施用生物菌肥对饲用玉米生长和土壤微生物数量的影响

段淇斌，赵冬青，姚 拓，韩华雯，刘 婷

(1.甘肃省农牧厅外资项目管理办公室，甘肃 兰州 730030；2.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

施用生物菌肥对饲用玉米生长和土壤微生物数量的影响

段淇斌1，赵冬青1，姚 拓2，韩华雯2，刘 婷2

(1.甘肃省农牧厅外资项目管理办公室，甘肃 兰州 730030；2.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/甘肃省草业工程实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

对饲用玉米进行随机区组试验，测定了生物菌肥对玉米生长指标(株高、干鲜比和地上生物量)、土壤有效养分(有效氮、有效磷和有效钾)以及土壤微生物(细菌、真菌和放线菌)的影响。结果表明，施用生物菌肥对玉米生长有着促进作用，玉米株高和地上植物量较对照分别提高6.3%和10.1%，且与对照差异显著(P<0.05)；土壤有效氮、有效磷和有效钾显著增加(P<0.05)，分别较对照增加7.7%，27.9%和7.5%，其中，有效磷增加明显；土壤细菌和放线菌数量显著增加(P<0.05)，分别较对照增加322.0%和101.6%，而真菌的数量显著低于对照(P<0.05)，与对照相比，施用生物菌肥后，土壤真菌数量减少了67.9%。

生物菌肥；饲用玉米；土壤微生物

我国农作区化肥用量呈几何级增长，但作物产量增加却很有限。同时，使用化肥造成污染环境(大气污染、水体污染和土壤污染)、威胁食品安全，引起土壤内在理化性质改变、减少生物多样性及引致其功能衰退等。因此，探寻新肥源替代或部分替代化肥的应用备受关注[1]。

生物菌肥(又称微生物肥料)以其环境友好、成本低廉、增产明显、效果持久等特点成为部分替代化肥的首选。据2009年统计，生物肥料在优质农产品生产方面用量超过400万t，大约为我国生物肥料年产量的1/2[2]。近年，利用高效植物生长促进菌(PGPR)研制的新型微生物肥料已成为国内外生物菌肥研究的热点[3]，是维持和提高土壤肥力的有效手段。微生物肥料主要通过其所含的特定有益微生物菌群发挥功效，可制造和协助植物吸收营养，兼具提高植物抗逆性、增加植物产量以及改善其品质的特性[4]。目前，生物菌肥的研究主要针对其对宿主植物的增产和品质的改善[5-7]，而有关其对土壤养分和土壤微生物影响的研究报道较少。研究旨在通过使用生物菌肥，研究其对玉米生长和土壤养分以及土壤微生物数量的影响，以期为“植物—土壤—微生物”体系的系统研究提供基础数据和理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验于2012年在甘肃省定西市安定区香泉镇进行，地理位置N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896.7 m，属典型的半干旱区。光能较多，热量资源不足，雨热同季，降水少且变率大。年日照时间为2 433 h，年平均气温6.7 ℃，年平均最高和最低气温分别为25.9 ℃(7月)和-13.0 ℃(1月)。1971～2010年平均降水量383.8 mm，冬季和夏季月平均降水量分别为20～80 mm和150～270 mm。降水在年内分布极不均匀，7～10月降水占年降水量的86.9%；蒸发强烈，年均潜在蒸发量达到1 500 mm。

试验地地势平坦，土壤为黄绵土，土壤肥力均匀，土壤有机质含量10.37 mg/kg，pH 7.68，全氮0.78 g/kg，全钾22.40 g/kg，速效钾204 mg/kg，速效磷13.35 mg/kg，碱解氮48 mg/kg。

1.2 试验材料

供试作物选用饲用玉米(Zeamays)，品种为大力士，从甘肃创绿草业科技有限公司购得籽粒饱满、无病虫的玉米种子。生物菌肥为含有从不同禾本科植物根际筛选的高效溶磷菌株(Bacillussp.)、联合固氮菌株(Azospirillussp.)、分泌植物激素菌株(Azospirillussp.)和生防菌株(Bacillussp.)的复合生物菌肥(专利号ZL 2010 1 0557699.3)，由甘肃农业大学草业学院草地生物多样性实验室提供。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 采用随机区组设计，试验设2个处理，即生物菌肥处理和对照(用无菌水拌种)，每处理3次重复，共6个小区，每个小区面积4 m×7.5 m。玉米播种采用田间沟垄覆膜种植模式，地膜宽度为1.2 m，播种量36.7 kg/hm2，穴播，玉米的株距和行距分别为25 cm，30 cm，每小区10行，每行29株。

1.3.2 菌肥及化肥施用量及方法 播种前将玉米种子(最好不要用农药包衣)用菌肥拌种，置于荫凉、避光处2 h(使细菌充分附着在种子表面)后可播种。以110 g的菌肥拌种110 g玉米种子。对照处理的种子用无菌水拌种。化肥施肥量以75 kg/hm2的磷肥(过磷酸钙，P2O5≥14%)作为基肥施用，作物各生育期内不追肥，同时根据自然降水及视当地干旱情况，进行田间常规灌溉，以水分状况满足玉米生长为宜。

