不同微生物菌劑對玉米產量及土壤肥力的影響

陳曉燕 王小琳 謝先進

(1河南省清豐縣土壤肥料工作站河南清豐457300;2河南省土壤肥料站河南鄭州450002)

玉米是中國主要的糧食作物。近年來，過量施肥、單一施肥、偏施氮肥等不合理施肥措施使得土壤有機質含量下降，土壤微生物平衡遭到破壞，不僅造成資源浪費、肥料利用率低，而且嚴重污染農田土壤［1］。因此，改善土壤理化性質、提高土壤生物活性尤為重要。微生物菌劑是應用于農業生產的含有特定微生物活體的制品，通過其所含微生物的生命活動，改善土壤微生物的群落和土壤養分結構，增加植物養分的供應量并促進植物生長，提高作物產量［2］，改善農產品品質及農業生態環境，在化肥零增長行動中具有重要作用。目前，微生物菌劑在多種作物上取得較好的應用效果［3］。韓樹鑫等［4］研究表明，應用可施可力生物菌肥，可有效促進水稻秧苗的生長發育，增強水稻秧苗抗逆性和抗病性。高雁等［5］研究表明，微生物菌劑改變了小麥根際土壤微生物功能多樣性，提高土壤中有機質和全氮含量，從而促進小麥的生長。肖讓等［6］研究表明，配施菌肥能夠不同程度地促進制種玉米籽粒產量形成，在增產的同時，還能改善耕作層土壤微環境。方成等［7］研究表明，減施化肥、配施微生物菌劑可顯著提高果實品質、改善土壤肥力、提高土壤微生物菌群數量。前人對微生物菌肥的研究主要集中在蔬菜和果樹上，在玉米上的應用相對較少。本研究以玉米為試驗材料，研究微生物菌劑對玉米產量及土壤養分含量變化的影響，為玉米田微生物菌劑的使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗于2019年在河南省清豐縣高堡鄉王莊村進行。該地海拔48 m，經度115.138 611o，緯度35.933 056o，屬于溫帶大陸性季風氣候，光照充足、四季分明，≥10℃有效積溫4 519.9℃，平均氣溫13.0℃，年均降水量562.6 mm。種植模式為冬小麥/夏玉米。土質為中壤土，有機質含量17.45 g/kg，全氮含量1.38 g/kg，堿解氮含量86.31 mg/kg，速效磷含量32.47 mg/kg，速效鉀84.27 mg/kg。

1.1.2 供試材料

試驗供試品種為鄭單958，供試微生物菌劑為立占科奇微生物菌劑（有效菌種為枯草芽孢桿菌，有效活菌數≥2×109g），由山東綠德地生物科技有限公司提供；西多里微生物菌劑（有效菌種為枯草芽孢桿菌，有效活菌數≥5×109g，有機質≥45%），由項城市嘉禾生物技術有限公司提供；聚谷氨酸復合微生物菌劑（有效菌為解淀粉芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌，有效活菌數50×109個/g），由南京軒凱生物科技有限公司提供。無機肥料為尿素（46%N）、過磷酸鈣（17.5%P2O5）和氯化鉀（60%K2O），購自當地農資市場。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

采用完全隨機區組設置，試驗以化肥處理為對照（CK），設驗設3個菌肥處理，分別為立占科奇微生物菌劑（T1）、西多里微生物菌劑（T2）、聚谷氨酸復合微生物菌劑（T3）；T1、T2、T3菌劑施用量分別為15、15、5 kg/hm2，所有處理均施入氮肥（N）180 kg/hm2、磷肥（P5O2）90 kg/hm2、鉀肥（K2O）90 kg/hm2、氮肥60%、所有磷肥、鉀肥及微生物肥料均作為基肥，在播種前（4月25日）一次性施入；其余氮肥在玉米拔節期前（6月15日）進行追施。每小區8壟，壟寬0.65 m，長7 m，面積約36.4 m2；每處理重復3次，隨機排列，試驗田田間管理同大田。

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 土壤養分含量測定

分別在玉米拔節期（6月19日）、灌漿期（7月19日）和成熟期（9月24日）取耕層20 cm處土壤，分別在每小區采用五點取樣法采集兩份土壤樣品，將樣品裝于聚乙烯塑料袋中，貼好標簽，帶回實驗室；一份鮮土用于測定銨態氮和硝態氮，另一份置于陶瓷盤中風干并過60目篩，備用。土壤養分含量的測定：有機質測定采用外加熱法［8］，土壤銨態氮和硝態氮含量用流動分析儀測定，速效磷采用鉬銻抗比色法［8］，速效鉀采用火焰光度計法［8］。

1.2.2.2 土壤酶活性測定

在玉米拔節期、灌漿期和成熟期，用毛刷刷取玉米根際土壤帶回實驗室風干，用于測定土壤酶活性。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶活性采用微孔板吸收光法。

