微生物菌劑對夏玉米產量及農藝性狀的影響

劉 雙 李永斌 李云龍 王民洋 張浩煒 鐘增明 王亞君 陳三鳳*

(1.中國農業大學 生物學院，北京 100193；2.北京啟高生物科技有限公司，北京 100193；3.東莞市保得生物工程有限公司，廣東 東莞 523073)

玉米是我國重要的糧食作物，施用化肥是提高玉米產量和改善玉米品質的重要措施[1]，但是長期施肥造成了土壤酸化、肥力下降、氮素利用率降低以及環境污染[2-3]。因此，以植物促生菌為主的微生物肥料受到了廣泛的重視，施用微生物肥料可以緩解施用化肥帶來的負面影響，還能促進植物生長、提高作物產量，有利于農業的可持續性發展[4-7]。

近年來微生物菌劑的研究與應用備受關注。研究表明，微生物菌劑在提高土壤肥力、刺激植物生長、提高作物產量以及改善土壤微生物群落結構方面具有重要意義[8-9]。芽孢桿菌是一類重要的植物促生菌，具有繁殖快、抗逆性強和存活時間長等特點，同時還能夠產生一些促進植物生長的物質或抗菌物質，有些還具有溶磷、解鉀和固氮等能力，從而促進植物生長[10-12]。

類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)是從芽孢桿菌屬(Bacillus)中獨立出來的一個新屬[13]。目前，類芽孢桿菌屬有130個種，其中10個固氮類芽孢桿菌新種是由本實驗室分離鑒定的[14-21]。類芽孢桿菌具有抗逆性強和促生長等特性，在微生物菌劑制備方面具有潛在的應用價值，但是目前關于微生物菌劑在大田應用中的研究鮮有報道。本試驗通過在夏玉米生產過程中施用不同的微生物菌劑，研究其對玉米產量以及果穗性狀的影響并進行比較分析，旨在獲得能夠有效提高玉米產量的微生物菌劑，以期為微生物菌劑在農業生產中應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1試驗地概況

試驗于2016、2017和2018年在河北省吳橋縣中國農業大學實驗站進行。試驗區屬海河平原黑龍港流域中部，暖溫帶季風氣候，海拔14～22 m，歷年平均降水量562 mm，主要分布在6—8月。試驗地自2013—2018年連續5年為冬小麥-夏玉米一年兩熟制，土壤為沖積型鹽化潮土，壤質底粘，按華北平原分類標準，土壤肥力屬于中等，主要基肥為磷酸二銨、尿素、硫酸鉀和硫酸鋅。

1.1.2供試玉米品種和微生物菌株

‘先玉335’為普通玉米品種，幼苗綠色，籽粒黃色，果穗筒形，穗長約18.5 cm左右，穗行數約15.8行，適于河北省、河南省、山西省和陜西省等地種植。

固氮類芽孢桿菌菌株1-18[20]、芽孢桿菌菌株 L-56 均為本實驗室分離和保存。菌株1-18分離自小麥根際，菌株L-56分離自玉米根際。液體發酵培養基：蛋白胨10 g，酵母粉5 g，氯化鈉5 g，葡萄糖10 g，水1 L，pH 7.0。發酵48 h后用稻殼粉(200目)吸附，放置陰涼處至形成干燥粉末，菌劑濃度為5.0×108cfu/g，隨基肥直接撒入。

1.2 田間試驗設計

試驗設置4個處理(表1)，每個處理4次重復，隨機排列，每個小區面積88.4 m2。

表1 試驗處理Table 1 Test treatment

1.3 栽培管理

施基肥磷酸二銨225 kg/hm2，尿素225 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2和硫酸鋅15 kg/hm2。播種期分別為2016年6月10日播種(10月13日收獲)、2017年 6月1日播種(10月4日收獲)和2018年6月5日播種(10月8日收獲)。采用60 cm等行距，株距20 cm，點播器播種，施入基肥并根據試驗設計(表1)撒入菌劑。留苗60 000株/hm2。全生育期不追肥。按常規進行其他栽培管理。

1.4 玉米產量測定和經濟性狀考查

玉米收獲時每個小區去除邊行，挑取長勢一致的三行進行測產，并從中隨機挑選10穗果穗進行考種，測定穗長、穗粗、穗行數、行粒數和百粒重，結果取平均值。大田產量由每個小區所收取的果穗籽粒計算，烘干稱量，最后再按14%含水量折算產量[22-23]。

1.5 數據處理與分析

運用Excel 2003對數據進行整理，并用IBM SPSS Statistics 22軟件進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 2016年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響

