微生物菌肥對4個水稻品種農藝性狀的影響

孫 玥,陳種凱,謝谷艾,2,張辰鑫,蔣文斌,王 鑫,李 雙,賀浩華,彭小松*

(1.作物生理生態與遺傳育種教育部/江西省重點實驗室(江西農業大學),江西 南昌 330045;2.江西省林業科學研究院,江西 南昌 330000;3.江西皓烽農業開發有限公司,江西 新余 338000;4.山東京青農業科技有限公司,山東 濰坊 262513)

我國農業已進入一個作物生產、農產品品質和環境保護并重的多目標時期[1]。在我國的農業發展過程中,農藥對傳統農業的發展進步起到了較為重要的促進作用,它在一定程度上促進了農業的發展和農業技術的進步,但在人們環保無公害的食品安全消費觀念興起的當下,農藥也限制了我國農業的進步[2]。化學農藥的大量施用,不僅使病蟲產生了抗藥性,而且化學農藥的殘留嚴重地危害人類的健康和環境代謝[3,4]。隨著科技和時代的不斷發展,我國農業化學肥料的大量施用,不僅使土壤板結、土壤微生物區系發生變化,而且帶來了嚴重的食品安全問題,還造成了大量的經濟損失,以及嚴重的環境污染[5]。2014年,農業部提出到“2020年化肥使用量零増長目標”,今后化肥的需求増長速度將逐漸放緩[6]。微生物菌肥是近年來發展起來的一種新型肥料,作為一種綠色肥料日漸成為肥料市場的寵兒,它在被施入土壤后,能以其生命活動促使作物得到特定的肥料養分，從而使作物生長茁壯、產量增加[8]。微生物菌肥主要針對農業生產中長期不合理施用化肥、農藥、獸藥、激素、抗生素等所導致的一系列問題[9],利用微生物的強大活性優勢及其代謝產物的特定作用,達到生物修復、改良、調節、降解、增效、促長、防病、抗逆等綜合功效,促進作物生長并使環境中的養分潛力得到充分發揮,為作物生長創造一個良好的土壤微生態環境[10]。它是一種多元素肥料,含有大量活性微生物,是利用高科技手段將野外環境中篩選出來的微生物經過誘變、復壯后,經工業發酵,以草碳、褐煤灰等為載體精加工而成的一種高含量的生物制劑,能通過微生物的特定作用給植物提供營養,調節植物生長[11,12]。益普微生物菌肥是一種新型肥料,為深棕色液體,有輕微發酵味,具有提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質含量和植物中氮磷鉀含量，增加可溶性固形物含量,增加作物產量,減少病蟲害發生,促進作物早熟，改善品質的作用[13]。本研究探討了微生物菌肥對水稻芽期及全生育期產量性狀的影響,旨在為微生物菌肥在培育水稻壯苗及高產栽培中的應用提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況和試驗材料

試驗1:發芽試驗在江西農業大學恒溫培養箱中進行。

試驗2:田間試驗于2017年5～11月在江西省新余市分宜縣大崗山鄉 (114.68°E、27.82°N) 的皓烽農業開發有限公司試驗田進行。試驗田的地力均勻,種植制度為稻-稻-油輪作。耕層 (0～15 cm) 土壤的基本理化性狀如下:土壤有機質含量5.1 g/kg，全氮0.72 g/kg，有效磷13.43 mg/kg，速效鉀43.67 mg/kg，鹽度0.19 g/kg， pH 5.01。試驗水稻品種分別為農香優雅占、粵油絲苗、泰優390、桃優香占。其中農香優雅占為江西天涯種業有限公司選育的;粵油絲苗為廣東省農業科學院水稻研究所選育的;泰優390為湖南金稻種業有限公司和廣東省農業科學院水稻研究所共同選育的;桃優香占為湖南金健種業科技有限公司、桃源縣農業科學研究所和廣東省農業科學院水稻研究所共同選育的。

