添加微生物菌劑對(duì)小麥產(chǎn)量及土壤生物學(xué)性狀的影響?yīng)?/h1>
2017-04-15 18:31:38耿麗平李小磊趙全利劉文菊
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年5期
耿麗平+李小磊 +趙全利 劉文菊
摘要：在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，于冬小麥季通過田間小區(qū)試驗(yàn)研究添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量、土壤纖維素酶活性及產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化特征的影響。結(jié)果表明，添加微生物菌劑在一定程度上提高了小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量和土壤纖維素酶活性，且表層土壤微生物量碳、氮含量明顯高于下層。與對(duì)照相比，添加微生物菌劑后，土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、土壤纖維素酶活性分別提高14.40%～21.80%、20.89%～25.52%、24.92%～32.02%、21.85%～25.87%；在小麥?zhǔn)斋@期，添加M1（硅酸鹽細(xì)菌）和M1+M2（硅酸鹽細(xì)菌+根際促生菌）處理的土壤速效鉀含量關(guān)鍵詞：小麥；生育期；微生物菌劑；產(chǎn)量；土壤；速效鉀；微生物量；纖維素酶
中圖分類號(hào)：S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0050-05
從高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的目標(biāo)出發(fā)，為進(jìn)一步加強(qiáng)土壤改良、提高土壤肥力，加強(qiáng)土壤肥料新技術(shù)的研發(fā)及推廣，從而提高農(nóng)田的綜合生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供積極作用[1]。近年來，化學(xué)肥料的過量使用導(dǎo)致土壤肥力降低，環(huán)境污染嚴(yán)重，土壤中有益微生物量減少，土壤酶活性也顯著降低，不僅影響了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和作物吸收，而且導(dǎo)致作物品質(zhì)和產(chǎn)量也不斷降低，因此迫使人們積極尋找新的肥源[2]。隨著綠色農(nóng)業(yè)的興起和發(fā)展，微生物肥料的研究與應(yīng)用日益受到人們的重視。硅酸鹽細(xì)菌（silicate bacteria）由于其生命活動(dòng)作用可將含鉀礦物中的難溶性鉀溶解出來供作物利用，對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量提高及品質(zhì)改善有良好作用[3]。配施微生物菌劑，不僅可使土壤中無效營(yíng)養(yǎng)有效化，而且可以預(yù)防和控制農(nóng)作物病害，減少農(nóng)藥和化肥的使用，被普遍認(rèn)為是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)有效提高作物產(chǎn)量的方法。土壤微生物量碳氮是土壤有機(jī)碳組成成分之一，為土壤有機(jī)碳的分解和氮礦化提供動(dòng)力，而土壤作為“類生命體”，幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)都是由酶來驅(qū)動(dòng)的，土壤酶活性隨著生育期在土壤中進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中起著非常重要的作用[4]。其中土壤纖維素酶是土壤碳素循環(huán)中的一個(gè)重要的酶系，可以水解纖維素生成纖維二糖，進(jìn)而可水解成葡萄糖，直接影響土壤腐殖質(zhì)的形成和碳素養(yǎng)分的釋放[5]。因此，土壤微生物量碳氮與土壤纖維素酶活性之間有較高的相關(guān)性，土壤纖維素酶活性可以作為土壤對(duì)農(nóng)業(yè)管理措施響應(yīng)的敏感性指標(biāo)，對(duì)土壤質(zhì)量狀況具有指示作用[6]。
近年來，許多學(xué)者大多利用活菌及其發(fā)酵液進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)硅酸鹽細(xì)菌和根際促生菌在蔬菜抗病性、增產(chǎn)、提高品質(zhì)等方面具有顯著效果[7]。筆者所在課題小組前期的研究表明，玉米秸稈還田旋耕和深耕2種耕作方式對(duì)土壤速效鉀和微生物量碳氮含量的影響差異不顯著。因此，本試驗(yàn)在秸稈還田的基礎(chǔ)上，研究了添加硅酸鹽細(xì)菌和根際促生菌對(duì)華北地區(qū)大田作物小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量以及土壤纖維素酶活性的影響，探討相關(guān)變化機(jī)制，以期為本地小麥土壤的高效利用及減少化肥的使用提供科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)條件概述
試驗(yàn)于2013年10月至2014年6月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)點(diǎn)位于河北省辛集市馬莊（37°58′N，115°13′E），該地區(qū)屬東部季風(fēng)區(qū)溫暖帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，該市全年平均氣溫12.5 ℃，年均降水量484 mm，年均濕度67%，年無霜期209 d，年日照時(shí)數(shù)2 629 h，十分利于實(shí)行小麥玉米一年兩熟的種植制度。該地區(qū)的冬小麥和夏玉米輪作過程中秸稈均全量還田，本試驗(yàn)主要針對(duì)冬小麥季還田的土壤，研究添加微生物菌劑對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響。該試驗(yàn)點(diǎn)地勢(shì)平坦，土層深厚，地下水充足，土壤類型為壤質(zhì)潮土，供試土壤基本理化性狀見
