乳酸菌复合制剂对燕麦群体结构建成及根系生长的影响

孙悦颖，刘景辉，米俊珍，赵宝平，李英浩

（全国农业科研杰出人才及其创新团队/内蒙古高校燕麦工程研究中心/内蒙古农业大学杂粮产业协同创新中心，内蒙古呼和浩特 010019）

燕麦（Avena sativa L.）为禾本科燕麦属一年生重要谷类作物，具有抗旱、抗寒、耐盐碱、耐贫瘠、适应性强等诸多优良特性[1-2]，为北方地区优势特色粮饲兼用作物[3]，具有较高食用价值和饲用价值[4-5]，且农业种植投入小、风险系数低，因此其高产栽培对维护燕麦产业发展及地方经济意义重大[6]。

益生菌能调控植物的根系形态[7]，根系的发育状况在很大程度上影响着植物的生长状况及群体建成，是作物取得高产稳产的关键因素[8]。曾益波等[9]研究发现，使用微生物菌剂光合细菌PSB06进行浸种处理可促进水稻幼苗的根长，增强群体抗逆能力。土壤中的丛枝菌根真菌（AFM）与植物建立共生关系后，改变了根系构型，提高了植物根系吸收土壤中水分和养分的能力[10]。有研究发现，枯草芽孢杆菌通过分泌激素类、抗菌素类等物质促进宿主植物根系的生长[11]。益生菌对植物生长发育至关重要，微生物菌剂是指由益生菌经一系列工艺加工而成的一类活力高、肥料效应特定的活体菌剂，具有改善土壤环境、增加作物产量等作用[12]，两种或多种有益菌按适合比例共同培养制成复合菌剂，相较于单一菌剂的优点是适应能力与促生能力均能提高，且更稳定，也是微生物菌剂将来的发展趋势，现已成为国内研究热点[13-14]。

乳酸菌是一类广泛存在于土壤中的益生菌[15]，前人研究发现，乳酸菌复合制剂具有促进植物健康生长、增加植物产量、改善土壤质量等作用[16-17]。近年来，已逐渐应用于农业生产中[18-19]，但乳酸菌复合制剂对大田作物根系生长及群体结构建成的影响鲜有研究，因此，本试验对施用乳酸菌复合制剂后燕麦群体构成指标、根系形态指标、根系生物量的变化特点进行了研究，旨在探索乳酸菌复合制剂在调节燕麦生长方面的应用研究，为燕麦的高效栽培及乳酸菌复合制剂的开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古清水河县宏河镇一间房村（40.06°N，111.14°E），该地区是内蒙古段黄土高原典型的旱作丘陵地区，属典型的中温带半干旱大陆性季风气候，年均降水量365 mm，降水主要集中在6月和7月，无霜期140 d，土壤类型为黄绵土。试验地土壤基本理化性质见表1，2021—2022年燕麦生育期内降水量及积温见图1。

图1 试验期间试验地降水量和积温Figure 1 Rainfall and accumulated temperature at the test site during the experiment

表1 试验地0～20 cm土层土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of soil in 0-20 cm soil layer in the test site

1.2 供试材料

燕麦品种选用坝莜1号。乳酸菌复合制剂为北京科拓恒通生物技术股份有限公司（北京怀柔科学城）生产的农用微生物菌剂，颜色为淡黄色，粉末状质地，主要成分为乳酸菌（干酪乳杆菌Zhang、植物乳杆菌P-8和植物乳杆菌PC30301）、解淀粉芽孢杆菌、侧孢短芽孢杆菌及其代谢产物（乳酸、甲酸、乙酸、胞外多糖及细菌素等），活菌数≥5×109cfu/g。供试肥料为磷酸二铵N-P2O5-K2O（18-46-0），由清水河县农牧业局提供。

