基施微生物有机肥对土壤改良效果及水稻产量的影响

袁晓明 张国江 蔡明清 王金华 袁 伟 杨 鑫

（1光明食品集团上海崇明农场有限公司，上海市崇明区 202179；2上海光明前进农场有限公司，上海市崇明区 202179）

水稻是世界主要粮食作物之一，全球有超过50%的人以稻米为主食。我国水稻种植面积为3.04×107hm2，约占全球水稻种植总面积的20%[1-2]。长期以来，水稻种植户形成了对化肥应用的过度依赖性，通过增加化肥用量来获得高产已成为我国水稻生产中普遍存在的现象。伴随着化肥的滥施，肥料利用率下降、环境污染加重、土壤质量恶化等一系列不良后果慢慢显现[3]。因此，如何理性、合理施肥，确定最优施肥量，保证农业经济收益和改善生态环境已成为农业生产上亟待解决的问题。目前，关于水稻减量施肥的研究颇多，主要围绕有机肥替代化肥、种植绿肥、改进施肥方式、应用缓释肥等来减少化肥用量[4-7]，且诸多研究结果表明，不同水稻减量施肥措施虽在效果上有所差异，但均有节本增效、减少环境污染的效果。在此背景下，本试验拟在达到化肥减量目的的基础上，研究基施不同微生物有机肥对稻田土壤肥力、土壤酶活性和水稻产量等指标的影响，从而为上海市水稻种植提供全程化土壤培肥和科学施肥方案。现将相关试验结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 试验地与供试材料

试验于2019年在光明食品集团上海崇明农场有限公司新沙二队科研站的地块上进行，供试田块的土壤有机质含量为46.78 g/kg、可溶性总盐含量为0.92 g/kg、总氮含量为1.73 mg/kg、速效磷含量为9.22 mg/kg、速效钾含量为212.08 mg/kg、pH为7.91。试验地前茬为空茬，种植水稻品种为“银香38”。供试复合微生物肥料均由上海绿乐生物科技有限公司提供。

表1 各处理基肥施用情况

1.2 试验设计

试验依据基肥施用不同，共设5个处理：（1）常规施肥(CK)，（2）微生物有机肥Ⅰ，（3）微生物有机肥Ⅱ，（4）微生物有机肥Ⅲ，（5）微生物有机肥Ⅳ。每处理重复3次，采用随机区组设计，小区面积为1 334 m2。基肥施用的具体情况见表1。其中，常规施肥，每667 m2施用复合肥（15-15-15）25 kg、尿素10 kg作基肥；4个微生物有机肥处理每667 m2施不同微生物有机肥50 kg作基肥，其中NP-K有效用量比常规施肥减少21%。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 土壤测定

土壤取样日期分别为5月5日（基础样，取样日期编号为S0）、5月15日（基肥施用后7 d，取样日期编号为S1）、6月25日（水稻分蘖期，取样日期编号为S2）、7月16日（水稻拔节期，取样日期编号为S3）、7月30日（水稻孕穗期，取样日期编号为S4）、8月11日（水稻抽穗期，取样日期编号为S5）、9月11日（水稻灌浆期，取样日期编号为S6）、10月23日（水稻成熟期，取样日期编号为S7）。采用5点取样法，取样后将土样晾晒风干，室温下放置8 d，研钵研磨后过2 mm孔径筛，将过筛后的土样混合后进行指标测定。

采用电位法测定土壤pH，土水比为1∶2.5；采用重量法测定土壤可溶性总盐的含量，土水比为1∶5；采用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定土壤有机质含量；采用浓硫酸-重铬酸钾消化法测定土壤总氮含量；采用碳酸氢钠提取法测定土壤速效磷含量；采用醋酸铵浸提法测定土壤速效钾含量[8]。土壤过氧化氢酶、土壤脲酶、土壤碱性蛋白酶、土壤碱性磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤纤维素酶的活性测定参照《土壤酶及其研究法》[9]。

1.3.2 水稻产量及其构成测定

于水稻成熟期，每小区随机选取2个采集点，每个采集点选11株水稻，测量株高；采用割方测产的方式，每小区随机选取3个1 m2样方进行割方测产；随机测定40株水稻的穗长、每穗实粒数和每穗空粒数。

