微生物菌劑及硅肥對鹽堿地水稻生長發(fā)育及土壤環(huán)境的影響

丁俊杰 劉凱 姚亮亮 高雪冬 張茂明劉偉 顧鑫 楊曉賀 邱磊 來永才*

（1國家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心 東北分中心，哈爾濱 150086；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154007；3 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150086；第一作者：me999@126.com；*通訊作者：yame0451@163.com）

鹽堿地是一種世界范圍內(nèi)分布廣泛的土地資源，目前全球鹽堿地面積達9.5億hm2[1]，而中國鹽堿地面積約1.0億hm2，耕地鹽堿化760萬hm2[2]。分布在東北地區(qū)的鹽堿地主要集中在松嫩平原，面積達到56.08萬hm2，約占松嫩平原現(xiàn)有耕地面積的7%[3]。鹽堿土含有的氯化物、硫酸鹽、重碳酸鹽等超量鹽堿成分，會導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化、土壤堿性增強、腐殖質(zhì)淋失[4]。鹽堿地中多余鹽分會對作物引起滲透脅迫和離子脅迫作用，降低作物光合作用，輕則導(dǎo)致作物生長受到抑制，重則造成作物萎蔫、死亡，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的產(chǎn)量[5]。土壤鹽堿化是世界性問題，而我國由于過度使用化肥、不合理的灌溉和植被破壞，導(dǎo)致重度鹽堿化土地面積以每年1.4%的速度擴展，改良和開發(fā)利用鹽堿地急需提上日程。鹽堿地的利用與改良可以擴大耕地面積，增加糧食產(chǎn)量、改善生態(tài)環(huán)境[6]。目前國內(nèi)外普遍認為，鹽堿地改良利用根本途徑在于恢復(fù)植被、改善土壤結(jié)構(gòu)[7]，而采取的主要措施為覆蓋秸稈減少土壤水分蒸發(fā)，施用有機肥、化學(xué)改良劑、脫硫石膏、腐殖酸、加微生物肥料菌劑，選育耐鹽植物等，以上措施在生產(chǎn)中均能取得一定的土壤改良效果[8-11]。國內(nèi)外大量科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐證明，開發(fā)鹽堿地種稻是最有效的改良和利用鹽堿地的措施之一，種植水稻能夠打破堿化層，水稻田的水可以將鹽堿土的鹽分淋洗到耕作層外，或者下移至心土層，減少堿性危害[12-13]。黑龍江省不僅是水稻種植大省，同時也是鹽堿地面積較大的省份，鹽堿地種植水稻有著廣闊的應(yīng)用空間。但是，由于鹽堿地特殊的土壤條件和環(huán)境條件，在水稻生產(chǎn)過程中，存在插秧密度不合理、施肥方法和用量不當(dāng)、曬田造成土壤返鹽等諸多問題，導(dǎo)致鹽堿地水稻有效分蘗和有效穗數(shù)少，水稻產(chǎn)量較低。長期施用化肥會導(dǎo)致養(yǎng)分轉(zhuǎn)化率和肥料利用效率低等問題[14]，還容易造成土壤二次污染。因此，合理進行肥料配施一直是鹽堿地水稻科技工作者的研究重點。

目前微生物菌劑和生物有機肥已經(jīng)廣泛應(yīng)用到水稻生產(chǎn)中，對促進水稻的生長、增強水稻代謝功能、提高水稻抗病蟲能力、改善水稻品質(zhì)及生態(tài)環(huán)境，及提升地力均有顯著作用[15-18]，但卻很少將其應(yīng)用到鹽堿地水稻栽培研究之中。在鹽堿地作物生產(chǎn)上增施微生物菌劑不僅可以改善土壤理化性質(zhì)，還能降低Na+含量，減輕對作物生長的抑制[11]。水稻是典型的需硅作物，其體內(nèi)二氧化硅含量高達10%～20%。硅元素能明顯改善水稻植株體內(nèi)的通氣組織，增強根系氧化能力，減輕田間還原性物質(zhì)對根系的抑制作用，還能增強水稻體內(nèi)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的活性，顯著提高水稻在抗倒伏、抗旱、抗早衰等抗逆性方面的能力[19]，有助于鹽堿地水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。因此，本研究通過比較添加微生物生物菌劑、納米硅肥與常規(guī)施肥處理之間的水稻農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀等指標(biāo)，探討微生物菌劑對鹽堿地水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成因子及對鹽堿地土壤環(huán)境的影響，以期達到改良鹽堿地、提高水稻產(chǎn)量的目的，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種：墾粳8號。該品種耐鹽堿，主莖13片葉，橢圓粒型，穗長17.9 cm左右，株高94.3 cm，出苗至成熟生育日數(shù)142 d左右，需有效活動積溫2 650℃左右。供試肥料：星碳菌肥（含2億芽孢/g，有機質(zhì)≥45%，氨基酸≥5%，腐殖酸≥5%，沈陽中贏有限公司生產(chǎn)）、尿素（含N 46.4%）、磷酸二銨（含P 46%、含N 18%）、硫酸鉀（含K 50%）、硫酸銨（含N 21%）、“硅博源”微納米硅肥（齊齊哈爾市松土肥業(yè)有限公司生產(chǎn)）