1.3.3 玉米生长指标测定 在玉米灌浆期采用常规法测定株高和干鲜比，每小区取10个单株重复10次，求平均值；同时每个小区随机取1 m×1 m的样方齐地收割，烘干至恒重，测定地上植物量。

1.3.4 土壤有效氮、有效磷和有效钾含量测定 在玉米灌浆期，利用常规法采集0～30 cm的土壤样品进行土壤有效氮(碱解法)、有效磷(高锰酸钾氧化-葡萄糖还原法)和有效钾(火焰原子吸收分光光度法)测定，每个小区取3个样点。

1.3.5 土壤3大类微生物数量测定 在玉米灌浆期，利用常规法采集0～20 cm的土壤样品，采用平板稀释法[8]对土壤3大类微生物数量进行测定，其中真菌数量测定采用马丁-孟加拉红培养基，放线菌数量用改良高氏一号培养基，细菌数量采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基。

N = M×鲜土重/干土重

式中：M=a×u/v，N为每1 g干土的菌数；M为每1 g鲜土的菌数；v为每个培养皿中加悬浮液体积(本实验为50 μL)；a为培养皿中平均菌落数；u为稀释倍数。

1.3.6 数据统计与分析 采用Excel 2007和SPSS 16.0对数据进行整理分析，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 生物菌肥对玉米生长的影响

株高、干鲜比和地上植物量是表征作物长势和生产能力及利用价值的重要指标。结果表明，与对照相比，施用生物菌肥对玉米生长有一定的促进作用，玉米株高和地上植物量较对照分别提高6.3%和10.1%，且与对照差异显著(P<0.05)。

表1 菌肥施用下玉米的生长特性Table1 Effect of biofertilizer on growth of maize

注：处理间字母相同表示差异不显著，不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

2.2 生物菌肥对土壤有效养分的影响

对玉米施用生物菌肥后土壤有效氮、有效磷和有效钾进行了测定，结果表明，与对照相比，施肥后，土壤有效氮、有效磷和有效钾显著增加(P<0.05)，分别较对照增加7.7%、27.9%和7.5%，其中有效磷增加明显(表2)。

表2 菌肥施用下土壤有效氮、有效磷和有效钾含量Table2 Effects of biofertilizer on available nitrogen,available phosphorus and available potassium in soil

2.3 生物菌肥对土壤微生物的影响

土壤微生物是评价土壤健康和质量的重要指标，成功定殖的外源微生物可能与土壤土著微生物共同参与土壤中几乎全部的物质循环和能量代谢。研究对0～20 cm 细菌、真菌和放线菌进行了测定。结果表明(表3)，施用生物菌肥可显著改变土壤3大类微生物的数量，且对不同微生物类群的影响不同。与对照相比，施用生物菌肥后，土壤细菌和放线菌数量显著增加(P<0.05)，分别较对照增加322.0%和101.6%。而真菌的数量显著低于对照(P<0.05)，与对照相比，施用生物菌肥后，土壤真菌数量减少了67.9%。

表3 生物菌肥对玉米土壤三大类微生物数量的影响

Table3 Effect of biofertilizer on soil microorganism

处理细菌/105cfu·g-1真菌/103cfu·g-1放线菌/105cfu·g-1微生物总数/105cfu·g-1菌肥28.95a0.27a1.25a30.2a对照6.86b0.84a0.62b7.48b

土壤微生物总数是土壤细菌、真菌和放线菌数量之和。与对照相比，施用生物菌肥后，玉米地土壤微生物总数提高了303.7%。同时，3大类微生物数量组成也发生了较大变化，对照处理中，细菌、真菌和放线菌数量分别占总数的92.7%，0.01%和8.3%；施用生物菌肥处理细菌、真菌和放线菌数量分别占95.9%，0.01%和4.1%。说明施用生物菌肥不但改变了土壤微生物数量，而且改变了其组成，对改善土壤微环境有较好的作用。

3 讨论和结论

3.1 生物菌肥对玉米生长的影响

试验表明，菌肥拌种对玉米株高和地上植物量影响较大，对干鲜比的影响不显著。这与姚拓等[9，10]报道联合固氮细菌对燕麦株高有明显促进作用，以及席琳乔等[11]利用分离自燕麦、草坪草等禾本科植物根际的联合固氮细菌接种燕麦对其株高和产量有显著促进作用的研究结果一致。菌肥能够促进植物生长的原因是菌肥含有大量有益微生物，其在生长、繁殖过程中不但能够直接给作物提供某些营养元素(如固氮、溶磷等)，而且产生对植物有益的代谢产物，如细胞分裂素、吲哚乙酸、赤霉素等，都能够不同程度地刺激和调节植物生长使植物生长健壮，营养状况得到改善，进而达到增产效果[12-15]。CHEN等[16]研究证实，根际细菌促进植物生长的作用之一是提高植物对Mn的吸收并促进土壤中Mn的还原，而Mn是多种酶的活化剂，能调节氧化还原过程，参与植物光合作用和氮代谢，在植物体内起重要生理作用。另外，同小娟等[17]利用EM微生物堆肥在冬小麦和夏玉米进行试验，结果表明年均总产比等量传统堆肥增产8.3%～8.9%，其中冬小麦增产8.3%，夏玉米增8.2%～9.4%。刘旭等[16]研究表明，施用EM生物有机肥可以促进甜玉米的生长，甜玉米植株株高、茎粗、叶面积均有所增加，植株前期生长加快，植株抗倒伏和光合性能增强。李玉华等[18]对库尔勒香梨的试验表明，在习惯施肥的基础上增施微生物菌肥，产量提高2.56～4.24 t/hm2，增产10.47%～17.33%。

