熊伟东，刘 晔，王国文，汪 强，韩燕来，姜 瑛

(河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450000)



促生菌剂在砂质潮土麦田的应用效果

熊伟东，刘 晔，王国文，汪 强，韩燕来，姜 瑛

(河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450000)

为了解植物促生菌剂在砂质潮土麦田的应用效果，采用壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌制成的微生物菌剂进行小区试验，设置T1(不施任何菌剂和骨粉)、T2(单施骨粉)、T3(施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌菌剂)、T4(施用以骨粉为载体的特基拉芽孢杆菌菌剂)、T5(施用以骨粉为载体的短小芽孢杆菌菌剂)、T6(施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等比例混合菌剂)6个处理，研究了植物促生菌剂对土壤微生物及小麦产量的影响。结果表明，T3、T4、T5、T6处理均能显著提高土壤微生物数量及活性，促进土壤速效磷的释放与IAA含量的提高，增加小麦产量。在本试验条件下，T5、T6处理小麦生育期内土壤微生物数量显著高于其他处理。T5处理显著提高小麦生育期内土壤的微生物碳、氮含量(P<0.05)，促进速效磷、速效钾养分的释放，提高土壤IAA的含量，并且促进小麦显著增产，增产幅度12.8%，达到6 357.4 kg·hm-2。表明采用短小芽孢杆菌制成的微生物菌剂(T5)效果最好。

小麦；微生物菌剂；短小芽孢杆菌；微生物量；产量

我国是一个耕地资源约束型国家，人地、人粮矛盾突出，提高中低产田的土地生产力是增加粮食总产的重要途径。在当前农业生产中，施用化肥是提高作物产量的重要途径，但是，长期过量施用化肥常导致土壤板结，有机质含量下降，不仅增加了农民的负担，也对生态环境造成严重威胁[1-2]。微生物菌剂是目标微生物经过扩繁之后，以适当比例加工制成的活菌制剂[3]，因其中所含微生物具有固氮、溶磷、解钾和刺激生长的作用，成为提高作物产量，实现农业高产高效生产的重要技术途径。

砂质潮土土壤养分含量低，保肥保水性能差，作物后期易脱肥早衰，严重影响农作物的产量和品质。前人研究表明，施用微生物菌剂能显著提高土壤肥力[4]；显著增加土壤有机质含量，改变根际土壤微生物数量与活性[5]；含微生物的有机发酵物基施与追施结合能显著增加西瓜产量[6]；施用微生物菌肥能显著提高菜心的产量[7]；用微生物菌剂处理水稻种子可显著提高水稻抗性[8]；施用胶质类芽孢杆菌能有效提高花生田块土壤酶活性，增加花生产量[9]；微生物菌肥可显著提高土壤中微生物多样性指数[10]；有效改善土壤理化性质，提高土壤的酶活性[11]。小麦是我国主要农作物之一，但关于麦田施用微生物菌剂的效应研究较少。因此，本研究利用从砂质潮土中筛选的能分解磷、钾和分泌IAA的植物促生菌，以骨粉为载体，制成单一微生物菌剂或复合微生物菌剂，研究这些菌剂施用后对土壤理化性状和小麦产量的影响，以明确促生菌剂在砂质潮土麦田上的作用效果，为减少化肥的生产和投入，减少环境污染探索新的技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验于2014年10月至2015年9月在河南新郑市航空港区华北小麦-玉米轮作营养与施肥科学观测试验站(东经113.89°，北纬34.51°)进行。试验点属于半干旱、半湿润的暖温带季风气候区，年平均降水量676 mm，主要集中在7至9月，年平均气温为14.4 ℃。土壤类型为砂质潮土，常年耕作方式为小麦、玉米轮作。2014年至2015年播种前试验田0～20 cm土层含有机碳1.91 g·kg-1、全磷0.29 g·kg-1、全钾19.56 g·kg-1、速效钾3.44 mg·kg-1，pH值为7.39。

