適應秸稈還田的多功能復合菌肥對小麥產量及土壤肥力的影響

金京京+齊永志+甄文超

摘要：為明確多功能復合菌肥在小麥生產中的應用前景，2014—2015年通過4地田間定點試驗研究了其對玉米秸稈的腐解效果、土壤肥力、小麥生長及產量和肥料偏生產力的影響。結果表明，4地多功能復合菌肥處理的秸稈累積腐解率為58.28%～69.18%，明顯高于對照菌肥生物磷鉀肥處理，較空白對照提高31.22%～51.77%。土壤有機質含量較空白對照提高8.3%～10.2%，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為64.9～69.8、20.9～29.7、109.4～141.3 mg/kg，較空白對照分別增加25.3%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～20.1%。多功能復合菌肥使用后次生根數明顯增加，4地小麥平均產量為7 470 kg/hm2，較對照菌肥有所提高，較空白對照平均提高14.4%。氮肥、鉀肥和磷肥偏生產力分別為28.7～29.8、69.7～72.4、81.3～84.5，較空白對照分別平均增加143%、14.4%、14.4%。

關鍵詞：多功能復合菌肥；土壤肥力；秸稈腐解效果；小麥生長；產量；肥料偏生產力；次生根

中圖分類號： S512.106 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）18-0075-04

收稿日期：2016-04-28

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2011BAD16B08、2012BAD04B06、2013BAD07B05）；河北省科技計劃（編號：15226501D）；河北省現代農業產業技術體系小麥創新團隊建設項目（編號：HBCT2013010208）。

作者簡介：金京京（1991—），女，河北保定人，碩士研究生，主要從事植物生態病理學研究。E-mail：jingjing1809@yeah.net。

通信作者：甄文超，博士，教授，主要從事植物生態病理學和農業生態學研究。E-mail：wenchao@hebau.edu.cn。 近年來，隨著秸稈還田技術在我國北方小麥-玉米兩熟種植區域的大面積推廣，土壤理化性質和營養結構得到了明顯改善，但是不能完全腐解的秸稈連年累積，引發了一系列耕作問題，表現為耕層越來越淺，跑墑漏風現象普遍發生，土壤養分利用率欠缺，這些問題為小麥高產和病害的發生埋下了隱患[1-2]。目前，長梗木霉、康寧木霉和芽孢桿菌等降解菌在分解纖維素方面已取得一些進展[3-5]，而且膠凍樣芽孢桿菌在養分利用方面也有所突破[6]，但因受農田土壤環境復雜、差的影響，大部分菌株仍存在定殖能力差、增殖速度慢、作用效果不穩定且單一等問題[7]。

為解決秸稈腐解、養分利用問題，筆者所在實驗室從多年秸稈還田土壤中分離到1株對玉米秸稈有較強腐解能力，并可通過腐解秸稈獲得營養而快速增殖的枯草芽孢桿菌B1514，一些學者前期以該菌株為主要功能菌研制出了土壤添加劑AD-1、土壤添加劑AD-5、B1514片劑和可濕性粉劑等4種劑型，雖田間應用效果較好[8-12]，但是仍存在效果單一等問題，因此筆者所在實驗室以該菌株為主要功能菌輔以高效解磷解鉀的高親和性膠凍樣芽孢桿菌研制了適應秸稈還田的多功能復合菌肥。雖然前期完成了復合菌肥的研發與登記，但該菌肥的田間應用效果尚不明了。因此，本試驗在前期研究的基礎上以土壤添加劑HAD-5和生物磷鉀肥為對照菌肥，不施菌肥為空白對照，通過1年4地田間試驗檢測該菌肥對玉米秸稈腐解效果、土壤肥力、小麥生長及產量和肥料偏生產力的影響。旨在為該菌肥在提高作物的產量和品質以及科學指導肥料利用等方面提供依據，并為進一步促進農業生產的高效化和推動農村經濟的快速發展提供保障。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥品種為良星99，山東德州良星種子研究所培育。

菌肥：多功能復合菌肥（枯草芽孢桿菌B1514和膠凍樣芽孢桿菌≥0.2×109 CFU/g），由河北農業大學植病生態研究室與河北民得富生物技術有限公司聯合生產。

對照菌肥：土壤添加劑HAD-5（枯草芽孢桿菌B1514≥0.2×109 CFU/g），由河北農業大學植病生態實驗室提供；生物磷鉀肥（膠凍樣芽孢桿菌≥2.0×109 CFU/g），由河北民得富生物技術有限公司生產。

