微生物量的變化與超級(jí)雜交稻產(chǎn)量的關(guān)系研究

吳朝暉，袁隆平

（國(guó)家雜交水稻工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

土壤微生物既是土壤有機(jī)物與難溶于水的無機(jī)物轉(zhuǎn)化的執(zhí)行者，又是植物營(yíng)養(yǎng)元素的活性庫，水稻根際土壤微生物的種群數(shù)量直接關(guān)系到水稻土壤中有機(jī)質(zhì)的分解和礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)化，影響水稻對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用。提高土壤有益微生物活性能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)、防治和減輕病蟲危害，增加作物產(chǎn)量[1-3]。微生物肥料是指一類含有活性微生物的特殊制劑，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能獲得特定的肥料效應(yīng)。它不僅增加土壤中的大量有效N、P、K的含量，而且將增加植物需要的各種微量元素，將作物不能從土壤中直接利用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可被吸收利用的物質(zhì)，制造和協(xié)助農(nóng)作物吸收營(yíng)養(yǎng)，改善作物營(yíng)養(yǎng)條件，抑制減少病原菌等有害微生物的生長(zhǎng)，增強(qiáng)作物抗病抗旱能力。土壤微生物參與土壤C、N、P、S等元素的循環(huán)過程和土壤礦物的礦化過程[4]。

通過稻田中土壤微生物和施肥的效果來探討不同施肥條件下土壤微生物的數(shù)量變化及其與土壤肥力和產(chǎn)量的關(guān)系，為獲得作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的土壤生態(tài)環(huán)境提供指導(dǎo)。由于微生物活性、土壤中可被微生物利用而不能被植物利用的物質(zhì)不確定，因此，在試驗(yàn)過程中通過加入不同組成的無機(jī)肥進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，將微生物肥料當(dāng)作是一種輔助肥料，試圖通過試驗(yàn)揭示微生物肥料的最大肥效、微生物肥料與無機(jī)肥料的最適量比關(guān)系。

1 材料和方法

1.1 大田試驗(yàn)區(qū)

本試驗(yàn)供試土壤為湖南雜交水稻研究中心試驗(yàn)基地，土壤條件見表1。

表1 供試土壤特性

1.2 大田試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試組合:兩優(yōu)293；主處理微生物菌肥設(shè)2水平:W1（加），W2（不加）；密度設(shè)3水平:M1（33.3 cm×33.3 cm），M2（26.6 cm×26.6 cm），M3（26.6 cm×20 cm）；肥料設(shè)4水平:N1（0），N2（低N，135 kg/hm2），N3（中N，270 kg/hm2），N4（高N，405 kg/hm2）；基蘗肥∶穗粒肥=6∶4；NPK施肥按N∶P∶K為1∶0.5∶0.8計(jì)；小區(qū)面積:16 m2。

1.3 取樣與測(cè)定

在水稻生長(zhǎng)周期中的分蘗期、圓稈拔節(jié)期、孕穗期、齊穗期、乳熟期和黃熟期進(jìn)行取樣，取樣時(shí)在田間試驗(yàn)小區(qū)中取三處有代表性的根際土，深度為0～20 cm以內(nèi)，土取回后立即測(cè)定。

測(cè)定方法:微生物總活性采用堿吸收滴定法；好氧自生固氮菌采用阿須貝無氮瓊脂平皿法；厭氧自生固氮菌采用無氮培養(yǎng)基稀釋法；硝化細(xì)菌采用改良的斯蒂芬遜培養(yǎng)基稀釋法；反硝化細(xì)菌采用葡萄糖硝酸鉀稀釋法；磷細(xì)菌采用蒙吉娜卵磷脂培養(yǎng)法；鉀細(xì)菌采用鋁硅酸鉀瓊脂培養(yǎng)法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

在DPS數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)[5]上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果和討論

2.1 不同處理對(duì)水稻乳熟期和黃熟期微生物總活性的影響

從表2可以看出，無論N、P、K的量如何變化，乳熟期和黃熟期的微生物總活性的變化趨勢(shì)都是相似的，由于在乳熟期內(nèi)，新陳代謝旺盛，需要合成大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，水稻必須從土壤中吸收大量N、P、K等，這樣根部周圍的N、P、K含量減少，從而促使微生物恢復(fù)活性，甚至增加微生物數(shù)量，以形成更多能被水稻吸收利用的N、P、K，因此，微生物活性普遍較大；進(jìn)入黃熟期，隨著水稻所需營(yíng)養(yǎng)成分的減小，土壤中N、P、K處于相對(duì)飽和平衡狀態(tài)，微生物活性逐漸減少。乳熟期的平均微生物活性比黃熟期要大得多。同時(shí)，從表中可以看出，不管是乳熟期還是黃熟期，其總的變化趨勢(shì)基本上是:隨著N、P、K施用量的增加，微生物活性反而減小，這與Livia Bohme等的試驗(yàn)結(jié)果相符。

