不同微生物菌剂对玉米产量及土壤肥力的影响

陈晓燕 王小琳 谢先进

(1河南省清丰县土壤肥料工作站河南清丰457300;2河南省土壤肥料站河南郑州450002)

玉米是中国主要的粮食作物。近年来，过量施肥、单一施肥、偏施氮肥等不合理施肥措施使得土壤有机质含量下降，土壤微生物平衡遭到破坏，不仅造成资源浪费、肥料利用率低，而且严重污染农田土壤［1］。因此，改善土壤理化性质、提高土壤生物活性尤为重要。微生物菌剂是应用于农业生产的含有特定微生物活体的制品，通过其所含微生物的生命活动，改善土壤微生物的群落和土壤养分结构，增加植物养分的供应量并促进植物生长，提高作物产量［2］，改善农产品品质及农业生态环境，在化肥零增长行动中具有重要作用。目前，微生物菌剂在多种作物上取得较好的应用效果［3］。韩树鑫等［4］研究表明，应用可施可力生物菌肥，可有效促进水稻秧苗的生长发育，增强水稻秧苗抗逆性和抗病性。高雁等［5］研究表明，微生物菌剂改变了小麦根际土壤微生物功能多样性，提高土壤中有机质和全氮含量，从而促进小麦的生长。肖让等［6］研究表明，配施菌肥能够不同程度地促进制种玉米籽粒产量形成，在增产的同时，还能改善耕作层土壤微环境。方成等［7］研究表明，减施化肥、配施微生物菌剂可显著提高果实品质、改善土壤肥力、提高土壤微生物菌群数量。前人对微生物菌肥的研究主要集中在蔬菜和果树上，在玉米上的应用相对较少。本研究以玉米为试验材料，研究微生物菌剂对玉米产量及土壤养分含量变化的影响，为玉米田微生物菌剂的使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验地概况

试验于2019年在河南省清丰县高堡乡王庄村进行。该地海拔48 m，经度115.138 611o，纬度35.933 056o，属于温带大陆性季风气候，光照充足、四季分明，≥10℃有效积温4 519.9℃，平均气温13.0℃，年均降水量562.6 mm。种植模式为冬小麦/夏玉米。土质为中壤土，有机质含量17.45 g/kg，全氮含量1.38 g/kg，碱解氮含量86.31 mg/kg，速效磷含量32.47 mg/kg，速效钾84.27 mg/kg。

1.1.2 供试材料

试验供试品种为郑单958，供试微生物菌剂为立占科奇微生物菌剂（有效菌种为枯草芽孢杆菌，有效活菌数≥2×109g），由山东绿德地生物科技有限公司提供；西多里微生物菌剂（有效菌种为枯草芽孢杆菌，有效活菌数≥5×109g，有机质≥45%），由项城市嘉禾生物技术有限公司提供；聚谷氨酸复合微生物菌剂（有效菌为解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，有效活菌数50×109个/g），由南京轩凯生物科技有限公司提供。无机肥料为尿素（46%N）、过磷酸钙（17.5%P2O5）和氯化钾（60%K2O），购自当地农资市场。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用完全随机区组设置，试验以化肥处理为对照（CK），设验设3个菌肥处理，分别为立占科奇微生物菌剂（T1）、西多里微生物菌剂（T2）、聚谷氨酸复合微生物菌剂（T3）；T1、T2、T3菌剂施用量分别为15、15、5 kg/hm2，所有处理均施入氮肥（N）180 kg/hm2、磷肥（P5O2）90 kg/hm2、钾肥（K2O）90 kg/hm2、氮肥60%、所有磷肥、钾肥及微生物肥料均作为基肥，在播种前（4月25日）一次性施入；其余氮肥在玉米拔节期前（6月15日）进行追施。每小区8垄，垄宽0.65 m，长7 m，面积约36.4 m2；每处理重复3次，随机排列，试验田田间管理同大田。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 土壤养分含量测定

分别在玉米拔节期（6月19日）、灌浆期（7月19日）和成熟期（9月24日）取耕层20 cm处土壤，分别在每小区采用五点取样法采集两份土壤样品，将样品装于聚乙烯塑料袋中，贴好标签，带回实验室；一份鲜土用于测定铵态氮和硝态氮，另一份置于陶瓷盘中风干并过60目筛，备用。土壤养分含量的测定：有机质测定采用外加热法［8］，土壤铵态氮和硝态氮含量用流动分析仪测定，速效磷采用钼锑抗比色法［8］，速效钾采用火焰光度计法［8］。

1.2.2.2 土壤酶活性测定

在玉米拔节期、灌浆期和成熟期，用毛刷刷取玉米根际土壤带回实验室风干，用于测定土壤酶活性。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸钠比色法，中性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，过氧化氢酶活性采用微孔板吸收光法。