深度3～4 cm。
1.2試驗(yàn)方案
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，設(shè)置CK（對(duì)照）、M1（硅酸鹽細(xì)菌）、M2（根際促生菌）、M1+M2 4種處理。采用的菌劑由河北巨微生物工程有限公司提供，M1施用量為18 kg/hm2（有效活菌數(shù)≥2億CFU/mL），M2施用量為20 kg/hm2（有效活菌數(shù)≥2億CFU/mL），M1+M2處理各個(gè)菌劑施用量均為10 kg/hm2。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積5 m×3 m=15 m2，留出邊行1.5 m，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)排列。冬小麥季田間水肥管理為：純氮270 kg/hm2，P2O5 150 kg/hm2，K2O 110 kg/hm2，澆春水3次，各80 mm，基肥施60%的氮肥、全部鉀肥，拔節(jié)期追施40%的氮肥；全生育期灌溉：起身水、挑旗-開花水和灌漿水。
1.3樣品采集
分別于冬小麥返青期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和收獲期5個(gè)時(shí)期采集土壤樣品。在小麥行間以20 cm為間隔采集 0～40 cm土壤樣品，4 ℃冷藏，并測(cè)定其土壤微生物量碳、氮含量，部分樣品風(fēng)干后過2 mm篩測(cè)定土壤酶活性、過1 mm篩測(cè)定土壤速效鉀含量。小麥成熟時(shí)，去掉保護(hù)行后按1 m2收割測(cè)小麥穗粒質(zhì)量，待風(fēng)干脫粒后稱質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。
1.4測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.4.1測(cè)定項(xiàng)目采集2層土壤（0～20、20～40 cm）測(cè)定各生育期土壤微生物量碳、氮含量；0～20 cm土層的土壤還須測(cè)定玉米各生育期土壤纖維素酶活性、土壤速效鉀含量；小麥成熟后測(cè)定產(chǎn)量。
1.4.2測(cè)定方法微生物量碳、氮含量的測(cè)定方法均采用三氯甲烷熏蒸浸提法[8]；土壤纖維素酶活性采用硝基水楊酸比色法[8]測(cè)定；土壤速效鉀含量采用常規(guī)方法[9]測(cè)定。
1.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析方法
所得數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行整理，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel方差分析。
2結(jié)果與分析
2.1添加微生物菌劑對(duì)小麥產(chǎn)量的影響
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，施用不同的微生物菌劑對(duì)2個(gè)土層的土壤微生物量碳含量有顯著影響（圖2，P<0.05）。0～20 cm土層，由于F=28.47>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量碳含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤微生物量碳含量分別比CK平均顯著增加20.89%、22.39%、25.52%（P<0.05）。同時(shí)由于F=7.52>Fα=2.00，所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)土壤微生物量碳含量的影響顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，小麥季的每個(gè)生育時(shí)期添加微生物菌劑處理的土壤微生物量碳含量都高于CK，在小麥季揚(yáng)花期添加微生物菌劑M1、M2和M1+M2處理土壤微生物量碳含量分別比CK增加3289%、52.63%和67.76%，M1、M2處理與CK相比差異顯著（P<0.05），M1+M2處理與CK相比差異顯著（P<005）。20～40 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=4.93>Fα=2.90，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量碳的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理20～40 cm土層的土壤微生物量碳含量分別比CK平均顯著增加11.66%、17.37%和5.97%（P<005）。20～40 cm 土層，在小麥揚(yáng)花期添加微生物菌劑M2、M1+M2處理的土壤微生物量碳分別比CK顯著增加2667%和28.57%（P<0.05）；而在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1+M2處理的土壤微生物量碳低于CK。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑可以提高土壤微生物量碳含量。
2.4添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量氮含量的影響
