微生物菌肥对4个水稻品种农艺性状的影响

孙 玥,陈种凯,谢谷艾,2,张辰鑫,蒋文斌,王 鑫,李 双,贺浩华,彭小松*

(1.作物生理生态与遗传育种教育部/江西省重点实验室(江西农业大学),江西 南昌 330045;2.江西省林业科学研究院,江西 南昌 330000;3.江西皓烽农业开发有限公司,江西 新余 338000;4.山东京青农业科技有限公司,山东 潍坊 262513)

我国农业已进入一个作物生产、农产品品质和环境保护并重的多目标时期[1]。在我国的农业发展过程中,农药对传统农业的发展进步起到了较为重要的促进作用,它在一定程度上促进了农业的发展和农业技术的进步,但在人们环保无公害的食品安全消费观念兴起的当下,农药也限制了我国农业的进步[2]。化学农药的大量施用,不仅使病虫产生了抗药性,而且化学农药的残留严重地危害人类的健康和环境代谢[3,4]。随着科技和时代的不断发展,我国农业化学肥料的大量施用,不仅使土壤板结、土壤微生物区系发生变化,而且带来了严重的食品安全问题,还造成了大量的经济损失,以及严重的环境污染[5]。2014年,农业部提出到“2020年化肥使用量零増长目标”,今后化肥的需求増长速度将逐渐放缓[6]。微生物菌肥是近年来发展起来的一种新型肥料,作为一种绿色肥料日渐成为肥料市场的宠儿,它在被施入土壤后,能以其生命活动促使作物得到特定的肥料养分，从而使作物生长茁壮、产量增加[8]。微生物菌肥主要针对农业生产中长期不合理施用化肥、农药、兽药、激素、抗生素等所导致的一系列问题[9],利用微生物的强大活性优势及其代谢产物的特定作用,达到生物修复、改良、调节、降解、增效、促长、防病、抗逆等综合功效,促进作物生长并使环境中的养分潜力得到充分发挥,为作物生长创造一个良好的土壤微生态环境[10]。它是一种多元素肥料,含有大量活性微生物,是利用高科技手段将野外环境中筛选出来的微生物经过诱变、复壮后,经工业发酵,以草碳、褐煤灰等为载体精加工而成的一种高含量的生物制剂,能通过微生物的特定作用给植物提供营养,调节植物生长[11,12]。益普微生物菌肥是一种新型肥料,为深棕色液体,有轻微发酵味,具有提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量和植物中氮磷钾含量，增加可溶性固形物含量,增加作物产量,减少病虫害发生,促进作物早熟，改善品质的作用[13]。本研究探讨了微生物菌肥对水稻芽期及全生育期产量性状的影响,旨在为微生物菌肥在培育水稻壮苗及高产栽培中的应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况和试验材料

试验1:发芽试验在江西农业大学恒温培养箱中进行。

试验2:田间试验于2017年5～11月在江西省新余市分宜县大岗山乡 (114.68°E、27.82°N) 的皓烽农业开发有限公司试验田进行。试验田的地力均匀,种植制度为稻-稻-油轮作。耕层 (0～15 cm) 土壤的基本理化性状如下:土壤有机质含量5.1 g/kg，全氮0.72 g/kg，有效磷13.43 mg/kg，速效钾43.67 mg/kg，盐度0.19 g/kg， pH 5.01。试验水稻品种分别为农香优雅占、粤油丝苗、泰优390、桃优香占。其中农香优雅占为江西天涯种业有限公司选育的;粤油丝苗为广东省农业科学院水稻研究所选育的;泰优390为湖南金稻种业有限公司和广东省农业科学院水稻研究所共同选育的;桃优香占为湖南金健种业科技有限公司、桃源县农业科学研究所和广东省农业科学院水稻研究所共同选育的。

1.2 试验设计

微生物菌肥为有益微生物活菌制剂,含内生枯草芽孢杆菌200亿/g(山东京青农业科技有限公司)。将农香优雅占、粤油丝苗、泰优390、桃优香占的种子分别在5%的NaClO溶液中浸泡30 min,再用超纯水洗净,在室温浸种1 d,然后在37 ℃培养箱中催芽2～3 d；将催出的芽放入超纯水中培养，直至一叶一心；从中挑选长势均一的幼苗，转移至含8 L营养液的塑料盆中。采用国际水稻所的标准营养液,在标准水稻营养液(加入1.44 mmol/L NH4NO3)中分别加入0 g/mL(处理T1)、1/3 g/mL(处理T2)、2/3 g/mL(处理T3)、3/4 g/mL(处理T4)的微生物菌肥，每个处理设置3个重复。培养条件:28 ℃ 14 h光照,22 ℃ 10 h黑暗。在2017年夏将杂交组合种植于江西省新余市分宜县大岗山乡皓烽农业开发有限公司的试验田,釆用露地湿润秧田育秧,于5月19日播种,6月21日移栽。田间试验按随机区组设计,每个小区栽插3行,每行10株,单本植,每个组合3个区组重复。田间试验处理T1～T4的微生物菌肥施用量分别为0、195、367、540 kg/hm2,每个处理设置3个重复。

