肥料配施對小麥根系、根際土壤微生物及秸稈養分積累的影響

葛君 孟自力 張志標 任德超 胡新 趙敬領 朱培培

摘要：為了探索促進小麥根系生長和秸稈養分吸收的肥料配施方式，通過設置5個處理，即不施肥（CK）、100%化肥（F）、70%化肥+有機肥（F）、100%化肥+EM菌劑（F）、70%化肥+有機肥+EM菌劑（F），以商麥178為材料，研究不同處理對小麥與根際微生物的影響。結果表明，從整體來看，根系活力和根條數從大到小排序為F>F>F>F>CK。其中F處理在苗期、拔節期、開花期、灌漿期、成熟期根系活力分別比對照增長83.78%、43.15%、68.63%、107.63%、102.14%，根條數分別達到14.9、26.3、46.1、57.3、37.3條。在根際微生物方面，F、F和F處理的小麥根際土壤細菌及真菌數量均高于F，且差異達顯著水平（P<0.05）。F處理細菌數量在先后5個時期分別比對照增加80.04%、87.35%、96.97%、97.03%和160.33%，真菌數量比對照分別增加44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%。細菌和真菌的數量呈現先增加后降低再增加的趨勢，分別在開花期和孕穗期出現轉折點。在秸稈養分積累方面，在成熟期時，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、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，說明單獨在化肥基礎上做有機肥部分替代效果不明顯，而在此基礎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肥配施時，添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養分。因此，F處理在促進小麥根系生長、根際土壤微生物增加及小麥植株養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。

關鍵詞：化肥;有機肥;EM菌劑;小麥;根系;微生物;秸稈;氮磷鉀

中圖分類號：S512.110.6 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2022）11-0214-05

收稿日期：2021-01-16

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFD0201700）;國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：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研究。E-mail：2381105980@qq.com。

通信作者：張志標，農藝師，主要從事小麥土壤肥料管控技術研究。E-mail：596389355@qq.com。

長期施用化肥會使耕地土壤板結、養分利用低效、土壤肥力不足，從而導致作物總產量低、作物品質低劣以及環境污染等系列問題，破壞了農業可持續發展戰略。目前國內外研究得出最合理利用資源的施肥方式是有機無機肥配施，其原因是化肥能直接作用于作物生長發育、提升養分利用速度，配施后能保證作物穩產、高產、優產，有機肥中有維生素、氨基酸、酶以及有益微生物，可以改土培肥、改良土壤。但有機肥存在肥效慢、養分含量低的缺點，所以在加大有機肥的投入時，可以合理地利用益生菌菌劑。益生菌簡稱EM，是對植物的生長發育能夠起到輔助作用的一類微生物的總稱，主要有光合細菌、乳酸菌等多種有益活菌制劑，是生物界與有機、無機物界主要的使者，其對于土壤環境的改善和植物的生長呈現直接性和間接性的作用，益生菌的使用對激活土壤肥力和促進植物養分吸收均具有很重要的意義。因此，本研究將采用大田試驗的方法，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菌劑配施促進小麥養分吸收、根系生長和培肥地力的有力數據支撐，為小麥化肥減量增效技術提供一定的理論依據，為生產管理提供一項技術保障。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020年10月7日至2021年6月6日在商丘市示范區保衛村高產創建基地（115°46′～116°29′E，33°32′～34°42′N）進行，屬于黃淮平原典型冬麥區腹地，該地區年平均氣溫為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，其基本理化性質為有機質含量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 試驗設計

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：有機肥，其有機質含量≥40%，河南省中農嘉吉化工有限公司生產;EM復合功能菌劑，活菌≥200億/g，河南諾普信生物科技有限公司生產。試驗設5個處理（表1），分別為不施肥（CK）、100%化肥（F）、70%化肥+有機肥（F）、100%化肥+EM菌劑（F）、70%化肥+有機肥+EM菌劑（F），小區長9.0 m、寬1.5 m，每個處理3次重復，隨機區組排列。有機肥、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 測定項目與方法

1.3.1 根系活力和根條數的測定 每隔7 d分別在苗期4次、拔節期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法測量記錄根系活力。根條數也為5個階段測定，測定次數同上。

1.3.2 小麥根際微生物測定 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，每個小區采集10個距小麥單株根系 0.5 cm 以內土樣混勻過篩（1 mm），用于土壤細菌和真菌的測定。采用稀釋平板計數法測定細菌（葡萄糖牛肉膏蛋白胨培養基）和真菌（馬丁氏培養基）數量，單位為CFU/g（干土）。1 g樣品的菌數=同一個稀釋度幾次重復的菌落平均數×5×稀釋倍數。

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

1.4 數據統計分析

主要采用DPS 9.01、Excel 2007進行數據處理、方差分析、作圖等。

2 結果與分析

2.1 化肥與有機肥及EM菌劑配施對小麥根系生長的影響

2.1.1 化肥與有機肥及EM菌劑配施對根系活力的影響

如表2所示，從整體來看，化肥與有機肥及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。小麥各個生育期的不同處理根系活力均表現為F>F>F>F>CK，F在苗期、拔節期、開花期、灌漿期和成熟期根系活力分別比對照（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生長階段保持較高的根系活力，為植株養分的累積創造了優越的條件，在小麥生育中后期（灌漿到成熟期）F處理的根系活力相對較高，較CK增長幅度均超過100%，為后期植株養分的吸收轉移、籽粒養分的累積及產量的形成奠定了良好的基礎;從不同生育期角度來看，從苗期到拔節期小麥根系活力提高近2倍，達到最大值，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 化肥與有機肥及EM菌劑配施對根條數的影響