由圖3可知，各處理土壤微生物量氮含量在0～20 cm土層中的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)大體是一致的，即0～20 cm土層的土壤微生物量氮含量范圍變化為18.20～73.73 mg/kg，20～40 cm土層的土壤微生物氮含量范圍變化為11.20～42.93 mg/kg，表層明顯高于下層。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=143.51>Fα=2.61，所以小麥不同生育期對(duì)土壤微生物量氮含量的影響差異顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，各處理土壤微生物量氮含量呈增—減—增趨勢(shì)，即從小麥返青期到拔節(jié)期顯著上升，并且在拔節(jié)期達(dá)到最大，其平均水平為66.27 mg/kg，從拔節(jié)期到灌漿期顯著下降（P<0.05），在灌漿期達(dá)到最小之后隨著小麥成[CM（25]熟而緩慢上升。20～40[KG*3]cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)
[FL（2K2]上，由于F=30.64>Fα=2.90，所以小麥不同生育期對(duì)土壤微生物量氮的影響差異顯著（P<0.05）。各處理20～40 cm土層的土壤微生物量氮隨生育期的變化趨勢(shì)與表層相似。
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，施用不同的微生物菌劑對(duì)2個(gè)土層的土壤微生物量氮含量有顯著影響（圖3，P<0.05）。0～20 cm土層，由于F=13.90>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量氮含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤微生物量氮含量分別比CK平均增加26.97%、24.92%、3202%。同時(shí)由于F=5.86>Fα=2.00，所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)土壤微生物量氮含量的影響顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，小麥季的各個(gè)生育時(shí)期，添加微生物菌劑處理的土壤微生物量氮含量都高于CK；在小麥季返青期添加微生物菌劑M1、M1+M2處理土壤微生物量氮含量分別比CK增加60.64%、9506%，M1處理與CK相比差異顯著（P<0.05）。20～40 cm 土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=2.450.05）。可見，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑可以提高土壤微生物量氮含量。
2.5添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀含量的影響
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=59.43>Fα=2.61，所以小麥季不同生育期之間土壤速效鉀含量存在顯著差異（P<0.05）。在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，隨小麥生育時(shí)期的延長(zhǎng)（圖4），添加微生物菌劑CK、M2、M1+M2處理，在小麥返青期土壤速效鉀含量最高，分別為96.25、114.86、125.80 mg/kg，返青期與拔節(jié)期差異不顯著（P>0.05），拔節(jié)期至灌漿期明顯降低，在灌漿期達(dá)到最低值，之后隨著小麥成熟度的增加，土壤速效鉀含量又呈上升的趨勢(shì)；而添加微生物菌劑M1處理，土壤速效鉀含量從返青期到拔節(jié)期開始升高，拔節(jié)期至灌漿期明顯降低，灌漿期達(dá)到最低值，在收獲期土壤速效鉀含量最高，為117.05 mg/kg，與其他4個(gè)生育時(shí)期相比差異顯著（P<0.05）。
在玉米秸稈的還田的基礎(chǔ)上，由于F=25.32>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀差異顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK平均顯著增加 15.04%、14.40%、21.80%（P<0.05）。同時(shí)由于F=7.69>Fα=2.00，[CM（21*5]所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)
土壤速效鉀含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥返青期和拔節(jié)期，添加微生物菌劑M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加30.70%和33.35%（P<0.05）；在小麥揚(yáng)花期和灌漿期，添加微生物菌劑處理的土壤速效鉀含量與CK相比差異不顯著（P>0.05）；在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加4082%、38.84%（P<0.05）。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑可以提高土壤速效鉀含量。
2.6土壤纖維素酶與土壤微生量碳、氮含量的相關(guān)性分析
自然界中存在大量纖維素，是植物秸稈的主要組成部分，土壤中植物殘?bào)w主要靠微生物來分解，纖維素酶能將纖維素降解，有助于腐殖質(zhì)的形成和碳素、氮素養(yǎng)分的釋放。本研究測(cè)定了土壤纖維素酶活性并分析與土壤微生量碳、氮含量的相關(guān)性，以確定土壤纖維素酶活性能否影響土壤微生量碳、氮含量。