3.2 生物菌肥对土壤有效养分的影响

随着世界各国对农业可持续发展的日益重视，土壤生产能力的可持续性倍受关注。目前，大量研究证实，施用生物菌肥可将土壤中难溶性养分转化为可溶性养分，进而达到培肥地力的效果，韩光等[19]发现接种复合型PGPR能够显著提高新垦地的土壤有效养分，而洪坚平等[20]证实不同解磷菌群拌种不仅能提高油菜土壤碱解氮、有效磷和有效钾含量，而且提高土壤脲酶和磷酸酶活性。梁运江等[21]报道施用生物菌肥有利于土壤磷素可持续指数的上升，但必须配施足量的化学氮肥和钾肥才能稳定水稻产量并逐步提高土壤肥力。试验研究表明，施用生物菌肥后，土壤的有效氮、有效磷、有效钾和速效钾的含量均有不同程度的上升，说明接种PGPR促使难溶性磷、钾盐转化成可溶性磷、钾盐，从而提高了土壤的磷、钾供应。逄焕成等[22]发现用含钾细菌和芽孢杆菌的菌剂处理土壤，使土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾分别提高了55.9%、50.2%、71.4%和28.9%。叶荣华等[23]通过多功能微生物复合菌肥在晚稻上的应用上发现施用复合菌肥后土壤酶活性增强的同时提高了土壤中速效N、P、K的含量。

3.3 生物菌肥对土壤微生物数量的影响

土壤微生物是维持土壤活力的主要指标。本研究采用传统稀释平板法对玉米灌浆期的3大土壤微生物进行了测定，结果显示施用生物菌肥对土壤微生物数量有显著影响，说明生物菌肥施用可改善土壤微环境。这与张振荣等[24]在烟叶根际土壤中的检测结果较为相似。叶荣华等[23]研究发现施用复合菌肥后土壤中微生物优势菌群的数量大幅度增加。尹淑丽等[25]证实复合微生态菌剂施入前期可提高土壤中细菌和放线菌的数量，随生育时期的延长效果变弱。由于土壤环境是一个巨大的缓冲体系，生态系统复杂而稳定，土壤微生物活性与群落结构受各种因素影响，不易于外来菌种微生物的成功定殖并发挥功效，前人称土壤的这种抑制作用为土壤抑菌作用。本试验表明菌肥拌种可引起土壤微生物构成发生变化，除了与接种外源微生物相关外，其深层次原因尚需进一步研究。

施用生物菌肥对玉米生长有一定的促进作用，可提高玉米株高6.3%，地上植物量10.1%；同时，土壤有效氮、有效磷和有效钾分别较对照增加7.7%，27.9%和7.5%；土壤细菌和放线菌数量较对照增加322.0%和101.6%，而真菌的数量减少了67.9%。

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Effects of using biofertilizer on forage maize growth and soil microbial number

DUAN Qi-bin1,ZHAO Dong-qing1,YAO Tuo2,HAN Hua-wen2,LIU Ting2

(1.GansuProvincialDepartmentofAgricultureandAnimalHusbandry,LanzhouGansu730070,China；2.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

By randomized block design of experiment tested on the forage maize,the paper determined the biofertilizer's effects on the growth index (plant height,dry-fresh ratio and aboveground biomass),available soil nutrention (available nitrogen,available phosphorus and available potassium) and soil microorganism(bacteria,fungi and actinomycetes).The results showed that using the biofertilizer have promoted forage maize's growth,which increased the plant height (6.3%) and aboveground biomass (10.1%) compared with the contorl (P<0.05).There were a significant difference (P<0.05) on the available nitrogen,available phosphorus and available potassium in the soil,which increased,7.7%,27.9% and 7.5% respectively compared with the control.Among them,the increase of available phosphorus was obvious.The edaphic bacteria and actinomycetes observably increased compared to the control (P<0.05),which respectively improved 322.0% and 101.6%.But,the quantity of fungi was lower than that of the contrast (P<0.05),which reduced about 67.9% after using the biofertilizer.

bio-fertilizer;feeding corn;soil microorganism

2014-12-25；

2015-01-16

甘肃省IFAD/GEF旱地生态保护与恢复项目资助

段淇斌(1963-),男,甘肃泾川人,研究员，主要从事农业技术推广工作。 E-mail：dyydqb@126.com

S 144；S 513

A

1009-5500(2015)02-0054-05