微生物量的变化与超级杂交稻产量的关系研究

吴朝晖，袁隆平

（国家杂交水稻工程技术研究中心，湖南 长沙 410125）

土壤微生物既是土壤有机物与难溶于水的无机物转化的执行者，又是植物营养元素的活性库，水稻根际土壤微生物的种群数量直接关系到水稻土壤中有机质的分解和矿质元素的转化，影响水稻对营养元素的吸收和利用。提高土壤有益微生物活性能够促进植物生长、防治和减轻病虫危害，增加作物产量[1-3]。微生物肥料是指一类含有活性微生物的特殊制剂，应用于农业生产中能获得特定的肥料效应。它不仅增加土壤中的大量有效N、P、K的含量，而且将增加植物需要的各种微量元素，将作物不能从土壤中直接利用的物质转化为可被吸收利用的物质，制造和协助农作物吸收营养，改善作物营养条件，抑制减少病原菌等有害微生物的生长，增强作物抗病抗旱能力。土壤微生物参与土壤C、N、P、S等元素的循环过程和土壤矿物的矿化过程[4]。

通过稻田中土壤微生物和施肥的效果来探讨不同施肥条件下土壤微生物的数量变化及其与土壤肥力和产量的关系，为获得作物稳产高产的土壤生态环境提供指导。由于微生物活性、土壤中可被微生物利用而不能被植物利用的物质不确定，因此，在试验过程中通过加入不同组成的无机肥进行对比试验，将微生物肥料当作是一种辅助肥料，试图通过试验揭示微生物肥料的最大肥效、微生物肥料与无机肥料的最适量比关系。

1 材料和方法

1.1 大田试验区

本试验供试土壤为湖南杂交水稻研究中心试验基地，土壤条件见表1。

表1 供试土壤特性

1.2 大田试验设计

供试组合:两优293；主处理微生物菌肥设2水平:W1（加），W2（不加）；密度设3水平:M1（33.3 cm×33.3 cm），M2（26.6 cm×26.6 cm），M3（26.6 cm×20 cm）；肥料设4水平:N1（0），N2（低N，135 kg/hm2），N3（中N，270 kg/hm2），N4（高N，405 kg/hm2）；基蘖肥∶穗粒肥=6∶4；NPK施肥按N∶P∶K为1∶0.5∶0.8计；小区面积:16 m2。

1.3 取样与测定

在水稻生长周期中的分蘖期、圆秆拔节期、孕穗期、齐穗期、乳熟期和黄熟期进行取样，取样时在田间试验小区中取三处有代表性的根际土，深度为0～20 cm以内，土取回后立即测定。

测定方法:微生物总活性采用碱吸收滴定法；好氧自生固氮菌采用阿须贝无氮琼脂平皿法；厌氧自生固氮菌采用无氮培养基稀释法；硝化细菌采用改良的斯蒂芬逊培养基稀释法；反硝化细菌采用葡萄糖硝酸钾稀释法；磷细菌采用蒙吉娜卵磷脂培养法；钾细菌采用铝硅酸钾琼脂培养法。

1.4 数据处理

在DPS数据处理软件平台[5]上进行数据处理分析。

2 结果和讨论

2.1 不同处理对水稻乳熟期和黄熟期微生物总活性的影响

从表2可以看出，无论N、P、K的量如何变化，乳熟期和黄熟期的微生物总活性的变化趋势都是相似的，由于在乳熟期内，新陈代谢旺盛，需要合成大量营养物质，水稻必须从土壤中吸收大量N、P、K等，这样根部周围的N、P、K含量减少，从而促使微生物恢复活性，甚至增加微生物数量，以形成更多能被水稻吸收利用的N、P、K，因此，微生物活性普遍较大；进入黄熟期，随着水稻所需营养成分的减小，土壤中N、P、K处于相对饱和平衡状态，微生物活性逐渐减少。乳熟期的平均微生物活性比黄熟期要大得多。同时，从表中可以看出，不管是乳熟期还是黄熟期，其总的变化趋势基本上是:随着N、P、K施用量的增加，微生物活性反而减小，这与Livia Bohme等的试验结果相符。

