肥料配施對(duì)小麥根系、根際土壤微生物及秸稈養(yǎng)分積累的影響

葛君 孟自力 張志標(biāo) 任德超 胡新 趙敬領(lǐng) 朱培培

摘要：為了探索促進(jìn)小麥根系生長和秸稈養(yǎng)分吸收的肥料配施方式，通過設(shè)置5個(gè)處理，即不施肥（CK）、100%化肥（F）、70%化肥+有機(jī)肥（F）、100%化肥+EM菌劑（F）、70%化肥+有機(jī)肥+EM菌劑（F），以商麥178為材料，研究不同處理對(duì)小麥與根際微生物的影響。結(jié)果表明，從整體來看，根系活力和根條數(shù)從大到小排序?yàn)镕>F>F>F>CK。其中F處理在苗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期、成熟期根系活力分別比對(duì)照增長83.78%、43.15%、68.63%、107.63%、102.14%，根條數(shù)分別達(dá)到14.9、26.3、46.1、57.3、37.3條。在根際微生物方面，F(xiàn)、F和F處理的小麥根際土壤細(xì)菌及真菌數(shù)量均高于F，且差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。F處理細(xì)菌數(shù)量在先后5個(gè)時(shí)期分別比對(duì)照增加80.04%、87.35%、96.97%、97.03%和160.33%，真菌數(shù)量比對(duì)照分別增加44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%。細(xì)菌和真菌的數(shù)量呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢(shì)，分別在開花期和孕穗期出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在秸稈養(yǎng)分積累方面，在成熟期時(shí)，小麥秸稈氮、磷、鉀含量F處理顯著升高，分別比CK高120.00%、100.00%、119.35%，F(xiàn)、F、F的氮、磷、鉀含量也略有提高。小麥秸稈的氮磷鉀積累量與氮磷鉀含量變化趨勢(shì)基本一致。其中F處理和F處理的小麥秸稈氮含量和氮的積累量差異不顯著，說明單獨(dú)在化肥基礎(chǔ)上做有機(jī)肥部分替代效果不明顯，而在此基礎(chǔ)上增加微生物菌劑效果最為顯著。F>F、F>F，說明在施用相同量的化肥或者化肥與有機(jī)肥配施時(shí)，添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養(yǎng)分。因此，F(xiàn)處理在促進(jìn)小麥根系生長、根際土壤微生物增加及小麥植株養(yǎng)分吸收積累效果最為顯著，這為小麥減少化肥使用和增加肥效提供了一條有效路徑。

關(guān)鍵詞：化肥;有機(jī)肥;EM菌劑;小麥;根系;微生物;秸稈;氮磷鉀

中圖分類號(hào)：S512.110.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）11-0214-05

收稿日期：2021-01-16

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2017YFD0201700）;國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（編號(hào)：CARS-03-31）。