1.2.2.3 玉米产量及产量构成因素测定

将玉米实收测产，于室内考察穗行数、穗粒数、百粒重、含水量等穗部性状，按14%含水量计算籽粒产量。

1.2.3 数据分析

采用Excel 2010统计和计算数据，采用SPSS 24.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 微生物肥料对玉米田土壤有机质含量的影响

土壤有机质是土壤肥力中极其重要的组成部分。由图1可看出，土壤有机质含量在全生育期没有明显的变化规律，但是微生物肥料对有机质具有显著的影响。在玉米拔节期，T1处理和CK没有显著差异；T2和T3处理均显著提高于CK，分别比CK高出7.57%和7.42%，微生物肥料处理间差异不显著。在灌浆期，T1处理和CK没有显著差异；T2和T3处理均显著提高于CK，分别比CK高出7.51%和9.65%，且T3处理显著高于T1。在成熟期，T1、T2和T3处理均显著高于CK，分别高出10.12%、21.36%和15.02%，其中T2处理最高，与T1差异显著。

图1 微生物肥料对玉米田土壤有机质含量的影响

2.2 微生物肥料对玉米田土壤铵态氮含量的影响

土壤铵态氮能被作物直接吸收利用，肥效发挥迅速，是表征土壤肥力的主要指标。由图2可知，土壤铵态氮含量随生育进程的推进呈逐渐下降的趋势。拔节期，微生物肥料处理的土壤铵态氮含量均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高19.18%、44.97%和30.81%，T2处理显著高于T1。灌浆期，各处理表现为T3＞T2＞T1＞CK，处理间差异显著，T1、T2和T3处理分别比CK高49.60%、98.77%和159.34%。成熟期，微生物肥料处理的土壤铵态氮含量均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高49.60%、46.42%和87.48%，T3显著高于T1和T2。

图2 微生物肥料对玉米田土壤铵态氮含量的影响

2.3 微生物肥料对玉米田土壤硝态氮含量的影响

由图3可知，土壤硝态氮含量随生育进程的推进呈逐渐降低的变化趋势。拔节期，表现为T3＞T2＞T1＞CK，T1处理和CK没有显著差异，T2和T3处理显著高于CK，分别高出30.77%和51.99%，微生物肥料处理间差异显著。灌浆期T3＞T2＞T1＞CK，处理间差异均显著，T1、T2和T3处理分别比CK高34.53%、57.56%和74.46%。成熟期，微生物有机肥处理均显著高于CK，T1、T2和T3处理分别比CK高46.60%、81.15%和57.49%，T2处理显著高于T1和T3处理。

2.4 微生物肥料对玉米田土壤速效磷含量的影响

土壤速效磷是指土壤中可被植物吸收利用的磷，反映了土壤供磷能力，也是植株磷素的直接来源。由图4可知，在各生育时期，微生物肥料处理的土壤速效磷含量均显著高于CK。拔节期，T1、T2、T3分别比CK高42.48%、19.03%和28.50%；T1处理最高，其次是T3处理，显著高于T1。灌浆期，T1、T2、T3分 别 比CK高36.25%、28.41%和57.02%，T3处理显著高于T2处理。成熟期，T1、T2、T3分别比CK高44.01%、58.25%和70.77%，T3处理显著高于T1处理。

2.5 微生物肥料对玉米田土壤速效钾含量的影响

由图5可知，微生物肥料能够显著提高土壤速效钾含量。在玉米拔节期，表现为T1＞T3＞T2＞CK，T1、T2、T3分 别 比CK高19.58%、7.98%和14.80%；T1处理最高，显著高于T2，但与T3没有显著差异。灌浆期，微生物肥料处理均显著高于CK，T1、T2、T3分别比CK高出24.24%、21.58%和33.62%，T3处理显著高于T1和T2。成熟期，T1处理和CK没有显著差异；T2和T3显著高于CK，分别高22.75%和39.41%；T3处理最高，显著高于T1和T2。

2.6 微生物肥料对玉米田土壤酶活性的影响

土壤酶能催化土壤中复杂的有机质和矿物质，参与土壤养分的分解和转化过程，是反映土壤生物活性以及土壤肥力的重要指标。由表1可知，微生物肥料能够显著影响土壤酶活性。T1、T2、T3土壤脲酶活性均显著高于CK，分别比CK高13.66%、34.36%和37.83%，T2和T3显著高于T1。T3处理土壤中性磷酸酶活性显著高于其它处理，比CK高19.79%；T1、T2与CK没有显著差异。微生物肥料处理的土壤过氧化氢酶活性均显著高于CK，T1、T2、T3分别比CK高1.54%、18.44%和9.67%，其中T2处理活性最高。过氧化氢酶活性变化趋势和中性磷酸酶相似，T2处理显著高于其它处理。

