适应秸秆还田的多功能复合菌肥对小麦产量及土壤肥力的影响

2017-11-18金京京齐永志甄文超

江苏农业科学 2017年18期

金京京+齐永志+甄文超

摘要：为明确多功能复合菌肥在小麦生产中的应用前景，2014—2015年通过4地田间定点试验研究了其对玉米秸秆的腐解效果、土壤肥力、小麦生长及产量和肥料偏生产力的影响。结果表明，4地多功能复合菌肥处理的秸秆累积腐解率为58.28%～69.18%，明显高于对照菌肥生物磷钾肥处理，较空白对照提高31.22%～51.77%。土壤有机质含量较空白对照提高8.3%～10.2%，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为64.9～69.8、20.9～29.7、109.4～141.3 mg/kg，较空白对照分别增加25.3%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～20.1%。多功能复合菌肥使用后次生根数明显增加，4地小麦平均产量为7 470 kg/hm2，较对照菌肥有所提高，较空白对照平均提高14.4%。氮肥、钾肥和磷肥偏生产力分别为28.7～29.8、69.7～72.4、81.3～84.5，较空白对照分别平均增加143%、14.4%、14.4%。

关键词：多功能复合菌肥；土壤肥力；秸秆腐解效果；小麦生长；产量；肥料偏生产力；次生根

中图分类号： S512.106 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）18-0075-04

收稿日期：2016-04-28

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAD16B08、2012BAD04B06、2013BAD07B05）；河北省科技计划（编号：15226501D）；河北省现代农业产业技术体系小麦创新团队建设项目（编号：HBCT2013010208）。

作者简介：金京京（1991—），女，河北保定人，硕士研究生，主要从事植物生态病理学研究。E-mail：jingjing1809@yeah.net。

通信作者：甄文超，博士，教授，主要从事植物生态病理学和农业生态学研究。E-mail：wenchao@hebau.edu.cn。近年来，随着秸秆还田技术在我国北方小麦-玉米两熟种植区域的大面积推广，土壤理化性质和营养结构得到了明显改善，但是不能完全腐解的秸秆连年累积，引发了一系列耕作问题，表现为耕层越来越浅，跑墒漏风现象普遍发生，土壤养分利用率欠缺，这些问题为小麥高产和病害的发生埋下了隐患[1-2]。目前，长梗木霉、康宁木霉和芽孢杆菌等降解菌在分解纤维素方面已取得一些进展[3-5]，而且胶冻样芽孢杆菌在养分利用方面也有所突破[6]，但因受农田土壤环境复杂、差的影响，大部分菌株仍存在定殖能力差、增殖速度慢、作用效果不稳定且单一等问题[7]。

为解决秸秆腐解、养分利用问题，笔者所在实验室从多年秸秆还田土壤中分离到1株对玉米秸秆有较强腐解能力，并可通过腐解秸秆获得营养而快速增殖的枯草芽孢杆菌B1514，一些学者前期以该菌株为主要功能菌研制出了土壤添加剂AD-1、土壤添加剂AD-5、B1514片剂和可湿性粉剂等4种剂型，虽田间应用效果较好[8-12]，但是仍存在效果单一等问题，因此笔者所在实验室以该菌株为主要功能菌辅以高效解磷解钾的高亲和性胶冻样芽孢杆菌研制了适应秸秆还田的多功能复合菌肥。虽然前期完成了复合菌肥的研发与登记，但该菌肥的田间应用效果尚不明了。因此，本试验在前期研究的基础上以土壤添加剂HAD-5和生物磷钾肥为对照菌肥，不施菌肥为空白对照，通过1年4地田间试验检测该菌肥对玉米秸秆腐解效果、土壤肥力、小麦生长及产量和肥料偏生产力的影响。旨在为该菌肥在提高作物的产量和品质以及科学指导肥料利用等方面提供依据，并为进一步促进农业生产的高效化和推动农村经济的快速发展提供保障。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦品种为良星99，山东德州良星种子研究所培育。

菌肥：多功能复合菌肥（枯草芽孢杆菌B1514和胶冻样芽孢杆菌≥0.2×109 CFU/g），由河北农业大学植病生态研究室与河北民得富生物技术有限公司联合生产。

对照菌肥：土壤添加剂HAD-5（枯草芽孢杆菌B1514≥0.2×109 CFU/g），由河北农业大学植病生态实验室提供；生物磷钾肥（胶冻样芽孢杆菌≥2.0×109 CFU/g），由河北民得富生物技术有限公司生产。

