不同微生物菌剂对谷子主要农艺性状及产量的影响

方瑞琳，王帝，王雨婷，李东雪，吴树，张嘉琪，刘昕俣，苗兴芬

（黑龙江八一农垦大学农学院，大庆 163319）

谷子（Setaria italica），俗称“小米”，起源于中国，禾本科狗尾草属，一年生草本作物，不仅可供食用，其茎叶也可作饲料，经考证，谷子距今约有八千多年的栽培历史。谷子拥有十分优良的品质和丰富的营养物质，其中所含蛋白质、脂肪和碳水化合物的含量较高，同时也含有维生素、硒、钙和铁等各类满足人们生命活动需求的重要元素，并具有一定的药用价值[1]，谷子作为食补的杂粮食品，日益备受关注。谷子具有生育期短、耐旱、耐瘠薄、耐盐碱等特性，被认为是应对未来水资源短缺的战略贮备作物，曾在我国北方旱作地区作为主粮进行种植[2]。发展谷子生产，对壮大杂粮产业和改善人民生活具有重要意义。

人们对安全无污染的农产品愈加重视，因此微生物菌剂在改善品质和食品安全等诸多方面的作用逐渐引起大家注意[3-4]。微生物菌剂是由微生菌群混合后制成的活性物质，功能主要取决于大量有益活菌物质以及多种天然发酵活性物质[5]。微生物菌剂不仅能为作物提供营养元素，还能分泌赤霉素、生长素等[6]，改善根际营养环境，使土壤微生态保持平衡[7]，从而调节、促进作物的生长发育，利于提高作物产量。同化学肥料相比，微生物菌剂资源更丰富、种类及功能更多，具有较多优点：不破坏土壤的结构[8]、减轻病虫害、不污染环境、保护自然生态[9]、增强作物抗性[10]、提升作物产量及品质[11-13]；微生物菌剂对人、畜以及植物都是无毒无害的，成本低廉的同时肥效也更加持久[14]。目前，我国对微生物菌剂的研究较少，利用程度也不高。

研究选用耐瘠谷子品种“公矮5 号”和4 种不同微生物菌剂一起作为研究对象，将不同微生物菌剂施用在谷子上进行初步的田间试验，分析不同微生物菌剂对谷子主要农艺性状及产量的影响。改良及合理利用盐渍化土壤，提高土壤肥力，提高谷子产量及品质，明确一套微生物菌剂施用方案，为大力发展谷子生产提供技术支撑，对农业产业结构的调整及环境生态的优化意义重大。

1 材料与方法

1.1 试验点基本情况

试验于2019 年大庆市和平牧场进行。和平牧场位于黑龙江省西部，松嫩平原中部。该地区盐碱土面积为5.8×108m2，占土地总面积的12%，大部分为牧业用地，其最主要的特征是土壤盐化过程的同时伴随着强烈的碱化。地处北温带季风气候区，每年有效积温为2 550 ℃，一年中无霜期在122 d 左右，雨热同季，年降水量在400～550 mm 之间。

1.2 试验材料

供试谷子品种：公矮5 号（由黑龙江八一农垦大学谷子课题组提供）。供试菌剂：在常规肥料处理下，共5 种处理，4 种不同微生物菌剂及不添加0 处理（CK），见表1。

表1 微生物菌剂试验处理情况Table 1 Experimental treatment of microbial agents

1.3 试验设计

播种密度为60 万株·hm-2，采用人工精量点播。底肥施用尿素37.5 kg·m-2，磷酸二铵225 kg·hm-2，硫酸钾120 kg·hm-2。

2019 年5 月12 日播种，采用完全随机区组试验，行长5 m，5 行区，行距65 cm，每小区16.25 m2，共15 个小区。设置5 个水平处理，分别为施用4 种微生物菌剂和不施，每个处理重复3 次。不施微生物菌剂作为对照CK。

1.4 测定指标

在6 月20 日，6 月27 日，7 月11 日进行田间取样3 次，测量谷子叶面积。从各个对应小区中随机选择至少5 株以上的谷子测定其叶面积，每次测定重复3 次，将其求得平均值作为该株谷子的叶面积。

9 月21 日收获，每小区随机选取5 株测量株高。每个小区选取2 m 剪穗收获。室内考种，每个处理取5 穗精细考种，分别测量穗长、穗粗、码总数、码列数、码行数、码粒数、单穗重、单穗粒重、千粒重、容重以及小区产量。

1.5 数据处理

试验数据分别采用Excel 2003 软件处理和SPSS 21.0 软件进行统计分析，检验数据差异是否显著，进一步分析。

2 结果与分析

2.1 主要农艺性状与产量的方差分析

由表2 可以看出，不同微生物菌剂间对谷子穗粗、单穗粒重、容重、叶面积的影响达到极显著，不同微生物菌剂间对粒穗比、产量的影响达到显著。说明微生物菌剂对谷子主要农艺性状及产量都存在影响，需进一步分析。