1.2 試驗方法

試驗于2019年在黑龍江省泰來縣四里五鄉(xiāng)進行，試驗土壤為蘇打鹽堿土，堿解氮70.5 mg/kg，有效磷34.7 mg/kg，速效鉀125.0 mg/kg，有機質(zhì)含量17.4 g/kg，pH值8.18，水溶性鹽含量2.7 g/kg。采用田間隨機區(qū)組試驗方法，4次重復(fù)，每個處理667 m2。秧田管理同常規(guī)生產(chǎn)，本田人工除草，其他田間管理同常規(guī)生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)2個處理。處理1：每hm2施星碳菌肥80 kg、尿素30 kg、磷酸二銨25 kg、硫酸鉀75 kg 作基肥；每hm2施尿素50 kg、硫酸銨100 kg 作分蘗肥；每hm2施尿素60 kg、硫酸銨50 kg和硫酸鉀100 kg 作穗肥。在移栽前1 d每m2噴施“硅博源”微納米硅肥1.49 g。處理2：每hm2施尿素60 kg、磷酸二銨50 kg、硫酸鉀100 kg作基肥；分蘗肥和穗肥同處理1。

1.4 調(diào)查項目及方法

1.4.1 水稻農(nóng)藝性狀

分蘗期測定分蘗數(shù)、葉綠素SPAD、株高、根長和葉面積；抽穗期和成熟期分別測定SPAD值、株高、根長、葉面積和穗長。SPAD值測定，每個處理隨機選擇5叢，每叢測主莖頂1 葉至頂4 葉的SPAD 平均值代表該植株的SPAD值，5 叢主莖葉片SPAD 平均值代表該處理的SPAD值[20]。分蘗數(shù)以平均分蘗數(shù)為準(zhǔn)，每個處理取5 叢植株連根拔起，盡量避免破壞根，用自來水清洗，測定分蘗數(shù)[21]。鋼卷尺測量株高、根長和穗長。長寬矯正法測定水稻葉面積，在直立植株上隨機選取主莖冠層葉片，測定水稻葉片長度和最寬處葉片寬度計算葉面積。葉面積（cm2）=長度×寬度×0.75[22]。

1.4.2 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子

于成熟期，每個處理隨機選取20 叢水稻植株進行有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等產(chǎn)量性狀的測定，產(chǎn)量按照實際測產(chǎn)結(jié)果為準(zhǔn)[23]。

1.4.3 土壤理化指標(biāo)

4月18日采集耕層0～20 cm土樣，并測定土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，9月30日收割測產(chǎn)并采集土樣，進行土壤理化指標(biāo)和微生物數(shù)量的測定。采用“S”形取點法采集土樣，混合均勻后用于測定pH值、全鹽、有機質(zhì)、全氮、全磷、解堿氮、有效磷、速效鉀等指標(biāo)，測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[24]。

1.4.4 土壤微生物數(shù)量

采集好的土壤拌勻后取1 g鮮土與無菌水充分振蕩制成100 mL 懸浮液，靜置后取上清液待用。隨后采用稀釋平板涂布法測定土壤微生物數(shù)量[25]。細菌數(shù)量測定：將上清液分別稀釋至10－6、10－7、10－8，隨后用移液槍分別吸取0.2 mL 稀釋液，移至牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基中，采用無菌涂布器將其均勻涂開，倒置放入培養(yǎng)箱，28℃培養(yǎng)24 h。放線菌數(shù)量測定：用移液槍分別吸取0.2 mL，10－3、10－4、10－5稀釋液移至高氏Ⅰ號培養(yǎng)基中，其余步驟同細菌測定；真菌數(shù)量測定：用移液槍吸取0.2 mL，10－2、10－3、10－4稀釋液移到馬?。霞永t培養(yǎng)基中，其余步驟同細菌測定[26]。每1 g干土樣中的活菌數(shù)（CFU/g）=每皿菌落數(shù)平均值×稀釋倍數(shù)×（1－含水率濕土質(zhì)量）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 軟件計算與作圖，用DPS 7.05軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對不同時期水稻農(nóng)藝性狀的影響