作者簡介：葛 君（1981—），女，河南商丘人，助理研究員，主要從事小麥栽培技術(shù)研究。E-mail：2381105980@qq.com。

通信作者：張志標(biāo)，農(nóng)藝師，主要從事小麥土壤肥料管控技術(shù)研究。E-mail：596389355@qq.com。

長期施用化肥會(huì)使耕地土壤板結(jié)、養(yǎng)分利用低效、土壤肥力不足，從而導(dǎo)致作物總產(chǎn)量低、作物品質(zhì)低劣以及環(huán)境污染等系列問題，破壞了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前國內(nèi)外研究得出最合理利用資源的施肥方式是有機(jī)無機(jī)肥配施，其原因是化肥能直接作用于作物生長發(fā)育、提升養(yǎng)分利用速度，配施后能保證作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)，有機(jī)肥中有維生素、氨基酸、酶以及有益微生物，可以改土培肥、改良土壤。但有機(jī)肥存在肥效慢、養(yǎng)分含量低的缺點(diǎn)，所以在加大有機(jī)肥的投入時(shí)，可以合理地利用益生菌菌劑。益生菌簡稱EM，是對(duì)植物的生長發(fā)育能夠起到輔助作用的一類微生物的總稱，主要有光合細(xì)菌、乳酸菌等多種有益活菌制劑，是生物界與有機(jī)、無機(jī)物界主要的使者，其對(duì)于土壤環(huán)境的改善和植物的生長呈現(xiàn)直接性和間接性的作用，益生菌的使用對(duì)激活土壤肥力和促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收均具有很重要的意義。因此，本研究將采用大田試驗(yàn)的方法，通過EM菌劑與不同肥料的配比處理，比較不同處理的小麥秸稈的養(yǎng)分、土壤氮磷鉀積累量及小麥根系生長情況，得出EM菌劑配施促進(jìn)小麥養(yǎng)分吸收、根系生長和培肥地力的有力數(shù)據(jù)支撐，為小麥化肥減量增效技術(shù)提供一定的理論依據(jù)，為生產(chǎn)管理提供一項(xiàng)技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年10月7日至2021年6月6日在商丘市示范區(qū)保衛(wèi)村高產(chǎn)創(chuàng)建基地（115°46′～116°29′E，33°32′～34°42′N）進(jìn)行，屬于黃淮平原典型冬麥區(qū)腹地，該地區(qū)年平均氣溫為13.9℃，年平均降水量為700 mm。前茬作物為玉米，供試土壤為兩合土，其基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)含量8.33 mg/kg、堿解氮含量60.12 mg/kg、速效鉀含量116.28 mg/kg、速效磷含量35.74 mg/kg，pH值7.96。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試小麥品種為商麥178，屬中筋、半冬性小麥品種，播種量為225 kg/hm。供試肥料：有機(jī)肥，其有機(jī)質(zhì)含量≥40%，河南省中農(nóng)嘉吉化工有限公司生產(chǎn);EM復(fù)合功能菌劑，活菌≥200億/g，河南諾普信生物科技有限公司生產(chǎn)。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理（表1），分別為不施肥（CK）、100%化肥（F）、70%化肥+有機(jī)肥（F）、100%化肥+EM菌劑（F）、70%化肥+有機(jī)肥+EM菌劑（F），小區(qū)長9.0 m、寬1.5 m，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。有機(jī)肥、EM菌肥、磷肥和鉀肥全部底施，其中EM菌肥拌土撒施，氮肥70%底施、30%返青期追施。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 根系活力和根條數(shù)的測(cè)定 每隔7 d分別在苗期4次、拔節(jié)期4次、開花期2次、灌漿期4次、成熟期1次取樣。首先刨出耕層（0～20 cm），然后清洗根系，采用TTC法測(cè)量記錄根系活力。根條數(shù)也為5個(gè)階段測(cè)定，測(cè)定次數(shù)同上。

1.3.2 小麥根際微生物測(cè)定 分別于2021年1月6日、3月17日、4月26日、5月11日和5月31日取樣，每個(gè)小區(qū)采集10個(gè)距小麥單株根系 0.5 cm 以內(nèi)土樣混勻過篩（1 mm），用于土壤細(xì)菌和真菌的測(cè)定。采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌（葡萄糖牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基）和真菌（馬丁氏培養(yǎng)基）數(shù)量，單位為CFU/g（干土）。1 g樣品的菌數(shù)=同一個(gè)稀釋度幾次重復(fù)的菌落平均數(shù)×5×稀釋倍數(shù)。

1.3.3 植株樣品養(yǎng)分含量測(cè)定 于成熟期在各小區(qū)分別取3株小麥植株，分為莖和穗，于105℃下殺青30 min后70℃烘干稱質(zhì)量，粉碎過篩后備用。分別采用鉬銻抗比色法、全自動(dòng)凱氏定氮法和火焰光度法測(cè)定植株全磷、全氮和全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

主要采用DPS 9.01、Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、方差分析、作圖等。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)小麥根系生長的影響

2.1.1 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)根系活力的影響

如表2所示，從整體來看，化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施各處理間在不同生育期的根系活力差異均顯著。小麥各個(gè)生育期的不同處理根系活力均表現(xiàn)為F>F>F>F>CK，F(xiàn)在苗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期根系活力分別比對(duì)照（不施肥）增長83.78%、43.15%、68.63%、107.63%和102.14%，從苗期到開花期之間的營養(yǎng)生長階段保持較高的根系活力，為植株養(yǎng)分的累積創(chuàng)造了優(yōu)越的條件，在小麥生育中后期（灌漿到成熟期）F處理的根系活力相對(duì)較高，較CK增長幅度均超過100%，為后期植株養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)移、籽粒養(yǎng)分的累積及產(chǎn)量的形成奠定了良好的基礎(chǔ);從不同生育期角度來看，從苗期到拔節(jié)期小麥根系活力提高近2倍，達(dá)到最大值，然后開花期下降到苗期的水平，之后到灌漿期和成熟期根系活力遞減。

2.1.2 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)根條數(shù)的影響

如表3所示，從整體來看，與不施肥相比，化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施各處理在不同生育期的根條數(shù)差異均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。各處理的根條數(shù)由高到低排序?yàn)镕>F>F>F>CK，可見，F(xiàn)處理下各生育期的根條數(shù)是所有處理中最高的，分別為14.9、26.3、46.1、57.3、37.3條，均比其他處理增長顯著。苗期之后各處理根條數(shù)呈現(xiàn)不斷增長的趨勢(shì)，至灌漿期達(dá)到最大值，成熟期出現(xiàn)下降趨勢(shì);其中F和F EM菌劑處理過的小麥植株在苗期至灌漿期的根條數(shù)為最高，說明有益菌有利于根系的生長發(fā)育，在成熟期的根條數(shù)仍然保持較高水平，F(xiàn)比對(duì)應(yīng)的F和F沒有菌劑處理的根條數(shù)分別增長13.12%和10.03%，說明菌劑能夠維持后期根系所需的微環(huán)境，為灌漿和產(chǎn)量的形成提供良好的條件。