表2 谷子主要农艺性状及产量方差分析Table 2 Analysis of variance of the main agronomic traits and yield of millet

2.2 不同微生物菌剂对谷子农艺性状的影响

微生物菌剂对谷子穗粗的影响见表3，汇源生物菌剂、复合木霉菌剂、异株解淀粉芽孢杆菌剂和阿美滋生物菌剂都可使穗粗显著提高，其中，阿美滋生物菌剂施用效果最好，与对照相比穗粗可提高19.82%；复合木霉菌剂使穗粗提高18.02%；异株解淀粉芽孢杆菌剂使穗粗提高16.67%；汇源生物菌剂使穗粗提高16.22%。由此可说明，4 种微生物菌剂对增大谷子果穗的穗粗具有十分明显的效果。

表3 可以看出，阿美滋生物菌剂对谷子单穗粒重影响显著，与对照相比提高了36.22%，效果明显；而汇源生物菌剂、复合木霉菌剂和异株解淀粉芽孢杆菌剂对单穗粒重影响并不显著。由此可说明，阿美滋生物菌剂对单穗粒重的增加有非常明显的促进作用。

可以看出异株解淀粉芽孢杆菌剂对谷子的粒穗比有显著影响，与对照相比增加14.70%，而汇源生物菌剂、复合木霉菌剂、阿美滋生物菌剂对粒穗比无显著影响。由此可说明，异株解淀粉芽孢杆菌剂可以有效提高谷子粒穗比，从而增加了谷子果穗的饱满程度。

变异系数能够反映作物品种的静态稳产性，即作物的表现不随环境条件的改变而变化，变异系数越小，则说明其静态稳产性也越好。由表3 可以看出，谷子主要农艺性状与产量变异系数由大到小依次为：单穗粒重>穗粗>粒穗比。其中，单穗粒重变异系数较大，为18.24%，说明该性状容易受到栽培管理措施、外部环境等因素的影响，可以作为栽培表现型的指标；其他性状变异系数较小，其中粒穗比的变异系数最低，为5.10%，说明粒穗比相对稳定，受栽培管理和环境因素的影响较小。

表3 不同微生物菌剂对谷子农艺性状的影响Table 3 Effects of different microbial agents on agronomic traits of millet

2.3 不同微生物菌剂对不同时期谷子叶面积的影响

叶面积是影响作物光合作用和产量的原因之一。由表4 可以看出，与CK 相比较，不同时期的谷子叶面积在4 种微生物菌剂处理后均呈现不断上升的趋势变化。在6 月20 日对叶片进行取样，谷子叶面积增加效果较好的处理是异株解淀粉芽孢杆菌剂和阿美滋生物菌剂，经异株解淀粉芽孢杆菌剂、阿美滋生物菌剂处理的谷子叶面积要显著高于汇源生物菌剂、复合木霉菌剂处理，极显著高于CK；分别在6 月27 日和7 月11 日进行叶片取样，经4 种微生物菌剂处理后的谷子叶面积均要显著高于CK，取样时间虽不同但整体增长趋势是一致的。由此可说明4 种微生物菌剂具有增大谷子叶面积的作用。

表4 微生物菌剂对不同时期谷子叶面积的影响Table 4 Effects of microbial agents on leaf area of millet in different periods

2.4 不同微生物菌剂对谷子容重的影响

对不同微生物菌剂对谷子容重的影响进行分析（表5）。复合木霉菌剂与阿美滋生物菌剂对谷子容重的影响显著，而汇源生物菌剂与异株解淀粉芽孢杆菌剂对容重的影响不显著。其中，经复合木霉菌剂处理后的效果最好，与CK 相比容重提高6.06%，阿美滋生物菌剂处理后与CK 相比谷子容重也提高2.39%，说明这两种微生物菌剂都能够起到增加谷子容重的作用。容重变异系数较小，说明遗传力相对较高，不易受到外界条件的影响。

2.5 不同微生物菌剂对谷子产量的影响

4 种不同微生物菌剂对谷子产量的影响分析（表6）。经4 种微生物菌剂处理后的产量介于4 461.54～5 081.85 kg·hm-2之间，其中经复合木霉菌剂处理后的产量最高，汇源生物菌剂处理后产量最低，相比较CK，复合木霉菌剂、阿美滋生物菌剂、异株解淀粉芽孢杆菌剂和汇源生物菌剂处理后谷子增产幅度分别为19.91%、13.65%、9.25%、7.40%。汇源生物菌剂、异株解淀粉芽孢杆菌剂、阿美滋生物菌剂处理与CK 之间的差异均不显著，对谷子产量无显著影响，但复合木霉菌剂处理与CK 之间的差异极显著，由此可说明复合木霉菌剂对于谷子产量的提高有着十分明显的促进作用。

表5 不同微生物菌剂对谷子容重的影响Table 5 Effects of different microbial agents on millet bulk density