1.2 试验地点概况

试验于2014—2015年在国家粮食丰产科技工程辛集、大名、藁城、保定试验站进行，试验地肥力在当地属中等水平。土壤类型为潮土，土壤质地为中壤，前茬作物为玉米。

1.3 试验方法

1.3.1 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对玉米秸秆的腐解作用试验设以下4个处理：多功能复合菌肥450 kg/hm2、HAD-5土壤添加剂600 kg/hm2、生物磷钾肥150 kg/hm2和空白对照，分别记为T1、T2、T3和CK。各处理分别按上述用量将菌肥均匀撒施于粉碎的玉米秸秆上，空白对照不作处理，然后翻压掩埋于20 cm深土层中，再旋耕2遍；称取50 g田间粉碎并烘干至恒质量（80 ℃，48 h）的玉米秸秆装入孔径为 48 μm 的尼龙网袋中，再埋于耕层土壤（15～20 cm）中，每重复3袋。采用15 cm等行距播种小麦，播量为240 kg/hm2。每处理3次重复，每重复0.033 hm2，随机区组排列。各处理小麦全年统一施肥，底肥折合纯氮150 kg/hm2，磷 105 kg/hm2，钾90 kg/hm2，小麦拔节期统一追施纯氮 105 kg/hm2。全生育期浇冻水和拔节水，水量分别为 600 m3/hm2。在成熟期取回装有秸秆的网袋，采用失质量法测定玉米秸秆腐解率，其公式如下：

秸秆腐解率=（50-调查时期秸秆干质量）/50×100%。

（1）

1.3.2 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对土壤肥力的影响于收获期，在T1、T2、T3和CK试验区0～20 cm土层每重复5点取样混匀，阴凉处风干。采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量，采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色分光光度法测定土壤速效磷含量，采用醋酸铵提取火焰光度法测定土壤速效钾含量[13]。endprint

1.3.3 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对小麦生长与产量的影响于越冬前，在T1、T2、T3和CK每试验区确定2个苗情监测点，每点1.1 m长，含2个边行和2个中行[14]，统计基本苗数；拔节期，在每重复5点取样，每点30株，调查小麦次生根数和分蘖数；成熟期，每重复随机取30个穗，进行室内考种，统计各处理穗数、穗粒数和千粒质量，按式（2）计算小麦产量。

产量（kg/hm2）=单位面积穗数（穗/hm2）×穗粒数（粒/穗）×千粒质量（kg）÷1 000×0.85。

（2）

1.3.4 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对肥料偏生产力的影响根据上述调查按式（3）[15]分别计算T1、T2、T3和CK各处理对肥料偏生产力的影响，并进行比较分析。

肥料偏生产力PFP（kg/kg）=施肥后获得作物产量/化肥纯养分的投入量。

（3）

1.4 数据处理

所有数据处理采用DPS 7.05软件Duncans新复极差法进行方差和统计分析，采用Excel软件制表。

2 结果与分析

2.1 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对玉米秸秆的腐解作用

由图1可知，在辛集、大名、藁城、保定4个试验站，多功能复合菌肥对玉米秸秆的腐解作用一致。随着时间的延长，累积腐解率逐渐增大，拔节期增加幅度最大；在成熟期，多功能复合菌肥处理的秸秆累积腐解率高达58.28%～69.18%，与土壤添加剂HAD-5处理结果类似，较空白对照提高3122%～51.77%；生物磷钾肥处理对秸秆的腐解几乎没有影响。

2.2 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对土壤肥力的影响

由表1可知，在收获期多功能复合菌肥对土壤肥力有很大提升作用，具体表现为4地碱解氮含量、速效磷含量、速效钾含量均最高，分别为64.9～69.8、20.9～29.7、109.4～1413 mg/kg，较空白对照分别增加253%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～20.1%；4个地区有机质含量为11.8～14.5 g/kg，较空白对照增加8.3%～102%。土壤添加剂HAD-5和生物磷钾肥处理对土壤氮、磷和钾都有显著的增加效果，但仍低于多功能复合菌肥处理。

2.3 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对小麦生长及产量的影响

由表2可知，越冬前，各试验站多功能复合菌肥处理后基本苗数与对照菌肥和空白对照差异均不显著。拔节期，大名、藁城和保定多功能复合菌肥处理后小麦单株蘖数与对照菌肥和空白对照差异均不显著，而辛集地区单株蘖数较空白对照显著增加；多功能复合菌肥处理后的次生根数与土壤添加剂

HAD-5和生物磷钾肥处理无显著差异（保定地区除外），但显著高于空白对照。在辛集、大名、藁城、保定多功能复合菌肥处理的小麦产量分别为7 512、7 448、7 601、7 318 kg/hm2，显著高于对照菌肥，较空白对照增产率分别为15.6%、143%、13.2%、14.5%，平均增产14.4%。

2.4 适应秸秆还田的多功能复合菌肥对肥料偏生产力的影响

由表3可知，多功能菌剂拌种可显著提高肥料偏生产力，4地氮肥、磷肥和钾肥偏生产力分别为28.7～29.8、69.7～72.4和81.3～84.5，显著高于土壤添加剂HAD-5和生物磷钾肥处理，较空白对照平均提高幅度為14.3%、14.4%和14.4%。

