復(fù)合微生物肥料在玉米上的應(yīng)用效果

趙華麗，周華忠

（1.南陽市土壤肥料站，河南 南陽 473000；2.南陽市農(nóng)業(yè)綜合行政執(zhí)法支隊，河南 南陽 473000）

玉米是一種重要的糧食作物，又稱為苞谷，種植面積較大，年總產(chǎn)值較高［1］，對各個國家的農(nóng)業(yè)發(fā)展有一定的意義。我國人口總數(shù)較多，對糧食的需求較大，為了滿足人們的日常飲食需求［2］，需要進(jìn)行玉米相關(guān)研究工作。

研究表明，近幾年，我國的化肥消耗量越來越高［3］。2014 年，我國化肥消耗量就突破了世界總消耗量的3 成，但化肥的回報率卻降低了20%～40%［4］。不僅如此，施加大量化肥給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了負(fù)面影響，很多農(nóng)田的氮素利用率較低，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化［5］，部分土壤甚至出現(xiàn)了沙化、水土流失等問題。在上述背景下，復(fù)合微生物肥料應(yīng)運而生。

與化肥不同，復(fù)合微生物肥料是一種特殊的生態(tài)肥料，其主要由微生物與營養(yǎng)物質(zhì)組成［6］，不僅能為農(nóng)作物提供養(yǎng)分，還能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加農(nóng)作物的總產(chǎn)值［7］。當(dāng)土壤中施加復(fù)合微生物肥料后，微生物會分解有機(jī)物質(zhì)，并逐漸形成腐殖質(zhì)，從而改善原有的土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。部分難以被農(nóng)作物吸收的物質(zhì)被微生物轉(zhuǎn)化為可以被農(nóng)作物吸收的養(yǎng)分［8］。

除此之外，當(dāng)復(fù)合微生物肥料中的微生物進(jìn)入土壤后，會開始大量繁殖，降低原有的有害微生物生存空間，提高土壤的有益菌占比［9］，保證土壤的種植質(zhì)量。部分復(fù)合微生物肥料具有抗壓能力，其中的放線菌可以殺滅病原微生物，并促使植物產(chǎn)生防御反應(yīng)［10］。

為了進(jìn)一步分析復(fù)合微生物肥料的特點及作用，以玉米為例，研究了復(fù)合微生物肥料的應(yīng)用效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選取QS388 玉米作為培育樣本，復(fù)合微生物肥料為史丹利生產(chǎn)的緩釋微生物肥料，菌種為Bacillus subtilis/licheniformis/amyloliquefa ciens。菌種在試驗前需要保持適宜溫度并進(jìn)行冷藏［11］，總養(yǎng)分為8.0%，有效活菌數(shù)＞0.2×108個/g、有機(jī)質(zhì)≥20%。

1.2 試驗區(qū)域概況

試驗區(qū)域位于某省的西部，屬于專業(yè)的農(nóng)業(yè)研究試驗基地，試驗區(qū)域的海拔為1 420 m［12］，平原與高原面積比為1∶2。試驗區(qū)域為溫帶季風(fēng)氣候，年平均溫度為12.8 ℃，降水量相對較少，全年平均降水量值為441 mm。

試驗區(qū)域的濕度適中，約為62%，霜期較短。針對玉米種植試驗需求，試驗區(qū)域設(shè)置了0～20 cm耕層，耕層的有機(jī)質(zhì)含量為27.89 g/kg，土壤中的全氮含量為1.71 g/kg、全磷含量為0.55 g/kg、全鉀含量為6.3 g/kg。

1.3 試驗方法設(shè)計

試驗采用隨機(jī)區(qū)組選育法，試驗區(qū)分為4 個試驗田，每塊試驗田面積為20.7 m2，隨機(jī)設(shè)置4 個處理區(qū)，重復(fù)3 次，隨機(jī)排列。處理內(nèi)容如下。

處理1：將常規(guī)肥作為底肥，使用675 kg/hm2摻混肥，一次性施入，玉米生長過程中不再進(jìn)行追肥。

處理2：將有機(jī)氮肥作為底肥，用量375 kg/hm2，在玉米拔節(jié)期追肥尿素45 kg/hm2。

處理3：將鈣鎂磷肥作為底肥，用量375 kg/hm2，在玉米拔節(jié)期追肥尿素45 kg/hm2。

處理4：可以將復(fù)合微生物肥作為底肥，用量為375 kg/hm2，在玉米拔節(jié)期追肥尿素45 kg/hm2。

根據(jù)玉米種植產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置的試驗株距為25 cm，行距為62 cm，復(fù)合微生物肥料中含有10%氮磷鉀，并且整體有機(jī)質(zhì)含量約為40%［13］。為了提高玉米成活率，試驗使用人工翻耕法施加同穴肥料，將選取的菌種充分混合。于5 月9 日播種，播種時土壤墑情適中，部分土壤墑情較差，播深為5 cm。5 月27 日出苗。6 月10 日第1 次中耕。6 月3 日第2 次中耕。追肥于6 月23 日進(jìn)行。6 月27 日為玉米拔節(jié)期，鋤地分為2 次，分別于6 月22 日和7 月12 日進(jìn)行，采用人工除草。全生育期共滴水5 次。9 月15 日玉米成熟。

