枯草芽孢桿菌8-32用量對冬小麥生長發(fā)育、產量品質和土壤化學性質的影響

關鍵詞：枯草芽孢桿菌；冬小麥；土壤化學性質；產量；品質；生長發(fā)育中圖分類號： 5512.1AA⁺10.6 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）14-0078-08

華北平原不僅是我國重要的農產品生產基地，還是環(huán)京津冀生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)，其耕地質量的優(yōu)劣與國家糧食、食品和生態(tài)安全息息相關。伴隨著農業(yè)高度集約化種植，在追求高產優(yōu)質和病蟲害管理過程中過量施用化肥和農藥，導致土壤微生物功能受阻、過度依賴化肥農藥和食品安全等較嚴重的問題[2-4]。根際和土壤微生物作為植物的第2基因組，能夠加快土壤物質循環(huán)、減弱非生物脅迫、產生植物激素、改善土壤環(huán)境和防治病蟲害等[5-9]。然而，由于土壤及外界環(huán)境極大的不確定性，僅依靠土壤中土著微生物發(fā)揮作用往往很難達到預期效果，而基于微生物互作理念研發(fā)微生物菌劑，構建土壤“根際生命共同體”，可以優(yōu)化土壤微生物群落結構，培肥土壤，提升作物抗逆性能，進而促進土壤和作物健康。

枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）作為自然界普遍存在的一種植物促生菌，具有生長快速、產芽孢、安全、無致病性和適應多變環(huán)境條件等優(yōu)點[10]Xu 等接種枯草芽孢桿菌YB-04后使得黃瓜枯萎病得到控制[11]。 Zou 等開展的中草藥田間試驗表明，施用枯草芽孢桿菌JY-7-2L能夠使烏頭枯萎病發(fā)病率降低 30% [12]。枯草芽孢桿菌也被證明對玉米致病菌輪枝鐮刀菌、小麥赤霉病菌、小麥白粉病菌、小麥鐮刀菌冠腐病菌等均具有一定的防治效果[13-15]。枯草芽孢桿菌通過分泌有機酸溶解土壤中的難溶性磷酸鹽和鉀鹽，從而釋放有效磷、鉀等養(yǎng)分，提高作物對礦質營養(yǎng)的吸收利用效率，促進作物生長。Rathod等將海洋枯草芽孢桿菌應用到鷹嘴豆盆栽中，提高了土壤中氮、鉀和磷酸鹽含量，使得鷹嘴豆的發(fā)芽率、株重和株高分別增加了40%，14.17% 和 13.71% [16]。谷清義等研究發(fā)現(xiàn)，施用不同濃度枯草芽孢桿菌BSCY-1均能夠顯著提高黃瓜幼苗葉面積、鮮重，并顯著提高黃瓜的過氧化氫酶、過氧化物酶和超氧化物酶活性[17]

綜上，目前許多研究多關注微生物菌劑在蔬菜、中草藥等經(jīng)濟作物上的應用，在大田農作物上的相關研究較少。而且，大部分試驗研究往往設定單一菌劑施用量，不同研究的菌劑施用量也各不相同。枯草芽孢桿菌8-32是一株具有產吲哚乙酸、抗真菌物質等功能的微生物[18-19]，其在小麥種植體系的最佳用量，是否可以同時發(fā)揮釋放土壤養(yǎng)分、促生防病和提高植物生產能力等功能是值得研究的問題。因此，本試驗以枯草芽孢桿菌8-32（以下簡稱8-32）為供試菌劑，以菌劑用量為試驗因素，開展田間試驗，研究不同菌劑用量對土壤化學性質、冬小麥生長發(fā)育、產量、籽粒淀粉含量和蛋白質含量以及赤霉病防控效果的影響，以期為微生物菌劑的合理施用及小麥高產優(yōu)質生產提供科學依據(jù)

