微生物菌剂对夏玉米产量及农艺性状的影响

刘 双 李永斌 李云龙 王民洋 张浩炜 钟增明 王亚君 陈三凤*

(1.中国农业大学 生物学院，北京 100193；2.北京启高生物科技有限公司，北京 100193；3.东莞市保得生物工程有限公司，广东 东莞 523073)

玉米是我国重要的粮食作物，施用化肥是提高玉米产量和改善玉米品质的重要措施[1]，但是长期施肥造成了土壤酸化、肥力下降、氮素利用率降低以及环境污染[2-3]。因此，以植物促生菌为主的微生物肥料受到了广泛的重视，施用微生物肥料可以缓解施用化肥带来的负面影响，还能促进植物生长、提高作物产量，有利于农业的可持续性发展[4-7]。

近年来微生物菌剂的研究与应用备受关注。研究表明，微生物菌剂在提高土壤肥力、刺激植物生长、提高作物产量以及改善土壤微生物群落结构方面具有重要意义[8-9]。芽孢杆菌是一类重要的植物促生菌，具有繁殖快、抗逆性强和存活时间长等特点，同时还能够产生一些促进植物生长的物质或抗菌物质，有些还具有溶磷、解钾和固氮等能力，从而促进植物生长[10-12]。

类芽孢杆菌属(Paenibacillus)是从芽孢杆菌属(Bacillus)中独立出来的一个新属[13]。目前，类芽孢杆菌属有130个种，其中10个固氮类芽孢杆菌新种是由本实验室分离鉴定的[14-21]。类芽孢杆菌具有抗逆性强和促生长等特性，在微生物菌剂制备方面具有潜在的应用价值，但是目前关于微生物菌剂在大田应用中的研究鲜有报道。本试验通过在夏玉米生产过程中施用不同的微生物菌剂，研究其对玉米产量以及果穗性状的影响并进行比较分析，旨在获得能够有效提高玉米产量的微生物菌剂，以期为微生物菌剂在农业生产中应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1试验地概况

试验于2016、2017和2018年在河北省吴桥县中国农业大学实验站进行。试验区属海河平原黑龙港流域中部，暖温带季风气候，海拔14～22 m，历年平均降水量562 mm，主要分布在6—8月。试验地自2013—2018年连续5年为冬小麦-夏玉米一年两熟制，土壤为冲积型盐化潮土，壤质底粘，按华北平原分类标准，土壤肥力属于中等，主要基肥为磷酸二铵、尿素、硫酸钾和硫酸锌。

1.1.2供试玉米品种和微生物菌株

‘先玉335’为普通玉米品种，幼苗绿色，籽粒黄色，果穗筒形，穗长约18.5 cm左右，穗行数约15.8行，适于河北省、河南省、山西省和陕西省等地种植。

固氮类芽孢杆菌菌株1-18[20]、芽孢杆菌菌株 L-56 均为本实验室分离和保存。菌株1-18分离自小麦根际，菌株L-56分离自玉米根际。液体发酵培养基：蛋白胨10 g，酵母粉5 g，氯化钠5 g，葡萄糖10 g，水1 L，pH 7.0。发酵48 h后用稻壳粉(200目)吸附，放置阴凉处至形成干燥粉末，菌剂浓度为5.0×108cfu/g，随基肥直接撒入。

1.2 田间试验设计

试验设置4个处理(表1)，每个处理4次重复，随机排列，每个小区面积88.4 m2。

表1 试验处理Table 1 Test treatment

1.3 栽培管理

施基肥磷酸二铵225 kg/hm2，尿素225 kg/hm2，硫酸钾225 kg/hm2和硫酸锌15 kg/hm2。播种期分别为2016年6月10日播种(10月13日收获)、2017年 6月1日播种(10月4日收获)和2018年6月5日播种(10月8日收获)。采用60 cm等行距，株距20 cm，点播器播种，施入基肥并根据试验设计(表1)撒入菌剂。留苗60 000株/hm2。全生育期不追肥。按常规进行其他栽培管理。

1.4 玉米产量测定和经济性状考查

玉米收获时每个小区去除边行，挑取长势一致的三行进行测产，并从中随机挑选10穗果穗进行考种，测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百粒重，结果取平均值。大田产量由每个小区所收取的果穗籽粒计算，烘干称量，最后再按14%含水量折算产量[22-23]。

1.5 数据处理与分析

运用Excel 2003对数据进行整理，并用IBM SPSS Statistics 22软件进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 2016年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响

