肥侶的水稻結(jié)實(shí)率顯著高于CK。 對于水稻的千粒重與每穗粒數(shù)，施用3 種生物菌劑的水稻與CK 相比無顯著差異。施用3 種生物菌劑的水稻實(shí)際產(chǎn)量均高于CK，差異顯著，各處理間產(chǎn)量最終表現(xiàn)為金滿田＞肥侶＞哈茨木霉菌＞CK，比對照分別增產(chǎn)10．92%、9．86%、3．92%。施用3 種生物菌劑的處理之間的單位面積有效穗數(shù)以金滿田最高，但各處理間均無顯著差異，施用金滿田的處理每穗粒數(shù)顯著高于哈茨木霉菌處理，施用肥侶和哈茨木霉菌的處理結(jié)實(shí)率顯著高于金滿田。

表1 不同生物菌劑對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 1 Effects of different biological agents on rice yield and its components of the tested variety

2.2 不同生物菌劑對水稻干物質(zhì)生產(chǎn)的影響

2.2.1 不同生物菌劑對水稻主要生育時(shí)期單莖和群體干物重的影響 與CK 相比， 施用3 種生物菌劑的水稻單莖干物重、群體干物重均顯著大于CK。從群體干物重來看，水稻施用不同生物菌劑，拔節(jié)期、抽穗期和成熟期均以金滿田最高，哈茨木霉菌次之，肥侶最低。從單莖干物重來看，水稻施用不同生物菌劑，拔節(jié)期、抽穗期均以金滿田最高，哈茨木霉菌次之，肥侶最低；成熟期以金滿田最高，肥侶次之，哈茨木霉菌最低（表2）。

表2 不同生物菌劑對水稻主要生育時(shí)期單莖和群體干物重的影響Table 2 Effects of different biological agents on dry matter weight of single culm and population in main growth stages of rice

2.2.2 不同生物菌劑對水稻干物質(zhì)積累及群體生長率的影響 由表3 可知，在拔節(jié)-抽穗階段，施用3 種生物菌劑的水稻干物質(zhì)階段積累量均顯著高于CK。 在抽穗-成熟階段，施用3 種生物菌劑的水稻干物質(zhì)階段積累量與CK 相比無顯著差異。 兩個(gè)階段都以施用金滿田的水稻干物質(zhì)階段積累量最多，施用肥侶的水稻次之，施用哈茨木霉菌的水稻最少。 在拔節(jié)-抽穗、抽穗-成熟兩個(gè)階段，水稻群體生長率與干物質(zhì)階段積累量趨勢相同。在拔節(jié)-抽穗階段，施用3 種生物菌劑的水稻群體生長率均顯著高于CK。在抽穗-成熟階段，施用3 種生物菌劑的水稻群體生長率與CK 相比無顯著差異。施用肥侶的水稻在拔節(jié)-抽穗階段的干物質(zhì)積累量占生物總量的比例顯著高于CK。在抽穗-成熟階段，施用3 種生物菌劑的水稻干物質(zhì)積累量占生物總量的比例與CK 相比無顯著差異。

表3 不同生物菌劑對水稻干物質(zhì)積累及群體生長率的影響Table 3 Effects of different biological agents on dry matter accumulation and population growth rate of rice

2.2.3 不同生物菌劑對水稻葉片及莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響 由表4 可知，在單莖葉片物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面，施用3 種生物菌劑的水稻抽穗期與成熟期的單莖葉片干物質(zhì)、表觀轉(zhuǎn)運(yùn)量均大于CK，且差異顯著。施用金滿田的水稻表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率與CK 相比無顯著差異，施用哈茨木霉菌和肥侶的水稻表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率均顯著大于CK。 施用3 種生物菌劑水稻相比較，表觀轉(zhuǎn)運(yùn)量與表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率趨勢一致，表現(xiàn)為肥侶最大，哈茨木霉菌次之，金滿田最小。

在單莖莖鞘物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面，施用3 種生物菌劑的水稻成熟期的單莖莖鞘干物質(zhì)、表觀轉(zhuǎn)運(yùn)量、表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率與CK 相比無顯著差異。 在抽穗期，施用金滿田的水稻單莖莖鞘干物質(zhì)顯著大于CK。 3 種生物菌劑之間，表觀轉(zhuǎn)運(yùn)量與表觀轉(zhuǎn)運(yùn)率趨勢一致，表現(xiàn)為哈茨木霉菌最大，金滿田次之，肥侶最小。