本研究使用隨機(jī)取樣法篩選種植樣本，混合均勻后進(jìn)行儲藏過篩。試驗過程中，會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 進(jìn)行統(tǒng)一處理，提高試驗結(jié)果的有效性。

使用PowerSoil DNA Isolation Kit 測試玉米生長土壤質(zhì)量指標(biāo)，具體測定過程如下。苗數(shù)：6 月15 日記錄各處理區(qū)的苗數(shù)。葉片SPAD 值：6 月15 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用SPAD 儀測量葉片SPAD 值，取15 株的平均值。苗高：6 月15 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用卷尺測量株高，取15 株的平均值。株高：7 月12 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用卷尺測量株高，取15 株的平均值。苗粗：6 月15 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用游標(biāo)卡尺測量玉米植株地上第3 節(jié)中部較寬處，取15 株的平均值。莖粗：7 月12 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用游標(biāo)卡尺測量玉米植株地上第3 節(jié)中部較寬處，取15 株的平均值。株數(shù)：6 月15 日記錄株數(shù)。穗長：10 月7 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株玉米，用卷尺測量穗長，取15 株的平均值。百粒重：10 月7 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株的穗，分別脫粒，155 ℃烘干后每穗隨機(jī)取150 粒稱重，取15 株的平均值。穗粒重：10 月7 日每個處理區(qū)隨機(jī)選取15 株的穗，分別脫粒，155 ℃烘干后稱重，取15 株的平均值。籽粒產(chǎn)量=［穗數(shù)×（15 株穗粒重/15）］/50 m2×154 hm2。地上部生物量：10 月7 日每個處理區(qū)隨機(jī)割取15 株玉米后，將其置于電子秤上稱鮮重，地上部生物量=［株數(shù)×（15 株地上部生物量/15）］/50 m2×104。

在試驗過程中，需要采集不同施肥處理的玉米生長土壤樣品，利用梅花形采樣法選取試驗點，采集0～20 cm 土壤樣品，進(jìn)行過篩處理，確定土壤的理化狀態(tài)，使用PowerSoil DNA Isolation Kit 試劑盒進(jìn)行電泳處理，此時設(shè)置的擴(kuò)增程序見表1。

表1 試驗擴(kuò)增程序

由表1 可知，根據(jù)上述設(shè)置的試驗擴(kuò)增程序可以生成16 s 全長序列，生成Barcode 樣本標(biāo)簽，通過重復(fù)育種法，重復(fù)進(jìn)行擴(kuò)增試驗，再使用PacBio Sequel 獲取試驗結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對玉米出苗期生長的效應(yīng)

試驗收割時，對各處理采樣進(jìn)行玉米出苗期生長變化的調(diào)查及統(tǒng)計，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，具體如表2 所示。

表2 不同施肥處理對玉米出苗期生長的效應(yīng)

由表2 可知，出苗率、葉片SPAD 值、苗高和苗粗在不同施肥處理間有不同差異。處理4 的出苗率顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高15.98%、10.69%、10.08%。處理4 的葉片SPAD值顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高2.17、1.81、0.86。處理4 的苗高顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高3.35、2.13、1.08 cm。處理4 的苗粗顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高0.17、0.16、0.12 cm。說明復(fù)合微生物肥料對玉米的出苗率、葉片SPAD 值、苗高及苗粗都有顯著的效應(yīng)。

2.2 不同施肥處理對玉米拔節(jié)期生長的效應(yīng)

不同施肥處理對玉米拔節(jié)期生長指標(biāo)的影響見表3。

表3 不同施肥處理對玉米拔節(jié)期生長的效應(yīng)

由表3 可知，玉米株數(shù)、株高和莖粗在不同施肥處理間有差異。處理4 的株數(shù)顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高12.67、7.40、6.68 株/hm2。處理4 的株高顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高13.55、12.05、10.98 cm。處理4 的莖粗顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高0.37、0.42、0.33 cm。說明復(fù)合微生物肥料對玉米植株的生長及壯大都有顯著效應(yīng)。

2.3 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量性狀的效應(yīng)

不同施肥處理對玉米產(chǎn)量性狀的影響見表4。

表4 不同施肥處理對玉米產(chǎn)量性狀的影響

由表4 可知，穗長、百粒重、穗粒重、籽粒產(chǎn)量和地上部生物量在不同處理間有不同差異。處理4的穗長顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高1.77、1.49、1.18 cm。處理4 的百粒重顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高2.76、1.7、0.95 g。處理4 的穗粒重顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高33.85、32.05、30.78 g。處理4 的籽粒產(chǎn)量顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高150.07、130.15、99.92 kg/hm2。處理4 的地上部生物量顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高1.01 萬、0.89 萬、0.84 萬kg/hm2。說明復(fù)合微生物肥料對玉米的穗長、百粒重、穗粒重、籽粒產(chǎn)量和地上部生物量都有顯著效應(yīng)。處理4 能有效促進(jìn)穗的生長，提高穗粒重。