1材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2022年10月至2023年6月在河北省雄安新區(qū)（ 116.306568^°E，38.983320^°N） 開展，試驗地年均氣溫 12.1^°C ，平均降水量 545.1mm ，日照時數(shù) 2646.8h ，無霜期 182d^[20] 。供試冬小麥為樂土 808 。供試微生物菌劑由河北冀微生物技術有限公司提供，為液態(tài)劑型，功能菌株為枯草芽孢桿菌（B.subtilis）8-32，有效活菌數(shù) ≥20×10⁸CFU/mL 芽孢率 gt;95% ，主要發(fā)酵產物為吲哚乙酸。采用小麥一玉米一年兩熟種植模式。供試土壤（ （0～ 20cm ）的基本理化性狀如下： pH 值8.04，有機質含量 19.69g/kg 、全氮含量 0.30g/kg 、速效鉀含量161.81mg/kg 、有效磷含量 4.49mg/kg 。

1.2 試驗設計

試驗以菌劑8-32施用量為試驗因素，共設置5個處理：施加 15L/hm² （G1處理） .45L/hm² （ G3處理） .75L/hm² （G5處理） .105L/hm² （G7處理），同時設不施加菌劑對照（CK），3次重復，每個小區(qū)面積為 0.17hm² ，菌劑施用時期為拔節(jié)期（2023年4月7一12日），采用淺埋滴灌的灌溉方式，分別將2.55，7.65，12.75，17.85L 的菌劑與 2m³ 的灌溉水在塑料箱中攪拌混合均勻，隨后隨灌溉水沖入。各小區(qū)除了菌劑用量不同外，小麥種植期間統(tǒng)一按常規(guī)方法進行水肥管理，尿素（含氮 ?46% ）前期施用量為150kg/hm² ，拔節(jié)期統(tǒng)一追施 319.5kg/hm² 。分別在越冬期和拔節(jié)期澆灌凍水和拔節(jié)水，水量約為480m³/hm² 。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 樣品采集分別在小麥抽穗期和成熟期采集小麥植株，調查小麥的株高、根長、植株干重、植株鮮重等；在小麥成熟期，采用五點法采取 0～ 20cm 土壤樣品，進行土壤化學性質測定，并采集1m 雙行小麥植株用于測產。

1.3.2測定方法小麥生長指標測定：用直尺分別測量小麥株高及主根長度；小麥植株干重、植株鮮重、根干重、根鮮重用稱重法測定；籽粒蛋白含量采用凱氏定氮法測定；小麥的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量采用雙波長法[21-22]測定。

土壤化學指標測定：有效磷含量采用 NaHCO₃ 浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用NH₄OAc 浸提-火焰光度計法測定；全氮含量采用半微量凱氏定氮法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀容量法－稀釋熱法測定[22]

產量測定：小麥穗頭風干后記錄成熟期小麥千粒重、穗粒數(shù)和穗數(shù)，并通過人工脫粒，測定小麥產量。

小麥赤霉病調查：在小麥成熟期，參照國家標準GB/T15796—2011《小麥赤霉病測報技術規(guī)范》，記錄總穗數(shù)和病穗數(shù)，分別計算病穗率和病穗防效。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

本研究采用Excel2019軟件進行數(shù)據(jù)整理，Origin2022軟件進行作圖，采用SPSS26.0軟件進行顯著性檢驗（ α=0.05 。

2 結果與分析

2.1菌劑8-32用量對土壤化學性質的影響

由圖1可知，菌劑8-32施用均能夠在一定程度上提高土壤中有效磷、速效鉀、有機質和全氮含量。CK土壤有效磷含量為 和G7較CK分別增加 33.09%.3.60%.38.79% 和9.62% ，尤其是G5，其土壤有效磷含量顯著高于CK0 Plt;0. 05 ）。同時，該處理的速效鉀含量達到247.88mg/kg ，較CK（ 204.34mg/kg ）增加21.31% ，顯著高于CK （Plt;0.05） ，施菌劑處理速效鉀含量增加 6.56%～21.31% 。與 CK（20.78g/kg） （2號相比，各處理的有機質含量有所增加，增幅為2.54%～3.44% ，但尚未達到顯著性差異水平。同樣，各處理間的全氮含量差異也不顯著。