1.2.2.3 玉米產量及產量構成因素測定

將玉米實收測產，于室內考察穗行數、穗粒數、百粒重、含水量等穗部性狀，按14%含水量計算籽粒產量。

1.2.3 數據分析

采用Excel 2010統計和計算數據，采用SPSS 24.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 微生物肥料對玉米田土壤有機質含量的影響

土壤有機質是土壤肥力中極其重要的組成部分。由圖1可看出，土壤有機質含量在全生育期沒有明顯的變化規律，但是微生物肥料對有機質具有顯著的影響。在玉米拔節期，T1處理和CK沒有顯著差異；T2和T3處理均顯著提高于CK，分別比CK高出7.57%和7.42%，微生物肥料處理間差異不顯著。在灌漿期，T1處理和CK沒有顯著差異；T2和T3處理均顯著提高于CK，分別比CK高出7.51%和9.65%，且T3處理顯著高于T1。在成熟期，T1、T2和T3處理均顯著高于CK，分別高出10.12%、21.36%和15.02%，其中T2處理最高，與T1差異顯著。

圖1 微生物肥料對玉米田土壤有機質含量的影響

2.2 微生物肥料對玉米田土壤銨態氮含量的影響

土壤銨態氮能被作物直接吸收利用，肥效發揮迅速，是表征土壤肥力的主要指標。由圖2可知，土壤銨態氮含量隨生育進程的推進呈逐漸下降的趨勢。拔節期，微生物肥料處理的土壤銨態氮含量均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高19.18%、44.97%和30.81%，T2處理顯著高于T1。灌漿期，各處理表現為T3＞T2＞T1＞CK，處理間差異顯著，T1、T2和T3處理分別比CK高49.60%、98.77%和159.34%。成熟期，微生物肥料處理的土壤銨態氮含量均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高49.60%、46.42%和87.48%，T3顯著高于T1和T2。

圖2 微生物肥料對玉米田土壤銨態氮含量的影響

2.3 微生物肥料對玉米田土壤硝態氮含量的影響

由圖3可知，土壤硝態氮含量隨生育進程的推進呈逐漸降低的變化趨勢。拔節期，表現為T3＞T2＞T1＞CK，T1處理和CK沒有顯著差異，T2和T3處理顯著高于CK，分別高出30.77%和51.99%，微生物肥料處理間差異顯著。灌漿期T3＞T2＞T1＞CK，處理間差異均顯著，T1、T2和T3處理分別比CK高34.53%、57.56%和74.46%。成熟期，微生物有機肥處理均顯著高于CK，T1、T2和T3處理分別比CK高46.60%、81.15%和57.49%，T2處理顯著高于T1和T3處理。

2.4 微生物肥料對玉米田土壤速效磷含量的影響

土壤速效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷，反映了土壤供磷能力，也是植株磷素的直接來源。由圖4可知，在各生育時期，微生物肥料處理的土壤速效磷含量均顯著高于CK。拔節期，T1、T2、T3分別比CK高42.48%、19.03%和28.50%；T1處理最高，其次是T3處理，顯著高于T1。灌漿期，T1、T2、T3分 別 比CK高36.25%、28.41%和57.02%，T3處理顯著高于T2處理。成熟期，T1、T2、T3分別比CK高44.01%、58.25%和70.77%，T3處理顯著高于T1處理。

2.5 微生物肥料對玉米田土壤速效鉀含量的影響

由圖5可知，微生物肥料能夠顯著提高土壤速效鉀含量。在玉米拔節期，表現為T1＞T3＞T2＞CK，T1、T2、T3分 別 比CK高19.58%、7.98%和14.80%；T1處理最高，顯著高于T2，但與T3沒有顯著差異。灌漿期，微生物肥料處理均顯著高于CK，T1、T2、T3分別比CK高出24.24%、21.58%和33.62%，T3處理顯著高于T1和T2。成熟期，T1處理和CK沒有顯著差異；T2和T3顯著高于CK，分別高22.75%和39.41%；T3處理最高，顯著高于T1和T2。

2.6 微生物肥料對玉米田土壤酶活性的影響

土壤酶能催化土壤中復雜的有機質和礦物質，參與土壤養分的分解和轉化過程，是反映土壤生物活性以及土壤肥力的重要指標。由表1可知，微生物肥料能夠顯著影響土壤酶活性。T1、T2、T3土壤脲酶活性均顯著高于CK，分別比CK高13.66%、34.36%和37.83%，T2和T3顯著高于T1。T3處理土壤中性磷酸酶活性顯著高于其它處理，比CK高19.79%；T1、T2與CK沒有顯著差異。微生物肥料處理的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于CK，T1、T2、T3分別比CK高1.54%、18.44%和9.67%，其中T2處理活性最高。過氧化氫酶活性變化趨勢和中性磷酸酶相似，T2處理顯著高于其它處理。