2.4 不同施肥處理對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

不同施肥處理對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響見表5。

表5 不同施肥處理對玉米經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表5 可知，根據(jù)種植成本以及玉米的售價綜合分析可以得出玉米使用不同的肥料所帶來的經(jīng)濟(jì)效益各不相同。處理4 的肥料成本高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高77.28、21.09、20.18 元。處理4 的產(chǎn)量顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高129.07、128.01、126.56 kg。處理4 的產(chǎn)值顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高404.04、332.33、321.58 元。處理4 的利潤顯著高于處理1、2、3，分別比處理1、2、3 高176.97、158.06、156.12 元。處理4 的增收顯著高于處理1、2、3，比處理1、2、3 高96.65、61.55、60.66 元。處理4 與處理1、2、3 之間的玉米產(chǎn)量差異顯著。

2.5 不同施肥處理對玉米生長土壤質(zhì)量的影響

通過對玉米生長土壤酶活性、土壤養(yǎng)分和土壤細(xì)菌多樣性等方面進(jìn)行試驗，可以了解玉米生長土壤的肥力狀況、生態(tài)系統(tǒng)功能和微生物多樣性等信息，為科學(xué)合理地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

土壤脲酶S-UE 是一種來源于微生物的水解酶，其可以加速尿素分解，其活性與土壤的有機(jī)物、全氮、速效磷成正比，土壤脲酶S-UE 活性越高，證明土壤的轉(zhuǎn)化作用越好，土壤肥力越高，玉米的生長狀態(tài)越好。不同施肥處理對玉米生長土壤質(zhì)量的影響見表6。

表6 不同施肥處理對玉米生長土壤質(zhì)量的影響 單位：U/g

由表6 可知，處理1、2、3 的土壤S-SC 土壤蔗糖酶活性相對較低，均在20 U/g 內(nèi)，處理4 的S-SC土壤蔗糖酶活性突破了30 U/g。試驗結(jié)果證明，施加復(fù)合微生物肥料可以有效提高土壤蔗糖酶活性；處理1、2、3 的土壤S-CAT 過氧化氫酶活性一般，不會對玉米生長造成太大影響，處理4 的S-CAT 土壤過氧化氫酶活性突破了30 U/g，玉米生長狀態(tài)較好，葉片淀粉含量相對較高。上述結(jié)果證明，施加復(fù)合微生物肥料能提高土壤過氧化氫酶活性，加速玉米攝入土壤養(yǎng)分，使土壤更加疏松；處理1、2、3的土壤脲酶活性處于相對較高的階段，但未達(dá)到活性峰值；處理4 的土壤脲酶活性達(dá)到了峰值，證明施加復(fù)合微生物肥料能提高玉米產(chǎn)量，改善土壤基礎(chǔ)交換環(huán)境。

通過本試驗可知，相對于傳統(tǒng)肥料，使用復(fù)合微生物肥料的效果更好，而且將復(fù)合微生物肥料與尿素等肥料混合使用，對于玉米產(chǎn)量增加、性能的提升有十分重要的意義。在施肥時，應(yīng)該結(jié)合本地的土壤實際情況，選擇合適的復(fù)合微生物肥料，并且對肥料的用量進(jìn)行控制。根據(jù)試驗得知，最佳使用量為復(fù)合微生物肥料375 kg/hm2和尿素45 kg/hm2，增產(chǎn)效果明顯，而且明顯減少了對環(huán)境的污染，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色生態(tài)發(fā)展。

3 結(jié)論與討論

玉米是我國的重要農(nóng)作物，對人們的溫飽有重要意義，大多數(shù)農(nóng)田施加的化肥容易降低土壤生物多樣性，導(dǎo)致玉米總產(chǎn)量降低。為了解決目前的玉米種植問題，研究了復(fù)合微生物肥料在玉米上的應(yīng)用效果。

試驗結(jié)果表明，處理4 能有效促進(jìn)穗的生長，提高穗粒重，增收顯著高于處理1、2、3；處理4 的土壤脲酶活性達(dá)到了峰值，復(fù)合微生物肥料對玉米植株的生長及壯大都有顯著效應(yīng)；施加復(fù)合微生物肥料能有效提高玉米生長酶活性，突破了30 U/g，優(yōu)化玉米生長土壤生態(tài)多樣性，對玉米生產(chǎn)有促進(jìn)作用。因此，在后續(xù)的玉米種植工程中，可以積極應(yīng)用復(fù)合微生物肥料，為制訂后續(xù)的肥料施加方案作出了一定的貢獻(xiàn)。