不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米生长、养分积累及苗期光合特征的影响

2022-01-13孟阿静齐莹莹吕彩霞邵华伟王新勇

新疆农业科学 2021年12期

孟阿静，齐莹莹，吕彩霞，邵华伟，王新勇

(1.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院科技成果转化中心，乌鲁木齐 830091)

0 引言

【研究意义】玉米是中国乃至全球第一大粮食作物[1-2]，2018年新疆玉米种植面积为103.3×104hm2，总产量82.7×105t[3]。施用化肥是提高玉米产量和改善玉米品质的重要措施[4]，但是长期施化肥造成了玉米品质下降、土壤肥力下降以及土壤环境污染等问题[5-6]。用有机肥、生物肥等替代部分化肥成为作物稳产、提质增效，提升土壤肥力、减少土壤污染的重要措施。黄腐酸作为一种新型有机肥产品，具有分子量小、水溶性好、生物活性高、耐酸耐碱、可提高化肥利用率，增强植物抗逆性等优点[7-8]。施用微生物肥料在改良土壤肥力、改善土壤微生物环境、刺激作物生长，提高作物产量[9-10]。芽孢杆菌是一类重要的植物促生菌，繁殖快、抗逆性强、存活时间长，同时还能够产生一些促进植物生长的物质或抗菌物质，促进植物生长[11]，将黄腐酸与微生物菌肥(枯草芽孢杆菌)配合使用，对化肥替代、玉米种植具有重要意义。【前人研究进展】芦大伟等[12]研究表明，黄腐酸施用量在180～270 kg/hm2，玉米产量增加10.2%～12.6%，增产效果显著。王玫等[13]研究发现，连作土壤中添加10 g/kg黄腐酸微生物菌剂(灭活性)可以显著提高叶绿素含量和净光合速率(Pn)，增强叶片光合作用，促进平邑甜茶幼苗的生长。沈浜凯等[14]试验发现，水分胁迫下， 300 mg/L黄腐酸配合接种AM 真菌能明显增强玉米幼苗抗旱性。李源等[15]研究有机肥替代部分化肥对棉花产量的影响时发现，减肥20%配施中量黄腐酸有机肥与常规施肥相比可显著增加棉花产量和经济效益。闫嘉欣等[16]研究发现，施用黄腐酸可以提高大棚黄瓜的产量及品质。彭玲等[7]研究不同用量黄腐酸能显著提高红将军苹果产量和品质。【本研究切入点】黄腐酸肥料作为替代化肥的重要肥料类型在棉花、黄瓜、苹果、茶树、玉米等作物上进行了研究，黄腐酸可以有效促进作物生长，增加作物产量，提升作物品质等，但不同量黄腐酸与微生物菌肥(枯草芽孢杆菌)配合使用对玉米生长、养分积累、光合特征的影响。【拟解决的关键问题】以盆栽玉米为研究对象，进行单因素随机区组试验，测定玉米农艺性状、养分积累情况及光合特征来判断不同用量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米生长的影响，筛选最佳黄腐酸微生物菌肥用量，为黄腐酸微生物菌肥体替代部分化肥提供科学数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试土壤采自玛纳斯北五岔，土壤类型为灰漠土，取土深度0～30 cm，经碾压、粉碎、风干、过筛(2 mm)壤总盐含量8.05 g/kg、有机质含量11.2 g/kg，碱解氮81.07 mg/kg、速效磷8.36 mg/kg、速效钾254 mg/kg、pH 8.09。供试作物：玉米，品种郑单958。供试肥料：黄腐酸：黄腐酸含量≥40%，由山东泉林嘉有现代农业股份有限公司提供，微生物菌剂为枯草芽孢杆菌，有效活菌数≥200亿/g，由山东绿陇生物科技有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2017年5月20日～8月10日，在吐鲁番温室大棚中进行。花盆规格：直径38.5 cm，高度28.5 cm，装土量12 kg/盆，共设6个处理分别为：不施黄腐酸不施微生物菌肥(CK)处理、单施微生物菌肥(FA0)、黄腐酸配施微生物菌肥处理为FA75、FA150、FA225、FA300。每处理5组重复。表1