2.2 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)小麥根際土壤微生物的影響

2.2.1 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)小麥根際土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

由圖1可知，各處理在不同時(shí)期小麥根際土壤細(xì)菌數(shù)量均顯著高于CK。在每個(gè)特定時(shí)期，各處理的細(xì)菌數(shù)量均表現(xiàn)出F>F>F>F>CK，這表明配施有機(jī)肥或者菌肥較單獨(dú)施用化肥更有利于細(xì)菌數(shù)量的增加;所有處理中以F一直保持最高值狀態(tài)，在苗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期細(xì)菌數(shù)量比對(duì)照分別增加80.04%、87.35%、96.97%、97.03%和160.33%，說明菌肥、有機(jī)肥與化肥配施更有利于細(xì)菌繁殖。圖中各處理細(xì)菌的數(shù)量在整個(gè)生育期均呈現(xiàn)先增加而后降低再增加的趨勢(shì)。拔節(jié)期到孕穗期（在小麥生長最快的階段）細(xì)菌數(shù)量達(dá)到全生育期的最高值;開花期細(xì)菌數(shù)量是孕穗后下降的最低點(diǎn)和開花后再次上升的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)，可能與小麥自身有利于細(xì)菌生長的代謝產(chǎn)物也出現(xiàn)減少有關(guān);小麥生長過程中細(xì)菌會(huì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)增長，說明細(xì)菌的增長速度與小麥的生長呈正相關(guān)。

2.2.2 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)小麥根際土壤真菌數(shù)量的影響

由圖2可知，各處理在不同時(shí)期小麥根際土壤真菌數(shù)量均顯著高于CK。在每個(gè)特定時(shí)期，各處理真菌數(shù)量均表現(xiàn)出F>F>F>F>CK，所有處理中以F處理一直保持最高值狀態(tài)，分別比對(duì)照高44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%;CK最低是因?yàn)樵跊]有肥料的情況下小麥根際的真菌和其他的微生物會(huì)造成資源爭(zhēng)奪，使小麥根際的真菌被消滅一些。圖2中各處理小麥根際微生物的數(shù)量在整個(gè)生育期均呈現(xiàn)先增長后降低再逐漸升高到某種高度的趨勢(shì)，孕穗期是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，拔節(jié)期和成熟期真菌數(shù)量出現(xiàn)峰值，成熟期達(dá)到最大值。

2.3 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)小麥秸稈養(yǎng)分含量及積累量的影響

2.3.1 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)秸稈氮含量及其累積量的影響

由圖3可見，商麥178在成熟期時(shí)，所有施肥處理與不施肥處理（CK）秸稈氮含量和積累量均達(dá)到顯著差異，秸稈氮含量在F處理時(shí)顯著升高，比CK高120.00%，也比其他施肥處理增加顯著;F、F、F處理的氮含量也有所提高，升高幅度分別達(dá)到103.33%、83.33%、86.67%。與CK相比，小麥秸稈的氮積累量在F處理顯著升高，F(xiàn)、F、F處理的積累量也顯著升高，升高幅度分別達(dá)到184.62%、152.75%、154.95%。F和F處理的小麥秸稈氮含量和氮積累量差異不顯著，說明單獨(dú)在化肥基礎(chǔ)上做有機(jī)肥部分替代效果不明顯，而在此基礎(chǔ)上增加微生物菌劑效果最為顯著。

2.3.2 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)秸稈磷含量及其累積量的影響

由圖4可知，與CK相比，F(xiàn)處理小麥秸稈磷含量有很大的提高，提高幅度為100.00%。磷的積累量也是F處理最高，且最為顯著，與CK相比升高幅度為162.78%?？梢钥闯?，菌肥、有機(jī)肥和化肥配施可以顯著提高小麥秸稈磷含量和磷的積累量。不同施肥處理對(duì)麥秸稈的磷含量和積累量的影響從大到小依次為F>F>F>F>CK;此時(shí)，F(xiàn)>F、F>F，說明添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養(yǎng)分。

2.3.3 化肥與有機(jī)肥及EM菌劑配施對(duì)秸稈鉀含量及其累積量的影響

由圖5可知，與CK相比，各施肥處理的小麥秸稈鉀含量及其積累量顯著升高，F(xiàn)處理（施用化肥、有機(jī)肥與EM菌肥）最為顯著，較F（單施化肥）處理分別增加28.30%、27.11%。根據(jù)F與F、F和F的對(duì)比可以看出，在相同肥源不同菌肥處理的情況下，菌肥處理對(duì)小麥全鉀含量及其積累量的促進(jìn)效果差異顯著。