表6 不同微生物菌剂对谷子产量的影响Table 6 Effects of different microbial agents on millet yield

2.6 主要农艺性状与产量相关性分析

对主要农艺性状与产量进行相关性分析，目的是了解不同性状之间是否相关、相关性质（正相关或负相关）以及相关程度。由表7 可知，对产量进行相关性分析，穗粗、码总数、单穗粒重、粒穗比、叶面积、容重均与产量呈正相关。其中，容重与产量的相关性极显著，相关系数为0.99，其余性状与产量的相关性均未达显著水平。说明容重是提高产量的主要制约因素，容重越高其相应产量也就越高。

主要农艺性状间的相关程度为：穗长与单穗粒重呈显著正相关，与其他各性状呈负相关，说明在一定范围内，随着穗长的增加，单穗粒重同时增加；穗粗与码粒数、千粒重均呈负相关；码总数与单穗粒重呈负相关；码粒数与单穗粒重、容重均呈负相关；单穗粒重与千粒重呈负相关；粒穗比与叶面积呈极显著正相关，与千粒重负相关；千粒重与叶面积、容重呈负相关。由此可知，谷子各性状之间彼此协调发展，充分发挥出性状的最大效益，才能够获得高产、稳产。

表7 谷子主要农艺性状与产量相关系数Table 7 Correlation coefficients among the main agronomic traits and yield of millet

3 讨论

3.1 4 种微生物菌剂对谷子主要农艺性状的影响

前人研究结果表明，经微生物菌剂处理后，作物的部分农艺性状均有所提升，是产量提高的主要原因，与试验研究结果一致[15]。施用以上4 种微生物菌剂，对穗粗、单穗粒重、粒穗比以及根质量等方面均有不同程度的影响，最终影响谷子产量。其次，还能增强谷子抗性，根、茎、叶等生长加快，茎秆的韧性更强，更粗壮，进而可以提高谷子的抗倒性、抗病性以及抗旱性，这个试验结果与董娟兰等[12]的研究是一致的。

植物的叶片既是光合作用的窗口，又是水分蒸腾的媒介，其面积大小能够直接影响着作物的受光。在进行谷子栽培管理的过程中，测量不同时期叶面积的大小是探究谷子生长发育规律、制定栽培措施以及技术标准的重要参数之一。前人研究指出，在谷子上施用微生物菌剂可以增强叶片的光合作用，提高光能利用率[16]。试验研究发现，以上4 种微生物菌剂均能不同程度的影响谷子叶面积，并随时间的增加成正比，进而明显提高叶片光化学反应的速率。前人研究表明，经微生物菌剂处理后，土壤中微生物活菌的数量增加，呼吸强度增强[17]，因而近地面层的CO2浓度升高，CO2是作物光合作用碳的重要来源。此外，微生物菌剂中的部分功能微生物可促进叶片中多种营养元素的吸收，在代谢后可产生植物生长激素，如产生赤霉素和细胞分裂素等，对作物的生长发育能够起到一定促进作用[18-19]。

3.2 4 种微生物菌剂对谷子产量的影响

王高鸿等[20]研究表明，在谷子上施用微生物菌剂，产量能有所提高，并且能有效改善谷子农艺性状，这与试验的研究结果一致。目前微生物菌剂已在30 多种作物上应用广泛。有前人分别在果品、蔬菜以及烟草上施用微生物菌剂[21-23]，研究结果显示，对绝大多数果实及叶片均能起到增产作用，产品品质也得到改善。施用以上4 种不同微生物菌剂会影响谷子产量，影响大小可能与作物根系分泌物对微生物菌剂中功能菌的繁殖有关[24]。因此，在选用微生物菌剂时，针对同一品种的谷子对于不同干物质需求的用法及用量仍有待进一步的研究。

农作物产量形成的基础是其干物质量的累积，它们的生长过程实际上就是营养物质的不断累积并在根、茎、叶等各器官中分配的过程[25]，而营养物质在经济器官的分配量直接决定着农作物的经济产量[25]。农作物营养器官的营养转化率影响植株经济器官干物质量的积累[26]，茎、叶是农作物的重要营养生产和储存器官，对干物质的积累有着至关重要的作用[27]，谷子的各器官干物质量对于籽粒产量有着重要的影响。

4 结论

施用微生物菌剂对谷子主要农艺性状以及产量均是有益的。可以有效增加谷子穗粗、单穗粒重以及粒穗比，增加谷子果穗在成熟期时的饱满程度；对增大叶面积效果显著，提高了光合效率，有利于干物质积累；对增加谷子容重具有显著影响，其中复合木霉菌剂与阿美滋生物菌剂分别使容重提高6.06%、2.39%，通过相关性分析，容重与产量的相关性较大，因而能提高谷子的群体产量；微生物菌剂对谷子产量同样具有不同程度的影响，与对照相比，施用微生物菌剂可使产量提高7.40%～19.91%，效果明显。