5月20日装盆、播种、每盆3穴，每穴播2粒种子，6月2日定植，每盆留长势一致的3株玉米苗，各处理灌水量一致，6个处理统一在出苗期、拔节期，分2次施尿素75 kg/hm2、磷酸一铵75 kg/hm2、硫酸钾60 kg/hm2。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 株高、茎粗、干物质量

在玉米苗期、拔节期、抽雄期用直尺、游标卡尺测定每处理15株玉米株高、茎粗；抽雄期每处理选取3株采用全收获法，将玉米分成根系、地上部分，于105℃杀青30 min后，70℃烘干至恒重(101-3A 电热鼓风恒温干燥箱，北京永光明医疗仪器厂)，称量记录(500 g /0.01g，常熟市金羊天平仪器厂)

1.2.2.2 养分

将烘干玉米根系、地上部分分别用H2SO4- H2O2消化法进行处理，分析氮(N) 用凯氏定氮法，磷(P2O5) 用钼锑抗比色法，钾(K2O) 用火焰光度计法。

1.2.2.3 SPAD值、光合指标

试验于玉米苗期09：30～11：30进行，采用便携式SPAD测定仪测定玉米倒三叶叶绿素值；采用Licor-6400型便携式光合测定测定净光合速率(Pn，μmol/(m2·s))、气孔导度(Gs，μmol/(m2·s))、蒸腾速率(Tr，μmol/(m2·s))。施用系统自带LED光源控制光合有效辐射强度为2 031 μmol/(m2·s)，叶片温度(26±1)℃，叶室内CO2浓度(400±10)μmol/mol。每个处理标记长势一致的植株3株，每株侧功能叶片(倒三叶)。

水分利用效率(WUE)==Pn/Tr。

1.3 数据处理

数据采用Excel和SPSS 23.0进行数据统计分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米幼苗生长的影响

2.1.1 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米株高、茎粗的影响

研究表明，不同生育期玉米株高随黄腐酸用量增加表现为先升高后下降的趋势，其中FA300处理株高最低。苗期时，FA300处理显著低于其他处理(P<0.05)，其余处理表现为FA75处理最高，各处理间差异不显著。拔节期，FA75株高最高，除显著高于FA300处理外，其余处理差异不显著。抽雄期，FA150处理株高最高，显著高于FA300和CK处理(P<0.05)。不同生育期茎粗随黄腐酸用量增加表现为先增加后下降的趋势，苗期时，FA150处理茎粗最大，但各处理间差异不显著。拔节期和抽雄期，除FA300处理外，黄腐酸用量与茎粗呈正相关，其中FA225处理茎粗最大，分别比2时期CK处理增加23%、40%，较FA0处理增加15%、25%，差异显著(P<0.05)。表1

表2 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米不同生育期株高、茎粗变化Table 2 Effect of different quantity of fulvic acid combined application with microbial fertilizer on plant height and stem diameter in different growth stages of corn

2.1.2 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米SPAD的影响

研究表明，玉米叶片SPAD值随黄腐酸用量增加表现为先升高在降低的趋势，其中FA150处理，叶片SPAD最高，达36.08，较CK处理增大23.06%，与CK、FA0、FA300相比，达显著性差异(P<0.05)。图1