同一指標不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。圖2同

圖1菌劑8-32用量對土壤有效磷、速效鉀、有機質和全氮含量的影響

2.2菌劑8-32用量對冬小麥生長發(fā)育的影響

由表1可知，不用用量的菌劑8-32施用能夠在一定程度上促進冬小麥的生長發(fā)育。在抽穗期，施用菌劑的各處理的小麥株高、根鮮重、根干重、植株鮮重、植株干重和根長均有不同程度的提高。與C K（40.33cm） ）相比，菌劑8-32施用顯著增加了小麥的株高（ Plt;0. 05 ），增加幅度為11. 58% ～21.50% ，其中，以G7處理的株高最高，為49.00cm 。G5處理的根干重為 0. 19g ，顯著高于CK（ Plt;0.05， ，菌劑施用后根干重增加 13.13% ～26.67% 。G7處理的植株干重比CK增加 56.99% ，差異達顯著性水平（ Plt;0.05， ，菌劑施用后植株干重增加 4.15%～56.99% 。此外，各處理的根鮮重、植株鮮重和根長并不存在顯著性差異。在成熟期，G5處理的株高、根鮮重、植株干重和根長較CK亦呈顯著性差異（ ?Plt;0.05） 。

2.3菌劑8-32用量對冬小麥產量的影響

由表2可知，不同用量的菌劑8-32施用在一定程度上提高了冬小麥產量。CK產量為6055.86kg/hm² ，G1、G3、G5和G7處理的產量分別為 7065.15.7118.46.7985.72.7257.36kg/hm² ，增產率分別達 16.67%.17.55%.31.87% 和 19.84% 。尤其是處理G5，其與CK實際產量差異達極顯著水平 Plt;0.01 ）。從小麥產量構成要素可以看出，施用菌劑8-32主要提高了冬小麥穗粒數(shù)和穗數(shù)，進而提高了冬小麥產量。

表1菌劑8-32用量對冬小麥生長發(fā)育的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一時期同一指標不同處理間差異顯著（ Plt;0.05 。下同。

表2菌劑8-32用量對冬小麥產量和產量構成要素的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母、大寫字母分別表示處理間在0.05、0.01水平差異顯著。表3同。

2.4菌劑8-32用量對冬小麥籽粒蛋白質和淀粉含量的影響

由圖2可知，菌劑8-32施用能夠在一定程度上提高小麥籽粒直鏈淀粉、支鏈淀粉和淀粉總量，與 CK（15.23% ）相比，施用菌劑各處理籽粒直鏈淀粉含量提高 0.46%～20.44% ，其中，處理G5的直鏈淀粉含量顯著高于（ CK（Plt;0.05） 。同時，菌劑施用也能夠提高小麥籽粒中的支鏈淀粉含量，較CK（44.64% ）提高 0.15%～9.78% ，其中，G5與CK達到顯著性差異水平（ Plt;0.05 ）。此外，菌劑8-32施用也提高了小麥籽粒蛋白質含量，G5處理的含量最高為 13.17% ，顯著高于 CK（Plt;0.05） 。

2.5菌劑8-32用量對土壤化學性質和冬小麥生長的綜合效應

由圖3可知，處理G5呈現(xiàn)出最優(yōu)的綜合效應：G5處理的土壤速效鉀、有機質和有效磷含量最高，而全氮含量在G3處理下最高；G5處理的小麥根長、根干重、根鮮重和株高增長最多；G5處理的小麥產量、淀粉（直鏈淀粉、支鏈淀粉和淀粉總量）和籽粒蛋白含量增加最多。因此，G5處理的綜合響應效益最優(yōu)。

2.6菌劑8-32用量對小麥赤霉病防治效果的影響

由表3可知，菌劑8-32施用能夠顯著改善小麥的赤霉病發(fā)病情況（ Plt;0.05） 。但隨著菌劑8-32施用量的增加，小麥赤霉病病穗率呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。對照小麥病穗率為 4.60% ，而G5處理的小麥病穗率為 2.40% ，較CK減少2.20百分點，病穗防效達到了 47.83% 。