表4 不同生物菌劑對水稻葉片及莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 4 Effects of different biological agents on dry matter transport in rice leaves, culm and sheath

2.3 不同生物菌劑對水稻光合特性的影響

2.3.1 不同生物菌劑對水稻劍葉葉綠素含量及光合特征參數(shù)的影響 由表5 可知，在齊穗期、齊穗后20d，施用3 種生物菌劑的水稻葉綠素含量均顯著高于CK。 在齊穗后10d，施用肥侶和哈茨木霉菌的水稻葉綠素含量顯著高于CK，施用金滿田的水稻葉綠素含量與CK 相比無顯著差異。 3 種生物菌劑中，在齊穗期和齊穗后20d劍葉葉綠素含量表現(xiàn)一致，以施用金滿田的水稻劍葉葉綠素含量最多；施用肥侶的水稻次之；施用哈茨木霉菌的水稻最少。 齊穗后10d 劍葉葉綠素含量，以施用肥侶的水稻劍葉葉綠素含量最多；施用哈茨木霉菌的水稻次之；施用金滿田的水稻最少。 齊穗期施用3 種生物菌劑的水稻凈光合速率、胞間CO2濃度與CK 相比無顯著差異。 施用金滿田的水稻氣孔導(dǎo)度顯著大于CK。 施用金滿田和肥侶的水稻蒸騰速率顯著大于CK。

2.3.2 不同生物菌劑對水稻葉面積指數(shù)、光合勢及凈同化率的影響 由表6 可知，在抽穗期與成熟期，施用金滿田和肥侶的水稻葉面積指數(shù)顯著大于CK，施用哈茨木霉菌的水稻葉面積指數(shù)與CK 相比無顯著差異，其中施用生物菌劑的水稻相互比較，葉面積指數(shù)均以施用金滿田的水稻最大，施用肥侶的水稻次之，施用哈茨木霉菌的水稻最小。在抽穗期-成熟期，施用金滿田和肥侶的水稻光合勢顯著大于CK，施用哈茨木霉菌的水稻光合勢與CK 相比無顯著差異，其中施用生物菌劑的水稻相互比較，光合勢大小表現(xiàn)趨勢與葉面積指數(shù)一致。

表5 不同生物菌劑對水稻劍葉葉綠素含量及光合特征參數(shù)的影響Table 5 Effects of different biological agents on chlorophyll content and photosynthetic parameters in flag leaves of rice

在拔節(jié)期-抽穗期，施用生物菌劑的水稻凈同化率均顯著大于CK，在抽穗期-成熟期，施用金滿田和哈茨木霉菌的水稻凈同化率顯著大于CK，施用肥侶的水稻凈同化率與CK 相比無顯著差異。

表6 不同生物菌劑對水稻葉面積指數(shù)、光合勢及凈同化率的影響Table 6 Effects of different biological agents on leaf area index, photosynthetic potential and net assimilation rate of rice

3 討論與結(jié)論

3.1 不同生物菌劑對水稻產(chǎn)量的影響

水稻產(chǎn)量由單位面積有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、千粒重、結(jié)實(shí)率決定。 王杰鵬等[8]認(rèn)為微生物菌劑提高了水稻總穗數(shù)和有效穗數(shù)，千粒重和穗粒數(shù)表現(xiàn)出較好的規(guī)律性，從而促進(jìn)產(chǎn)量的提高。劉科研等[9]研究表明水稻應(yīng)用生物菌劑增加了有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，并降低了空秕率。 于洋等[10]研究表明相比常規(guī)對照，微生物菌劑提高了水稻穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，從而提高水稻產(chǎn)量。本試驗(yàn)研究表明，相比CK，施用3 種生物菌劑均提高了水稻的產(chǎn)量， 各處理間產(chǎn)量最終表現(xiàn)為金滿田＞肥侶＞哈茨木霉菌＞CK。 在保證每穗粒數(shù)與千粒重穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，金滿田對于水稻產(chǎn)量的提高主要表現(xiàn)在水稻有效穗數(shù)的提高；哈茨木霉菌對于水稻產(chǎn)量的提高主要表現(xiàn)在結(jié)實(shí)率的提高；肥侶對于水稻產(chǎn)量的提高主要表現(xiàn)在有效穗數(shù)與結(jié)實(shí)率的提高。不同的生物菌劑對于水稻產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素影響不同， 可能由于不同的生物菌劑所含微生物種類及數(shù)量不同， 具體的原因后續(xù)將進(jìn)一步研究。 本試驗(yàn)研究結(jié)果與前人一致，水稻施用生物菌劑能夠增加有效穗數(shù)、結(jié)實(shí)率，從而有助于水稻產(chǎn)量的提高。

