化肥減量配施菌草固氮菌肥對巨菌草生長、營養(yǎng)品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的影響

賈雨雷 ，廖真 ，汪麗芳 ，卜建超 ，林標聲 ，3，林輝 ，蘇德偉 ，魯國東 ，林占熺 *

（1. 福建農(nóng)林大學生命科學學院，福建 福州 350002；2. 國家菌草工程技術(shù)研究中心，福建 福州 350002；3. 龍巖學院生命科學學院，福建 龍巖364012）

巨菌草（Pennisetum giganteum）隸屬于被子植物門，單子葉植物綱，禾本科，狼尾草屬，多年生草本，是典型的C4植物，適宜在熱帶、亞熱帶和溫帶生長［1］。巨菌草根系發(fā)達，分蘗能力強，抗逆性強，產(chǎn)草量高，粗蛋白含量高［2］。目前已經(jīng)在我國福建、浙江、寧夏、新疆、廣西、海南等省，以及巴布亞新幾內(nèi)亞、盧旺達、萊索托等國家種植［3］。巨菌草營養(yǎng)價值高，適口性好，用途廣泛，既可代替木屑栽培食藥用菌，解決菌林矛盾，又可作為動物飼料，在生態(tài)治理方面也具有廣泛的應(yīng)用［4-5］。在巨菌草種植中，為了提高其產(chǎn)量，往往會施用化肥。但是化肥的過度不合理施用不僅會造成資源浪費，還會導致土壤板結(jié)、土壤酸化［6-7］，水體富營養(yǎng)化［8］，污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等，妨礙農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

內(nèi)生固氮菌不僅能夠為宿主提供氮素，還能通過分泌生長素、溶磷、增強植株抗逆性等促進植物的生長［9］。林標聲等［10］從巨菌草成熟期根部分離得到固氮菌Klebsiella variicolaGN02，研究發(fā)現(xiàn)該菌株在巨菌草不同生長時期根莖葉中均具有一定的固氮能力，其在成熟期固氮率達到15.00%～27.27%。葉文雨等［11］從巨菌草根中分離得到固氮菌Klebsiella variicolafjg102，研究發(fā)現(xiàn)該菌株對稻瘟病菌具有抑制作用。此外，接種該菌株能夠明顯促進大麥（Hordeum vulgare）的生長，使其葉長、根長、根重、鮮重和干重分別增加37.26%、9.40%、66.16%、96.40%和80.00%。有關(guān)巨菌草內(nèi)生固氮菌的研究除本課題組有報道外，目前國內(nèi)外尚未見報道。本研究旨在利用前期從巨菌草中篩選的優(yōu)良內(nèi)生固氮菌株制備菌草固氮菌肥，并測定其對巨菌草生長、產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)的影響，為菌草固氮菌肥的應(yīng)用和推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗樣地設(shè)在福州福建農(nóng)林大學旗山校區(qū)國家菌草工程技術(shù)研究中心基地（25°50′30″N，118°56′45″E），海拔700 m，年均降水量1674 mm，年均氣溫19.5 ℃，試驗地土壤全氮含量4.97 g·kg-1，有機質(zhì)含量58.3 g·kg-1，堿解氮含量 142.8 mg·kg-1，速效磷含量 75.7 mg·kg-1，速效鉀含量 191 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗為隨機完全區(qū)組設(shè)計，設(shè)5 個處理，分別為不施肥（空白對照，CK0），滅菌的菌草固氮菌肥（基質(zhì)對照，CK1），菌草固氮菌肥（T1），菌草固氮菌肥+75%化肥（T2），全量化肥（FHF）。每處理重復3 次，共15 小區(qū)。小區(qū)面積為 5 m×10 m=50 m2，化肥為復合肥（N∶P2O5∶K2O=18∶6∶6），用量為 525 kg·hm-2，菌草固氮菌肥用量為750 kg·hm-2，施肥方法采用放射性溝施，深度25～35 cm，先施入化肥，覆土后再施菌草固氮菌肥，菌肥施完后立即覆土。菌草固氮菌肥是固氮菌和溶磷菌、解鉀菌的混合物，菌種是由福建農(nóng)林大學國家菌草工程技術(shù)研究中心提供的優(yōu)良菌株。產(chǎn)酸克雷伯氏菌（Klebsiella oxytoca）：分離自巨菌草根部且經(jīng)過篩選的優(yōu)良固氮菌株；膠質(zhì)芽孢桿菌（Bacillus mucilaginosus）：分離自巨菌草根際且經(jīng)過篩選的高效溶磷、解鉀菌株。將活化后的以上兩種菌株按1∶1 比例的混合菌液分別接種到LB 液體培養(yǎng)基（酵母提取物5 g，蛋白胨10 g，氯化鈉10 g，加蒸餾水至1 L）中，于 30 ℃、150～180 r·min-1下振蕩培養(yǎng)至對數(shù)生長期。分別取 150～200 mL 菌液和650～750 g 巨菌草、250～350 g 菌草食（藥）用菌菌糟、100～150 mL 營養(yǎng)液混合裝入帶呼吸閥的聚乙烯薄膜發(fā)酵袋中，在25～32 ℃下發(fā)酵5～10 d［12］。菌株及菌肥均來自本課題組。