1.3 试验实施方法

1.3.1 营养液培养试验 将供试的水稻种子用5% NaClO溶液消毒20 min，然后洗净并转移至PCR孔板(自制)中,培养至一叶一心。采用国际水稻所 (IRRI)建议的标准营养液 (pH 5.5左右),其中Fe2+用 FeCl3·6H2O代替,营养液中N+、P+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Mo2+、B5+、Zn2+、Cu2+的浓度保持不变。在培养过程中,每2 d喷洒1次营养液。

1.3.2 田间试验 播种前先浸种,采用好年冬拌种20 g/kg,用种量为杂交稻22.5 kg/hm2、常规稻37.5 kg/hm2。水分管理方式：浅水移栽,薄水活棵;苗期水位保持在3～5 cm,有效分蘖期水位保持在3～5 cm,在无效分蘖期进行晒田;孕穗期水位保持在4～8 cm,在抽穗扬花期进行深水灌溉8～12 cm，在抽穗7 d左右开始干湿交替灌溉；在水稻成熟前7～10 d断水。使用福建中化智胜复合肥300 kg/hm2作基肥,其中氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙 (含P2O514%) 和氯化钾(含K2O 60%) 。在试验期间，氮肥分 4 次施用,即基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=4∶2∶2∶2;钾肥(K2O)的施用量为150 kg/hm2。在插秧前1 d (6月17日)施基肥,插秧后7 d (6月24日)施分蘖肥,促花肥在幼穗发育第5期(7月31日)施入,保花肥和钾肥在幼穗发育第7期(8月9日)施入。病虫草鼠害的防治记录:8月4日施用播报75 g/hm2、亿喜75 g/hm2、菌立克150 g/hm2、钻煞1500 mL/hm2、立本净75 g/hm2、飞常好正道75 g/hm2；9月4日施用天歼150 g/hm2、正能量1500 mL/hm2(呋瑞未用)。其它田间管理措施(除草、耘田、搁田等):6月2日抛秧7 d后排水喷洒韩秋好1500 mL/hm2,7月9日补喷氢氟草酯(拿杰)1500 mL/hm2+统统加(农泰)150 mL/hm2,部分田块补加芸苔素内酯(奔福)300 mL/hm2。播种期后推10 d后,有效避开孕穗抽穗期高温;成熟后期有少许降雨。

1.4 性状考察及测定方法

幼芽在营养液中培养7 d后记录每个重复的根长、芽长、根数、鲜重和发芽率,将5个性状作为本试验的参考指标。田间试验观测项目为水稻主要产量性状,包括植株株髙、穗长、有效穗数、每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重、空秕粒数、结实率和单株产量。考察时间为水稻完熟期(收获期),考察样本为每个小区中间连续3株代表性植株。对试验数据均采用Microsoft Excel 2007和SPASS 16.00软件进行分析、统计；插图用Origin 17.0软件绘制完成；对所有试验数据应用LSD法进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 微生物菌肥的浓度对4个水稻品种芽期性状的影响

由表1、图1和图2可知,随菌液浓度的增加,各品种的根长、根数、芽长、鲜重和发芽率均呈先增加后下降的趋势,并且在浓度1/3 g/mL时各芽期的性状均达到最大值,农香优雅占、粤油丝苗、泰优390、桃优香占的最大根长分别达7.92、7.10、7.80、12.08 cm,最大根数分别达5.40、5.00、4.40、5.80根,最大芽长分别达6.06、5.44、6.08、5.98 cm,最大鲜重分别达0.33、0.28、0.32、0.37 g,最高发芽率分别为98%、97%、89%、86%。当菌液浓度达到3/4 g/mL时,各品种的芽期性状值均低于对照水平,说明高浓度的菌液抑制了水稻芽期的生长。

图1 微生物菌肥对水稻苗期性状的影响

图2 4个水稻品种的发芽情况

表1 微生物菌肥对不同水稻品种芽期性状影响的方差分析结果

2.2 微生物菌肥的浓度对4个水稻品种产量性状的影响

由表2和图3可知,随菌液浓度的增加,各品种的穗长、有效分蘖数、结实率、千粒重和单株产量均呈先增加后下降的趋势,并且在367 kg/hm2(处理T3)时各产量性状达到最大值,说明367 kg/hm2为微生物菌肥的最适施用剂量;在此施用浓度处理下,农香优雅占、粤油丝苗、泰优390、桃优香占的最大穗长分别为27.44、19.98、20.88、23.86 cm,最大有效分蘖数分别为15.67、10.16、14.68、13.09个,最大结实率分别达0.91、0.90、0.95、0.93,最大千粒重分别达25.94、25.16、24.68、23.09 g,最高单株产量分别为52.88、40.16、39.68、51.09 g。在最适菌液浓度处理T3下,4个品种的各产量性状除结实率外均以农香优雅占最高,说明菌肥对农香优雅占的效应最强,即农香优雅占为微生物菌肥的最适推广品种,见图4。