1.3 试验设计

试验采取随机区组设计，共设置4个处理，不施乳酸菌复合制剂和化肥（CK）、单施化肥（A）、乳酸菌复合制剂和化肥配施（AB）、单施乳酸菌复合制剂（B），重复4次，共16个小区。小区面积30 m2（5 m×6 m）。第1年于2021年6月11日播种，10月1日收获，第2年于2022年6月11日播种，9月28日收获。采用机械条播，播种量150 kg/hm2，种植行距25 cm。化肥以基肥施入，播种前均匀撒施地表后立即翻耕整地，翻耕深度10～15 cm。施肥量为当地常规用量，乳酸菌复合制剂为推荐用量，乳酸菌复合制剂拌种随播种机带入大田，施入深度为10～15 cm，化肥及乳酸菌复合制剂具体施用量见表2。

表2 各处理施肥量Table 2 Fertilizer application amount of each treatment 单位：kg/hm2

1.4 测定指标及方法

1.4.1 出苗及群体建成情况调查

出苗后7 d在每个小区内标记1 m长样段，边行、次边行、中间行分别标记，定位调查样段内基本苗数量、分蘖盛期的总茎数、收获穗数，具体的测定指标和计算方法如下

主茎分蘖率/%＝［（收获穗数-基本苗数）/基本苗数］×100 （1）

分茎成穗率/%＝［（收获穗数-基本苗数）/（分蘖盛期茎数-基本苗数）］×100 （2）

1.4.2 根系生物量

于燕麦抽穗期取样，大田挖掘法采集根系，取样体积30 cm×30 cm×30 cm，取样时注意消除边际效应，剪去地上部分，将植株地下部用去离子水洗净后，装入纸袋在105℃下杀青30 min后，在80℃下烘干至恒重，称重法测量其根系生物量。

1.4.3 根系形态指标

于燕麦抽穗期取样，大田挖掘法采集根系，将地下部连土带根装入孔径为100目的尼龙袋，在去离子水中漂洗，然后在水盆中用比重法清除杂质，每个小区选取5株长势一致的完整根系，在实验室用根系扫描仪（REGENT LA2400）对根样进行扫描，扫描时，把根样放入透明托盘内，托盘内注水深10～15 mm，为了获得较为准确的图像结果，需要整理根样，防止根样分枝互相缠绕。用Win RHIZO分析软件分析扫描图像，测得根长、根表面积和根体积等根系形态参数。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2016软件进行数据计算、作图，采用SPSS 25.0统计学软件进行相关性分析，多重比较采用Duncan法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌复合制剂对燕麦群体建成的影响

由表3可知，燕麦处理间群体建成指标在年际间变化差异不大。2021年和2022年燕麦群体结构在处理间均表现为：AB>A>B>CK。各指标均以AB处理表现最好，2021年和2022年，基本苗数、分蘖数、成穗数、主茎分蘖率、分茎成穗率分别较CK提高了 14.27%、16.88%、22.13%、44.86%、21.11%和19.01%、23.90%、27.30%、44.09%、22.21%，其中，分蘖数和成穗数显著高于CK（P<0.05）；A处理下燕麦出苗及群体建成情况表现次之，2021年和2022年，基本苗数、分蘖数、成穗数、主茎分蘖率、分茎成穗率分别较CK提高了8.37%、9.37%、11.89%、20.58%、14.40%和10.60%、17.40%、17.05%、37.68%、5.95%，其中，分蘖数和成穗数显著高于CK（P<0.05）。2年内，B处理仅成穗数较CK显著提高了6.15%～9.29%（P<0.05）。综上结果表明，施用乳酸菌复合制剂能促进燕麦群体建成，但对各指标改善效果不同，其促进燕麦分蘖、增加成穗数效果更好。

表3 乳酸菌复合制剂对燕麦出苗及群体建成情况影响Table 3 Effects of lactobacillus compound preparation on seedling emergence and population building of oat