如表1 所示，在分蘗期，T1 處理的SPAD值、分蘗數(shù)和株高顯著優(yōu)于T2，根長和葉面積兩處理間差異?。辉诔墒炱?，T1 處理的葉面積極顯著優(yōu)于T2 處理，SPAD值和根長顯著優(yōu)于T2 處理，株高和穗長兩處理間差異小?？梢姡瑥?fù)合微生物菌劑+納米硅在水稻營養(yǎng)生長期能夠促進植株分蘗及生長。

2.2 對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

由表2可見，T1 處理的千粒重和有效穗數(shù)均極顯著優(yōu)于T2 處理，每穗粒數(shù)和產(chǎn)量顯著優(yōu)于T2 處理（T1處理比T2 處理增產(chǎn)4.47%），結(jié)實率兩處理間差異小?？梢?，復(fù)合微生物菌劑+納米硅可以提高水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子。微生物將肥料中的有機質(zhì)分解成腐殖酸，同時產(chǎn)生二氧化碳，有利于植株干物質(zhì)積累，同時腐殖酸還具有固定鹽分的作用，可改善土壤環(huán)境，促進植株吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)。

2.3 對土壤理化性質(zhì)及微生物數(shù)量的影響

由表3可見，T1 處理土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀顯著高于T2 處理，全磷、全氮、堿解氮則極顯著高于T2 處理；T1 處理pH值和全鹽比T2 處理分別降低0.33和0.1 g/kg，分別達到顯著和極顯著水平。T1 處理土壤中的細菌和放線菌數(shù)量與T2 處理相比差異不大，而真菌數(shù)量極顯著高于T2 處理。微生物肥料中一些解磷、解鉀菌將土壤中植物難以利用的磷鉀元素分解成有效態(tài)，能夠被植物更好吸收。

表3 不同處理對鹽堿地水稻土壤理化性質(zhì)及微生物數(shù)量的影響

3 結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，增施微生物菌劑對土壤性狀改良效果顯著，土壤中的有機質(zhì)增加，速效鉀的利用率也有所提高，pH值及土壤全鹽均小幅度降低，這與前人的研究結(jié)果相一致[16-17]。本研究還發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌劑后，水稻葉面積、SPAD值及根長有一定程度的增加，這與劉桃菊等[27-28]研究結(jié)果一致。劉燕等[29-30]研究表明，復(fù)合微生物肥料對水稻分蘗起到促進作用，能夠提高水稻葉片功能，促進光合作用，增加分蘗數(shù)。本研究中，增施微生物菌劑后，水稻的結(jié)實率沒有顯著變化，而楊天海[31]研究表明，復(fù)合微生物能夠增加水稻結(jié)實率。可能是因為所用微生物菌劑差異導(dǎo)致，也有可能是本研究是應(yīng)用在鹽堿地水稻中，土壤環(huán)境不同所導(dǎo)致。本研究表明，增施微生物菌劑和納米硅后，土壤中的細菌和放線菌數(shù)量雖小幅提高，但差異不顯著，而真菌數(shù)量增加顯著。推測是因為鹽堿長時間脅迫所導(dǎo)致，與之前的一些研究結(jié)果有差異。曹力毅[32]研究發(fā)現(xiàn)，施用微生物菌肥后，鹽堿地土壤中的微生物都有提高，推測與不同地區(qū)土壤鹽堿程度不同有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤中真菌、細菌和放線菌的數(shù)量均隨著土壤鹽堿程度的升高而降低，原因是鹽堿脅迫降低了土壤中微生物碳和氮的含量[33]。

本研究采用的微生物菌劑中還含有≥60%的有機質(zhì)，微生物在土壤中將有機質(zhì)分解為腐殖質(zhì)，同時產(chǎn)生二氧化碳氣體，為植物進行光合作用提供原料，而腐殖質(zhì)具有很強的吸附性，有固定鹽堿土中鹽分的作用。水稻在生長季需要大量硅肥，再加上鹽堿地本身土壤中硅的含量少，硅的淋溶滲透損失嚴(yán)重，所以在鹽堿地水稻種植中補充硅肥很有必要。本試驗僅為1年結(jié)果，同時試驗地點較少，今后還應(yīng)繼續(xù)加大試驗?zāi)晗?，廣泛選擇不同鹽堿地進行綜合分析。兩種肥料同時施用可以減少土壤鹽堿地對水稻的抑制作用，為鹽堿地水稻肥料施用提供新思路。