1.2 试验材料与设计

供试小麦品种为矮抗58。试验设置6个处理，分别为T1(不施任何菌剂和骨粉)、T2(单施骨粉)、T3(施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌菌剂)、T4(施用以骨粉为载体的特基拉芽孢杆菌菌剂)、T5(施用以骨粉为载体的短小芽孢杆菌菌剂)、T6(施用以骨粉为载体的壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌等比例混合菌剂)。供试细菌均从供试土壤中筛选并保存于4 ℃冰箱中备用。供试菌剂含有效活菌数为1011cfu·g-1。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积6 m×3 m。所有处理均基施复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)600 kg·hm-2。除T1处理外，各处理基施骨粉或含等量骨粉制成的微生物菌剂40 kg·hm-2。于小麦拔节期开沟追施尿素120 kg·hm-2。播种量为150 kg·hm-2，生育期间其他管理措施同当地高产小麦田。

1.3 土壤样品采集

分别于小麦分蘖期(12月22日)、拔节期(3月2日)、收获期(6月1日)在小麦行间采用5点取样法，采集0～20 cm土壤样品，混合后备用。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 微生物碳、氮的测定

土壤微生物碳和氮的提取采用氯仿熏蒸-硫酸钾浸提法；浸提液中的微生物碳的测定采用重铬酸钾加热氧化-硫酸亚铁滴定法；微生物氮的测定采用凯氏定氮-稀硫酸滴定法。

1.4.2 土壤基础呼吸量的测定

土壤基础呼吸(basal soil respiration，BR)采用CO2吸收法[12]：称取20 g土样，均匀铺于150 mL呼吸瓶底，向吸收瓶内加入5 mL 0.2 mol·L-1NaOH溶液，保持呼吸瓶密封；在22 ℃恒温培养箱中暗培养24 h，取出后用0.1 mol·L-1HCl进行滴定，计算土壤呼吸量。

1.4.3 土壤理化性质、速效磷与钾、土壤IAA含量与pH的测定

土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定；土壤全磷含量采用磷钼蓝比色法测定；土壤全钾含量用NaOH熔融，用火焰光度计法测定。速效磷含量用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾含量用1 mol·L-1中性乙酸铵浸提，火焰光度计法测定。

土壤IAA含量采用高效液相色谱法测定，称取土壤样品10 g到100 mL离心管，加入80%(V/V)丙酮水溶液50 mL，超声提取30 min；将上清液减压浓缩(40 ℃)，丙酮蒸发完后，用乙酸乙酯萃取3次，合并有机相，减压浓缩(40 ℃)蒸干；用5 mL色谱用纯甲醇溶解后，过0.45 μm有机相滤膜，滤液保存在棕色小瓶中，用高效液相色谱(HPLC)测定。pH值用去二氧化碳蒸馏水提取(水土比为5∶1)，酸度计测定。

1.4.4 考种及测产

于成熟期取1 m双行的穗数，取20株小麦测株高、穗粒数和千粒重，计算理论产量；另每小区收获4 m2，测实际产量。

1.5 数据处理

所得数据用SPSS 23软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 促生菌剂对土壤微生物的影响

2.1.1 促生菌剂对土壤微生物碳的影响

土壤微生物碳量反映了土壤微生物的变化以及作用于环境的能力，指示土壤有机质的积累状况。图1-A表明，小麦不同生育时期，不同处理间土壤微生物碳量存在不同程度差异。各取样时期，T1、T2处理间差异均不显著，说明，施用骨粉对于土壤微生物碳量无显著影响；其他施用促生菌剂处理(苗期的T3、T4处理除外)的微生物碳量均显著高于对照(T1、T2)。在小麦整个生育时期，T5处理均显著高于T3、T4处理。不同微生物菌剂相比，以T5处理对土壤微生物碳量的提高作用最好而且在各时期效果最为稳定。

同一时期图柱上不同字母表示不同处理间差异在0.05水平显著。下同。

Different letters above columns mean significant difference among different treatments at same stage at 0.05 level. The same as in Fig.2.

图1 促生菌剂对小麦不同时期土壤微生物碳(A)、氮(B)和土壤呼吸强度(C)的影响

Fig.1 Effects of plant growth-promoting bacterium agent on soil microbial carbon(A), microbial nitrogen(B), and soil respiration intensity(C) at different wheat growth stages

2.1.2 促生菌剂对土壤微生物氮的影响

微生物氮循环周期短、易矿化，对土壤中氮素的供应和循环具有非常重要的意义[13]。图1-B表明，在各时期，T2与T1处理间土壤微生物氮量差异均不显著。说明，施用骨粉对于土壤微生物氮量无显著影响。在小麦苗期，T5、T6处理的微生物氮量显著高于T1、T2处理，在拔节期和成熟期T3、T4、T5、T6处理均显著高于T1、T2，其中T5、T6处理又显著高于T3、T4处理。