在玉米秸稈還田配施微生物菌劑試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析表明，土壤纖維素酶活性與土壤微生物量碳呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，r=0.946*[KG-*3]*（n=12，P<0.01）；土壤纖維素酶活性與土壤微生物量氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，r=0.910*[KG-*3]*（n=12，P<0.01）。因此，土壤纖維素酶活性與土壤微生量碳、氮含量都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤酶活性的高低可以反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的強(qiáng)弱，揭示出土壤纖維素酶活性可以用來作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的綜合指標(biāo)。
3討論
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑在一定程度上提高了小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量和土壤纖維素酶活性。可能是因?yàn)樵谟衩捉斩掃€田的基礎(chǔ)上添加微生物菌劑后，豐富的土壤有機(jī)質(zhì)含量促使細(xì)菌和真菌大量繁殖，提高了土壤中有益微生物的數(shù)量[10]，同時(shí)抑制病原菌的生長(zhǎng)[11]；另一方面，土壤酶主要來源于土壤中的微生物及作物，微生物的大量繁殖，增加了土壤中酶的種類和活性[12]，這些酶能夠有效促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，有利于小麥的吸收，促進(jìn)小麥生長(zhǎng)。
隨著小麥生育期的延長(zhǎng)，土壤微生物量碳含量呈“增—減”的趨勢(shì)，土壤微生物量氮呈“增—減—增”趨勢(shì)；土壤微生物量碳、氮含量分別在小麥揚(yáng)花期和拔節(jié)期各出現(xiàn)1個(gè)峰值。這可能是由于小麥的揚(yáng)花期是生長(zhǎng)旺盛期，植物殘?bào)w和根分泌物數(shù)量很多，導(dǎo)致進(jìn)入土壤的新鮮有機(jī)物質(zhì)顯著增加，刺激土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，土壤微生物量碳含量的增加反過來又有利于促進(jìn)碳的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，進(jìn)而滿足植物生長(zhǎng)的需要，同時(shí)土壤微生物量碳、氮在作物大量需要養(yǎng)分的生育旺盛期減少，而在冬小麥生長(zhǎng)最旺盛的階段之前，土壤微生物量碳含量迅速升高，這為小麥提供充足的養(yǎng)分，這是由作物的需求與土壤自身的調(diào)節(jié)功能決定的[13-15]。
從小麥的生育時(shí)期來看，添加微生物菌劑CK、M2、M1+M2處理，在小麥返青期土壤速效鉀含量最高，返青期與拔節(jié)期差異不顯著，而添加微生物菌劑M1處理，土壤速效鉀含量從返青期到拔節(jié)期開始升高，從拔節(jié)期至灌漿期都明顯降低，在灌漿期都達(dá)到最低值，之后隨著小麥成熟度的增加，土壤速效鉀含量又呈上升的趨勢(shì)。這是由于返青期到灌漿期，植物生長(zhǎng)旺盛吸收大量鉀素，氣候濕熱，肥料中的鉀素較易釋放，速效鉀含量在土壤中迅速降低，而冬小麥生育后期，根系衰老，吸收功能逐漸喪失，對(duì)鉀素的吸收減少，土壤速效鉀含量回升[16]。在小麥?zhǔn)斋@期，添加M1（硅酸鹽細(xì)菌）、M1+M2（硅酸鹽鹽細(xì)菌+根際促生菌）處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加40.82%、38.84%（P<0.05）。李友強(qiáng)等報(bào)道施用沼液對(duì)小麥土壤速效鉀含量比對(duì)照增加16.2%[17]，吳克俠等報(bào)道，施用EM菌處理的土壤速效鉀含量比CK增加35.96%[18]。與前人的研究相比，本研究在秸稈還田的基礎(chǔ)上添加硅酸鹽菌劑土壤中速效鉀含量高于前人的研究結(jié)果，這是由于硅酸鹽細(xì)菌具有解鉀作用，其生命活動(dòng)作用可將土壤中含鉀礦物中的難溶性鉀溶解出來供作物利用。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，配施硅酸鹽細(xì)菌可以提高土壤的供鉀能力，降低化肥的投入量，減少環(huán)境污染。
綜上所述，添加微生物菌劑可以提高小麥產(chǎn)量以及土壤速效鉀、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纖維素酶活性，但在對(duì)其解鉀機(jī)理及復(fù)合菌劑的最佳使用量等方面仍須進(jìn)一步研究和明確。
4結(jié)論
玉米秸稈還田配施微生物菌劑在一定程度上提高了土壤速效鉀、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纖維素酶活性，且土壤微生物量碳、氮含量表層明顯高于下層。與對(duì)照相比，秸稈還田配施微生物菌劑后，土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、土壤纖維素酶活性分別提高1440%～21.80%、20.89%～25.52%、24.92%～32.02%、21.85%～25.87%。
在添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理分別比CK處理增產(chǎn)1 681、1 264 、1 387 kg/hm2，增產(chǎn)率分別達(dá)24.23%、18.22%、20.00%，其中M1處理與CK相比差異極顯著（P<0.01）；在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加40.82%、38.84%（P<0.05）。