3 讨论

微生物菌肥能促进秸秆的腐解，李海燕等研究表明，多功能土壤添加剂处理后秸秆累积腐解率比空白对照提高37%[11]。农传江等研究表明，添加有机物料腐熟剂（有效活菌数≥0.5×109 CFU/g）后，随着时间延长，玉米秸秆腐解率逐渐增加，且前期增加最多，成熟期腐解率较对照提高326%[16]。而本研究中多功能复合菌肥使用后，玉米秸秆累积腐解率逐渐增加，与前人所研究的腐解剂不同，其持效性较强，在拔节期增加幅度最大，可能由于该菌肥的主要功能菌在土壤中有较强的定殖能力、以芽孢的形式生产且菌肥芽孢含量高，成熟期累积腐解率较空白对照提高31.22%～5177%，与前人研究相比表现出了较好的腐解效果，可能与胶冻样芽孢杆菌混合后2个菌株相互促进有关。

土壤有机质是衡量土壤肥力水平的重要指标。对于农田土壤而言，作物残体是补充土壤碳库最主要途径之一，微生物复合菌肥使用后能显著影响土壤中养分与有机质的含量，叶荣华自制的复合菌肥（解磷菌、解钾菌、固氮菌、泾阳链霉菌等菌及草炭等）可使土壤中速效N、P、K含量分别提高195%、195%、49.9%[17]。马超等发现，腐秆剂（枯草芽孢杆菌）使用后土壤中碱解氮、有效磷和速效钾的含量提高了174%、10. 5%和12. 4%[18]。王涛等研究表明，多功能木霉菌肥能使土壤中有机质含量增加14.3%[19]。本研究使用复合菌肥后小麦成熟期氮、磷、钾和有机质含量较空白对照分别增加25.3%～36.3%、10.5%～11.8%、17.4%～201%、83%～10.2%，且对土壤的增肥效果均高于单一菌肥，但仍低于相关复合菌肥，可能是其对土壤的增肥效果在前期明显，经过较长的生育期后养分已供给植株生长，因此有必要对土壤养分在全生育期的动态变化进行深入研究，另外还可筛选更加高效的解磷解钾菌株与B1514辅配。

关于微生物菌剂对植物的促生作用和增产效果也有广泛报道[20-21]，王喜枝等研究表明，玉米秸秆还田条件下，秸秆腐熟剂使小麦增产8.19%～9.27%[22]，陈德明报道99复合肥可使小麦增产15.24%[23]，多功能土壤添加剂HAD-5可显著提高小麦株高和次生根数量[11]。笔者发现，多功能复合菌肥使用后小麦次生根数有所增加，产量平均提高14.4%，本研究中的多功能复合菌肥促生和增产效果与前人结果类似。具体增产原因可能是多功能复合菌肥加速了秸秆的腐解，有效改善了土壤的微生态环境，增加了土壤肥力，次生根的增加为水分和养分的利用提供了保障，另外，主要功能菌B1514对土传病害有一定的防效，可能与增产有一定的关系。endprint

微生物菌肥的使用有效提高了肥料偏生产力，本研究中多功能复合菌肥使用后氮、磷和钾的肥料偏生产力均提高了14%左右，可能是该菌肥起到了对肥料解磷解钾的作用，肥料中的养分得到了充分的吸收，进而提高了肥料的利用率。

综上，多功能复合菌肥使用后明显加速了秸秆的腐解，增加了土壤肥力，促进了植物的生长，提高了肥料偏生产力，有效地使小麦达到了增产效果，但是为了明确其增产原因，该菌肥对土壤中水分利用率、微生物种类与活性、植物病害防控等方面的影响仍须深入研究。另外，为了更好地指导生产，肥料减施与菌肥混用的研究必不可少。

参考文献：

[1]谭德水，金继运，黄绍文，等. 不同种植制度下长期施钾与秸秆还田对作物产量和土壤钾素的影响[J]. 中国农业科学，2007，40（1）：133-139.

[2]刘春贵，赵加强，杨朝纲.小麦生产中玉米秸秆还田存在的问题及对策[J]. 现代农业科技，2012（4）：314-315.

[3]石贤爱，刘月，陈飞，等. 长梗木霉纤维素酶基因的克隆及序列分析[J]. 微生物学通报，2010，37（5）：671-676.

[4]张欢，寇巍，王晓明，等. 产纤维素酶菌株的选育分析及发酵工艺优化[J]. 环境化学，2013，32（4）：605-612.

[5]李红亚，李术娜，王树香，等. 解淀粉芽孢杆菌MN-8对玉米秸秆木质纤维素的降解[J]. 应用生态学报，2015，26（5）：1404-1410.

[6]扎史品楚，农传江，王宇蕴，等. 生物有机肥的发酵工艺及应用效果研究[J]. 环境工程，2015，33（增刊）：1011-1014，1020.

[7]许景钢，孙涛，李嵩. 我国微生物肥料的研发及其在农业生产中的应用[J]. 作物杂志，2016（1）：1-6.

[8]梁春启. 兼具分解玉米秸秆和防治小麦土传病害作用的微生物土壤添加剂研究[D].保定：河北农业大学，2009.

[9]赵斌，齐永志，李海燕，等. 枯草芽孢杆菌B1514菌株发酵条件的优化与片剂制作研究[J]. 河北农业大学学报，2014，37（3）：60-65.