2.1.3 促生菌剂对土壤呼吸强度的影响

土壤呼吸强度是衡量土壤微生物活性的指标，因此研究小麦不同生育时期的土壤呼吸强度能直接反映土壤肥力的变化[14]。图1-C表明，在小麦苗期，不同处理间土壤呼吸强度差异不显著；在拔节期和成熟期，T1、T2处理间不显著，T3、T4、T5、T6显著高于T1、T2处理，但T3、T4、T5、T6间差异均不显著。

2.2 促生菌剂对土壤速效养分的影响

A、B、D三类酶均可存在于可以水平移动的可移动耐药元件中，通过接合，转化，转导，转座等方式在不同菌株之间水平传播，从而导致耐药菌株的流行。结合各个国家和地区的研究文献和相关报道我们得知KPC，OXA-48，VIM和NDM这4种酶可以引起全世界范围内的广泛传播，而其他碳青霉烯酶如IMP，GES，PER，SME，SIM等引起的感染则具有相对独特的地域性。

2.2.1 促生菌剂对土壤速效磷含量的影响

由图2-A可以看出，不同处理间土壤速效磷在不同时期的差异程度不同。随着小麦生育期的推移，土壤速效磷含量整体呈先升高后降低的趋势，在拔节期达到最大值。在小麦苗期T1处理土壤速效磷显著低于其他处理；其他5个处理间差异不显著；拔节期和成熟期，T2与T1差异均不显著，其中拔节期T3、T4、T5、T6处理显著高于T2；成熟期，T3、T5、T6与T2处理间差异显著，T5、T6处理显著高于T3和T4处理。

2.2.2 施用促生菌剂对土壤速效钾含量的影响

图2-B显示小麦苗期和拔节期土壤速效钾含量相对较高。在各生育时期T3、T4、T5、T6处理土壤速效钾含量与T2处理差异不显著。

2.3 施用促生菌剂对土壤中IAA含量的影响

图2-C表明，不同生育期T2、T1处理间土壤IAA含量无显著差异，而各微生物菌剂处理土壤IAA含量均显著高于T2处理，其中T5、T6处理显著高于T3、T4处理，但T5与T6、T3与T4处理之间土壤IAA含量差异均不显著。

2.4 施用促生菌剂对小麦产量的影响

图2 施用促生菌剂对小麦不同时期土壤速效磷(A)、土壤速效钾(B)、IAA(C)含量的影响

表1 不同处理对小麦产量性状的影响

同列数据后不同小写字母表示不同处理间在0.05水平上差异显著。

Significant differences(P<0.05) are indicated by different letters in the same column.

3 讨 论

土壤生物学性状可以作为评价土壤健康的生物指标[15]，土壤微生物碳、氮含量在一定程度上能表征土壤内微生物的数量。而土壤呼吸强度通常在一定程度上反应土壤内微生物的活性。土壤微生物的生物量可反映参与调控土壤能量和养分循环以及有机物质转化的微生物数量[16]。本研究中，各微生物菌剂的施用均能显著提高土壤微生物碳、氮量，其中以施用短小芽孢杆菌菌剂和混合菌剂处理较高，其次为施用壁芽孢杆菌和施用特基拉芽孢杆菌的处理。这可能因为本试验所用的微生物菌株筛选于试验区砂质潮土，这些促生菌能够更好的适应试验环境，提高了土壤内微生物的活性。这与陶 磊等[17]发现土壤中微生物数量随着有机肥用量的增加而升高的研究结果一致。但是土壤呼吸强度在苗期与微生物碳、氮量的表现并不一致，这可能是苗期土壤温度较低，抑制了土壤微生物的活动，降低其生物活性。呼吸强度在小麦拔节期与成熟期的表现证明，施用促生菌剂能显著提高土壤呼吸强度。

土壤微生物的活性增强，能直接促进土壤速效养分的释放。本试验研究表明，促生菌剂的施入提高了土壤中速效磷含量，特别是在拔节期和成熟期含量显著增加，说明促生菌剂具有解磷的功能，其中以施用短小芽孢杆菌菌剂和混合菌剂的解磷效果最显著。土壤中速效钾含量在各处理间总体无显著差异，表明本试验中的促生菌在土壤中并没有发挥出显著的解钾能力。