1.2 試驗設計

微生物菌肥為有益微生物活菌制劑,含內生枯草芽孢桿菌200億/g(山東京青農業科技有限公司)。將農香優雅占、粵油絲苗、泰優390、桃優香占的種子分別在5%的NaClO溶液中浸泡30 min,再用超純水洗凈,在室溫浸種1 d,然后在37 ℃培養箱中催芽2～3 d；將催出的芽放入超純水中培養，直至一葉一心；從中挑選長勢均一的幼苗，轉移至含8 L營養液的塑料盆中。采用國際水稻所的標準營養液,在標準水稻營養液(加入1.44 mmol/L NH4NO3)中分別加入0 g/mL(處理T1)、1/3 g/mL(處理T2)、2/3 g/mL(處理T3)、3/4 g/mL(處理T4)的微生物菌肥，每個處理設置3個重復。培養條件:28 ℃ 14 h光照,22 ℃ 10 h黑暗。在2017年夏將雜交組合種植于江西省新余市分宜縣大崗山鄉皓烽農業開發有限公司的試驗田,釆用露地濕潤秧田育秧,于5月19日播種,6月21日移栽。田間試驗按隨機區組設計,每個小區栽插3行,每行10株,單本植,每個組合3個區組重復。田間試驗處理T1～T4的微生物菌肥施用量分別為0、195、367、540 kg/hm2,每個處理設置3個重復。

1.3 試驗實施方法

1.3.1 營養液培養試驗 將供試的水稻種子用5% NaClO溶液消毒20 min，然后洗凈并轉移至PCR孔板(自制)中,培養至一葉一心。采用國際水稻所 (IRRI)建議的標準營養液 (pH 5.5左右),其中Fe2+用 FeCl3·6H2O代替,營養液中N+、P+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Mo2+、B5+、Zn2+、Cu2+的濃度保持不變。在培養過程中,每2 d噴灑1次營養液。

1.3.2 田間試驗 播種前先浸種,采用好年冬拌種20 g/kg,用種量為雜交稻22.5 kg/hm2、常規稻37.5 kg/hm2。水分管理方式：淺水移栽,薄水活棵;苗期水位保持在3～5 cm,有效分蘗期水位保持在3～5 cm,在無效分蘗期進行曬田;孕穗期水位保持在4～8 cm,在抽穗揚花期進行深水灌溉8～12 cm，在抽穗7 d左右開始干濕交替灌溉；在水稻成熟前7～10 d斷水。使用福建中化智勝復合肥300 kg/hm2作基肥,其中氮肥、磷肥和鉀肥分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣 (含P2O514%) 和氯化鉀(含K2O 60%) 。在試驗期間，氮肥分 4 次施用,即基肥∶分蘗肥∶促花肥∶保花肥=4∶2∶2∶2;鉀肥(K2O)的施用量為150 kg/hm2。在插秧前1 d (6月17日)施基肥,插秧后7 d (6月24日)施分蘗肥,促花肥在幼穗發育第5期(7月31日)施入,保花肥和鉀肥在幼穗發育第7期(8月9日)施入。病蟲草鼠害的防治記錄:8月4日施用播報75 g/hm2、億喜75 g/hm2、菌立克150 g/hm2、鉆煞1500 mL/hm2、立本凈75 g/hm2、飛常好正道75 g/hm2；9月4日施用天殲150 g/hm2、正能量1500 mL/hm2(呋瑞未用)。其它田間管理措施(除草、耘田、擱田等):6月2日拋秧7 d后排水噴灑韓秋好1500 mL/hm2,7月9日補噴氫氟草酯(拿杰)1500 mL/hm2+統統加(農泰)150 mL/hm2,部分田塊補加蕓苔素內酯(奔福)300 mL/hm2。播種期后推10 d后,有效避開孕穗抽穗期高溫;成熟后期有少許降雨。

1.4 性狀考察及測定方法

幼芽在營養液中培養7 d后記錄每個重復的根長、芽長、根數、鮮重和發芽率,將5個性狀作為本試驗的參考指標。田間試驗觀測項目為水稻主要產量性狀,包括植株株髙、穗長、有效穗數、每穗總粒數、每穗實粒數、千粒重、空秕粒數、結實率和單株產量?？疾鞎r間為水稻完熟期(收獲期),考察樣本為每個小區中間連續3株代表性植株。對試驗數據均采用Microsoft Excel 2007和SPASS 16.00軟件進行分析、統計；插圖用Origin 17.0軟件繪制完成；對所有試驗數據應用LSD法進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 微生物菌肥的濃度對4個水稻品種芽期性狀的影響

由表1、圖1和圖2可知,隨菌液濃度的增加,各品種的根長、根數、芽長、鮮重和發芽率均呈先增加后下降的趨勢,并且在濃度1/3 g/mL時各芽期的性狀均達到最大值,農香優雅占、粵油絲苗、泰優390、桃優香占的最大根長分別達7.92、7.10、7.80、12.08 cm,最大根數分別達5.40、5.00、4.40、5.80根,最大芽長分別達6.06、5.44、6.08、5.98 cm,最大鮮重分別達0.33、0.28、0.32、0.37 g,最高發芽率分別為98%、97%、89%、86%。當菌液濃度達到3/4 g/mL時,各品種的芽期性狀值均低于對照水平,說明高濃度的菌液抑制了水稻芽期的生長。

