微生物菌劑與氮肥配施對冬小麥光合特性和產量的影響

摘 要：【目的】研究微生物菌劑與氮肥配施對小麥光合特性及產量的影響。

【方法】設置微生物菌劑與氮肥配施處理的田間試驗，比較不同處理小麥葉綠素SPAD值、葉面積指數、光合熒光指標及產量的變化。

【結果】不同處理間小麥葉片光合特性表現亦不同。各處理間葉綠素SPAD值、初始熒光強度、最大光化學效率差異不顯著。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2葉綠素SPAD值最高，小麥開花期、灌漿期葉綠素SPAD值較未添加微生物菌劑的全量氮肥處理PN1分別增加0.68、0.70。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2的葉面積指數最高，顯著高于不施氮肥處理PN0，開花期、灌漿期葉面積指數分別較PN0增加了38.59%、37.70%。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2凈光合速率高于PN1、PN3和PN4處理，顯著高于PN0處理。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2產量最高，顯著高于其他處理，分別較PN0、PN1、PN3和PN4處理增加了41.63%、9.53%、20.65%和22.70%。

【結論】全量氮肥與微生物菌劑配施處理小麥光合特性和產量綜合表現最佳。

關鍵詞：微生物菌劑；氮肥；小麥；光合特性；產量

中圖分類號：S512.1 ""文獻標志碼：A ""文章編號：1001-4330（2025）01-0068-07

收稿日期（Received）：

2024-05-21

基金項目：

新疆維吾爾自治區重點研發計劃項目（2021B02002，2021B02002-1，2022B02015-1）；國家小麥產業技術體系烏魯木齊綜合試驗站（CARS-3）

作者簡介：

陳傳信（1988-）， 男， 河南商丘人， 助理研究員， 碩士，研究方向為作物高產栽培生理，（E- mail）lixp618@163.com

通信作者：

雷鈞杰（1972-）， 男， 甘肅古浪人， 研究員， 博士，碩士生導師，研究方向為小麥高產栽培生理，（E-mail）leijunjie@sohu.com

0 引 言

【研究意義】小麥是三大谷物之一［1］。我國小麥年均產量位居世界首位［2］。化肥投入量是影響作物產量和品質形成的一個重要因素［3-4］。施用氮肥是小麥產量形成的重要措施［5-6］。有文獻顯示農田中氮肥存在損失問題［7-8］。微生物菌劑是將有益活性菌經過特殊工藝加工制成，便于使用的生物制劑或活菌制劑［9］，微生物菌劑在一定程度上提高了肥料利用率和土壤酶活性，設置微生物菌劑與化肥搭配施用對提高肥料利用率有實際意義。【前人研究進展】方成等［10］試驗研究認為，減施化肥配施微生物菌劑可以顯著提高果實品質、改善土壤肥力和提高土壤微生物菌群質量。高雁等［11］研究發現，微生物菌劑改變了小麥根際土壤微生物功能多樣性，從而提高土壤的有機質和全氮含量，進而促進小麥的生長發育。張雅楠等［12］研究發現，與常規施肥相比，氮肥減量配施復合菌劑處理可以提高土壤有效養分含量。肖讓等［13］研究發現，配施菌肥可在一定程度地促進制種玉米籽粒產量形成和產量增加，同時改善耕層土壤微環境。【本研究切入點】目前關于微生物菌劑與氮肥配施對小麥光合特性和產量的影響研究未見報道。需分析研究微生物菌劑與氮肥配施對小麥光合特性及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】設置微生物菌劑與氮肥配施田間試驗，分析微生物菌劑與氮肥配施對小麥葉綠素SPAD值、葉面積指數、光合熒光指標及產量的影響，為小麥高效綠色生產提供支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年9月～2022年7月在新疆農業科學院瑪納斯試驗站進行（85°35′～86°42′E，43°27′～45°37′N），該試驗站屬于中溫帶大陸性干旱半干旱氣候，冬季較為嚴寒，夏季炎熱，干燥少雨，日照充足，蒸發量比較大，降水少；年均氣溫8.7℃，年總降水量為237.7 mm，年總日照時數為2 569.0 h；年最大積雪深度為25 cm，年最大凍土深度為75 cm。供試土壤為沙壤土，耕層土壤有機質14.5" g/kg、堿解氮66.7 mg/kg、速效磷15.25 mg/kg和速效鉀為165 mg/kg。