2.1.3 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米干物质积累量的影响

研究表明，4个黄腐酸配施微生物菌肥处理根系干物质量、地上部分干物质量均显著高于CK处理和单施微生物菌肥(FA0)处理。玉米单株干物质量随黄腐酸用量先增加后降低，其中FA225干物质量最大，达56.95 g/株，其次为FA150处理，单株干重52.29 g，2处理与其他处理相比干重均达到显著差异(P<0.05)，其中较CK分别增加85.9%、102.4%；较FA0处理增加64.1%、78.8%；较FA75增加24%、35.1%；较FA300增加28%、39.4%。地上部分干物质量与总物质量变化趋势一致，FA225处理最重，较CK增加101.8%、较FA0增加79.3%、较FA75增加36%、较FA300增加45.7%，差异显著(P<0.05)。从根系干重分析，FA150处理根系干物质量最大，分别比CK、FA0增加184.4%、140.3%，差异显著(P<0.05)。图2

注：a、b 、c 等不同字母表示同一测定时间内同一列数值在P<0.05 水平上的差异显著性

图2 不同黄腐配酸施微生物菌肥下玉米干物质积累量变化Fig.2 Effect of different fulvic acid combined application with microbial fertilizer on dry matter accumulation of corn

2.2 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米养分吸收与分配的影响

研究表明，玉米地上部分氮、磷含量随黄腐酸用量增加表现为先增加后降低趋势，其中FA225处理，氮、磷、钾积累量最大，达1.84和0.79 g/株，氮积累量分别比CK、FA0处理增加138.9%和111.5%，磷积累量分别比CK、FA0处理增加276.2%和216%，差异显著(P<0.05)，钾积累量较CK、FA0分别增加117.8%、65.6%，差异显著(P<0.05)。不同处理根系氮含量差异较大，其中FA150处理根系氮含量最大，达73.19 mg/株，与其余处理相比，差异显著(P<0.05)，较CK、FA0处理分别增加314.3%、160.9%。不同处理根系磷含量表现不一，但施用黄腐酸处理均高于不施用处理，其中FA300处理磷含量最高，除与FA150差异不明显，与其余处理差异显著(P<0.05)；根系中钾含量表现为FA150处理最大，其次为FA225处理，2处理钾吸收量与其余处理相比，差异显著(P<0.05)。以上说明667m2施用225 kg黄腐酸和15 kg微生物菌肥时最有利益玉米地上部分养分积累，施用150 kg/hm2黄腐酸和15 kg/hm2微生物菌肥有利于玉米根系养分积累。图3，图4

图3 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米地上部分养分积累与分配变化Fig.3 Effect of different quantity of fulvic acid combined application with microbial fertilizer on the accumulation and distribution of nutrients in the part of corn on the ground

图4 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米根系养分积累与分配变化Fig.4 Effect of different quantity of fulvic acid combined application with microbial fertilizer on the accumulation and distribution of nutrients in the roots

2.3 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米苗期叶片光合生理特征的影响

2.3.1 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米苗期叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)的影响

研究表明，三者变化规律一致，均随黄腐酸用量增加表现为先增加后降低趋势。其中FA150处理，Pn、Tr、GS均达到最大值，分别比CK增加30.5%、16.1%、24.3%，差异显著(P<0.05)，当黄腐酸用量达到225 kg/hm2时，叶片Pn、Tr、GS开始下降，与用量150 kg/hm2相比分别降低9.7%、17.5%、19.3%，差异显著(P<0.05)，与CK相比分别增加18.96%、1.1%、14.2%。当黄腐酸用量达300 kg/hm2时，叶片Pn值继续下降相比FA150降低13.2%，Tr、GS显著降低，分别低于CK处理20.6%、13.4%，差异显著(P<0.05)。单施用微生物菌剂(FA0处理)净光合速率明显高于CK(P<0.05)，与FA75处理差异不大，3处理蒸腾速率和气孔导度差异不明显，FA150处理可以明显促进叶片光合作用，当黄腐酸浓度大于225 kg/hm2时，光合作用强度减弱，当黄腐酸用量达到300 kg/hm2时，光合作用明显受抑制。图5～7

图5 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米苗期叶片PN变化Fig.5 Effect of different quantity on Pn of corn seedling leaves