3 討論與結(jié)論

前人研究指出，根系是小麥植株吸收土壤水分和養(yǎng)分的主要器官，也是合成營養(yǎng)的器官;小麥的根系活力和根條數(shù)是反映根系對(duì)肥料利用效率的重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，與不施氮相比，各個(gè)肥料處理根系活力和根條數(shù)均較高，其中F處理小麥營養(yǎng)生長階段保持最高的根系活力和根條數(shù)，在小麥生育中后期（灌漿到成熟期）F處理的根系活力和根條數(shù)仍然保持較高水平，為后期植株養(yǎng)分的吸收轉(zhuǎn)移和籽粒養(yǎng)分的累積奠定了良好的基礎(chǔ)。石祖梁研究認(rèn)為，根系吸收的氮素通過轉(zhuǎn)運(yùn)、同化與碳代謝相協(xié)調(diào)，影響小麥地上部秸稈干物質(zhì)的積累。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，秸稈養(yǎng)分積累方面與根系發(fā)育變化呈正相關(guān)，與上述觀點(diǎn)一致。在秸稈養(yǎng)分積累方面，成熟期時(shí)，小麥秸稈氮、磷、鉀含量F處理顯著升高，分別比CK高120.00%、100.00%、119.35%，F(xiàn)、F、F處理的氮、磷、鉀含量也略有提高。小麥秸稈的氮、磷、鉀積累量與氮、磷、鉀含量變化趨勢(shì)基本一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)和F處理的小麥秸稈氮含量和氮的積累量差異不顯著，說明單獨(dú)在化肥基礎(chǔ)上做有機(jī)肥部分替代對(duì)氮素吸收效果并不明顯，而在此基礎(chǔ)上增加微生物菌劑效果最為顯著。F>F、F>F，說明在施用相同量的化肥或者化肥與有機(jī)肥配施時(shí)，添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養(yǎng)分，這與王秀娟等運(yùn)用微生物菌肥研究設(shè)施番茄養(yǎng)分吸收的結(jié)論一致。

微生物是植物根際不可或缺的一類物質(zhì)，在植物的生長期間，不斷地將很多有機(jī)物轉(zhuǎn)化為植物所需要物質(zhì)，二者呈現(xiàn)相輔相成的關(guān)系。目前研究表明，施用益生菌可以改善植物根際微生物的生長數(shù)量，從而間接地改變植物的生長。前人研究發(fā)現(xiàn)，益生菌可以有效地提高土壤細(xì)菌、真菌數(shù)量，在相對(duì)一樣的管理水平下，對(duì)細(xì)菌生長繁殖具有明顯作用，其次為真菌。施入益生菌的各組處理中微生物數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，這是由于益生菌肥料本身就是多種微生物的集成體系。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在小麥各個(gè)生育時(shí)期，施肥處理小麥根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量均顯著高于對(duì)照處理，從大到小依次為F>F>F>F>CK，這表明微生物菌劑和有機(jī)肥配施較低單獨(dú)施用化肥更有利于小麥根際土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量的增加;所有處理中以F處理一直保持最高值狀態(tài)，分別在苗期、拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期細(xì)菌數(shù)量分別比對(duì)照增加80.04%、87.35%、96.97%、97.03%和160.33%，真菌數(shù)量分別比對(duì)照增加44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%;說明菌肥、有機(jī)肥與化肥配施更有利于細(xì)菌和真菌繁殖?？傮w而言一定濃度益生菌的施入能夠進(jìn)一步提高土壤微生物數(shù)量。另外，本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，各處理細(xì)菌和真菌的數(shù)量會(huì)呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢(shì)。拔節(jié)期到孕穗期（在小麥生長最快的階段）細(xì)菌數(shù)量達(dá)到全生育期的最高值，開花期是下降后再次上升的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn);真菌數(shù)量在孕穗期是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，小麥生長到拔節(jié)期的時(shí)候其真菌數(shù)量會(huì)達(dá)到第1個(gè)最高值，成熟期達(dá)到最大值。經(jīng)查閱相關(guān)資料證實(shí)，在植物根際的微生物種群及數(shù)量也會(huì)隨著植物的生長周期不斷變化，這可以說是生物界的普遍適應(yīng)和調(diào)節(jié)過程。對(duì)于植物來說，根際的微生物也會(huì)隨著某些植物根部的腐爛或者死亡呈現(xiàn)變化，而且與根際的土質(zhì)也會(huì)有很大的關(guān)系，這將還有待于進(jìn)一步的研究和論證。

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