如表3所示，從整體來看，與不施肥相比，化肥與有機肥及EM菌劑配施各處理在不同生育期的根條數差異均達到顯著水平（P<0.05）。各處理的根條數由高到低排序為F>F>F>F>CK，可見，F處理下各生育期的根條數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呈現不斷增長的趨勢，至灌漿期達到最大值，成熟期出現下降趨勢;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為最高，說明有益菌有利于根系的生長發育，在成熟期的根條數仍然保持較高水平，F比對應的F和F沒有菌劑處理的根條數分別增長13.12%和10.03%，說明菌劑能夠維持后期根系所需的微環境，為灌漿和產量的形成提供良好的條件。

2.2 化肥與有機肥及EM菌劑配施對小麥根際土壤微生物的影響

2.2.1 化肥與有機肥及EM菌劑配施對小麥根際土壤細菌數量的影響

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

2.2.2 化肥與有機肥及EM菌劑配施對小麥根際土壤真菌數量的影響

由圖2可知，各處理在不同時期小麥根際土壤真菌數量均顯著高于CK。在每個特定時期，各處理真菌數量均表現出F>F>F>F>CK，所有處理中以F處理一直保持最高值狀態，分別比對照高44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%;CK最低是因為在沒有肥料的情況下小麥根際的真菌和其他的微生物會造成資源爭奪，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量在整個生育期均呈現先增長后降低再逐漸升高到某種高度的趨勢，孕穗期是一個轉折點，拔節期和成熟期真菌數量出現峰值，成熟期達到最大值。

2.3 化肥與有機肥及EM菌劑配施對小麥秸稈養分含量及積累量的影響

2.3.1 化肥與有機肥及EM菌劑配施對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，所有施肥處理與不施肥處理（CK）秸稈氮含量和積累量均達到顯著差異，秸稈氮含量在F處理時顯著升高，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、F、F處理的積累量也顯著升高，升高幅度分別達到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，說明單獨在化肥基礎上做有機肥部分替代效果不明顯，而在此基礎上增加微生物菌劑效果最為顯著。

2.3.2 化肥與有機肥及EM菌劑配施對秸稈磷含量及其累積量的影響

由圖4可知，與CK相比，F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%。可以看出，菌肥、有機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，F>F、F>F，說明添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養分。

2.3.3 化肥與有機肥及EM菌劑配施對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處理（施用化肥、有機肥與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F與F、F和F的對比可以看出，在相同肥源不同菌肥處理的情況下，菌肥處理對小麥全鉀含量及其積累量的促進效果差異顯著。

3 討論與結論

前人研究指出，根系是小麥植株吸收土壤水分和養分的主要器官，也是合成營養的器官;小麥的根系活力和根條數是反映根系對肥料利用效率的重要指標。本研究結果表明，與不施氮相比，各個肥料處理根系活力和根條數均較高，其中F處理小麥營養生長階段保持最高的根系活力和根條數，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仍然保持較高水平，為后期植株養分的吸收轉移和籽粒養分的累積奠定了良好的基礎。石祖梁研究認為，根系吸收的氮素通過轉運、同化與碳代謝相協調，影響小麥地上部秸稈干物質的積累。本試驗研究發現，秸稈養分積累方面與根系發育變化呈正相關，與上述觀點一致。在秸稈養分積累方面，成熟期時，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、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、鉀含量變化趨勢基本一致。本研究還發現，F和F處理的小麥秸稈氮含量和氮的積累量差異不顯著，說明單獨在化肥基礎上做有機肥部分替代對氮素吸收效果并不明顯，而在此基礎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肥配施時，添加微生物菌肥能夠提高小麥秸稈養分，這與王秀娟等運用微生物菌肥研究設施番茄養分吸收的結論一致。

微生物是植物根際不可或缺的一類物質，在植物的生長期間，不斷地將很多有機物轉化為植物所需要物質，二者呈現相輔相成的關系。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量，從而間接地改變植物的生長。前人研究發現，益生菌可以有效地提高土壤細菌、真菌數量，在相對一樣的管理水平下，對細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量遠遠高于對照組，這是由于益生菌肥料本身就是多種微生物的集成體系。本試驗研究發現，在小麥各個生育時期，施肥處理小麥根際土壤細菌和真菌數量均顯著高于對照處理，從大到小依次為F>F>F>F>CK，這表明微生物菌劑和有機肥配施較低單獨施用化肥更有利于小麥根際土壤細菌和真菌數量的增加;所有處理中以F處理一直保持最高值狀態，分別在苗期、拔節期、開花期、灌漿期和成熟期細菌數量分別比對照增加80.04%、87.35%、96.97%、97.03%和160.33%，真菌數量分別比對照增加44.29%、92.88%、104.40%、117.27%和68.77%;說明菌肥、有機肥與化肥配施更有利于細菌和真菌繁殖。總體而言一定濃度益生菌的施入能夠進一步提高土壤微生物數量。另外，本試驗還發現，各處理細菌和真菌的數量會呈現先增加后降低再增加的趨勢。拔節期到孕穗期（在小麥生長最快的階段）細菌數量達到全生育期的最高值，開花期是下降后再次上升的一個轉折點;真菌數量在孕穗期是一個轉折點，小麥生長到拔節期的時候其真菌數量會達到第1個最高值，成熟期達到最大值。經查閱相關資料證實，在植物根際的微生物種群及數量也會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和調節過程。對于植物來說，根際的微生物也會隨著某些植物根部的腐爛或者死亡呈現變化，而且與根際的土質也會有很大的關系，這將還有待于進一步的研究和論證。

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