图3 微生物菌肥对水稻产量性状的影响

从表2还可以看出：4个品种的株高在不同菌液浓度处理间差异不显著;农香优雅占的实粒数、总粒数在367 kg/hm2处理下最大,分别为157.41和182.30粒；粤油丝苗、泰优390和桃优香占的实粒数、总粒数随菌液浓度的变化无显著差异。说明微生物菌肥在促进水稻株高、实粒数和总粒数的增长方面效果不明显。

表2 微生物菌肥对不同水稻品种产量性状影响的方差分析结果

当菌液浓度高于367 kg/hm2(处理T3)时,各产量性状开始下降,其中穗长、实粒数、总粒数及单株产量的下降较显著,4个品种穗长的平均降幅达到3.01 cm,实粒数的平均降幅达到30.23粒,总粒数的平均降幅达到21.86粒,单株产量的平均降幅达到10.62 g,说明高浓度的菌液会抑制水稻植株的生长发育，降低产量性状值，从而减少水稻的单株产量。

进一步分析发现菌液浓度与4个产量相关性状呈现一定的相关性,其中有效分蘖数与益普浓度的相关系数为r2=0.1701,实粒数与益普浓度的相关系数为r2=0.0356,千粒重与益普浓度的相关系数为r2=0.0213,单株产量与益普浓度的相关系数为r2=0.0721。益普浓度与4个产量相关性状均呈现正相关,其中与有效分蘖数的相关性最强(图5),表明益普主要通过有效分蘖数来影响水稻的单株产量。当益普浓度在0～367 kg/hm2范围内变化时,4个产量相关性状与益普浓度呈正相关;当益普浓度大于367 kg/hm2时,4个产量相关性状与益普浓度呈负相关,此结果进一步说明高浓度的菌液会抑制水稻植株的生长发育，进而影响水稻的产量。

图5 益普浓度与水稻产量性状间的相关系数

3 小结与讨论

本文探究了4个微生物菌液浓度处理对农香优雅占、粤油丝苗、泰优390、桃优香占4个品种芽期及全生育期产量性状的影响。根系是植物获取矿质元素和水,合成植物激素、有机酸、氨基酸及固定植物的重要部位[14]。根系的形态和生理特性与叶、茎、花的生长和发育密切相关[15]。Li等[16]研究发现,水稻的分蘖位于主茎第一节间以下,依赖于植株的不定根总根长。通过观察根长、根数、芽长、鲜重、发芽率等5个芽期性状,本研究发现菌肥通过增加根的伸长来提高水分的吸收效率,从而提高了水稻的有效分蘖数,进而提高了单株产量。鲜重和发芽率反映了水稻苗期叶片的水分积累和物质积累,菌肥通过增加鲜重和发芽率来提高芽期水稻的存活率。本试验结果表明,随着菌液浓度的增加，水稻各芽期性状均呈现出先增加后减小的动态变化,菌液最适浓度均为2/3 g/mL。

本田间试验以有效分蘖数、实粒数、千粒重、单株产量作为水稻全生育期产量性状的评价指标,并以此筛选出最适合施用菌肥的水稻品种农香优雅占；并且发现，随着菌液浓度的升高,有效分蘖数、实粒数、千粒重、单株产量均表现为先增加后减小的动态变化,最适施用量为367 kg/hm2,高浓度的菌肥抑制了水稻的生长发育。分蘖是与水稻群体质量和籽粒产量密切相关的农艺性状[17-19],由茎鞘基部的蘖芽发育而成,是一个可以调节的动态过程[20]。本研究结果进一步表明,益普浓度的变化与有效分蘖的变化相关性最大,说明菌肥主要通过影响水稻的分蘖能力来影响水稻的单株产量。本研究分析了有效分蘖数、实粒数、千粒重与单株产量之间的相关性,结果表明实粒数与单株产量的相关性最强,而实粒数是由自身遗传因素所决定的,说明微生物菌肥的浓度与水稻遗传因素共同决定水稻单株产量。微生物菌肥配施化肥是提高土壤肥力与作物产量的重要途径[21]。究其原因,首先与化肥处理相比,微生物菌肥处理氮磷钾的养分投入量明显高于化肥处理,充足的养分投入有利于增强水稻的养分吸收能力[22];其次微生物菌肥处理可以显著改善pH值、盐度等土壤理化指标[23],增加土壤氮磷钾养分、氨基酸、有机酸等肥力指标[24-27],而土壤肥力的提升是水稻增产的关键因素之一[26，28，29]。后续将进一步研究微生物菌肥如何影响土壤肥力质量指标,通过分析土壤pH值、有机质、有效磷、速效钾等物理和化学指标的变化,准确评估各施肥处理真实的土壤肥力质量变化[30-31]。

综上所述,微生物菌肥通过影响水稻芽期的根长、根数、鲜重、发芽率来提高水稻品种前期的存活能力，进一步影响成熟期水稻的有效分蘖数、实粒数、千粒重、单株产量，从而提高水稻的产量。高浓度的菌液会影响水稻各时期的生长发育,在适宜浓度下农香优雅占的芽期性状和产量性状均高于其他3个水稻品种的。本研究结果为适宜菌肥浓度和栽培水稻品种的选择奠定了一定的理论基础。