微生物菌剂对水稻植株性状、产量及土壤理化性质的影响

刘一江 都林娜 康华靖

（温州市农业科学研究院，浙江 温州325006；*通讯作者：kanghuajing@126.com）

水稻是我国三大主栽粮食作物之一，年产量约占世界稻谷总产量的36.9%。上个世纪，化肥的施用对农业增产作出了巨大贡献。但长期大量施用化肥，会对生态系统功能和环境造成严重影响。目前，我国每年农业上施用氮肥的流失量约17.4 万t，其中，近50%从农田流入水体。张维理等[1]认为，农田、农村畜禽养殖地带和城乡结合部的排污已成为造成流域水体氮、磷富营养化的最主要原因。因此，在保证水稻产量的前提下，需对如何降低化肥、农药使用量进行深入的探索和研究。

温州的水稻生产以双季稻为主。近年来，温州对生态农业技术的发展日益重视，各级政府积极引导农民采用农业清洁生产技术，并在重点粮食生产功能区和现代农业园区内推广生态循环农业，取得了一些成效，但与发达国家相比，稻田化肥和农药的投入仍偏高，而利用率偏低。微生物菌剂肥是指含有特定微生物活体、能应用于农业生产的制品，与常规化学肥料、有机肥料等相比，它是通过微生物的生命活动使农作物得到特定的肥料效应，从而使其生长旺盛、产量增加[2]。近些年，微生物菌剂在水稻生产上的应用和研究逐渐增多，整体效果较好[2-5]。然而，现有的研究或仅基施菌剂，或仅喷施菌剂，鲜见有从畜牧业粪水治理及资源化利用角度来全面探讨微生物菌剂对水稻生长及土壤性状的影响。为此，本文进行了相关试验，以期推进温州市畜牧业粪污水治理工作，促进高产高效和环境友好稻作技术的推广应用。

1 材料与方法

1.1 试验地选择

试验于2017年设在浙江省瑞安市马屿镇柴下村。该村属于农业“两区”建设点。试验稻田地势平坦、肥力均匀。土壤中水解性氮、有效磷和速效钾分别为170.18 mg/kg、16.31 mg/kg 和56.36 mg/kg。试验地面积为0.40 hm2，统一翻耕，然后等分为12 块试验田。每块试验田面积300 m2左右。

1.2 供试材料

供试水稻品种为甬优9 号，购自温州当地市场。参试复合肥系由华强化工集团股份有限公司生产，N、P2O5、K2O 含量分别为25%、10%、18%。参试菌剂由台湾济圣公司生产，菌剂中氮、磷、钾的浓度分别为63.6 mg/L、61.7 mg/L 和202.0 mg/L。

1.3 试验设计

试验设4 个处理：CK，农户常规施肥，即每667 m2施25 kg 复合肥；B，复合肥用量降低30%，每667 m2补施经菌剂发酵过的猪粪水2.22 m3；C，常规施肥用量，每667 m2加喷菌剂444.70 mL（稀释100 倍，每10 d 喷施1 次，共喷施7 次；如遇下雨，喷施时间另行调整）；D处理，常规施肥用量+喷施化肥（每667 m2喷尿素0.051 g 和磷酸二氢钾0.224 g，用量根据菌剂中各元素的含量确定），每10 d 左右喷施1 次，共7 次。各处理随机排列，3 次重复。

试验按照水稻旱育稀植“三化一管”栽培模式进行管理，播种量、栽插密度、施肥量及施用时期、防虫灭草等均按当地常规生产进行。6月10日播种，7月8日定植移栽。

表1 不同处理下水稻叶片光合参数的比较（平均数±标准误差）

表2 不同处理对水稻穗部的影响

1.4 测定项目及方法

于8月9日（晴天）选取长势一致的水稻剑叶，利用便携式光合仪（LI-6400-40，LI-COR INC., USA）在8∶30—11∶30 对其进行光合参数的测定。测量时，流速为500 μmol/s，光强设置为1 500 μmol/（m2·s）。CO2浓度为400 μmol/mol，由内置CO2小钢瓶提供，经校对后使用。每片叶子大约稳定3 min，然后进行参比室和样品室之间的匹配，记录数据。

测量结束，统一将其剪下，放入盛有水的小水桶中带回实验室。参考ARNON[6]的测定方法测量叶绿素含量。具体操作：用打孔器打孔，取出叶子小圆片，随机取5 片小圆片置于装有15 mL 无水乙醇的试管中，保鲜膜封口，黑暗保存24 h，直至叶片变为白色；然后用分光光度计在665、649、470 nm 波长下对提取液比色，进而计算叶绿素a（Ca）、叶绿素b（Cb）和类胡萝卜素（Car）的含量。每个处理混合取样，试验重复取样3 次。10月21日在每块试验田中随机选取3 株水稻，连根挖取，带回实验室考种、测量植株形态等相关指标，同时运用环刀取土壤样品，进行土壤容重及相关金属元素的测量。金属元素测量由温州市农科院分析测试中心完成。10月22日机械收割并测产。

1.5 数据处理及统计

试验数据处理及作图由Excel10.0 完成，采用SPSS 12.5 进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻叶片叶绿素含量的影响