2.2 乳酸菌复合制剂对燕麦根系生物量的影响

由图2可知，2022年各处理的根系生物量明显高于2021年，各处理在年际间均表现为AB＞A＞B＞CK。2021年和2022年，AB处理的根系生物量分别为130.70、145.71 g/cm2，年际间增幅为 11.48%。2021年，A、AB、B处理的根系生物量分别较 CK提高了23.78%、37.02%、14.84%，其中，A与AB处理显著高于 CK（P<0.05）；2022年，A、AB、B 处理的根系生物量分别较CK显著提高了28.46%、44.31%、19.52%（P<0.05）。综上结果表明，单施乳酸菌复合制剂能促进燕麦根系生物量的合成积累，但作用效果不如单施化肥处理，乳酸菌复合制剂与化肥配施条件下燕麦根系生物量表现最好。

图2 乳酸菌复合制剂对燕麦根系生物量的影响Figure 2 Effects of lactobacillus compound preparation on root biomass of oat

2.3 乳酸菌复合制剂对燕麦根系形态的影响

从根系形态各指标整体变化规律分析（表4），2021年和2022年，均以AB处理表现最好，各根系形态参数显著高于CK。2021年和2022年，AB处理的燕麦节根、总根长、根系平均表面积、根系平均体积分别较CK显著提高了9.76%、21.39%、52.01%、39.58%和 39.93%、25.38%、23.17%、49.17%（P<0.05）；A处理次之，2021年和2022年，燕麦节根、总根长、根系平均表面积分别较CK显著提高了9.76%、16.50%、19.44%和 15.97%、17.28%、25.18%（P<0.05）。2年内，B处理的各根系形态参数较CK提升幅度较小，与CK相比，B处理下燕麦总根长、根系平均表面积、根系平均体积、根系平均直径均未达到显著差异。综上结果表明，乳酸菌复合制剂与化肥配施条件下燕麦根系形态参数数值表现最好，且处理间根系形态参数在年际间变化差异不大（P>0.05）。

表4 乳酸菌复合制剂对燕麦根系形态的影响Table 4 Effect of lactobacillus compound preparation on root morphology of oat

2.4 乳酸菌复合制剂对燕麦产量及其构成因素的影响

由表5可知，年际间产量及其构成因素表现一致，均表现为AB＞A＞B＞CK。2021年和2022年，均以AB处理表现最佳，燕麦千粒重、穗长、单穗粒数分别较CK显著提高了8.44%、26.35%、63.53%和8.43%、28.97%、69.38%（P<0.05）。2021年和2022年，A处理燕麦穗长和单穗粒数分别较CK显著提高了17.78%、35.48%和19.39%、46.26%（P<0.05）。2021年和2022年，B处理燕麦千粒重、穗长、单穗粒数较CK提升幅度较小，仅单穗粒数与CK相比差异显著（P<0.05），增幅范围为18.25%～23.14%。2021年和2022年，AB和A处理，与CK相比均显著提高了燕麦籽粒产量和生物产量（P<0.05），2021年，AB处理燕麦籽粒产量和生物产量分别较CK显著提高了32.20%和54.66%，A处理分别提高了21.73%和28.44%（P<0.05）；2022年，AB 处理燕麦籽粒产量和生物产量分别较CK显著提高了33.23%和60.39%（P<0.05），A处理分别较CK显著提高了25.09%和33.96%（P<0.05）。综上结果表明，两年间，燕麦产量及其构成因素均以乳酸菌复合制剂与化肥配施处理表现最佳，可以看出乳酸菌复合制剂有促进增产作用。

表5 乳酸菌复合制剂对燕麦产量及其建成因素的影响Table 5 Effects of lactobacillus compound preparation on oat yield and its constituent factors