土壤纖維素酶活性與土壤微生量碳、氮含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.946*[KG-*3]*，r=0.910*[KG-*3]*，n=12）。
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耿麗平+李小磊 +趙全利 劉文菊
摘要：在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，于冬小麥季通過田間小區(qū)試驗(yàn)研究添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量、土壤纖維素酶活性及產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化特征的影響。結(jié)果表明，添加微生物菌劑在一定程度上提高了小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量和土壤纖維素酶活性，且表層土壤微生物量碳、氮含量明顯高于下層。與對(duì)照相比，添加微生物菌劑后，土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、土壤纖維素酶活性分別提高14.40%～21.80%、20.89%～25.52%、24.92%～32.02%、21.85%～25.87%；在小麥?zhǔn)斋@期，添加M1（硅酸鹽細(xì)菌）和M1+M2（硅酸鹽細(xì)菌+根際促生菌）處理的土壤速效鉀含量關(guān)鍵詞：小麥；生育期；微生物菌劑；產(chǎn)量；土壤；速效鉀；微生物量；纖維素酶
中圖分類號(hào)：S512.106 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0050-05
從高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的目標(biāo)出發(fā)，為進(jìn)一步加強(qiáng)土壤改良、提高土壤肥力，加強(qiáng)土壤肥料新技術(shù)的研發(fā)及推廣，從而提高農(nóng)田的綜合生產(chǎn)力，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供積極作用[1]。近年來，化學(xué)肥料的過量使用導(dǎo)致土壤肥力降低，環(huán)境污染嚴(yán)重，土壤中有益微生物量減少，土壤酶活性也顯著降低，不僅影響了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和作物吸收，而且導(dǎo)致作物品質(zhì)和產(chǎn)量也不斷降低，因此迫使人們積極尋找新的肥源[2]。隨著綠色農(nóng)業(yè)的興起和發(fā)展，微生物肥料的研究與應(yīng)用日益受到人們的重視。硅酸鹽細(xì)菌（silicate bacteria）由于其生命活動(dòng)作用可將含鉀礦物中的難溶性鉀溶解出來供作物利用，對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量提高及品質(zhì)改善有良好作用[3]。配施微生物菌劑，不僅可使土壤中無效營(yíng)養(yǎng)有效化，而且可以預(yù)防和控制農(nóng)作物病害，減少農(nóng)藥和化肥的使用，被普遍認(rèn)為是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)有效提高作物產(chǎn)量的方法。土壤微生物量碳氮是土壤有機(jī)碳組成成分之一，為土壤有機(jī)碳的分解和氮礦化提供動(dòng)力，而土壤作為“類生命體”，幾乎所有的生物化學(xué)反應(yīng)都是由酶來驅(qū)動(dòng)的，土壤酶活性隨著生育期在土壤中進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化，在土壤生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中起著非常重要的作用[4]。其中土壤纖維素酶是土壤碳素循環(huán)中的一個(gè)重要的酶系，可以水解纖維素生成纖維二糖，進(jìn)而可水解成葡萄糖，直接影響土壤腐殖質(zhì)的形成和碳素養(yǎng)分的釋放[5]。因此，土壤微生物量碳氮與土壤纖維素酶活性之間有較高的相關(guān)性，土壤纖維素酶活性可以作為土壤對(duì)農(nóng)業(yè)管理措施響應(yīng)的敏感性指標(biāo)，對(duì)土壤質(zhì)量狀況具有指示作用[6]。
近年來，許多學(xué)者大多利用活菌及其發(fā)酵液進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)硅酸鹽細(xì)菌和根際促生菌在蔬菜抗病性、增產(chǎn)、提高品質(zhì)等方面具有顯著效果[7]。筆者所在課題小組前期的研究表明，玉米秸稈還田旋耕和深耕2種耕作方式對(duì)土壤速效鉀和微生物量碳氮含量的影響差異不顯著。因此，本試驗(yàn)在秸稈還田的基礎(chǔ)上，研究了添加硅酸鹽細(xì)菌和根際促生菌對(duì)華北地區(qū)大田作物小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量以及土壤纖維素酶活性的影響，探討相關(guān)變化機(jī)制，以期為本地小麥土壤的高效利用及減少化肥的使用提供科學(xué)依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)條件概述