1.2 試驗地點概況

試驗于2014—2015年在國家糧食豐產科技工程辛集、大名、藁城、保定試驗站進行，試驗地肥力在當地屬中等水平。土壤類型為潮土，土壤質地為中壤，前茬作物為玉米。

1.3 試驗方法

1.3.1 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對玉米秸稈的腐解作用 試驗設以下4個處理：多功能復合菌肥450 kg/hm2、HAD-5土壤添加劑600 kg/hm2、生物磷鉀肥150 kg/hm2和空白對照，分別記為T1、T2、T3和CK。各處理分別按上述用量將菌肥均勻撒施于粉碎的玉米秸稈上，空白對照不作處理，然后翻壓掩埋于20 cm深土層中，再旋耕2遍；稱取50 g田間粉碎并烘干至恒質量（80 ℃，48 h）的玉米秸稈裝入孔徑為 48 μm 的尼龍網袋中，再埋于耕層土壤（15～20 cm）中，每重復3袋。采用15 cm等行距播種小麥，播量為240 kg/hm2。每處理3次重復，每重復0.033 hm2，隨機區組排列。各處理小麥全年統一施肥，底肥折合純氮150 kg/hm2，磷 105 kg/hm2，鉀90 kg/hm2，小麥拔節期統一追施純氮 105 kg/hm2。全生育期澆凍水和拔節水，水量分別為 600 m3/hm2。在成熟期取回裝有秸稈的網袋，采用失質量法測定玉米秸稈腐解率，其公式如下：

秸稈腐解率=（50-調查時期秸稈干質量）/50×100%。

（1）

1.3.2 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對土壤肥力的影響 于收獲期，在T1、T2、T3和CK試驗區0～20 cm土層每重復5點取樣混勻，陰涼處風干。采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色分光光度法測定土壤速效磷含量，采用醋酸銨提取火焰光度法測定土壤速效鉀含量[13]。endprint

1.3.3 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對小麥生長與產量的影響 于越冬前，在T1、T2、T3和CK每試驗區確定2個苗情監測點，每點1.1 m長，含2個邊行和2個中行[14]，統計基本苗數；拔節期，在每重復5點取樣，每點30株，調查小麥次生根數和分蘗數；成熟期，每重復隨機取30個穗，進行室內考種，統計各處理穗數、穗粒數和千粒質量，按式（2）計算小麥產量。

產量（kg/hm2）=單位面積穗數（穗/hm2）×穗粒數（粒/穗）×千粒質量（kg）÷1 000×0.85。

（2）

1.3.4 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對肥料偏生產力的影響 根據上述調查按式（3）[15]分別計算T1、T2、T3和CK各處理對肥料偏生產力的影響，并進行比較分析。

肥料偏生產力PFP（kg/kg）=施肥后獲得作物產量/化肥純養分的投入量。

（3）

1.4 數據處理

所有數據處理采用DPS 7.05軟件Duncans新復極差法進行方差和統計分析，采用Excel軟件制表。

2 結果與分析

2.1 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對玉米秸稈的腐解作用

由圖1可知，在辛集、大名、藁城、保定4個試驗站，多功能復合菌肥對玉米秸稈的腐解作用一致。隨著時間的延長，累積腐解率逐漸增大，拔節期增加幅度最大；在成熟期，多功能復合菌肥處理的秸稈累積腐解率高達58.28%～69.18%，與土壤添加劑HAD-5處理結果類似，較空白對照提高3122%～51.77%；生物磷鉀肥處理對秸稈的腐解幾乎沒有影響。

2.2 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對土壤肥力的影響

由表1可知，在收獲期多功能復合菌肥對土壤肥力有很大提升作用，具體表現為4地堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量均最高，分別為64.9～69.8、20.9～29.7、109.4～1413 mg/kg，較空白對照分別增加253%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～20.1%；4個地區有機質含量為11.8～14.5 g/kg，較空白對照增加8.3%～102%。土壤添加劑HAD-5和生物磷鉀肥處理對土壤氮、磷和鉀都有顯著的增加效果，但仍低于多功能復合菌肥處理。

2.3 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對小麥生長及產量的影響

由表2可知，越冬前，各試驗站多功能復合菌肥處理后基本苗數與對照菌肥和空白對照差異均不顯著。拔節期，大名、藁城和保定多功能復合菌肥處理后小麥單株蘗數與對照菌肥和空白對照差異均不顯著，而辛集地區單株蘗數較空白對照顯著增加；多功能復合菌肥處理后的次生根數與土壤添加劑

