不同種子包衣劑對小麥產(chǎn)量及根際土壤的影響

符慧娟，李星月，楊武云，李其勇，魏會(huì)廷，易 軍，張 鴻

（1四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610066；2四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/農(nóng)業(yè)部西南地區(qū)小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610066；3四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，成都610066）

0 引言

小麥?zhǔn)侵袊饕Z食作物之一。近年來，由于土壤中病菌的積累及氣候的變化，小麥的病蟲害發(fā)生更加普遍和嚴(yán)重，施用化學(xué)農(nóng)藥就成了病蟲害防治的主要措施[1]。同時(shí)，通過投入大量化肥來提高小麥產(chǎn)量，導(dǎo)致未被利用分解的化肥、農(nóng)藥等在土壤中的長期累積，造成土壤板結(jié)、根際土壤微生物群落變化、土壤退化、土壤環(huán)境污染加劇的嚴(yán)重現(xiàn)象[2-4]。隨著種植水平的發(fā)展和防治意識(shí)的提高，采用新型內(nèi)吸性殺蟲殺菌成分的種衣劑能夠有效預(yù)防小麥常見病蟲害的發(fā)生，提高小麥的產(chǎn)量[5]。吡蟲啉種子包衣處理對蚜蟲表現(xiàn)出良好的防效，施藥方式簡單、對天敵昆蟲影響較小[6-7]，而一定比例的吡蟲啉/烯唑醇懸浮種衣劑對小麥紋枯病、蚜蟲具有極佳的防治效果[8]。芽孢桿菌(Bacillusspp.)是一類分布廣泛的重要植物根際促生細(xì)菌，通過固氮、解磷和產(chǎn)生激素類物質(zhì)等促進(jìn)植物生長，通過誘導(dǎo)植物系統(tǒng)抗性和抑制病原物防治植物病害[9-10]，從植物病害的競爭、拮抗、促生和誘抗性四方面控制作物病害的發(fā)生，是一種新型的生防資源，是生物防治的一種重要因子[11-12]。小麥經(jīng)過生物制劑包衣后，不會(huì)影響種子的發(fā)芽和出苗，并可以促進(jìn)植株生育，增強(qiáng)植株的抗倒伏性，對小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量都有明顯提高[13-14]。小麥?zhǔn)菍Φ史磻?yīng)強(qiáng)烈的谷物之一，土壤供氮能力具體表現(xiàn)在土壤硝態(tài)氮比例大小[15]，同時(shí)，土壤酶活性及其類型能夠與土壤養(yǎng)分一起作為評(píng)價(jià)土壤肥力的指標(biāo)之一[16-17]。通過植物促生芽孢桿菌改良后，砒砂巖土壤的有機(jī)質(zhì)、速效磷等土壤理化性質(zhì)含量得到顯著提高，以此為基礎(chǔ)促進(jìn)植株根和莖葉的生長，增加小麥植株的鮮重和干重[18-20]。此外，葉片葉綠素含量直接影響小麥光合作用速率和光合產(chǎn)物的形成，進(jìn)而影響小麥的生長及籽粒發(fā)育，最終影響小麥的產(chǎn)量[21-23]。針對小麥種子包衣的研究多在于小麥的病蟲害防控和產(chǎn)量的方面，筆者從小麥旗葉葉綠素含量和葉片光合作用入手，通過分析不同包衣劑處理下小麥的葉綠素含量、葉片氮含量、葉片光合參數(shù)等與小麥產(chǎn)量的關(guān)系，另一方面，土壤作為植物生長發(fā)育的重要基質(zhì)，改善土壤環(huán)境對土壤中的有機(jī)質(zhì)及分解土壤中各種元素的土壤酶活等具有重要意義，文章分析了不同包衣處理對小麥土壤理化性質(zhì)和土壤酶活的影響，探討了不同包衣劑種子包衣對小麥產(chǎn)量和土壤環(huán)境的影響，旨在為保護(hù)麥田及小麥安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2018年10月—2019年5月在廣漢市西高鎮(zhèn)白里村水稻專家大院試驗(yàn)田進(jìn)行，試驗(yàn)田土壤(0～25 cm)有機(jī)質(zhì)27.30 g/kg、速效氮60.49 mg/kg、速效磷15.16 mg/kg、速效鉀70.12 mg/kg、全氮1.61 g/kg、全磷0.96 g/kg、全鉀12.85 g/kg。