試驗(yàn)于2013年10月至2014年6月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站進(jìn)行，該試驗(yàn)點(diǎn)位于河北省辛集市馬莊（37°58′N，115°13′E），該地區(qū)屬東部季風(fēng)區(qū)溫暖帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，該市全年平均氣溫12.5 ℃，年均降水量484 mm，年均濕度67%，年無霜期209 d，年日照時(shí)數(shù)2 629 h，十分利于實(shí)行小麥玉米一年兩熟的種植制度。該地區(qū)的冬小麥和夏玉米輪作過程中秸稈均全量還田，本試驗(yàn)主要針對(duì)冬小麥季還田的土壤，研究添加微生物菌劑對(duì)土壤生物學(xué)性狀的影響。該試驗(yàn)點(diǎn)地勢(shì)平坦，土層深厚，地下水充足，土壤類型為壤質(zhì)潮土，供試土壤基本理化性狀見
深度3～4 cm。
1.2試驗(yàn)方案
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，設(shè)置CK（對(duì)照）、M1（硅酸鹽細(xì)菌）、M2（根際促生菌）、M1+M2 4種處理。采用的菌劑由河北巨微生物工程有限公司提供，M1施用量為18 kg/hm2（有效活菌數(shù)≥2億CFU/mL），M2施用量為20 kg/hm2（有效活菌數(shù)≥2億CFU/mL），M1+M2處理各個(gè)菌劑施用量均為10 kg/hm2。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，共計(jì)4個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積5 m×3 m=15 m2，留出邊行1.5 m，共12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)排列。冬小麥季田間水肥管理為：純氮270 kg/hm2，P2O5 150 kg/hm2，K2O 110 kg/hm2，澆春水3次，各80 mm，基肥施60%的氮肥、全部鉀肥，拔節(jié)期追施40%的氮肥；全生育期灌溉：起身水、挑旗-開花水和灌漿水。
1.3樣品采集
分別于冬小麥返青期、拔節(jié)期、揚(yáng)花期、灌漿期和收獲期5個(gè)時(shí)期采集土壤樣品。在小麥行間以20 cm為間隔采集 0～40 cm土壤樣品，4 ℃冷藏，并測(cè)定其土壤微生物量碳、氮含量，部分樣品風(fēng)干后過2 mm篩測(cè)定土壤酶活性、過1 mm篩測(cè)定土壤速效鉀含量。小麥成熟時(shí)，去掉保護(hù)行后按1 m2收割測(cè)小麥穗粒質(zhì)量，待風(fēng)干脫粒后稱質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。
1.4測(cè)定項(xiàng)目及方法
1.4.1測(cè)定項(xiàng)目采集2層土壤（0～20、20～40 cm）測(cè)定各生育期土壤微生物量碳、氮含量；0～20 cm土層的土壤還須測(cè)定玉米各生育期土壤纖維素酶活性、土壤速效鉀含量；小麥成熟后測(cè)定產(chǎn)量。
1.4.2測(cè)定方法微生物量碳、氮含量的測(cè)定方法均采用三氯甲烷熏蒸浸提法[8]；土壤纖維素酶活性采用硝基水楊酸比色法[8]測(cè)定；土壤速效鉀含量采用常規(guī)方法[9]測(cè)定。
1.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)分析方法
所得數(shù)據(jù)用Excel 2007進(jìn)行整理，數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel方差分析。
2結(jié)果與分析
2.1添加微生物菌劑對(duì)小麥產(chǎn)量的影響
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，施用不同的微生物菌劑對(duì)2個(gè)土層的土壤微生物量碳含量有顯著影響（圖2，P<0.05）。0～20 cm土層，由于F=28.47>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量碳含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤微生物量碳含量分別比CK平均顯著增加20.89%、22.39%、25.52%（P<0.05）。同時(shí)由于F=7.52>Fα=2.00，所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)土壤微生物量碳含量的影響顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，小麥季的每個(gè)生育時(shí)期添加微生物菌劑處理的土壤微生物量碳含量都高于CK，在小麥季揚(yáng)花期添加微生物菌劑M1、M2和M1+M2處理土壤微生物量碳含量分別比CK增加3289%、52.63%和67.76%，M1、M2處理與CK相比差異顯著（P<0.05），M1+M2處理與CK相比差異顯著（P<005）。20～40 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=4.93>Fα=2.90，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量碳的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理20～40 cm土層的土壤微生物量碳含量分別比CK平均顯著增加11.66%、17.37%和5.97%（P<005）。20～40 cm 土層，在小麥揚(yáng)花期添加微生物菌劑M2、M1+M2處理的土壤微生物量碳分別比CK顯著增加2667%和28.57%（P<0.05）；而在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1+M2處理的土壤微生物量碳低于CK。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑可以提高土壤微生物量碳含量。