由表2可知，2016年与对照组相比接种2种菌剂均能提高玉米产量，接种菌剂1-18的产量为10 588 kg/hm2，相对于不接种菌剂增产16.06%；接种菌剂L-56的产量为9 771 kg/hm2，相对于不接种菌剂增产7.10%，接种菌剂1-18增产率明显高于菌剂L-56，接种1-18和L-56复合菌剂比单独施用效果更好，产量为10 812 kg/hm2，增产率可达18.51%。

施用菌剂1-18的玉米百粒重最高为40.33 g，显著高于施用菌剂L-56的百粒重36.31 g，2种菌剂混合施用时百粒重也达39.75 g。玉米果穗的穗粗、行粒数和穗行数在2种菌剂处理中无显著差异，但都高于对照组，说明2种菌剂不仅能提高玉米产量，对果穗性状也产生一定影响。施用菌剂L-56的玉米果穗的穗粗、行粒数和穗长略高于施用菌剂1-18，说明玉米穗部性状与产量不一定成正比例。

表2 2016年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响Table 2 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2016

注：同列小写字母a, b, c表示不同处理间的差异，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note： Lowercase letters a, b, and c in the same column indicate differences between different treatments, the same letter indicates that the difference is not significant, and different letters indicate that the difference is significant (P<0.05).The same below.

2.2 2017年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响

由表3可知，2017年接种2种菌剂均能提高玉米产量，但与2016年效果不同，接种菌剂L-56的增产率高于接种菌剂1-18。玉米接种菌剂1-18的产量为 10 115 kg/hm2，相对于不接种菌剂增产5.05%；玉米接种菌剂L-56的产量为10 803 kg/hm2，相对于不接种菌剂增产12.19%；玉米接种1-18和L-56复合菌剂效果最好，产量为11 028 kg/hm2，增产率为14.53%。

不同菌剂处理玉米百粒重和穗长的增长趋势与产量增长趋势一致，在施用1-18和L-56复合菌剂中百粒重最重为36.11 g，穗长最长为21.74 cm。穗粗和行粒数在不同菌剂处理中无显著性差异，但都高于对照组，与对照组相比差异显著。而穗行数在不同菌剂处理中有显著差异，说明玉米穗部性状在不同菌剂处理中可能效果不一致。

表3 2017年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响Table 3 Effect of different microbial treatments on maize yield and agronomic traits in 2017

2.3 2018年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响

由表4可知，2018年产量变化与2017年相近，均是接种菌剂L-56的增产率高于接种菌剂1-18的增产率但差异不显著。接种菌剂L-56的产量为8 936 kg/hm2，相对于未接种菌剂增产9.11%，接种菌剂 1-18 的产量为8 725 kg/hm2，相对于未接种菌剂增产6.53%，接种1-18和L-56复合菌剂产量最高为9 150 kg/hm2，与未接种菌剂相比增产率达11.75%。

玉米分别接种菌剂1-18和菌剂L-56，其穗长与行粒数差异都达显著水平，说明这些可能是构成产量变化的因素。而在不同菌剂处理中穗粗、百粒重以及穗行数之间无显著差异，说明这些因素可能不是引起产量差异的主要原因。

表4 2018年不同菌剂处理对玉米产量和农艺性状的影响Table 4 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2018

3 结论与讨论

本研究通过连续3年对夏玉米施用不同菌剂处理来探究其对玉米果穗性状和产量的影响，结果表明，施用不同菌剂处理均能增加玉米产量，并且施用复合菌剂比单独施用增产效果更好。2016年施用菌剂1-18的增产效果优于菌剂L-56，而2017和2018年结果相反，施用菌剂L-56的增产率均高于施用菌剂1-18的增产率，增产效果的差异可能与每年发酵菌剂的发酵情况有关，有效活菌数存在差异；也可能受大田环境不稳定因素的影响，例如，每年土壤pH、温度以及水分含量存在差异，但整体来看，施用菌剂与未施用菌剂相比玉米产量均有所提高。施用菌剂不仅能提高玉米产量，还能改善玉米果穗的性状如穗长、穗粗、行粒数和穗行数等，与未接种菌剂相比存在显著性差异。该结果与施用微生物菌剂对小麦等作物产量方面影响的报道相一致[8，24]。这可能是因为芽孢杆菌和类芽孢杆菌改善了土壤的理化性质，提高了土壤肥力或者产生了促进作物生长的代谢产物，具体作用机制还有待进一步研究。

致谢

感谢十三五国家重点研发项目(2017YFD0200800)和广东省创新团队项目(2013S033)资助。