表1 微生物肥料对玉米田土壤酶活性的影响

2.7 微生物肥料对玉米产量及产量构成因素的影响

由表2可知，在不同微生物肥料处理下，玉米穗数和穗行数没有显著差异；T1和T3处理行粒数显著高于CK，分别高11.81%和16.35%；T1千粒重和CK没有显著差异，T2和T3处理显著高于CK，分别高出7.76%和6.33%，T3处理最高；各处理产量表现为T3＞T2＞T1＞CK，T2和T3均显著高于CK，分别高12.23%和21.17%。

表2 微生物肥料对玉米产量及产量构成因素的影响

2.8 微生物肥料对玉米收益的影响

由表3可知，菌肥投入为T3＞T2＞T1，说明菌肥显著提高玉米产量，且玉米产量和菌肥投入成正比；使用菌肥显著增加玉米的总产值、净收入和投产比，表现为T3＞T2＞T1＞CK；T1、T2和T3净收入分别比CK增加18.44%、24.35%和42.78%；T3处理投产比最大，为（1∶2.18）。

表3 微生物肥料对玉米收益的影响

3 讨论

微生物菌剂含有大量的活性微生物，能够为土壤补充分解养分及腐殖物质的活性物质，可产生糖类物质及改善土壤团粒结构、物理性质和颗粒损失［8］。微生物菌剂中的微生物在土壤中会释放大量的生长素、赤霉素和各种维生素等代谢产物，对植株生长有一定的促进作用，可使植株吸收多种养分［9］；此外，微生物菌剂中的微生物还可分解植株残体，加快腐殖质的形成，增加土壤有机质含量，释放大量有机酸类物质，加速土壤中养分的矿化，提高土壤养分性能，从而促进植株对养分的吸收利用，提高土壤肥力［10］。方瑞琳等［11］研究表明，施用微生物菌剂能显著改善谷子农艺性状，并能提高产量。沙月霞等［12］研究表明，微生物菌剂拌土增加了玉米农田土壤中全磷、硝态氮、有效磷和速效钾的含量。高雁等［13］研究表明，微生物菌剂显著提高土壤中有机质和全氮含量。本研究结果表明，3种微生物肥料均能够显著提高土壤有机质、硝态氮、铵态氮、速效磷和速效钾含量，主要是由于微生物肥料能有效地促使土壤中的有机质分解成腐殖质，从微观上迅速改良土壤团粒结构；此外，微生物菌肥是一种生态型土壤改良剂，其能够促进土壤中有机质的分解和矿化，提高土壤肥力肥效。

土壤酶参与土壤养分的分解和转化过程，有利于促进土壤营养物质的活化和更新［14］。有研究认为，微生物菌剂通过改善土壤理化特性和微生物活性，从而影响土壤酶活性［15］。另一方面，土壤酶中一部分是由微生物活动释放的［16］。范娜等［17］研究表明，适宜微生物菌剂可显著提高土壤蔗糖酶和磷酸酶活性，有效改善土壤的肥力状况，从而提高作物对养分的吸收。黄伟等［18］研究表明，使用微生物菌剂能够提高土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性。本研究表明，微生物肥料能够显著影响土壤酶活性，3种肥料处理的土壤脲酶和过氧化氢酶活性均显著高于对照。微生物菌剂中含有大量的有机质，能够为土壤补充一部分的土壤酶；另外，微生物菌剂还可诱导植株产生一些酶类物质，从而提高土壤酶活性。总体来看，T3处理酶活性最高，可能是T3肥料含有的微生物种类较多，使得土壤活性物质高于其它处理。本研究表明，T1和T3处理显著提高行粒数，T2和T3处理显著提高玉米千粒重，产量表现为T3＞T2＞T1＞CK。一方面是由于微生物肥料提高了土壤中养分含量，增加植株对养分的吸收利用；另一方面，微生物在植株根部形成菌群，这些菌群分泌的物质成为抵抗真菌和细菌的抗生素，防止根部病菌的产生，从而增加了玉米产量。说明菌肥可显著提高玉米产量，且玉米产量和菌肥投入成正比，使用菌肥显著增加玉米的总产值、净收入和投产比，表现为T3＞T2＞T1＞CK。

综上所述，微生物有机肥对玉米田土壤养分含量和土壤酶活性均有显著影响，能够提高玉米产量，其中聚谷氨酸复合微生物菌剂处理（T3）酶活性最高，玉米产量最高（比化肥对照提高21.17%），净收入增加42.78%。因此，聚谷氨酸复合微生物菌剂可提高土壤养分含量、土壤酶活性、玉米产量，在玉米上应用效果较好。