1.2 試驗(yàn)處理

供試小麥品種為抗性品種‘川麥104’。試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理和1個(gè)CK空白對照進(jìn)行對比試驗(yàn)，處理1化學(xué)包衣(T1)采用常規(guī)化學(xué)種衣劑（有效成分60%吡蟲啉，懸浮種衣劑），藥種比1:25，拌種劑兌入適量清水混勻后進(jìn)行種子包衣，陰干后播種；處理2生物包衣(T2)采用生防菌種衣劑（內(nèi)生芽孢桿菌EndophyticBacillus，活菌數(shù)≥200億/g），藥種比1:20，噴灑適量清水使種子表面濕潤，加入拌種劑使之均勻沾附在種子表面，稍晾干后播種。生防菌種衣劑為中農(nóng)綠康廣譜型生物菌劑，該菌劑是一種植物微生態(tài)制劑，選用對雙子葉植物生長、抗病性有益的內(nèi)生芽孢桿菌，利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)加工制備而成，能夠在植物體表、體內(nèi)定植轉(zhuǎn)移，與寄主植物的親和性高，受環(huán)境影響較小，對植物、動(dòng)物、環(huán)境等無毒無污染，安全性高，具有促長增產(chǎn)、早熟抗病，提高品質(zhì)等功能。

試驗(yàn)底肥采用15:15:15的氮磷鉀復(fù)合肥(525kg/hm2)（折合純N 75 kg/hm2），硅肥施用量（22.5 kg/小區(qū)，合600 kg/hm2），選用綠地康2號(hào)-稻麥型微生物土壤調(diào)理菌劑（有效活菌數(shù)≥5億/g），用量60 kg/hm2。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 土壤酶活及養(yǎng)分含量測定 于小麥分蘗期，采用五點(diǎn)取樣法對試驗(yàn)田塊耕作層土壤進(jìn)行取樣，取樣深度為15 cm，分別測定土壤過氧化氫酶(S-CAT)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤脲酶(S-UE)、土壤酸性磷酸酶(SACP)、土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)和土壤硝態(tài)氮、土壤pH等數(shù)據(jù)。

1.3.2 小麥旗葉葉綠素含量測定 在小麥開花期，每小區(qū)選取5點(diǎn)、每點(diǎn)選取5葉片，采用TYS-4N型手持葉綠素測定儀測定小麥旗葉葉綠素含量、葉片氮含量、葉面濕度、葉面溫度。

1.3.3 小麥葉片光合性狀測定 在小麥灌漿期，每小區(qū)選取5點(diǎn)、每點(diǎn)選取1葉片，采用Lcpro-SD光合儀測定小麥旗葉的光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、CO2氣孔導(dǎo)度(Gs)、葉片溫度(Tleaf)。光合速率測定時(shí)選擇LED紅藍(lán)冷光控制光強(qiáng)為1500 μmol/(m2·s)、測定氣體流速為200 μmol/s，測定溫度與當(dāng)時(shí)葉溫一致，濕度為當(dāng)時(shí)空氣濕度。

1.3.4 小麥產(chǎn)量及其主要性狀的測定 在小麥灌漿后期，每小區(qū)隨機(jī)選取有代表性植株15株分別測定植株地上部分莖鞘、穗各部分干物質(zhì)量（105℃殺青30 min后70℃烘干至恒質(zhì)量）計(jì)算小麥生物產(chǎn)量；在小麥成熟期，每處理選取5點(diǎn)進(jìn)行采樣，調(diào)查小麥的株高、穗長、小穗數(shù)、退化小穗數(shù)及平均穗粒數(shù)；分小區(qū)收割曬干后進(jìn)行產(chǎn)量實(shí)測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同包衣處理對土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性的影響