2.3.2 不同量黄腐酸配施微生物菌肥对玉米苗期叶片水分利用效率(WUE)的影响

研究表明，单施微生物菌剂(FA0)处理，WUE较CK增加10.4%，差异显著(P<0.05)，WUE随黄腐酸用量增加而增加，其中FA225和FA300处理WUE明显高于其他处理，与CK相比分别增加20.4%、42.2%。单施微生物菌剂和黄腐酸配施微生物菌剂均可以有效提高叶片水分利用效率，其中黄腐酸配施微生物菌剂效果优于单施微生物菌剂。图8

图6 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米苗期叶片Tr变化Fig.6 Effect of different quantity on Tr of corn seedling leaves

图7 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米苗期叶片WUE变化Fig.7 Effect of different quantity on Gs of corn seedling leaves

图8 不同量黄腐酸配施微生物菌肥下玉米苗期叶片Gs变化Fig.8 Effect of different quantity on WUE of corn seedling leaves

3 讨论

试验表明，单施微生物菌肥和适宜浓度的黄腐酸与微生物菌肥配合使用均有助于玉米农艺性状表现，其中黄腐酸配施微生物菌肥效果优于单施微生物菌肥，但当黄腐酸用量达到300 kg/hm2时，玉米株高明显受抑制，低于CK，茎粗值也低于其他黄腐酸微生物菌肥处理，王枚等[13]研究表明，黄腐酸微生物菌剂用量5 g/kg时可显著促进平邑甜茶幼苗生长，当浓度达15 g/kg，幼苗生长受抑制。

试验发现玉米干物质量和N、P、K吸收量随黄腐酸用量增加表现先增加后减少趋势，其中黄腐酸225 kg/hm2配施15 kg/hm2微生物菌肥施用时玉米干物质积累和地上部分N、P、K吸收量最大，其次为FA150处理，当黄腐酸用量达300 kg/hm2，干物质量显著降低(P<0.05)，N、P、K吸收量也不同程度减少。芦大伟[12]研究表明，玉米地上部分干物质量随黄腐酸用量增加而增加，当黄腐酸用量达400 kg/hm2时，干物质积累量最大。Rauthan等[17]指出，100～300 mg/L黄腐酸拌种可显著促进黄瓜生长和植株养分吸收，而500 mg /L 以上黄腐酸拌种对黄瓜生长和养分吸收效果不明显，王晓娟[18]研究表明，15 kg/hm2黄腐酸改良剂对黏土大豆养分吸收提高效果最好；而在沙土中种植大豆对N、P吸收最高为黄腐酸改良剂45 kg/hm2，不同试验受产品、实验条件、土壤类型、空气环境等多方面因素影响，所得结论略有差异，黄腐酸对促进作物生长、养分积累具有明显促进作用，但过量施用黄腐酸会抑制作物生长。

光合作用是植物生长发育的重要生理活动，光合参数Pn、Gs、Tr、Ci和叶绿素含量可反映植物光合能力[19]，影响作物生长状况。植物体内叶绿素含量通常用SPAD值表示。试验表明，叶片SPAD值随黄腐酸用量先增加后降低，黄腐酸150 kg/hm2配施15 kg/hm2微生物菌肥时，SPAD值最高，净光合速率Pn、气孔导度Gs、蒸腾速率Tr的变化规律与SPAD值一致，当黄腐酸用量在225 kg/hm2时，三者略有降低，差异不明显，当黄腐酸用量达300 kg/hm2时，SPAD、Pn、Gs、Tr与FA150相比显著降低(P<0.05)，FA150处理下，玉米苗期叶片叶绿素含量最高，叶片光合能力最强。王玫[13]研究表明，黄腐酸微生物菌剂用量在10 g/kg时，叶片Pn、Gs、Tr均最大，当用量达15 g/kg时三者值均显著降低，适宜浓度黄腐酸微生物菌剂可以有效促进甜茶幼苗光合作用，当用量过大时，光合作用受到抑制，影响作物生长，这一研究结果与研究结果相一致。