土壤IAA含量的提高能够刺激植物根系伸长，提高植物体对养分的吸收利用，进而提高作物的产量。本研究中，各促生菌剂的施用均能显著提高土壤IAA含量，从而使小麦的产量显著提高。其中以施用短小芽孢杆菌处理的产量最高，说明短小芽孢杆菌能更好的适应砂质潮土环境，促进植物根系生长。

在等量施用的前提下，由壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌制成的混合菌剂对于产量的提高略低于单一短小芽孢杆菌的处理。这可能是由于混合菌剂中的壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌解磷作用与刺激IAA产出水平较单一短小芽孢杆菌菌剂低，导致三种菌剂等量混合施用后产量低于单一短小芽孢杆菌菌剂。

由于有关华北地区施用促生菌剂对于提升作物产量的研究报道较少，而且目前市面上多数微生物菌肥筛选的杂菌较多，产量不稳，因此微生物菌肥没有得到很好的应用[18]。本试验在前人研究基础上，从砂质潮土中筛出3株高效菌株，进行多次提纯，制成菌剂，提高了土壤微生物的碳、氮含量与土壤呼吸强度，促进了土壤IAA的产生与速效磷的释放，最终使产量提高。但本试验研究仅仅是针对华北砂质潮土区的试验，对于其他地区不同土壤类型的作用效果，还需要进一步验证。

4 结 论

施用由壁芽孢杆菌、特基拉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌制成的微生物菌剂能有效提高土壤微生物碳、氮量、土壤呼吸强度，有利于增强土壤微生物的活性，促进养分元素的释放和土壤IAA的分泌。对于华北地区砂质潮土的小麦种植，施用接种短小芽孢杆菌制成的促生菌剂，不但可以显著提高小麦的产量，还可以减少化肥的施用量，减缓环境资源的压力，同时也为农业的高效可持续发展提供解决思路。

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Effects of Plant Growth-promoting Rhizobacteria Agents Application on Wheat in Sandy Soil

XIONG Weidong, LIU Ye, WANG Guowen, WANG Qiang, HAN Yanlai, JIANG Ying

(College of Resources and Environment, Henan Agricultural University, Zhengzhou, Henan 450002, China)

In order to study the application effects of plant growth-promoting rhizobacteria agent on wheat,Bacillusmuralis,BacillustequilensisandBacilluspumiluswere made of microbial agents for plot test to study the effects of microbial agents on soil microbial and wheat yield. Six treatments were conducted, such as T1(without any preservatives and bone),T2(single bone meal),T3(for a meal as a carrier ofBacillusmuralisbacteria agent),T4(for a meal as a carrier ofBacillustequilensisbacteria agent), T5(for a meal as a carrier ofBacilluspumilusbacteria agent), and T6(for a meal as a carrier ofBacillusmuralis,Bacillustequilensis, andBacilluspumiluswith identical proportion). The results showed that the application of microbial agents significantly increased the soil microorganism quantity and activity, promoted the release of soil available phosphorus and the concentration of IAA, and increased crop yield. Under this experimental conditions, the soil microbial quantity of T5 and T6 are significantly higher than other treatments. The content of soil microbial carbon and nitrogen was significantly increased(P<0.05) under T5 treatment in reproductive period of wheat,which promoted the release of available phosphorus and available potassium nutrient, and improved the content of IAA and significantly improved wheat yield by 12.8%, reaching up to 6 357.4 kg·hm-2. It was suggested that the effect ofBacilluspumilusmade of microbial agents(T5) is the best.

Wheat；Microbial agents；Bacilluspumilus；Microbial biomass；Yield

时间：2016-07-07

2016-02-02

2016-03-06

国家自然科学基金项目(41401274，41401273);“十二五”农村领域国家科技计划项目(2012BAD05B0207); 河南省教育厅项目(15A210012, 14B210025); 郑州市民生进步科技工程项目(131PCXTD613)；河南省重点科技攻关项目(152102110050)

E-mail：eachpleasure@163.com

姜 瑛(E-mail:JY27486@163.com)；韩燕来(E-mail:hyanlai@126.com)

S512.1；S314

A

1009-1041(2016)07-0945-06

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160707.1531.034.html