3.2 不同生物菌劑對水稻干物質(zhì)生產(chǎn)的影響

程建峰等[11]認(rèn)為水稻開花后，碳的同化能力強(qiáng)，有利于形成較多干物質(zhì)，并運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化至籽粒中，促進(jìn)籽粒產(chǎn)量的形成。錢銀飛等[12]認(rèn)為抽穗-成熟干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量成極顯著正相關(guān)，拔節(jié)-抽穗的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量呈正相關(guān)。陳保宇[13]認(rèn)為在常規(guī)施肥的情況下，水稻應(yīng)用微生物菌劑，能夠提高干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)。胡雅杰等[14]認(rèn)為，水稻生育后期群體生長率高，有利于產(chǎn)量的形成。 郭保衛(wèi)等[15]對不同類型水稻品種研究表明，群體生長率在拔節(jié)期至抽穗期最大,抽穗期至成熟期次之,播種期至拔節(jié)期最小，表現(xiàn)為“前小,中高,后強(qiáng)”。本研究結(jié)果表明，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上配施不同的生物菌劑，水稻植株個(gè)體的生長發(fā)育得到不同程度地提高，單莖莖葉重、表觀轉(zhuǎn)運(yùn)量及轉(zhuǎn)運(yùn)率表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。同時(shí)，群體干物重、階段積累量和群體生長率等群體指標(biāo)也優(yōu)于對照。因此，水稻施用生物菌劑，有利于水稻的干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)，從而促進(jìn)水稻產(chǎn)量的形成。

3.3 不同生物菌劑對水稻光合特性的影響

劉玉蘭等[16]研究認(rèn)為水稻劍葉SPAD 下降慢，劍葉能夠保持較高的葉綠素含量，減緩后期的衰老，從而保證有足夠的營養(yǎng)物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)移。 李俊周等[17]認(rèn)為抽穗開花后0～35d，葉綠素SPAD 值與水稻的產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。 劉一江等[18]研究結(jié)果表明施用微生物菌劑的水稻光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度都顯著高于對照。 本試驗(yàn)結(jié)論表明，施用3 種生物菌劑的水稻在齊穗期、齊穗后10d 和齊穗后20d，增加了劍葉葉綠素含量，使其能夠保持較高的葉綠素含量，減緩劍葉葉片后期的衰老。同時(shí)，生物菌劑的施用，提高了水稻齊穗期劍葉葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度與蒸騰速率，從而提升了水稻的光合性能，這與前人的研究一致。 葉面積指數(shù)、光合勢及凈同化率作為群體結(jié)構(gòu)與群體物質(zhì)生產(chǎn)的相關(guān)指標(biāo)，前人已進(jìn)行大量研究。 趙黎明等[19]研究認(rèn)為，水稻群體生育中后期較高的葉面積指數(shù)能夠提高群體的光合生產(chǎn)能力，彌補(bǔ)前期群體的光合生產(chǎn)能力的不足。吳文革等[20]研究表明，超高產(chǎn)群體后期葉面積衰減慢，抽穗后群體仍具有較大光合勢，生長速率大，光合物質(zhì)積累能力強(qiáng)。 本試驗(yàn)研究表明，相比CK，施用3 種生物菌劑的水稻葉面積衰減慢，具有較高的葉面積指數(shù)，能夠保持較高的光合勢和凈同化率，從而更有利于光合物質(zhì)生產(chǎn)與積累，這與前人的研究一致。 因此，施用不同的生物菌劑，能不同程度提高水稻的葉面積指數(shù)、光合勢及凈同化率。在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上配施生物菌劑，水稻的產(chǎn)量顯著提高，產(chǎn)量增加的原因是有效穗數(shù)的增加與結(jié)實(shí)率的提高。水稻施用生物菌劑在中后期能夠保持較高的葉面積指數(shù)，葉片衰老及葉面積衰減慢，光合勢大，群體生長率及凈同化率高，莖葉、莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)合理，干物質(zhì)生產(chǎn)與積累多。 因此，生物菌劑能夠促進(jìn)水稻的生長發(fā)育，提升水稻的干物質(zhì)生產(chǎn)與光合特性，有利于水稻產(chǎn)量的提高。