生物菌肥对玉米根系特性及土壤酶活性的影响

吴云艳

(辽东学院 农学院， 辽宁 丹东 118003)

玉米(ZeamaysL.)是中国最主要的粮食作物之一。“十二五”现代农业发展规划中指出“鼓励使用生物农药、高效低毒低残留农药和有机肥料”[1]。微生物肥料产业作为持续农业的一个重要方面，将发挥它在肥效学和微生态学方面的巨大应用潜力。目前，生物菌肥的研究主要集中在对作物地上部生长发育和产量的影响的报道上，关于生物菌肥对玉米地下部根系形态和生理特性及土壤酶活性影响的研究相对较少[2]。本试验研究生物菌肥对玉米根系特性和土壤酶活性的影响，明确生物菌肥适宜的施用方法和时期，为进一步揭示生物菌肥促进作物生长和养分吸收的机理提供理论依据，从而为玉米生产中降低化肥用量，为发展绿色、无公害的农业产品提供一定的理论依据和实践指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本研究以“丹玉86”为试验材料。

1.2 试验设计

试验于2015—2016年在辽宁省丹东市辽东学院种子与科学工程校内实训基地进行，供试地土壤有机质含量21.8g/kg，速效氮含量156.6mg/kg，速效磷含量53.4mg/kg，速效钾66.6mg/kg，土壤pH值为7.4。试验采用完全随机区组设计，设4个处理，CK(对照)：不施用微生物菌肥剂，玉米复合肥作底肥750kg/hm2，大喇叭口期追施尿素300kg/hm2；处理1(T1)：用微生物菌肥剂30kg/hm2+玉米复合肥750kg/hm2做底肥，大喇叭口期追施尿素300kg/hm2；处理2(T2)：施用微生物菌肥15kg/hm2+玉米复合肥750kg/hm2作底肥，大喇叭口期追施尿素300kg/hm2和微生物菌肥15kg/hm2；处理3(T3)：玉米复合肥作底肥750kg/hm2，大喇叭口期追施尿素300kg/hm2及微生物菌肥剂30kg/hm2。试验用生物菌肥(百欧盖恩牌)为保罗蒂姆汉公司提供，有效活性菌数为200亿/kg。每个处理3次重复。每个小区4行，行长4m。

1.3 测定内容与方法

拔节期、吐丝期、成熟期，每个处理取样3株，将地上部分和根系分开，并用水小心冲洗根系，量出根长度后相加。根干重的测定是将鲜根置105℃的烘箱杀青30min后，于80℃烘干至恒重。

根系活力测定：将完整的玉米植株的根洗净，用滤纸蘸去其上的水分，采用TTC法测定其根系活力[3]。

土壤酶活性测定：拔节期、吐丝期、成熟期，每个处理取耕层0～20cm根际土壤样品，采用多点取样法，自然风干后过1mm筛，测定土壤脲酶、碱性磷酸化酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等活性[4]。

1.4 数据分析

应用DPS8.01与Excel进行数据的统计分析。

2 结果与分析

2.1 生物菌肥对玉米根系形态及生理特性的影响

2.1.1生物菌肥对玉米单株根系生物量、根长的影响

在玉米整个生育期，玉米单株根生物量和根长均呈单峰曲线，吐丝期均达到最大值(图1)。拔节期，处理T1、T2显著提高玉米单株根生物量与根长(P<0.05)，但处理T3降低了玉米单株根生物量与根长。随着玉米生育进程的推进，吐丝期各处理根生物量和根长差异趋向于明显，此时处理T2、T1、T3均显著提高单株根的生物量与根长，生物量较对照分别提高14.5%、7.4%、6.47%，根长分别提高25.52%、21.14%、15.8%。成熟期，处理T2极显著地提高了根生物量和根长比(P<0.01)，分别提高了16.1%、30.7%，且T2与T1、T3之间差异显著(P<0.05)。以上结果说明，施用生物菌肥对玉米根系形态有一定影响，且生物菌肥的施用时期不同，对玉米根系形态的影响也存在着很大的差异。

2.1.2生物菌肥对玉米根系活力指标的影响

不同处理中，丹玉86单株根系还原力的变化趋势为先升高，到吐丝期达到最大，然后开始下降，成熟期最小(图2)。全生育期中，施用生物菌肥处理的玉米的单株根还原力均大于未施用生物菌肥的处理。同一时期不同处理间，以处理T2的单株根还原力最大，且与对照之间差异达到了显著或极显著水平。吐丝期，处理T1、T2、T3的单株根系还原力比对照提高6.5%、16.7%、6.2%。随着根的衰老，根系还原力逐渐降低，成熟期时，玉米单株根系还原力基本表现为T2﹥T3﹥T1﹥CK，但处理之间差异不显著(P>0.05)。根系活力是泛指根的吸收与合成养分的能力，根系还原力是衡量根系活力的重要指标之一，由此可见，吐丝期，生物菌肥对玉米根系活力的影响显著，可促进玉米对养分的吸收。生物菌肥的不同施用时期对玉米根系活力的影响也较大。