1.3 測定指標

試驗于2019 年5-11 月開展。巨菌草刈割當天，每個小區(qū)隨機挑選10 株用于株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)的測定。分別在每個小區(qū)中隨機選擇3 個2 m×2 m 樣方，將樣方內(nèi)所有巨菌草齊地刈割，測定鮮草產(chǎn)量。將巨菌草用粉碎機研磨成草粉，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，混勻后采用四分法取樣測定各營養(yǎng)成分。采集各處理0～20 cm 的耕層土壤，每個試驗小區(qū)采用“S”法隨機取5 點采集巨菌草根際土樣充分混勻作為1 個土樣，每個處理重復3 次，將新鮮土樣帶回實驗室室內(nèi)風干用于土壤理化性質(zhì)的測定。

按照 GB/T 6433-2006 測定粗脂肪［13］；按照 GB/T 6432-2018 測定粗蛋白［14］；按照 GB/T 6434-2006 測定粗纖維［15］；按照 NY/T 1459-2007 測定酸性洗滌纖維［16］；按照 GB/T 20806-2006 測定中性洗滌纖維［17］；按照 GB/T 20805-2006 測定木質(zhì)素［18］；按照 GB/T 6438-2007 測定粗灰分［19］；按照 NY/T 1121.24-2012 測定土壤全氮［20］；按照 LY/T 1228-2015 測定土壤堿解氮［21］；按照 HJ 704-2014 測定土壤有效磷［22］；按照 NY/T 889-2004 測定土壤速效鉀［23］；按照 NY/T 1121.6-2006 測定土壤有機質(zhì)［24］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 和Grafhpad Prism 軟件進行數(shù)據(jù)分析和作圖（P＜0.05 為顯著性水平）。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌草固氮菌肥對巨菌草生長的影響

不同施肥處理下巨菌草株高（圖1A）的表現(xiàn)為T2＞FHF＞CK1＞T1＞CK0，除CK0外，其余各處理間均無顯著差異。與CK0相比，其余各處理使巨菌草株高增加38.0%～48.0%。其中T2處理效果最顯著。T2與FHF 處理相比無顯著差異。

圖1 不同處理對巨菌草株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)的影響Fig. 1 Effects of different treatments on plant height，leaf number and tiller number of P. giganteum

不同施肥處理下巨菌草葉片數(shù)（圖 1B）的表現(xiàn)為 T2＞CK1＞T1＞FHF=CK0，CK0、CK1、FHF 和 T1處理之間差異不顯著，CK1、T1和T2處理之間差異不顯著，T2處理與CK0、FHF 處理相比差異顯著。其中T2處理葉片數(shù)較CK0增加14.06%。與FHF 處理相比，T2處理能夠顯著增加巨菌草的葉片數(shù)。