2.4添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量氮含量的影響
由圖3可知，各處理土壤微生物量氮含量在0～20 cm土層中的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)大體是一致的，即0～20 cm土層的土壤微生物量氮含量范圍變化為18.20～73.73 mg/kg，20～40 cm土層的土壤微生物氮含量范圍變化為11.20～42.93 mg/kg，表層明顯高于下層。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=143.51>Fα=2.61，所以小麥不同生育期對(duì)土壤微生物量氮含量的影響差異顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，各處理土壤微生物量氮含量呈增—減—增趨勢(shì)，即從小麥返青期到拔節(jié)期顯著上升，并且在拔節(jié)期達(dá)到最大，其平均水平為66.27 mg/kg，從拔節(jié)期到灌漿期顯著下降（P<0.05），在灌漿期達(dá)到最小之后隨著小麥成[CM（25]熟而緩慢上升。20～40[KG*3]cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)
[FL（2K2]上，由于F=30.64>Fα=2.90，所以小麥不同生育期對(duì)土壤微生物量氮的影響差異顯著（P<0.05）。各處理20～40 cm土層的土壤微生物量氮隨生育期的變化趨勢(shì)與表層相似。
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，施用不同的微生物菌劑對(duì)2個(gè)土層的土壤微生物量氮含量有顯著影響（圖3，P<0.05）。0～20 cm土層，由于F=13.90>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤微生物量氮含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤微生物量氮含量分別比CK平均增加26.97%、24.92%、3202%。同時(shí)由于F=5.86>Fα=2.00，所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)土壤微生物量氮含量的影響顯著（P<0.05）。0～20 cm土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，小麥季的各個(gè)生育時(shí)期，添加微生物菌劑處理的土壤微生物量氮含量都高于CK；在小麥季返青期添加微生物菌劑M1、M1+M2處理土壤微生物量氮含量分別比CK增加60.64%、9506%，M1處理與CK相比差異顯著（P<0.05）。20～40 cm 土層，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=2.45
2.5添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀含量的影響
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，由于F=59.43>Fα=2.61，所以小麥季不同生育期之間土壤速效鉀含量存在顯著差異（P<0.05）。在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，隨小麥生育時(shí)期的延長(zhǎng)（圖4），添加微生物菌劑CK、M2、M1+M2處理，在小麥返青期土壤速效鉀含量最高，分別為96.25、114.86、125.80 mg/kg，返青期與拔節(jié)期差異不顯著（P>0.05），拔節(jié)期至灌漿期明顯降低，在灌漿期達(dá)到最低值，之后隨著小麥成熟度的增加，土壤速效鉀含量又呈上升的趨勢(shì)；而添加微生物菌劑M1處理，土壤速效鉀含量從返青期到拔節(jié)期開始升高，拔節(jié)期至灌漿期明顯降低，灌漿期達(dá)到最低值，在收獲期土壤速效鉀含量最高，為117.05 mg/kg，與其他4個(gè)生育時(shí)期相比差異顯著（P<0.05）。
在玉米秸稈的還田的基礎(chǔ)上，由于F=25.32>Fα=2.84，所以添加微生物菌劑對(duì)土壤速效鉀差異顯著（P<0.05）。在小麥整個(gè)生育期，添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK平均顯著增加 15.04%、14.40%、21.80%（P<0.05）。同時(shí)由于F=7.69>Fα=2.00，[CM（21*5]所以添加微生物菌劑和不同生育時(shí)期交互作用對(duì)
土壤速效鉀含量的影響顯著（P<0.05）。在小麥返青期和拔節(jié)期，添加微生物菌劑M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加30.70%和33.35%（P<0.05）；在小麥揚(yáng)花期和灌漿期，添加微生物菌劑處理的土壤速效鉀含量與CK相比差異不顯著（P>0.05）；在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加4082%、38.84%（P<0.05）。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑可以提高土壤速效鉀含量。
2.6土壤纖維素酶與土壤微生量碳、氮含量的相關(guān)性分析
自然界中存在大量纖維素，是植物秸稈的主要組成部分，土壤中植物殘?bào)w主要靠微生物來分解，纖維素酶能將纖維素降解，有助于腐殖質(zhì)的形成和碳素、氮素養(yǎng)分的釋放。本研究測(cè)定了土壤纖維素酶活性并分析與土壤微生量碳、氮含量的相關(guān)性，以確定土壤纖維素酶活性能否影響土壤微生量碳、氮含量。