供試小麥品種新冬52號，于2021年9月25日播種，15 cm等行距條播，播種量300 kg/hm2。肥料為尿素（含N 46%）、重過磷酸鈣（含P2O5 46%）、硫酸鉀（含K2O 52%）、微生物菌劑（芽孢桿菌總有效活菌數≥10.0×108/g）。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用單因素隨機區組試驗設計，共設置5個處理，分別為不施氮肥處理（PN0）、全量氮肥處理（施氮量240 kg/hm2，PN1）、全量氮肥+微生物菌劑處理（施氮量240 kg/hm2+微生物菌劑15 kg/hm2，PN2）、80%氮肥+微生物菌劑處理（施氮量192 kg/hm2+微生物菌劑15 kg/hm2，PN3）、70%氮肥+微生物菌劑處理（施氮量168 kg/hm2+微生物菌劑15kg/hm2，PN4）。尿素按40%基施+60%追施，各處理磷鉀用量相同且全部基施，分別為P2O5 150 kg/hm2、K2O 52.5 kg/hm2。每處理重復3次，小區面積54 m2（5.4 m×10 m）。其他田間管理措施與當地生產一致。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 葉綠素相對含量（SPAD值）

采用SPAD-502葉綠素測定儀（日本）測定葉綠素相對含量（SPAD值），于小麥開花期和灌漿期測定旗葉葉綠素SPAD值。每葉從基部到尖端測3點取平均值，每重復測定15次。

1.2.2.2 葉面積

在小麥開花期和灌漿期每重復隨機取15個單莖，用直尺測定單莖全部葉片的長與寬，參照張永強等［14］方法計算單莖葉面積和葉面積指數。

1.2.2.3 凈光合速率

在小麥開花期和灌漿期，選擇晴朗天氣的11：00～13：00，采用LI-6800便攜式光合儀測定旗葉凈光合速率，每重復測定3片葉，取平均值。

1.2.2.4 葉綠素熒光參數

選擇小麥開花期和灌漿期晴天早上11：00～13：00測定，使用Pocket PEA植物效率分析儀測定旗葉暗適應15 min后的初始熒光Fo和最大光化學效率Fv/Fm，每個重復測定3片葉，取平均值。

1.2.2.5 測產及考種

小麥成熟時各小區選取3.6 m2，單獨人工收割，脫粒后風干稱重計產，折算籽粒含水量為13%。各小區取1 m雙行小麥樣段調查穗數、穗粒數和千粒重。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007整理數據和制作圖表，SPSS 22.0統計軟件對數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對小麥葉片葉綠素SPAD值的影響

研究表明，不同處理間小麥葉片葉綠素SPAD值表現不同。不施氮肥處理PN0的葉綠素SPAD值最低，開花期、灌漿期葉綠素SPAD值分別為49.41、49.11。與PN0處理相比，全量氮肥處理、微生物菌劑與氮肥配施處理的葉綠素SPAD值均高于不施氮肥處理，開花期、灌漿期葉綠素SPAD值分別較PN0處理增加0.13～2.16、0.11～1.43，但差異不顯著。處理間葉綠素SPAD值表現為全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2最高，開花期、灌漿期葉綠素SPAD值較未添加微生物菌劑的全量氮肥處理PN1分別增加0.68、0.70。全量氮肥處理PN1葉綠素SPAD值高于80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3、70%氮肥與微生物菌劑配施處理PN4。施用微生物菌劑可以在一定程度上促進小麥氮素的吸收，提高小麥葉片葉綠素含量。圖1

2.2 不同處理對小麥葉面積指數（LAI）的影響

研究表明，不同處理間小麥葉面積指數表現不同。處理間葉面積指數表現為全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2最高，不施氮肥處理PN0最低。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2的葉面積指數顯著高于不施氮肥處理PN0，開花期、灌漿期葉面積指數分別比PN0增加了38.59%、37.70%。相較于全量氮肥處理PN1，全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2葉面積指數較PN1分別增加了10.86%、14.25%。全量氮肥處理PN1與80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3的葉面積指數差異不顯著，均高于70%氮肥與微生物菌劑配施處理PN4。圖2