1.3.3 数据统计分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0统计分析软件进行数据分析及差异显著性分析，用GraphPad Prism 8.0绘图。

2 结果与分析

2.1 不同微生物有机肥对土壤肥力的影响

2.1.1 对土壤pH的影响

在水稻生长发育的不同阶段，不同微生物有机肥对土壤pH的影响不同。由图1可知，各处理的土壤pH随着时间推移均呈先降后升再降的变化趋势，且均在S4时期，各处理的土壤pH达到最低。与S0时期相比，各处理在S7时期的土壤pH均有所降低，但处理（3）的土壤pH较CK增加0.14，差异达显著水平。

2.1.2 对土壤可溶性总盐含量的影响

土壤总盐含量过高会影响水稻对养分的吸收。由图2可知，不同微生物有机肥对土壤中可溶性总盐含量在不同时期有不同的降低效果。其中，处理（5）在S3时期对土壤中可溶性总盐含量的降低效果最好，较CK降低43.2%；处理（2）在S7时期对土壤中可溶性总盐含量的降低效果最好，较CK降低39.6%。

2.1.3 对土壤速效磷含量的影响

由图3可知，基施微生物有机肥能在一定程度上增加土壤速效磷含量，且在水稻生长发育前期对土壤速效磷含量的增加效果更显著。其中，处理（5）在S4时期对土壤速效磷含量的提升效果最好，较CK提升50.8%，差异达显著水平；在水稻生长发育后期，土壤速效磷含量整体呈下降趋势，处理（3）在S7时期的土壤速效磷含量较CK下降2.8%。

2.1.4 对土壤速效钾含量的影响

由图4可知，随着水稻生育进程的推进，各处理的土壤速效钾含量均呈下降趋势，且在S4时期后土壤速效钾含量下降趋势更为显著。在S7时期，不同微生物有机肥处理的土壤速效钾含量均较CK有所提高，其中，处理（4）的土壤速效钾含量提升效果最好，较CK增加了34.9%。

2.1.5 对土壤总氮含量的影响

由图5可知，施肥前各处理的土壤总氮含量处于中等和丰富状态之间；施肥后各处理的土壤总氮含量变化趋势有所差异，土壤总氮含量的高点出现时期也不同。在S7时期，处理（3）、（4）的土壤总氮含量较CK降幅不大，但处理（2）、（5）的土壤总氮含量较CK降幅较大。

2.1.6 对土壤有机质含量的影响

土壤有机质是土壤肥力的物质基础，对土壤肥力有多方面的作用[10]。由图6可知，在水稻生长前期，各处理的土壤有机质含量无显著变化；但在S5时期后，各处理的土壤有机质含量均较S0时期有不同程度的上升，在S7时期以CK的土壤有机质含量最高，处理（3）次之。

2.2 不同微生物有机肥对土壤酶活性的影响

2.2.1 对土壤过氧化氢酶活性的影响

由表2可知，随着水稻生育进程的推进，各处理的土壤过氧化氢酶活性均呈先升后降的趋势。其中，处理（3）在S1和S2时期的土壤过氧化氢酶活性最高，分别较CK增加93.0%和54.8%，差异均达显著水平。

表2 不同微生物有机肥对土壤过氧化氢酶活性的影响 [单位：μ mol/(d·g)]

2.2.2 对土壤脲酶活性的影响

脲酶是对尿素转化起关键作用的酶类[11]。由表3可知，各处理的土壤脲酶活性在播种后至孕穗期左右均呈上升趋势，而后逐渐下降，到灌浆期再次上升，但不同处理的土壤脲酶活性拐点有所差异。处理（2）在水稻生长发育中期对土壤脲酶活性的提升效果最好，在S4时期的土壤脲酶活性较CK提升了23.3%，差异达显著水平。

表3 不同微生物有机肥对土壤脲酶活性的影响 [单位：μ g/(d·g)]