2.2 好氧自生固氮菌在不同施氮量條件下的變化

從表3可以看出，在W1M1N1情況下，不同時(shí)期的好氧自生固氮菌呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，即由小變大，再變小，再由小變大，其原因應(yīng)該是:水稻從分蘗期開始，經(jīng)圓稈拔節(jié)期和孕穗期，隨著生物量的增加，需氮量也不斷增加，由于土壤中可被水稻利用的氮量有限，從而刺激固氮菌通過固氮來加以補(bǔ)充；隨著所施氮的量的增加，其變化規(guī)律呈現(xiàn)由小變大，再變小，再由小變大，分析其原因可能是隨著土壤中氮的含量的增加，導(dǎo)致土壤中可利用的氮增加，某種條件下，好氧自生固氮菌和可利用的氮存在一種動(dòng)態(tài)平衡，可利用的氮一旦減少到某種程度，好氧自生固氮菌即可加以補(bǔ)充。黃熟期時(shí)，田里含水量減少，黃熟期的菌量可能受到土壤中水分的影響。通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的情況下，相同土壤在表面上還有1 cm深的水的稀泥中好氧自生固氮菌的量比含水量為25%左右的土壤要少幾倍，甚至一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，黃熟期的微生物量較乳熟期大幅增加是土壤水分條件的變化所致。

表3 不同生育時(shí)期水稻根際土壤中好氧自生固氮菌的變化（×103 cfu）

2.3 厭氧自生固氮菌在不同施氮量條件下的變化

隨著N、P、K施量的不同，不同時(shí)期厭氧自生固氮菌數(shù)量也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，這也是土壤中水稻可用N、P、K量和不同時(shí)期水稻吸收N、P、K量的綜合作用而形成的。如表4所示，不同時(shí)期追施或不施N、P、K肥有其重要意義（表4）。

2.4 分蘗期解磷細(xì)菌量在不同施肥水平和密度條件下的比較

從表5可以看出，在其他條件一樣的情況下，水稻分蘗期解磷細(xì)菌量因菌肥的使用而明顯增加，說明施用菌肥有利于土壤有益微生物增加，有害微生物減少。這樣更有利于保證水稻吸收更多的營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)也有利于稻田生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展，以保證后續(xù)各期的水稻有可能獲得更豐富的營(yíng)養(yǎng)，為作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造條件。

表4 W1M2處理不同生育時(shí)期不同施氮量根際土壤中厭氧自生固氮菌的變化（×105 cfu）

表5 不同處理對(duì)分蘗期土壤中解磷細(xì)菌量的影響（×105 cfu）

2.5 施菌與不施菌條件下解鉀細(xì)菌在水稻不同生育時(shí)期間的變化

解鉀細(xì)菌不論是在何期，在施菌或不施菌的情況下，它們的表觀數(shù)量基本一樣。一般情況下，施用無機(jī)肥后解鉀細(xì)菌數(shù)量最少，隨著無機(jī)鉀肥的數(shù)量減少，菌體數(shù)量也在一定程度增加，但變化量不大；解鉀細(xì)菌數(shù)量隨生育時(shí)期的推進(jìn)而增多，乳熟期與黃熟期，解鉀細(xì)菌數(shù)量基本相等（表6）。

2.6 施菌肥與不施菌肥條件下水稻產(chǎn)量的變化

在不施肥條件下，使用菌肥的產(chǎn)量比不施菌肥的產(chǎn)量明顯要高，說明菌肥能有效利用土壤地力和微生物資源，進(jìn)行整合，促進(jìn)產(chǎn)量提高。在低肥下，使用菌肥效果不是很明顯，似與前者有矛盾；中肥條件下，使用菌肥效果明顯；高肥條件下，菌肥的增產(chǎn)效果也不明顯。如表7所示，菌肥的增產(chǎn)效果一般，這說明菌肥配方及施肥方法還要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)結(jié)果表明:微生物活性隨N、P、K施用量增加而降低，乳熟期的平均微生物活性高于黃熟期；各施氮條件下，好氧自生固氮菌在整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)“小－大－小－大”的趨勢(shì)；厭氧自生固氮菌數(shù)量在整個(gè)生育期內(nèi)呈現(xiàn)起伏變化趨勢(shì)，施氮量處理間差異明顯；水稻分蘗期解磷細(xì)菌量因菌肥的使用而明顯增加；解鉀細(xì)菌數(shù)量隨生育時(shí)期的推進(jìn)而增多，乳熟期與黃熟期，解鉀細(xì)菌數(shù)量基本相等，且解鉀細(xì)菌數(shù)量不因施鉀肥而增加；本研究所配菌肥在不施肥和中肥條件下，有一定增產(chǎn)效果。

表6 不同處理不同生育時(shí)期土壤中解鉀細(xì)菌的變化（×103 cfu）

表7 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響（t/hm2）

[1]Chen L J，Wu Z J，Jiang Y，et al.Response of N transformation related soil enzyme Activities to inhibitor applications[J].Chinese Journal of Applied Ecology，2002，13（9）:1099-1103.

[2]Wang S J，Hu J C，Zhang X W.Prospect of Chinese soil microbiology in the new century[J].Journal of Microbiology，2002，22（1）:36-39.

[3]龍世平，朱校奇，崔新衛(wèi).施氮量對(duì)Y兩優(yōu)1號(hào)產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，（9）:46-48，51.

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[5]唐啟義，馮光明.實(shí)用統(tǒng)計(jì)分析及其DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社，2002.