2.2 好氧自生固氮菌在不同施氮量条件下的变化

从表3可以看出，在W1M1N1情况下，不同时期的好氧自生固氮菌呈现出一定的变化规律，即由小变大，再变小，再由小变大，其原因应该是:水稻从分蘖期开始，经圆秆拔节期和孕穗期，随着生物量的增加，需氮量也不断增加，由于土壤中可被水稻利用的氮量有限，从而刺激固氮菌通过固氮来加以补充；随着所施氮的量的增加，其变化规律呈现由小变大，再变小，再由小变大，分析其原因可能是随着土壤中氮的含量的增加，导致土壤中可利用的氮增加，某种条件下，好氧自生固氮菌和可利用的氮存在一种动态平衡，可利用的氮一旦减少到某种程度，好氧自生固氮菌即可加以补充。黄熟期时，田里含水量减少，黄熟期的菌量可能受到土壤中水分的影响。通过对比试验发现，在其他条件不变的情况下，相同土壤在表面上还有1 cm深的水的稀泥中好氧自生固氮菌的量比含水量为25%左右的土壤要少几倍，甚至一两个数量级。因此，黄熟期的微生物量较乳熟期大幅增加是土壤水分条件的变化所致。

表3 不同生育时期水稻根际土壤中好氧自生固氮菌的变化（×103 cfu）

2.3 厌氧自生固氮菌在不同施氮量条件下的变化

随着N、P、K施量的不同，不同时期厌氧自生固氮菌数量也呈现出一定的变化规律，这也是土壤中水稻可用N、P、K量和不同时期水稻吸收N、P、K量的综合作用而形成的。如表4所示，不同时期追施或不施N、P、K肥有其重要意义（表4）。

2.4 分蘖期解磷细菌量在不同施肥水平和密度条件下的比较

从表5可以看出，在其他条件一样的情况下，水稻分蘖期解磷细菌量因菌肥的使用而明显增加，说明施用菌肥有利于土壤有益微生物增加，有害微生物减少。这样更有利于保证水稻吸收更多的营养，同时也有利于稻田生态系统的良性发展，以保证后续各期的水稻有可能获得更丰富的营养，为作物的稳产高产创造条件。

表4 W1M2处理不同生育时期不同施氮量根际土壤中厌氧自生固氮菌的变化（×105 cfu）

表5 不同处理对分蘖期土壤中解磷细菌量的影响（×105 cfu）

2.5 施菌与不施菌条件下解钾细菌在水稻不同生育时期间的变化

解钾细菌不论是在何期，在施菌或不施菌的情况下，它们的表观数量基本一样。一般情况下，施用无机肥后解钾细菌数量最少，随着无机钾肥的数量减少，菌体数量也在一定程度增加，但变化量不大；解钾细菌数量随生育时期的推进而增多，乳熟期与黄熟期，解钾细菌数量基本相等（表6）。

2.6 施菌肥与不施菌肥条件下水稻产量的变化

在不施肥条件下，使用菌肥的产量比不施菌肥的产量明显要高，说明菌肥能有效利用土壤地力和微生物资源，进行整合，促进产量提高。在低肥下，使用菌肥效果不是很明显，似与前者有矛盾；中肥条件下，使用菌肥效果明显；高肥条件下，菌肥的增产效果也不明显。如表7所示，菌肥的增产效果一般，这说明菌肥配方及施肥方法还要进一步改进和完善。

3 小结

本试验结果表明:微生物活性随N、P、K施用量增加而降低，乳熟期的平均微生物活性高于黄熟期；各施氮条件下，好氧自生固氮菌在整个生育期内呈现“小－大－小－大”的趋势；厌氧自生固氮菌数量在整个生育期内呈现起伏变化趋势，施氮量处理间差异明显；水稻分蘖期解磷细菌量因菌肥的使用而明显增加；解钾细菌数量随生育时期的推进而增多，乳熟期与黄熟期，解钾细菌数量基本相等，且解钾细菌数量不因施钾肥而增加；本研究所配菌肥在不施肥和中肥条件下，有一定增产效果。

表6 不同处理不同生育时期土壤中解钾细菌的变化（×103 cfu）

表7 不同处理对水稻产量的影响（t/hm2）

[1]Chen L J，Wu Z J，Jiang Y，et al.Response of N transformation related soil enzyme Activities to inhibitor applications[J].Chinese Journal of Applied Ecology，2002，13（9）:1099-1103.

[2]Wang S J，Hu J C，Zhang X W.Prospect of Chinese soil microbiology in the new century[J].Journal of Microbiology，2002，22（1）:36-39.

[3]龙世平，朱校奇，崔新卫.施氮量对Y两优1号产量构成的影响[J].湖南农业科学，2009，（9）:46-48，51.

[4]Dick W T.，Jr A.Relationship between enzyme activities and microbial growth and activity indices in soil frankenberger[J].Soil Soc.Am.J.，1983，47:945-951.

[5]唐启义，冯光明.实用统计分析及其DPS数据处理系统[M].北京:科学出版社，2002.