由图1 可以看出，B 处理水稻叶片的叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量均最高；叶绿素a 含量各处理之间无显著性差异（P＞0.05）；叶绿素b 和类胡萝卜素含量B 处理与D 处理之间存在显著差异（P＜0.05）；类胡萝卜素含量CK 也显著低于B 处理（P＜0.05）。

图1 水稻叶片叶绿素含量的比较

2.2 不同处理对水稻光合参数的影响

由表1 可以看出，C 处理的水稻叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和电子传递速率均最高，且显著高于CK（P＜0.05）；各光合参数B 处理和C 处理间无显著差异（P＞0.05），D 处理与CK 间差异也不显著（P＞0.05）。

2.3 不同处理对水稻植株及产量的影响

由表2 可以看出，B 处理和C 处理的有效穗数、总粒数、实粒数、空秕粒数和每株穗质量均较高，且两者整体差异不显著；而与CK 相比，每株有效穗数、总粒数以及不实数均显著要高。

由表3 可知，B 处理和C 处理的秸秆质量、生物量均显著高于CK 和D 处理；根系质量以B 处理最高；折合单产则以C 处理最高，达到573.73 kg/667 m2，显著高于CK 和D 处理。

2.4 不同处理对稻田土壤理化性质的影响

由图2 可知，土壤的容重以B 处理最低，与D 处理相比差异不显著，但显著低于CK 和C 处理。说明增施有机肥有利于改善土壤环境，增加土壤透气性。由表4 可知，重金属砷、锌和铜在CK 和B 处理之间并无显著性差异，而B 处理土壤中的铁和锰元素含量则显著高于CK（P＜0.05）。

表3 不同处理对生物量及产量的影响

表4 不同处理稻田土壤重金属含量的比较 （mg/kg）

图2 不同处理稻田土壤容重的比较

3 结论与讨论

以微生物为核心的循环农业，是指利用微生物对农产品生产加工消费剩余物，如农作物秸秆、动植物产品加工下脚料、人畜粪便、城乡有机垃圾等进行分解消化吸收合成新的营养物再输入到农业生产的循环过程。发展以微生物为核心的循环农业，不但可以促进传统的植物生产、动物生产“二维农业”向植物生产、动物生产、微生物生产“三维农业”的转变，而且可以提高农业质量效益，减少资源浪费，维持生态平衡，其经济、生态、社会意义深远。

叶绿素吸收光能的过程中，电子从基态激发到激发态，并将光能转化为化学能。虽然在现代农业生产中，高叶绿素含量会加剧个体之间竞争，不利用群体光合[6-7]，但叶绿素含量可从一个侧面反映植物的生长状况。本试验结果显示，不同处理之间叶绿素a 含量无显著性差异。由于叶绿素a 占全部叶绿素含量的2/3 左右，所以在叶色上各处理同样没有明显差异。这与大田的观测结果相一致。从光合参数来看，喷施菌剂有利于提高水稻叶片光合效率，以光合速率数据为例，喷施菌剂后与对照相比提高了11.54%。

研究表明，施用微生物菌剂可提高水稻根际土壤中的细菌和放线菌数量，改善土壤微生态环境，有利于土壤养分的转化，从而促进水稻根系生长、茎秆粗壮，增加水稻千粒重，提高水稻产量[3]。考种结果显示，B 处理和C 处理下水稻的有效穗数、总粒数、实粒数和每株穗质量均高于D 处理和CK；测产结果也显示，B 处理和C 处理的水稻产量较高。与CK 相比，C 处理的产量增加了14.95%。由此可见，使用菌剂处理的畜牧业粪水和喷施菌剂对水稻生长均有显著的促进作用。

然而，由于养殖饲料中普遍采用高铜、高锌等重金属作为添加剂，致使饲料中重金属含量远远超过畜禽吸收能力，导致畜禽粪便中重金属含量普遍偏高，进而导致农产品中极易出现重金属富集现象。为此，本试验测量了B 处理和CK 土壤的重金属含量，结果显示，两者之间的砷、锌和铜含量无显著差异，说明使用发酵后的猪粪水不会引起土壤重金属的富集。铁和锰含量B处理虽然显著高于CK，但两者均属于植物生长所必需元素。研究表明，在有氧土壤环境中，铁的溶解性很低，植物可以利用的生物有效铁极少，从而导致铁是植物正常生长发育的第三大限制性营养元素[8]。同样，锰也是植物体内重要生命元素之一，在植物的生长发育过程中发挥着重要作用。它对植物的光合放氧、维持细胞器的正常结构、活化酶活性等方面具有不可替代的作用。但是，过量的锰亦会对植物造成毒害。它可抑制Fe2+和Mg2+等元素的吸收及活性，并可破坏叶绿体结构，导致叶绿素合成下降及光合速率降低。从本试验结果以及田间观察来看，B 处理下水稻植株并未出现锰害症状。

可见，喷施微生物菌剂以及使用微生物菌剂处理后的猪粪水，对水稻的生长发育、产量以及稻田土壤理化性质均有一定的促进作用，且以基施和喷施相结合的效果更好。由于该技术可很好的进行水肥一体化操作，具有良好的推广应用前景。