在玉米秸稈還田配施微生物菌劑試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析表明，土壤纖維素酶活性與土壤微生物量碳呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，r=0.946*[KG-*3]*（n=12，P<0.01）；土壤纖維素酶活性與土壤微生物量氮含量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，r=0.910*[KG-*3]*（n=12，P<0.01）。因此，土壤纖維素酶活性與土壤微生量碳、氮含量都呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤酶活性的高低可以反映土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的強(qiáng)弱，揭示出土壤纖維素酶活性可以用來作為評(píng)價(jià)土壤肥力水平的綜合指標(biāo)。
3討論
在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，添加微生物菌劑在一定程度上提高了小麥產(chǎn)量、土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳氮含量和土壤纖維素酶活性。可能是因?yàn)樵谟衩捉斩掃€田的基礎(chǔ)上添加微生物菌劑后，豐富的土壤有機(jī)質(zhì)含量促使細(xì)菌和真菌大量繁殖，提高了土壤中有益微生物的數(shù)量[10]，同時(shí)抑制病原菌的生長(zhǎng)[11]；另一方面，土壤酶主要來源于土壤中的微生物及作物，微生物的大量繁殖，增加了土壤中酶的種類和活性[12]，這些酶能夠有效促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，有利于小麥的吸收，促進(jìn)小麥生長(zhǎng)。
隨著小麥生育期的延長(zhǎng)，土壤微生物量碳含量呈“增—減”的趨勢(shì)，土壤微生物量氮呈“增—減—增”趨勢(shì)；土壤微生物量碳、氮含量分別在小麥揚(yáng)花期和拔節(jié)期各出現(xiàn)1個(gè)峰值。這可能是由于小麥的揚(yáng)花期是生長(zhǎng)旺盛期，植物殘?bào)w和根分泌物數(shù)量很多，導(dǎo)致進(jìn)入土壤的新鮮有機(jī)物質(zhì)顯著增加，刺激土壤微生物的生長(zhǎng)和繁殖，土壤微生物量碳含量的增加反過來又有利于促進(jìn)碳的轉(zhuǎn)化和循環(huán)，進(jìn)而滿足植物生長(zhǎng)的需要，同時(shí)土壤微生物量碳、氮在作物大量需要養(yǎng)分的生育旺盛期減少，而在冬小麥生長(zhǎng)最旺盛的階段之前，土壤微生物量碳含量迅速升高，這為小麥提供充足的養(yǎng)分，這是由作物的需求與土壤自身的調(diào)節(jié)功能決定的[13-15]。
從小麥的生育時(shí)期來看，添加微生物菌劑CK、M2、M1+M2處理，在小麥返青期土壤速效鉀含量最高，返青期與拔節(jié)期差異不顯著，而添加微生物菌劑M1處理，土壤速效鉀含量從返青期到拔節(jié)期開始升高，從拔節(jié)期至灌漿期都明顯降低，在灌漿期都達(dá)到最低值，之后隨著小麥成熟度的增加，土壤速效鉀含量又呈上升的趨勢(shì)。這是由于返青期到灌漿期，植物生長(zhǎng)旺盛吸收大量鉀素，氣候濕熱，肥料中的鉀素較易釋放，速效鉀含量在土壤中迅速降低，而冬小麥生育后期，根系衰老，吸收功能逐漸喪失，對(duì)鉀素的吸收減少，土壤速效鉀含量回升[16]。在小麥?zhǔn)斋@期，添加M1（硅酸鹽細(xì)菌）、M1+M2（硅酸鹽鹽細(xì)菌+根際促生菌）處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加40.82%、38.84%（P<0.05）。李友強(qiáng)等報(bào)道施用沼液對(duì)小麥土壤速效鉀含量比對(duì)照增加16.2%[17]，吳克俠等報(bào)道，施用EM菌處理的土壤速效鉀含量比CK增加35.96%[18]。與前人的研究相比，本研究在秸稈還田的基礎(chǔ)上添加硅酸鹽菌劑土壤中速效鉀含量高于前人的研究結(jié)果，這是由于硅酸鹽細(xì)菌具有解鉀作用，其生命活動(dòng)作用可將土壤中含鉀礦物中的難溶性鉀溶解出來供作物利用。因此，在玉米秸稈還田的基礎(chǔ)上，配施硅酸鹽細(xì)菌可以提高土壤的供鉀能力，降低化肥的投入量，減少環(huán)境污染。
綜上所述，添加微生物菌劑可以提高小麥產(chǎn)量以及土壤速效鉀、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纖維素酶活性，但在對(duì)其解鉀機(jī)理及復(fù)合菌劑的最佳使用量等方面仍須進(jìn)一步研究和明確。
4結(jié)論
玉米秸稈還田配施微生物菌劑在一定程度上提高了土壤速效鉀、土壤微生物量碳氮的含量和土壤纖維素酶活性，且土壤微生物量碳、氮含量表層明顯高于下層。與對(duì)照相比，秸稈還田配施微生物菌劑后，土壤速效鉀含量、土壤微生物量碳含量、土壤微生物量氮含量、土壤纖維素酶活性分別提高1440%～21.80%、20.89%～25.52%、24.92%～32.02%、21.85%～25.87%。
在添加微生物菌劑M1、M2、M1+M2處理分別比CK處理增產(chǎn)1 681、1 264 、1 387 kg/hm2，增產(chǎn)率分別達(dá)24.23%、18.22%、20.00%，其中M1處理與CK相比差異極顯著（P<0.01）；在小麥?zhǔn)斋@期，添加微生物菌劑M1、M1+M2處理的土壤速效鉀含量分別比CK顯著增加40.82%、38.84%（P<0.05）。
土壤纖維素酶活性與土壤微生量碳、氮含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.946*[KG-*3]*，r=0.910*[KG-*3]*，n=12）。
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