2.3 不同處理對小麥葉片凈光合速率的影響

研究表明，不同處理間小麥葉片凈光合速率表現不同。不施氮肥處理PN0的凈光合速率最低，開花期、灌漿期凈光合速率Pn分別為21.00、14.96 mmol/（m2·s）。較PN0處理相比，全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2開花期、灌漿期凈光合速率分別較PN0增加了35.53%、42.90%，差異顯著。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2凈光合速率高于全量氮肥處理PN1、80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3，處理間差異不明顯。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2凈光合速率顯著高于70%氮肥與微生物菌劑配施處理PN4，開花期、灌漿期凈光合速率分別較PN4處理增加了24.79%、26.58%。圖3

2.4 不同處理對小麥葉片初始熒光強度（Fo）的影響

研究表明，不同處理間小麥葉片初始熒光強度表現不同。不施氮肥處理PN0的初始熒光強度最低，開花期、灌漿期初始熒光強度分別為3207.78、3323.56。相較于PN0處理，全量氮肥處理、微生物菌劑與氮肥配施處理的葉綠素SPAD值均高于不施氮肥處理，開花期、灌漿期葉綠素SPAD值分別比PN0處理增加29.89～80.22、38.44～449.89，差異不明顯。處理間初始熒光強度以全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2最高，開花期、灌漿期初始熒光強度較未添加微生物菌劑的全量氮肥處理PN1分別增加42.22、81.22。全量氮肥處理PN1初始熒光強度高于80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3、70%氮肥與微生物菌劑配施處理PN4。圖4

2.5 不同處理對小麥葉片最大光化學效率（Fv/Fm）的影響

研究表明，不同處理間小麥葉片最大光化學效率表現差異。不施氮肥處理PN0的最大光化學效率最低，開花期、灌漿期最大光化學效率分別為0.83、0.82。相較于PN0處理，全量氮肥處理、微生物菌劑與氮肥配施處理的最大光化學效率均高于不施氮肥處理，差異不明顯。開花期最大光化學效率以全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2最高，最大光化學效率較PN0處理增加0.01。灌漿期最大光化學效率以80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3最高，最大光化學效率比PN0處理增加了1.22%。圖5

2.6 不同處理對小麥產量及產量構成因素影響

研究表明，不同處理間小麥產量及產量構成因素表現不同。各處理小麥產量以全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2最高，顯著高于其他處理，分別比PN0、PN1、PN3和PN4處理增加了41.63%、9.53%、20.65%和22.70%。全量氮肥處理PN1產量顯著高于PN0、PN3和PN4處理。PN2處理的穗數、穗粒數、千粒重最高，比其他處理分別增加了4.93%～13.92%、3.17%～15.04%和3.28%～21.83%，顯著高于PN0處理。PN2處理的穗數、穗粒數、千粒重與PN1處理差異不顯著。PN1處理穗數顯著高于PN3、PN4處理，PN1處理穗粒數、千粒重高于PN3、PN4處理。表1

3 討 論

3.1

微生物菌劑施入土壤可以改善土壤理化狀態，抑制土壤對氮、磷、鉀的固定［15］，提高肥料的有效供應。施氮可以提高小麥葉片SPAD值，促進光合作用，利于葉片的生長［16］。研究結果表明，全量氮肥處理、微生物菌劑與氮肥配施處理的葉綠素SPAD值均高于不施氮肥處理，開花期、灌漿期葉綠素SPAD值分別比PN0處理增加0.13～2.16、0.11～1.43。全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2開花期、灌漿期凈光合速率分別比PN0增加了35.53%、42.90%。說明微生物菌劑和氮肥配施一定程度上有利于葉綠素的形成，促進小麥光合器官的構建，提高了小麥葉片的光合特性。與肖明綱等［17］化肥配施微生物菌劑可以促進水稻的長勢的結果相似，化肥配施微生物菌劑可以促進禾本科作物對肥料的吸收利用。