表1 微生物肥料對玉米田土壤酶活性的影響

2.7 微生物肥料對玉米產量及產量構成因素的影響

由表2可知，在不同微生物肥料處理下，玉米穗數和穗行數沒有顯著差異；T1和T3處理行粒數顯著高于CK，分別高11.81%和16.35%；T1千粒重和CK沒有顯著差異，T2和T3處理顯著高于CK，分別高出7.76%和6.33%，T3處理最高；各處理產量表現為T3＞T2＞T1＞CK，T2和T3均顯著高于CK，分別高12.23%和21.17%。

表2 微生物肥料對玉米產量及產量構成因素的影響

2.8 微生物肥料對玉米收益的影響

由表3可知，菌肥投入為T3＞T2＞T1，說明菌肥顯著提高玉米產量，且玉米產量和菌肥投入成正比；使用菌肥顯著增加玉米的總產值、凈收入和投產比，表現為T3＞T2＞T1＞CK；T1、T2和T3凈收入分別比CK增加18.44%、24.35%和42.78%；T3處理投產比最大，為（1∶2.18）。

表3 微生物肥料對玉米收益的影響

3 討論

微生物菌劑含有大量的活性微生物，能夠為土壤補充分解養分及腐殖物質的活性物質，可產生糖類物質及改善土壤團粒結構、物理性質和顆粒損失［8］。微生物菌劑中的微生物在土壤中會釋放大量的生長素、赤霉素和各種維生素等代謝產物，對植株生長有一定的促進作用，可使植株吸收多種養分［9］；此外，微生物菌劑中的微生物還可分解植株殘體，加快腐殖質的形成，增加土壤有機質含量，釋放大量有機酸類物質，加速土壤中養分的礦化，提高土壤養分性能，從而促進植株對養分的吸收利用，提高土壤肥力［10］。方瑞琳等［11］研究表明，施用微生物菌劑能顯著改善谷子農藝性狀，并能提高產量。沙月霞等［12］研究表明，微生物菌劑拌土增加了玉米農田土壤中全磷、硝態氮、有效磷和速效鉀的含量。高雁等［13］研究表明，微生物菌劑顯著提高土壤中有機質和全氮含量。本研究結果表明，3種微生物肥料均能夠顯著提高土壤有機質、硝態氮、銨態氮、速效磷和速效鉀含量，主要是由于微生物肥料能有效地促使土壤中的有機質分解成腐殖質，從微觀上迅速改良土壤團粒結構；此外，微生物菌肥是一種生態型土壤改良劑，其能夠促進土壤中有機質的分解和礦化，提高土壤肥力肥效。

土壤酶參與土壤養分的分解和轉化過程，有利于促進土壤營養物質的活化和更新［14］。有研究認為，微生物菌劑通過改善土壤理化特性和微生物活性，從而影響土壤酶活性［15］。另一方面，土壤酶中一部分是由微生物活動釋放的［16］。范娜等［17］研究表明，適宜微生物菌劑可顯著提高土壤蔗糖酶和磷酸酶活性，有效改善土壤的肥力狀況，從而提高作物對養分的吸收。黃偉等［18］研究表明，使用微生物菌劑能夠提高土壤脲酶、轉化酶和過氧化氫酶活性。本研究表明，微生物肥料能夠顯著影響土壤酶活性，3種肥料處理的土壤脲酶和過氧化氫酶活性均顯著高于對照。微生物菌劑中含有大量的有機質，能夠為土壤補充一部分的土壤酶；另外，微生物菌劑還可誘導植株產生一些酶類物質，從而提高土壤酶活性。總體來看，T3處理酶活性最高，可能是T3肥料含有的微生物種類較多，使得土壤活性物質高于其它處理。本研究表明，T1和T3處理顯著提高行粒數，T2和T3處理顯著提高玉米千粒重，產量表現為T3＞T2＞T1＞CK。一方面是由于微生物肥料提高了土壤中養分含量，增加植株對養分的吸收利用；另一方面，微生物在植株根部形成菌群，這些菌群分泌的物質成為抵抗真菌和細菌的抗生素，防止根部病菌的產生，從而增加了玉米產量。說明菌肥可顯著提高玉米產量，且玉米產量和菌肥投入成正比，使用菌肥顯著增加玉米的總產值、凈收入和投產比，表現為T3＞T2＞T1＞CK。

綜上所述，微生物有機肥對玉米田土壤養分含量和土壤酶活性均有顯著影響，能夠提高玉米產量，其中聚谷氨酸復合微生物菌劑處理（T3）酶活性最高，玉米產量最高（比化肥對照提高21.17%），凈收入增加42.78%。因此，聚谷氨酸復合微生物菌劑可提高土壤養分含量、土壤酶活性、玉米產量，在玉米上應用效果較好。