3 讨论

根系是合成营养物质的重要器官，良好的根系形态和生物量对作物的生长发育至关重要，改善根系指标调节作物生长是目前行之有效的方法[20]。研究表明，菌剂能够促进根系生长。李想等[21]对烟苗盆栽施加根际促生菌后发现，烟苗根长、根表面积、根体积和根直径显著增长，从而促进烟草生长；徐伟慧等[22]研究表明，根际芽孢杆菌及其复合菌剂能促进水稻根系生长，水稻根长、根表面积、根体积显著增加。乳酸菌作为益生菌的一种，其菌体及代谢产物能促进植株生长发育[23]。本试验研究表明，施用乳酸菌复合制剂能够改善燕麦根系形态指标，且根系平均表面积增幅最大，主要是通过增加根长纵向延伸根系长度，从而增加根系平均表面积，扩大根系平均体积，但对根系平均直径提升效果不明显，这与王禹佳等[24]研究施用菌剂后，菌剂中的益生菌会促进玉米根系横向以及纵向的延伸，增加植株根系吸收营养物质的面积的结果一致。本试验中，乳酸菌复合制剂与化肥配施，燕麦根系生物量表现最佳，较CK增幅达44.31%，究其原因可能是土壤中有效养分的持续供给是作物生长的基础，一方面乳酸菌复合制剂中有益微生物定殖繁殖促进难溶解养分转化，使其加速释放养分；另一方面，化肥直接提供养分，供给快，两者互相结合提供作物根系生长所需的营养物质[25]，且乳酸菌分泌的代谢产物也具有土壤益生菌特质，能够激活细胞活性，提高植物对养分的生物利用度，单施乳酸菌复合制剂较CK根系生物量也有一定程度的提高[26-27]。

根系的发育情况在很大程度上影响着植物的生长状况，合理的群体建成，有利于高效利用光能和地力，建成高产群体[28]。本试验研究表明，施用乳酸菌复合制剂能够促进良好的燕麦群体建成，但对各指标改善程度不同，以促进燕麦分蘖效果较好。提高分蘖数是麦类作物增加产量的重要方式，本试验与冀宇婷等[29]、徐大胜等[30]喷施乳酸菌稀释液能够有效促进小麦的分蘖，促进小麦群体建成的研究结果一致。本试验以乳酸菌复合制剂与化肥处理配施效果最佳，优于单施乳酸菌复合制剂，是因为复合微生物制剂对环境要求高，其本身所含营养成分匮乏，单施并不能满足作物生长需要，增产效果有限，与肥料配合施用效果更好，这可能与菌种与肥料之间的互惠关系有关[31-32]。于深州[33]的研究同样印证了化肥配施生物菌肥比单施菌肥或者化肥对水稻的生长及增产效果更明显。已有研究证实，乳酸菌复合制剂能促进产量提升，施用乳酸菌复合制剂后，草莓[18]产量提升了13.52%，黄瓜[31]产量提升了28.81%，西红柿[17]产量提升了25.39%。本试验中施用乳酸菌复合制剂能促进燕麦成穗数的提高，2年间乳酸菌复合制剂与化肥配施燕麦籽粒产量显著提高了32.20%～33.23%，推测可能与试验地土壤条件有关，乳酸菌等微生物利于在该条件下定植，且能发挥出最大作用[34]。乳酸菌复合制剂作为拌种菌剂施用量少，使用简单易操作，促进了燕麦群体建成，对于指导农民施肥以及促进农民增产增收有重要意义。

本试验探究施用乳酸菌复合制剂对燕麦群体建成及根系性状的影响，具有一定参考价值。然而土壤是一个复杂的生态体系，影响复合菌剂使用效果的因素复杂多样，今后应建立健全完整的乳酸菌复合制剂评价体系的研究，探究菌剂释放率、抗逆性、传质性和菌剂与原有菌群在土壤中的定殖共生状况。

4 结论

施用乳酸菌复合制剂能够促进燕麦群体结构建成，改善燕麦根系形态指标，增加燕麦产量。单施乳酸菌复合制剂时，只有成穗数和单穗粒数较CK有显著提高，能够一定程度改善燕麦根系指标，燕麦产量及其构成因素提升幅度较小；乳酸菌复合制剂和化肥配施改善效果更佳，可显著提高燕麦分蘖数、成穗数、根系生物量、根系平均表面积，能够有效改善燕麦根系指标，显著提高燕麦籽粒产量和根系生物量，各产量构成因素以单穗粒数提升效果显著。