不同施肥處理下巨菌草分蘗數(shù)（圖1C）的表現(xiàn)為T2＞T1＞CK1＞FHF＞CK0，其中T2處理效果最顯著，且T2和T1處理間無顯著差異，T2與CK0、CK1、FHF 處理間均存在顯著差異。與FHF 處理相比，T2處理能夠顯著增加巨菌草的分蘗數(shù)。

2.2 菌草固氮菌肥對巨菌草產(chǎn)量的影響

不同施肥處理下巨菌草產(chǎn)量（表1）的表現(xiàn)為T2＞FHF＞T1＞CK1＞CK0，各施肥處理均顯著高于 CK0處理。CK1、FHF 和 T1處理之間無顯著差異，F(xiàn)HF、T1和T2處理之間無顯著差異，其中T2處理效果最顯著。T2處理產(chǎn)量較FHF 處理增加7.8%。

2.3 菌草固氮菌肥對巨菌草品質(zhì)的影響

從表2 可以看出，不同施肥處理下巨菌草粗脂肪、粗蛋白、粗纖維、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、木質(zhì)素和粗灰分含量之間存在著顯著差異。其中T2處理效果最顯著，與FHF 處理相比，粗脂肪和中性洗滌纖維含量無顯著差異，但是粗蛋白、粗纖維、酸性洗滌纖維、木質(zhì)素和粗灰分含量與FHF 處理相比差異顯著，分別增加了21.64%、3.92%、4.80%、18.05%、10.13%。

表1 不同處理對巨菌草產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different treatments on the yield of P. gi?ganteum（mean±SD）（kg·hm-2）

表2 不同處理對巨菌草營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different treatments on nutrient quality of P.giganteum（mean±SD）

2.4 菌草固氮菌肥對土壤養(yǎng)分的影響

從表 3 可以看出，不同施肥處理下土壤堿解氮含量的表現(xiàn)為 T2＞FHF＞T1＞CK1＞CK0，F(xiàn)HF 和 T2，CK1和CK0，CK1和T1處理之間無顯著差異，其中T2處理效果最顯著。

不同施肥處理下土壤速效磷含量的表現(xiàn)為T2＞FHF＞T1＞CK1＞CK0，CK0和CK1，F(xiàn)HF 和T2處理之間無顯著差異，其中T2處理效果最顯著。

不同施肥處理下土壤速效鉀含量的表現(xiàn)為 FHF＞T2＞T1＞CK1＞CK0，CK1、FHF、T1和 T2處理之間無顯著差異。

不同施肥處理下土壤有機質(zhì)含量的表現(xiàn)為T2＞T1＞FHF＞CK1＞CK0，F(xiàn)HF、T1和T2處理之間無顯著差異，CK1、FHF 和T1處理之間無顯著差異，其中T2處理效果最顯著。

表3 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響Table 3 Effects of different treatments on soil physical and chemical properties of P.giganteum（mean±SD）

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，各施肥處理均能在一定程度上促進巨菌草的生長，提高其產(chǎn)量。其中菌草固氮菌肥和75%化肥配施效果最顯著，能夠明顯提高巨菌草的株高、葉片數(shù)、分蘗數(shù)和產(chǎn)量。Peng 等［25］研究發(fā)現(xiàn)水稻（Oryza sativa）在接種聯(lián)合固氮菌后可使其葉片的光合速率提高12%，產(chǎn)量增加16%；Govindarajan 等［26］將BurkholderiaMG43接種于甘蔗（Saccharum officinarum），發(fā)現(xiàn)其可代替一半氮肥，節(jié)省70 kg·hm-2氮肥。已有研究表明，菌肥中的有益微生物可分解釋放土壤中被固定的養(yǎng)分供作物吸收利用，如聯(lián)合固氮菌除了能為宿主提供氮素以外，還同時具有分泌生長素、溶磷、增強植株抗病性、抗逆境等多方面的促進植物生長的作用［27-30］。如溶磷微生物分泌出的有機酸可以降低土壤pH，提高P、Ca 等礦物元素的有效利用率［31］。其他研究也證實適宜比例的化學肥料與微生物接種劑結(jié)合施用有助于提高土壤微生物種群密度，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高土壤速效氮、磷、鉀的含量，最終顯著提高植物的肥料利用率［32］。

