微生物肥对谷田土壤环境及产量的影响

王丽霞，郭二虎，张艾英，范惠萍，李瑜辉，程丽萍

(山西省农业科学院谷子研究所，山西长治 046011)

谷子[Setariaitalica(L.) Beau]又称粟，属禾本科狗尾草属，是我国重要的杂粮作物之一。近年来山西省年种植面积基本稳定在20万hm2，总播种面积居全国第2位，同时也是我国春播谷子种植面积最大的省份，谷子在山西农业生产中占有重要地位，也是山西省农业种植结构调整首要考虑的作物[1-3]。微生物肥料也称微生物菌肥、生物肥料，是近年来新兴的一种无公害新型肥料，其具有改良土壤、增强土壤肥力、降低土壤农药残留、增加植物对养分吸收等效果，已在诸多作物上应用，取得了诸多成果[4-8]，但在谷子上的研究较少。谷子虽然具有耐贫瘠的特点，但肥料在谷子生产中仍发挥重要作用。由于化肥的过度施用及不合理施肥，导致土壤板结、肥料利用率低、谷子品质下降；有机肥的施用可以改善土壤结构，提高谷子品质，但存在肥效慢、养分含量低，且在生产实际中农民多施用未腐熟的有机肥等缺点[9-12]。针对以上问题，笔者通过田间试验，探讨有机肥、化肥添加微生物肥对谷子生长发育、土壤温度、近地面层的微环境及谷子产量的影响，以期为谷子合理施肥、提高肥料利用效率提供科学依据。

1 材料与方法

1.1试验地概况试验于2016年5月下旬至10月上旬在山西省农业科学院谷子研究所进行。试验地为砂壤土，肥力中上等，0～40 cm土层内有机质含量为33.51 g/kg，全氮1.2 g/kg，碱解氮48.47 mg/kg，速效磷20.14 mg/kg，速效钾168.76 mg/kg。生育期降雨量489 mm。

1.2试验设计试验设6个处理，分别为CF(常规施化肥N 187.5 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2)；CY(常规施有机肥2 250 kg/hm2)；CK(不施肥)； WF(施化肥N 187.5 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2+微生物肥75 kg/hm2)；WY(常规施有机肥2 250 kg/hm2+微生物肥75 kg/hm2)；WB(不施肥+微生物肥75 kg/hm2)。随机区组排列，3次重复，小区面积20 m2(5 m×4 m)。前茬为玉米，试验用谷子品种长农35号，留苗30万株/hm2。所有处理肥料均作为底肥播前一次性施入。微生物菌肥由黑龙江农垦科学院提供，主要成分为巨大芽孢杆菌、胶冻样芽孢杆菌等。

1.3测定项目与方法

1.3.1近地层CO2及土壤温度。应用托普云农环境监测系统，于灌浆期测定近地面20 cm高根际CO2浓度，并测定各处理土壤 5、10、15、20 cm深温度，取24 h平均值。

1.3.2土壤紧实度。灌浆期，应用托普土壤紧实度仪测量行间、株间处的土壤紧实度，每个处理测量4次，取平均值。测量深度为6、12、18、24、30 cm。

1.3.3农艺性状及产量。于谷子成熟期，在每小区中间行内选取约 1.0 m作为取样单元，取 10 株，对穗重、穗粒重和千粒重等农艺性状进行调查。去掉小区边行，收获面积 4.0 m2谷穗计产。

1.4数据处理化肥农学效率(kg/kg)=(施肥区谷子产量-不施肥区谷子产量)/施肥量。试验数据应用DPS 7.5软件进行分析。

2 结果与分析

2.1不同处理对土壤温度的影响由图1可知，所有处理的地温随着土层深度的增加呈逐渐降低的趋势，有机肥处理的地温较化肥处理的温度高，添加微生物肥料的处理温度较未添加的处理高，5、10 cm深的地温变化较大。WY处理0～20 cm平均地温22.7 ℃，较CY处理增加0.16 ℃，0～10 cm平均地温23.24 ℃，较CY处理增加0.27 ℃；WF处理0～20 cm平均地温22.32 ℃，较CF处理增加0.23 ℃，0～10 cm平均地温22.65 ℃，较CF处理增加0.14 ℃；WB处理0～20 cm平均地温22.17 ℃，较CY处理增加0.1 ℃，0～10 cm平均地温22.42 ℃，较CY处理增加0.14 ℃。

图1 不同处理对不同土壤深度温度的影响Fig.1 Effects of different treatments on the temperature of different soil depth