注：JS、SS、MS分别表示拔节期、吐丝期、成熟期，以下同。

2.2 生物菌肥对玉米土壤酶活力的影响

图3显示，施用生物菌肥处理的土壤脲酶活性高于对照。吐丝期，不同处理(T2、T1、T3)均极显著提高土壤脲酶活性(P<0.01)且以T2处理最高，较对照增加了34.4%，其次是T1(22.8%)、T3(18.9%)。因此，可看出施用生物菌肥能够增强土壤脲酶活性，且相同生物菌肥条件下在播种前和大喇叭口期按照1∶1等量施用的土壤脲酶活性最大。

土壤磷酸酶酶活性表现为先上升，吐丝期达最大，然后下降的趋势(图3)。吐丝期和成熟期，施用生物菌肥处理的土壤磷酸酶活性均高于对照，其与对照的差异显著。吐丝期，T2处理对土壤碱性磷酸酶活性的提高效果最佳，各处理(T2、T3、T1)的碱性磷酸酶活性比对照显著增加38.9%、17.6%、19.3%。土壤碱性磷酸酶活性可表征土壤磷素的营养状况，施用生物菌肥促进了土壤中磷的运转和循环。

土壤蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性变化在玉米生长期间均呈单峰曲线，峰值在吐丝期(图3)。吐丝期，施用生物菌肥处理的蔗糖酶活性和过氧化氢酶活性极显著高于对照(P<0.01)，以T2处理最为明显，较对照分别增加了51.8%、30.4%，然后是T3(38.9%、24.2%)、T1(30.2%、18.3%)。由此可见，生物菌肥的施用提高了土壤中蔗糖酶和过氧化氢酶的活性。

3 结论与讨论

3.1 生物菌肥对玉米根系形态和生理特性的影响

根不但是作物吸收水分和盐类的主要器官，而且是多种物质的同化、转化或合成的重要器官。因此，根系的生长发育状况和根系的活力强弱将直接影响作物的生命活动。根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官，它的生长发育直接影响到的作物地上部的生长和产量的高低，玉米根系干重与地上部干重及绿叶面积、根系总吸收面积与绿叶面积均呈极显著正相关[5]。有机肥有利于改善黑土物理特性和促进根系生长[6]。增施生物菌肥后，土壤疏松多孔，水气状况更加合理，从而促进根系生长，各处理玉米的根系生长指标有了很大的改善，增加了玉米根生物量和根长，改善了玉米根系的生长状况。TTC还原强度是反映根系吸收性能的重要指标[7]，增加根系活力，有利于提高产量[8]。本研究表明，吐丝期，生物菌肥对玉米根系还原力的影响显著，且生物菌肥的不同施用时期对玉米根系还原力的影响也较大，生物菌肥按照相同比例以基肥和大喇叭口期追肥形式等量施用可以显著提高玉米根系的还原力。生物菌肥作为基肥施用后可以改善玉米根系的形态和生理特性，使苗期能够以根系作为主要生长中心，构建健壮的根系，使其后根系对水分和养分的吸收最大化，从而满足玉米地上部对水分和养分的需求，促进玉米地上部生长发育和产量的增加。

3.2 生物菌肥对玉米土壤酶活性的影响

土壤酶活性可作为土壤质量和作物生长的评价指标之一[9]。土壤养分含量与土壤酶活性呈显著或极显著正相关,提高蔗糖酶活性可以提高小麦干物质积累和后期籽粒产量[10]。研究发现施用微生物菌剂能显著提高植烟土壤脲酶和蔗糖酶的活性[11-12]。而对玉米的研究表明：配施菌肥使脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶及蔗糖酶的含量均有增加，并提高了微生物活性和土壤肥力[13]，包膜控释氮肥可以显著提高玉米土壤脲酶活性[14]，有机与无机复合肥替代部分常规化肥处理土壤，可作为培育高产土壤微生物区系潜力的施肥措施之一[15]。土壤脲酶和碱性磷酸酶属于水解酶类，能反映土壤氮素、磷素的营养状况，对提高氮素、磷素利用率及促进土壤氮素、磷循环具有重要作用。过氧化氢酶能酶促H2O2分解，解除H2O2的毒害作用，为根系发育创造良好环境条件，常作为土壤微生物活性和评价土壤物质转换、能量转化和土壤质量的有效指标[16-18]。本研究结果与上述研究结果基本一致，施用生物菌肥处理与CK相比，均有利于提高玉米土壤酶活性，另外本研究还发现相同量的生物菌肥不同时期配比施用的效果不同，生物菌肥作为一种有益的有机菌肥，其发挥最大效果是需要适宜的温度和土壤环境共同完成的，前期温度较低，生物菌肥的最大效能没有发挥出来，大喇叭口期后，温度适宜微生物的活动，土壤酶活性提高，改善了土壤的通透状况和土壤的物理结构，促进了根系对氮、磷等元素的吸收和转化，改善了作物的生境，进而提高了玉米的产量。

3.3 生物菌肥的施用时期和施用方法

本研究结果表明，生物菌肥的不同施用时期对根系形态和生理特性及土壤酶活性的影响不同。生物菌肥按照1∶1比例作为基肥和大喇叭口期追肥的施用方法最佳。