2.7 相關性分析

將成熟期土壤有效磷、速效鉀、有機質、全氮含量等養(yǎng)分指標與小麥產量、籽粒蛋白、淀粉含量以及赤霉病進行相關性分析，結果見圖4。土壤速效鉀含量與小麥產量呈極顯著正相關（ Plt;0.001 ，與支鏈淀粉含量、淀粉總量呈極顯著正相關（ Plt; 0.01），與直鏈淀粉含量呈顯著正相關（ （Plt;0.05） 。推測，菌劑8-32可能通過解鉀功能顯著提高土壤速效鉀含量，進而促進小麥產量增加和品質提升。此外，小麥赤霉病與穗粒數(shù)、產量、淀粉總量呈現(xiàn)顯著負相關（ Plt;0.05 ），與直鏈淀粉和籽粒蛋白含量呈極顯著負相關（ Plt;0.01 。在一定程度上說明菌劑8-32施用可能通過減少小麥赤霉病提升了小麥的產量和品質。

圖2菌劑8-32用量對冬小麥淀粉、籽粒蛋白含量的影響

圖3菌劑8-32用量對土壤養(yǎng)分含量、小麥生長、產量品質影響的綜合效應

2.8 經(jīng)濟效益分析

由表4可知，不施菌劑CK的總收人為15745.05元/ hm² ，而施用菌劑各處理的總收入為18369.45～20762.85 元/ ?m² 。扣除菌劑投人成本和物料投人成本（種子、尿素和機械人工）9900.00～11979.00 元 ?hm² ，CK的純收入為5845.05元 ?m² ，而施用菌劑各處理的純收入為6889.95～9377.85元 hm²"。其中G5處理產投比最高，為1.82，具有較好的經(jīng)濟效益。

表3菌劑8-32用量對小麥赤霉病防治效果的影響

3討論

微生物菌劑是一種含有大量有益活菌及多種天然活性物質的新型肥料，通過分泌促生物質、激活土壤活性酶、釋放土壤養(yǎng)分資源，改良土壤質量，進而促進作物生長，增加作物產量并提高農產品品質[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑8-32施用對小麥產量具有一定的提升效果，其中，處理G5的增產效果最優(yōu)，增產率達 31.87% ，并且G5處理下小麥的籽粒蛋白、淀粉含量也顯著增加。Chen等將復合微生物菌劑（MIs）施用到高磷土壤上進行小麥田間試驗，通過提高土壤細菌群落多樣性和全氮含量，改善了土壤環(huán)境和作物的生長，使產量增加 15.2% ～33.4% [5]。Assainar等開展溫室試驗發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑施用能夠提高土壤中放線菌門的相對豐度，促進小麥植株生長，提高小麥產量[24]。陳芳等在新疆開展微生物菌劑應用試驗，發(fā)現(xiàn)微生物菌劑具有保苗效果，能夠促進小麥生長發(fā)育，并防治小麥根腐病，使小麥增產 6% [25]。Tshering等研究結果同樣表明，施用微生物菌劑能夠提高小麥籽粒蛋白含量[26]。