HAD-5和生物磷鉀肥處理無顯著差異（保定地區除外），但顯著高于空白對照。在辛集、大名、藁城、保定多功能復合菌肥處理的小麥產量分別為7 512、7 448、7 601、7 318 kg/hm2，顯著高于對照菌肥，較空白對照增產率分別為15.6%、143%、13.2%、14.5%，平均增產14.4%。

2.4 適應秸稈還田的多功能復合菌肥對肥料偏生產力的影響

由表3可知，多功能菌劑拌種可顯著提高肥料偏生產力，4地氮肥、磷肥和鉀肥偏生產力分別為28.7～29.8、69.7～72.4和81.3～84.5，顯著高于土壤添加劑HAD-5和生物磷鉀肥處理，較空白對照平均提高幅度為14.3%、14.4%和14.4%。

3 討論

微生物菌肥能促進秸稈的腐解，李海燕等研究表明，多功能土壤添加劑處理后秸稈累積腐解率比空白對照提高37%[11]。農傳江等研究表明，添加有機物料腐熟劑（有效活菌數≥0.5×109 CFU/g）后，隨著時間延長，玉米秸稈腐解率逐漸增加，且前期增加最多，成熟期腐解率較對照提高326%[16]。而本研究中多功能復合菌肥使用后，玉米秸稈累積腐解率逐漸增加，與前人所研究的腐解劑不同，其持效性較強，在拔節期增加幅度最大，可能由于該菌肥的主要功能菌在土壤中有較強的定殖能力、以芽孢的形式生產且菌肥芽孢含量高，成熟期累積腐解率較空白對照提高31.22%～5177%，與前人研究相比表現出了較好的腐解效果，可能與膠凍樣芽孢桿菌混合后2個菌株相互促進有關。

土壤有機質是衡量土壤肥力水平的重要指標。對于農田土壤而言，作物殘體是補充土壤碳庫最主要途徑之一，微生物復合菌肥使用后能顯著影響土壤中養分與有機質的含量，葉榮華自制的復合菌肥（解磷菌、解鉀菌、固氮菌、涇陽鏈霉菌等菌及草炭等）可使土壤中速效N、P、K含量分別提高195%、195%、49.9%[17]。馬超等發現，腐稈劑（枯草芽孢桿菌）使用后土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀的含量提高了174%、10. 5%和12. 4%[18]。王濤等研究表明，多功能木霉菌肥能使土壤中有機質含量增加14.3%[19]。本研究使用復合菌肥后小麥成熟期氮、磷、鉀和有機質含量較空白對照分別增加25.3%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～201%、83%～10.2%，且對土壤的增肥效果均高于單一菌肥，但仍低于相關復合菌肥，可能是其對土壤的增肥效果在前期明顯，經過較長的生育期后養分已供給植株生長，因此有必要對土壤養分在全生育期的動態變化進行深入研究，另外還可篩選更加高效的解磷解鉀菌株與B1514輔配。

關于微生物菌劑對植物的促生作用和增產效果也有廣泛報道[20-21]，王喜枝等研究表明，玉米秸稈還田條件下，秸稈腐熟劑使小麥增產8.19%～9.27%[22]，陳德明報道99復合肥可使小麥增產15.24%[23]，多功能土壤添加劑HAD-5可顯著提高小麥株高和次生根數量[11]。筆者發現，多功能復合菌肥使用后小麥次生根數有所增加，產量平均提高14.4%，本研究中的多功能復合菌肥促生和增產效果與前人結果類似。具體增產原因可能是多功能復合菌肥加速了秸稈的腐解，有效改善了土壤的微生態環境，增加了土壤肥力，次生根的增加為水分和養分的利用提供了保障，另外，主要功能菌B1514對土傳病害有一定的防效，可能與增產有一定的關系。endprint

微生物菌肥的使用有效提高了肥料偏生產力，本研究中多功能復合菌肥使用后氮、磷和鉀的肥料偏生產力均提高了14%左右，可能是該菌肥起到了對肥料解磷解鉀的作用，肥料中的養分得到了充分的吸收，進而提高了肥料的利用率。

綜上，多功能復合菌肥使用后明顯加速了秸稈的腐解，增加了土壤肥力，促進了植物的生長，提高了肥料偏生產力，有效地使小麥達到了增產效果，但是為了明確其增產原因，該菌肥對土壤中水分利用率、微生物種類與活性、植物病害防控等方面的影響仍須深入研究。另外，為了更好地指導生產，肥料減施與菌肥混用的研究必不可少。

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