2.2.3 对土壤碱性蛋白酶活性的影响

碱性蛋白酶是一类作用于肽键的水解酶，能酶促蛋白质水解成氨基酸[11]。由表4可知，各处理的土壤碱性蛋白酶活性变化趋势不同，CK、处理（2）和处理（4）土壤碱性蛋白酶活性呈先降后升趋势，在S4时期土壤碱性蛋白酶活性达到最低；在S4时期后，处理（3）的土壤碱性蛋白酶活性呈升高趋势，而处理（5）的土壤碱性蛋白酶活性大体呈下降趋势；在S3时期，处理（3）的土壤碱性蛋白酶活性较S0时期提高了238.5%。

表4 不同微生物有机肥对土壤碱性蛋白酶活性的影响 [单位：mg/(d·g)]

2.2.4 对土壤碱性磷酸酶活性的影响

土壤碱性磷酸酶是催化含磷有机酯和酐水解的一类酶的总称，是植物根系和土壤微生物的分泌物，其活性高低直接影响着土壤中有机磷的分解转化及其生物有效性[11]。由表5可知，不同微生物有机肥处理的土壤碱性磷酸酶活性的变化趋势与土壤碱性蛋白酶的变化趋势基本一致，处理（2）在S4时期的土壤碱性磷酸酶活性达到最高，较S0时期提升148.4%。

表5 不同微生物有机肥对土壤碱性磷酸酶活性的影响 [单位：μ mol/(d·g)]

2.2.5 对土壤蔗糖酶活性的影响

蔗糖酶活性能反映土壤呼吸强度，其酶促作用的产物——葡萄糖是植物、微生物的营养源[12]。由表6可知，处理（3）的土壤蔗糖酶活性呈先降后升趋势，在S7时期达到最大，较S0时期提升了11.2%，且在其他生育时期，处理（3）的土壤蔗糖酶活性也为最高。

表6 不同微生物有机肥对土壤蔗糖酶活性的影响 [单位：mg/(d·g)]

2.2.6 对土壤纤维素酶活性的影响

土壤纤维素酶有助于腐殖质的形成和碳素养分的释放[12]。由表7可知，随着水稻生育进程的推进，各处理的土壤纤维素酶活性均呈上升趋势。其中，处理（5）在S7时期的土壤纤维素酶活性达到最大，较CK提升29.0%，差异达到显著水平。在S7时期，处理（3）的土壤蔗纤维素活性较S0时期提升最大，增幅达161.3%。

表7 不同微生物有机肥对土壤纤维素酶活性的影响 [单位：mg/(d·g)]

2.3 不同微生物有机肥对水稻产量及其构成的影响

由表8可知，处理（2）、（3）的每667 m2有效穗数分别较CK增加7.4%、12.4%，差异达显著水平；处理（2）、（3）的每穗实粒数和千粒重均低于CK；处理（2）、（3）的理论产量分别较CK提高2.0%、2.8%，差异不显著，但实际产量分别较CK提高2.1%、3.4%。处理（4）、（5）的每穗实粒数较CK略有减少，最终理论产量分别较CK减少8.1%、3.1%，实际产量分别较CK减少13.5%、8.9%。

表8 不同微生物有机肥对水稻产量及其构成的影响

3 结论与讨论

土壤肥力是衡量土壤能够提供作物生长所需的各种养分的能力[13]。在本试验中，施用微生物有机肥能有效改善土壤肥力，可在一定程度上缓解种植水稻后带来的土壤肥力下降，其中，以施用巨大芽孢杆菌+米曲霉混合的微生物有机肥作基肥的处理对土壤肥力的改善效果最佳，可使土壤pH、速效磷含量、速效钾含量和有机质含量等指标均得到改善。

土壤酶活性是指土壤酶催化物质转化的能力。土壤酶是存在于土壤中各酶类的总称，是土壤的组成成分之一[14]。本试验结果表明，以施用枯草芽孢杆菌+米曲霉混合的微生物有机肥作基肥的处理对土壤酶活性的提高效果最好，可在水稻生长发育不同时期显著提高土壤过氧化氢酶、土壤碱性蛋白酶、土壤蔗糖酶和土壤纤维素酶的活性，对土壤生物化学过程的进行具有积极的作用，且能提高水稻产量。

综上，以施用巨大芽孢杆菌+米曲霉混合的微生物有机肥作基肥对土壤肥力的改善效果最佳；以施用枯草芽孢杆菌+米曲霉混合的微生物有机肥作基肥对土壤酶活性的提高效果最好，且能提高水稻产量。