不同包衣處理的小麥土壤養(yǎng)分及土壤酶活情況如表1所示，CK、T1、T2的土壤pH值均為酸性，趨勢呈現(xiàn)CK＜T1＜T2，土壤有機(jī)質(zhì)含量顯示T1、T2處理均比CK高，但處理與CK之間的土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著；而T2處理的土壤硝態(tài)氮含量高于T1和CK，T2與T1、CK處理之間的土壤硝態(tài)氮含量差異顯著。植物本身和土壤微生物均能夠分泌不同酶來促進(jìn)土壤中各類養(yǎng)分分解和有效利用[24]。與CK相比，T2處理的SCAT、S-SC、S-UE、S-ACP酶活性明顯更高，T2處理的SCAT、S-SC、S-ACP酶活分別比CK高1.06 μmol/(d·g)、3.27 mg/(d·g)、2.97 μmol/(d·g)，而S-UE酶活比CK高107.78 μg/(d·g)。

表1 小麥在不同包衣處理下的土壤養(yǎng)分及土壤酶活

2.2 不同包衣處理對小麥葉綠素含量、葉片氮含量等的影響

葉綠素是綠色植物重要的光合色素，是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)[25]。不同包衣處理對開花期小麥葉綠素含量、葉片氮含量等的影響如圖1所示，T2處理的小麥旗葉葉綠素含量、葉片氮含量顯著高于T1處理和CK，其中，T2處理比CK的小麥旗葉葉綠素含量高8.40%，比CK的葉片氮含量高4.79%。

圖1 小麥在不同包衣處理下的葉綠素及葉片氮含量情況

2.3 不同包衣處理對小麥氣體交換參數(shù)的影響

作物的光合作用特性通常以光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度等指標(biāo)來反映[26]。如表2所示，T1、T2處理的小麥旗葉Pn的平均值分別為14.10 μmol/(m2·s)、16.92 μmol/(m2·s)，分別比 CK 的小麥光合速率高1.59%、21.90%；T2處理的小麥旗葉Tr和Gs平均值分別為8.56 mmol/(m2·s)、2.93 mol/(m2·s)，比CK的平均值分別高出52.04%、5.78%，其中T2處理的旗葉Tr顯著高于T1和CK；由于小麥光合作用的增強(qiáng)降低了CO2濃度，Ci平均值變化趨勢為T2＜T1＜CK，T2處理的平均值為346.80 μmol/mol，比CK胞間CO2濃度低18.00 μmol/mol。

表2 小麥在不同包衣處理下的氣體交換參數(shù)

2.4 不同包衣處理對小麥產(chǎn)量、生物產(chǎn)量及其主要性狀的影響

不同包衣處理對小麥產(chǎn)量及其主要性狀的影響見表3，T2處理的小麥的平均株高和穗長分別達(dá)到了93.26 cm和13.13 cm，比CK處理顯著提高了6.64%、27.23%；T2處理的小麥平均小穗數(shù)和20穗平均穗粒數(shù)分別為22.25個(gè)和71.00粒，退化小穗數(shù)僅有1.75個(gè)，其中20穗平均穗粒數(shù)比CK處理提高了76.70%，退化小穗數(shù)比CK減少了43.18%；通過實(shí)收實(shí)測獲取的小麥的產(chǎn)量數(shù)據(jù)顯示，T2處理的小麥產(chǎn)量達(dá)到6.25 t/hm2，比CK的小麥產(chǎn)量增加了36.00%；取15株小麥樣品分別測取穗、莖稈的物質(zhì)積累量，如圖2所示，T2處理的小麥穗及莖稈的物質(zhì)積累量均顯著高于CK和T1處理。