表4不同用量菌劑8-32施用的經(jīng)濟效益分析

注：小麥價格按2.6元/kg計算，微生物菌劑按19.80元/L計算，其他投入按照大田常規(guī)管理折算。

微生物菌劑施用能夠提高小麥產量和品質的原因主要有以下3個方面：一是微生物菌劑施用能夠提高土壤中的養(yǎng)分含量。在本研究中，菌劑8-32施用后，土壤中有效磷、速效鉀、有機質和全氮含量均提高。Qi等施用生物炭復合微生物菌劑后，土壤中速效磷、速效鉀、全氮和有機質含量分別提高了 16.40%.9.10%.33.07% 和55 .43%^[27] 。Yang 等應用微生物菌劑提高了番茄生長土壤中磷、鉀的生物有效性[8]。本研究還發(fā)現(xiàn)，小麥產量和淀粉總量均與土壤速效鉀含量呈極顯著正相關，鉀作為公認的品質元素，土壤中可供植物直接吸收利用的鉀含量增加能夠提高作物對鉀素的利用效率，進而提高小麥品質和產量[28]。此外，土壤有效磷含量與穗數(shù)、穗粒數(shù)也呈正相關，陳雨露等也得到類似結果，磷素含量的增加能提高小麥的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)[29]。二是微生物菌劑施用促進小麥根系生長發(fā)育。微生物可以分泌細胞分裂素、赤霉素、吲哚乙酸等植物生長物質，能刺激、調節(jié)和促進作物生長發(fā)育，尤其是促進作物根系的發(fā)育[6-7.30]。菌劑8-32施用后，小麥成熟期根鮮重、根干重、根長均有不同程度的增加。Prusty等施用微生物菌劑使水稻的根干重和根體積等均有增長[31]；DalCortivo等施用微生物菌劑增加了小麥根尖數(shù)量、體積、根長密度，促進了小麥根系的生長[32];微生物菌劑的施用也會增加小麥的次生根數(shù)[25.33]。此外，前期研究中，枯草芽孢桿菌8-32的吲哚乙酸產量高達 65.06mg/L ，其對種子萌發(fā)、子葉生根、苗期作物生長都具有明顯的促進作用[34]，進而有助于小麥產量的提高[35]。三是微生物菌劑施用能夠有效降低病害發(fā)生率。本研究施用的菌劑8-32對小麥赤霉病具有較好的防治效果，病穗防效達 47.83% 。相關性分析結果表明，小麥產量、籽粒蛋白質含量、淀粉總量與赤霉病呈顯著（ Plt;0.05， 或極顯著負相關（ 】，其他研究也有相類似的研究結果，暹羅芽孢桿菌（B.siamensis）YB-1631使小麥莖基腐病在小麥幼苗中的發(fā)生率降低了 84.02%^[9] ，枯草芽孢桿菌（ B. subtilis）B1514和膠脈樣芽孢桿菌（ B mucilaginous）的顆粒態(tài)復合菌肥對小麥紋枯病、根腐病和全蝕病的防效分別達 70.60% 56.7% 和 47.10%^[33] 。粉紅螺旋聚孢霉菌劑和枯草芽孢桿菌菌劑均能降低根腐病發(fā)病率，對番茄有較好的防病作用[36]。Wang 等也得到了類似的研究結果，將鏈霉菌HN6作為生物肥料，在防治植物病原真菌的同時，提高了植物生產力[7]。本研究施用的菌株8－32可以產生抗真菌物質，對尖孢鐮刀菌的抑菌圈達 24.51mm^[19] 。

4結論

本研究以枯草芽孢桿菌8-32菌劑為供試菌株，開展了其不同用量對土壤化學性質、冬小麥生長發(fā)育、產量和冬小麥赤霉病防控的影響研究。菌劑8-32施用使得土壤中有效磷和速效鉀含量增加：其中，G5處理使有效磷和速效鉀含量顯著升高。此外，不同用量的菌劑施用均增加冬小麥植株株高、根鮮重、根干重、植株鮮重、植株干重和根長，促進小麥的生長發(fā)育。同時，不同量的菌劑8-32施用均提高了冬小麥產量，以G5處理產量最高為7985.72kg/hm² ，增產率達 31.87% 。菌劑8-32施用也可提高冬小麥籽粒直鏈、支鏈、總淀粉和籽粒蛋白含量，尤其G5處理顯著高于CK。菌劑8-32施用能夠顯著改善冬小麥的赤霉病發(fā)病情況，其中G5處理的病穗防效最好，達到了 47.83% 。G5 處理產投比最高為1.82，具有較好的經(jīng)濟效益。

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收稿日期：2024-07-01

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2022YFD1901303）。

作者簡介：楊慶（1999—），女，河北保定人，碩士研究生，主要從事農業(yè)環(huán)境保護研究。E-mail：yangqing202402@163.com。

通信作者：劉春敬，博士，副教授，主要從事農業(yè)環(huán)境保護研究。E-mail：chunjingliu2008@163.com。