此外，各施肥處理均能在不同程度上改善巨菌草的營養(yǎng)品質(zhì)，其中菌草固氮菌肥+75%化肥配施效果最好，與對照組相比，能夠顯著提高巨菌草粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、木質(zhì)素和粗灰分含量，同時降低中性洗滌纖維含量。韓文星等［33］和許永勝等［34］研究表明，微生物菌肥拌種與減量化肥配施后，燕麥（Avena sativa）粗蛋白、粗脂肪含量較對照有所提高，酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量顯著降低，相對飼用價值有所提高，本研究結(jié)果與此一致。與此同時，菌草固氮菌肥+75%化肥處理下，巨菌草粗蛋白、粗纖維、木質(zhì)素、粗灰分含量均顯著高于單施化肥處理。已有研究表明，微生物菌肥中的有益菌可以分泌產(chǎn)生大量類似作物生長調(diào)節(jié)素的物質(zhì)以及一些激素物質(zhì)，能夠很好地調(diào)節(jié)作物的生長發(fā)育，促進生產(chǎn)與產(chǎn)量的提升，增強作物中蛋白質(zhì)、氨基酸、纖維素等多種營養(yǎng)成分的含量，明顯改善作物的品質(zhì)［35-36］。

本研究還發(fā)現(xiàn)，菌草固氮菌肥和75%化肥配施，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量分別較不施肥處理顯著增加。韓光等［37］研究表明，根瘤菌和PGPR 菌肥處理使土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、有效磷和速效鉀的含量比只種植苜蓿（Medicago sativa）分別提高了42.2%、58.8%、8.0%、12.6%、37.2%和40.2%。逄煥成等［38］研究表明，施用微生物菌劑后，土壤有機質(zhì)、速效N、P、K 含量均明顯高于無添加菌劑對照處理，本研究結(jié)果與此一致。施肥能夠改變土壤的肥力情況，養(yǎng)分含量變化如土壤有機碳［39-40］、總氮［41-42］等直接驅(qū)動了土壤微生物群落轉(zhuǎn)變，增加或降低了微生物群落多樣性；也有研究認為，施肥通過改變土壤性質(zhì)間接作用于土壤微生物［43］。土壤微生物能分泌生長活性物質(zhì)，如生長素、細胞分裂素、玉米素等，促進植物生長［44］。因此施肥條件下土壤理化性質(zhì)與微生物兩者相互作用，相互影響，共同促進植物的生長，進而提高植物的產(chǎn)量。

陶偉等［45］研究發(fā)現(xiàn)，在芥菜（Brassica juncea）栽培中，85%化肥+復合微生物菌肥配施能夠提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)及改良土壤環(huán)境。王慶玲等［46］在探究化肥減量配施生物有機肥對蒜苗（Allium sativum）生理特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)化肥減量20%配施生物有機肥時效果最好。因此，適當?shù)膹秃瞎痰逝c化肥配施，能提高土壤養(yǎng)分的有效性，促進植物的生長和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的改善［47］。微生物菌肥不僅能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植物生長發(fā)育［48-50］，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，提高作物的抗逆能力［51-52］，還能減輕使用化肥對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來的污染。

4 結(jié)論

綜上所述，各施肥處理均能夠在一定程度上促進巨菌草的生長，提高產(chǎn)量，改善其營養(yǎng)品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)，其中，菌草固氮菌肥和75%化肥配施效果最佳。目前國內(nèi)外對于生物固氮菌肥在田間的應(yīng)用效果已有較多研究，但是應(yīng)用效果方面卻存在著較大的差異，可能與菌株的來源、菌株的組合與比例、土壤類型和利用方式、菌肥的施用量等因素有關(guān)。因此，有關(guān)其他因素對生物固氮菌肥應(yīng)用效果的影響，還需進一步的研究探討。