3.2

氮肥的有效供應顯著影響作物產量形成［18］。常會慶等［19］研究發現，尿素和微生物菌劑配施可以明顯增加番茄產量。范秀勤等［20］研究發現在常規施肥基礎上配施微生物菌劑，可提高單株結果數和單果重，顯著增加產量。研究結果表明，全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2產量比PN1處理增加9.53%。微生物菌劑配施氮肥可以促進作物產量的形成，可能是因為微生物菌劑改善了土壤理化狀態，抑制了土壤對肥料氮的固定，提高了肥料的有效供應。肖明綱等［17］研究認為，在減施20%微生物菌劑處理配施中，水稻的結實率、千粒重和每穴重量均下降，導致產量減低。研究結果表明，全量氮肥處理PN1的穗數、穗粒數、千粒重均高于80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3，全量氮肥處理PN1產量比80%氮肥與微生物菌劑配施處理PN3增加10.16%，可能是與減少氮肥施入量及配施微生物菌劑互作有關［21］。關于微生物菌劑提高肥料利用率的土壤微生物機理需要進一步研究，同時在微生物菌劑配施氮肥模式下氮肥減量增效潛力有待進一步挖掘。

4 結 論

全量氮肥與微生物菌劑配施處理PN2產量最高，顯著高于其他處理，分別較PN0、PN1、PN3和PN4處理增加了41.63%、9.53%、20.65%和22.70%。全量氮肥與微生物菌劑配施處理小麥光合特性和產量綜合表現最佳。

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Effect of microbial agents combined with nitrogen fertilizer on

the photosynthetic characteristics and yield of winter wheat

CHEN Chuanxin， ZHANG Yongqiang， NIE Shihui， XU Qijiang， LEI Junjie

（Research Institute of Food Crops， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Desert-Oasis Crop Physiology Ecology and Cultivation， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Urumqi 830091，China）

Abstract：【Objective】 This research aims to understand the effects of microbial agents combined with nitrogen fertilizer on the photosynthetic characteristics and yield of wheat.

【Methods】" Field experiments were conducted on the treatment of microbial agents combined with nitrogen fertilizer.A comparative study was conducted on the chlorophyll SPAD value， leaf area index， photosynthetic fluorescence index， and yield of wheat under different treatments.

【Results】" The photosynthetic characteristics of wheat leaves varied among different treatments.There was no significant difference in chlorophyll SPAD value， initial fluorescence intensity， and maximum photochemical efficiency among the treatments.The chlorophyll SPAD value of PN2 was the highest in the combination treatment of full nitrogen fertilizer and microbial agent， and the chlorophyll SPAD value during the flowering and filling stages increased by 0.68 and 0.70， respectively， compared to the full nitrogen fertilizer treatment without microbial agent.The leaf area index of PN2 treated with a combination of full nitrogen fertilizer and microbial agents was the highest， significantly higher than that of PN0 treated without nitrogen fertilizer.The leaf area index during the flowering and filling stages increased by 38.59% and 37.70%， respectively， compared to PN0.The net photosynthetic rate of PN2 treated with a combination of full nitrogen fertilizer and microbial agents was higher than that of PN1， PN3， and PN4 treatments， and significantly higher than that of PN0 treatment.The combination of full nitrogen fertilizer and microbial agents resulted in the highest PN2， significantly higher than other treatments， with an increase of 41.63%， 9.53%， 20.65%， and 22.70% compared to PN0， PN1， PN3， and PN4 treatments， respectively.

【Conclusion】 The combination of full nitrogen fertilizer and microbial agents showed the best comprehensive performance in wheat photosynthetic characteristics and yield.

Key words：microbial agents; nitrogen fertilizer; wheat; photosynthetic characteristics; yield

Fund projects：Key Research and Development Projects of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2021B02002， 2021B02002-1，2022B02015-1） ; Urumqi Comprehensive Experimental Station of National Wheat Industry Technology System （CARS-3）

Correspondence author： LEI Junjie （1973-）， male， from Gulang，Gansu，researcher，Ph.D.，master's supervisor，research direction： crop yield cultivation， （E-mail） leijunjie@sohu.com