2.2不同处理对近地面层CO2浓度的影响微生物肥料通过增加土壤中微生物活菌的数量，增加了土壤的呼吸强度，进而加大了二氧化碳的排放，是作物光合作用碳的重要来源之一。由图2可知，在谷子灌浆期近地面层24 h的CO2浓度变化呈倒“V”字型，12：00—16：00浓度最低，添加微生物肥料的各处理CO2浓度均高于未添加的处理。WY处理24 h平均CO2浓度312 mg/L，较CY处理增加22 mg/L，增幅7.6%；WF处理24 h平均CO2浓度299 mg/L，较CY处理增加18 mg/L，增幅6.4%；WB处理24 h平均CO2浓度273 mg/L，较CY处理增加10 mg/L，增幅3.8%。

图2 不同处理对近地面层CO2浓度的影响Fig.2 Effects of different treatments on CO2 concentration in near-surface layer

2.3不同处理对土壤紧实度的影响由表1可知， 施用微生物肥处理6和12 cm深的土壤紧实度均较未施用的处理降低， WY处理0～6 cm土壤紧实度较CY处理降低了2.6%，6～12 cm土壤紧实度较CY降低了2.0%；WF处理0～6 cm土壤紧实度较CF处理降低了7.9%，6～12 cm土壤紧实度较CF降低了5.8%；WB处理0～6 cm土壤紧实度较CK处理降低了3.5%，6～12 cm土壤紧实度较CK降低了4.0%；其中，WY、CY、WB、WF 4个处理较CF处理的土壤紧实度显著降低，可见施用微生物肥和有机肥的处理，土壤疏松度显著优于仅施用化肥的处理。

表1 不同处理对不同深度土壤紧实度的影响

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05);不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

2.4不同处理对谷子产量及产量构成因子的影响由表2可知，所有添加微生物肥的处理产量均高于未添加的处理，其中WY处理产量最高达4 775 kg/hm2，较CY处理产量增加14.4%，两者之间差异显著；WF处理产量达4 675 kg/hm2，较CF处理产量增加10%，两者之间无显著差异；WB处理产量达4 125 kg/hm2，较CK处理产量增加3.1%，两者之间无显著差异；其中施用复合肥的2个处理中，WF处理的化肥农学效率为2.00 kg/kg，较CF处理提高170%，可见添加微生物肥能有效提高化肥农学效率。

表2 不同处理对谷子产量及产量构成因子的影响

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05);不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)

Note:Different lowercases in the same column stand for significant differences between different treatments at 0.05 level;different capital letters stand for significant differences at 0.01 level

3 结论与讨论

该研究结果表明，添加微生物菌肥后的WY、WF、WB 3个处理较未添加的处理，0～20 cm平均地温增加了0.10～0.23 ℃，0～10 cm平均地温增加了0.14 ～0.27 ℃；近地层CO2浓度增加10～22 mg/L，增幅3.8%～7.6%；0～6 cm土壤紧实度降低了2.6%～7.9%，6～12 cm降低了2.0%～5.8%；产量增加了125～600 kg/hm2，增幅3.1%～14.4%。

土壤温度与微生物之间密切相关。该试验研究了灌浆期晴天0～20 cm土壤耕层不同深度的日平均温度，结果显示，微生物肥料对土壤温度的影响主要集中在0～10 cm，10～20 cm不同处理间的地温无明显规律。微生物肥料通过增加土壤微生物活菌的数量，增加了土壤呼吸强度[13]，进而加大了二氧化碳的排放，是作物光合作用碳的重要来源之一。该试验中，近地面层添加各微生物肥料处理的CO2浓度均有不同程度的提高，但在倒二叶和倒三叶高度测定的CO2浓度无规律可循，考虑是大气层空气流动影响了测量的准确度，将来有必要在封闭条件下进一步探讨。微生物肥料中有益微生物能产生糖类物质，与植物黏液、有机胶体等螯合在一起，可以改善土壤团粒结构，具有改善土壤物理性状的作用[14]。该试验研究了0～30 cm土层的紧实度，结果表明，微生物肥料对土壤紧实度的影响主要集中在0～12 cm土层，12～30 cm土层各处理之间无规律可循，且试验田由于常年施用化肥及人工踩踏等原因，紧实度较常规农田普遍增大。微生物肥料在各种作物上均有报道，其中起增产作用的占绝大多数[15]，试验中各添加微生物肥料处理的产量均高于未添加的处理，穗数、穗粒重和千粒重的增加，是产量提高的主要原因，这也与前人的研究结果一致[16]。