由表2可知，2016年與對照組相比接種2種菌劑均能提高玉米產量，接種菌劑1-18的產量為10 588 kg/hm2，相對于不接種菌劑增產16.06%；接種菌劑L-56的產量為9 771 kg/hm2，相對于不接種菌劑增產7.10%，接種菌劑1-18增產率明顯高于菌劑L-56，接種1-18和L-56復合菌劑比單獨施用效果更好，產量為10 812 kg/hm2，增產率可達18.51%。

施用菌劑1-18的玉米百粒重最高為40.33 g，顯著高于施用菌劑L-56的百粒重36.31 g，2種菌劑混合施用時百粒重也達39.75 g。玉米果穗的穗粗、行粒數和穗行數在2種菌劑處理中無顯著差異，但都高于對照組，說明2種菌劑不僅能提高玉米產量，對果穗性狀也產生一定影響。施用菌劑L-56的玉米果穗的穗粗、行粒數和穗長略高于施用菌劑1-18，說明玉米穗部性狀與產量不一定成正比例。

表2 2016年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響Table 2 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2016

注：同列小寫字母a, b, c表示不同處理間的差異，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note： Lowercase letters a, b, and c in the same column indicate differences between different treatments, the same letter indicates that the difference is not significant, and different letters indicate that the difference is significant (P<0.05).The same below.

2.2 2017年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響

由表3可知，2017年接種2種菌劑均能提高玉米產量，但與2016年效果不同，接種菌劑L-56的增產率高于接種菌劑1-18。玉米接種菌劑1-18的產量為 10 115 kg/hm2，相對于不接種菌劑增產5.05%；玉米接種菌劑L-56的產量為10 803 kg/hm2，相對于不接種菌劑增產12.19%；玉米接種1-18和L-56復合菌劑效果最好，產量為11 028 kg/hm2，增產率為14.53%。

不同菌劑處理玉米百粒重和穗長的增長趨勢與產量增長趨勢一致，在施用1-18和L-56復合菌劑中百粒重最重為36.11 g，穗長最長為21.74 cm。穗粗和行粒數在不同菌劑處理中無顯著性差異，但都高于對照組，與對照組相比差異顯著。而穗行數在不同菌劑處理中有顯著差異，說明玉米穗部性狀在不同菌劑處理中可能效果不一致。

表3 2017年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響Table 3 Effect of different microbial treatments on maize yield and agronomic traits in 2017

2.3 2018年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響

由表4可知，2018年產量變化與2017年相近，均是接種菌劑L-56的增產率高于接種菌劑1-18的增產率但差異不顯著。接種菌劑L-56的產量為8 936 kg/hm2，相對于未接種菌劑增產9.11%，接種菌劑 1-18 的產量為8 725 kg/hm2，相對于未接種菌劑增產6.53%，接種1-18和L-56復合菌劑產量最高為9 150 kg/hm2，與未接種菌劑相比增產率達11.75%。

玉米分別接種菌劑1-18和菌劑L-56，其穗長與行粒數差異都達顯著水平，說明這些可能是構成產量變化的因素。而在不同菌劑處理中穗粗、百粒重以及穗行數之間無顯著差異，說明這些因素可能不是引起產量差異的主要原因。

表4 2018年不同菌劑處理對玉米產量和農藝性狀的影響Table 4 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2018

3 結論與討論

本研究通過連續3年對夏玉米施用不同菌劑處理來探究其對玉米果穗性狀和產量的影響，結果表明，施用不同菌劑處理均能增加玉米產量，并且施用復合菌劑比單獨施用增產效果更好。2016年施用菌劑1-18的增產效果優于菌劑L-56，而2017和2018年結果相反，施用菌劑L-56的增產率均高于施用菌劑1-18的增產率，增產效果的差異可能與每年發酵菌劑的發酵情況有關，有效活菌數存在差異；也可能受大田環境不穩定因素的影響，例如，每年土壤pH、溫度以及水分含量存在差異，但整體來看，施用菌劑與未施用菌劑相比玉米產量均有所提高。施用菌劑不僅能提高玉米產量，還能改善玉米果穗的性狀如穗長、穗粗、行粒數和穗行數等，與未接種菌劑相比存在顯著性差異。該結果與施用微生物菌劑對小麥等作物產量方面影響的報道相一致[8，24]。這可能是因為芽孢桿菌和類芽孢桿菌改善了土壤的理化性質，提高了土壤肥力或者產生了促進作物生長的代謝產物，具體作用機制還有待進一步研究。

致謝

感謝十三五國家重點研發項目(2017YFD0200800)和廣東省創新團隊項目(2013S033)資助。