表3 小麥在不同包衣處理下主要性狀及其產(chǎn)量

圖2 小麥在不同包衣處理下干物質(zhì)積累情況

3 結(jié)論與討論

土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮等是小麥生長發(fā)育及作物碳氮積累過程所需營養(yǎng)的重要來源，其中氮素積累主要來源于土壤硝態(tài)氮及土壤礦化的有機(jī)氮[15]，土壤有機(jī)質(zhì)主要來源于土壤中動(dòng)植物殘?bào)w物。土壤有機(jī)質(zhì)、土壤硝態(tài)氮含量除與土壤濕度、溫度、酸堿度相關(guān)外，還受到土壤微生物及土壤酶的影響。本研究結(jié)果顯示，內(nèi)生芽孢桿菌能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)質(zhì)等分解為可被吸收利用的硝態(tài)氮，因此生物包衣處理后的土壤硝態(tài)氮含量顯著高于CK；此外，生物包衣制劑（內(nèi)生芽孢桿菌）通過促進(jìn)土壤微生物繁殖并提高土壤酶活，對土壤有機(jī)質(zhì)含量有提高作用。

土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的組分之一，與土壤理化性質(zhì)、土壤類型等密切相關(guān)，既是土壤有機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，也是植物營養(yǎng)元素的活性庫[16]。土壤酶活性、土壤養(yǎng)分含量等對土壤質(zhì)量及肥力水平有影響[17]。本研究結(jié)果顯示，內(nèi)生芽孢桿菌對小麥S-CAT、S-SC、SUE、S-ACP活性均有顯著的促進(jìn)作用，這與閆楊等在生防芽孢桿菌對黃瓜根際土壤酶活性的研究結(jié)果[27]一致，結(jié)合本研究綜合分析原因可能由于內(nèi)生芽孢桿菌能夠刺激土壤有益微生物群落的繁殖，促進(jìn)植物分解和利用土壤有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素的酶和菌的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)土壤酶活性。

葉綠素的高低直接影響植物光合作用[21]。同時(shí)，光合作用又是作物最重要的生理代謝過程，它提供了作物生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，小麥產(chǎn)量的90%～95%來自光合產(chǎn)物[28]。植物光合作用除受環(huán)境因素的影響外，通過充分灌溉[29]、施氮量及施氮方式[30]等能夠加強(qiáng)小麥光合作用，達(dá)到小麥提質(zhì)增產(chǎn)的效果。本研究結(jié)果顯示，內(nèi)生芽孢桿菌處理的小麥旗葉SPAD值及葉片氮含量顯著高于化學(xué)包衣劑（吡蟲啉）處理；內(nèi)生芽孢桿菌的小麥Pn、Tr、Gs等反應(yīng)小麥光合作用的指標(biāo)明顯得到了提高，但Ci略低于吡蟲啉包衣處理，可能由于光合作用加速消耗了CO2；小麥主要性狀等指標(biāo)均得到提高，干物質(zhì)積累量提高，產(chǎn)量提高。小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為內(nèi)生芽孢桿菌＞吡蟲啉＞CK，與小麥旗葉SPAD值、小麥光合作用成正比。

基于研究結(jié)果，利用內(nèi)生芽孢桿菌進(jìn)行包衣比CK處理分別提高了6.35%的土壤有機(jī)質(zhì)含量和22.30%的硝態(tài)氮含量，增加小麥生長發(fā)育的重要營養(yǎng)來源，有利于小麥的生長及產(chǎn)量的提高；其次，內(nèi)生芽孢桿菌可以顯著提高土壤酶活性，促進(jìn)土壤中各養(yǎng)分的分解，改善土壤環(huán)境，增強(qiáng)小麥對土壤中的氮、磷等元素利用；另外生物包衣能一定程度提高小麥葉片的葉綠素含量和葉片氮含量，有利于葉片光合作用的進(jìn)行，對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量都有促進(jìn)作用。