圖1 微生物菌肥對水稻苗期性狀的影響

圖2 4個水稻品種的發芽情況

表1 微生物菌肥對不同水稻品種芽期性狀影響的方差分析結果

2.2 微生物菌肥的濃度對4個水稻品種產量性狀的影響

由表2和圖3可知,隨菌液濃度的增加,各品種的穗長、有效分蘗數、結實率、千粒重和單株產量均呈先增加后下降的趨勢,并且在367 kg/hm2(處理T3)時各產量性狀達到最大值,說明367 kg/hm2為微生物菌肥的最適施用劑量;在此施用濃度處理下,農香優雅占、粵油絲苗、泰優390、桃優香占的最大穗長分別為27.44、19.98、20.88、23.86 cm,最大有效分蘗數分別為15.67、10.16、14.68、13.09個,最大結實率分別達0.91、0.90、0.95、0.93,最大千粒重分別達25.94、25.16、24.68、23.09 g,最高單株產量分別為52.88、40.16、39.68、51.09 g。在最適菌液濃度處理T3下,4個品種的各產量性狀除結實率外均以農香優雅占最高,說明菌肥對農香優雅占的效應最強,即農香優雅占為微生物菌肥的最適推廣品種,見圖4。

圖3 微生物菌肥對水稻產量性狀的影響

從表2還可以看出：4個品種的株高在不同菌液濃度處理間差異不顯著;農香優雅占的實粒數、總粒數在367 kg/hm2處理下最大,分別為157.41和182.30粒；粵油絲苗、泰優390和桃優香占的實粒數、總粒數隨菌液濃度的變化無顯著差異。說明微生物菌肥在促進水稻株高、實粒數和總粒數的增長方面效果不明顯。

表2 微生物菌肥對不同水稻品種產量性狀影響的方差分析結果

當菌液濃度高于367 kg/hm2(處理T3)時,各產量性狀開始下降,其中穗長、實粒數、總粒數及單株產量的下降較顯著,4個品種穗長的平均降幅達到3.01 cm,實粒數的平均降幅達到30.23粒,總粒數的平均降幅達到21.86粒,單株產量的平均降幅達到10.62 g,說明高濃度的菌液會抑制水稻植株的生長發育，降低產量性狀值，從而減少水稻的單株產量。

進一步分析發現菌液濃度與4個產量相關性狀呈現一定的相關性,其中有效分蘗數與益普濃度的相關系數為r2=0.1701,實粒數與益普濃度的相關系數為r2=0.0356,千粒重與益普濃度的相關系數為r2=0.0213,單株產量與益普濃度的相關系數為r2=0.0721。益普濃度與4個產量相關性狀均呈現正相關,其中與有效分蘗數的相關性最強(圖5),表明益普主要通過有效分蘗數來影響水稻的單株產量。當益普濃度在0～367 kg/hm2范圍內變化時,4個產量相關性狀與益普濃度呈正相關;當益普濃度大于367 kg/hm2時,4個產量相關性狀與益普濃度呈負相關,此結果進一步說明高濃度的菌液會抑制水稻植株的生長發育，進而影響水稻的產量。

圖5 益普濃度與水稻產量性狀間的相關系數

3 小結與討論

本文探究了4個微生物菌液濃度處理對農香優雅占、粵油絲苗、泰優390、桃優香占4個品種芽期及全生育期產量性狀的影響。根系是植物獲取礦質元素和水,合成植物激素、有機酸、氨基酸及固定植物的重要部位[14]。根系的形態和生理特性與葉、莖、花的生長和發育密切相關[15]。Li等[16]研究發現,水稻的分蘗位于主莖第一節間以下,依賴于植株的不定根總根長。通過觀察根長、根數、芽長、鮮重、發芽率等5個芽期性狀,本研究發現菌肥通過增加根的伸長來提高水分的吸收效率,從而提高了水稻的有效分蘗數,進而提高了單株產量。鮮重和發芽率反映了水稻苗期葉片的水分積累和物質積累,菌肥通過增加鮮重和發芽率來提高芽期水稻的存活率。本試驗結果表明,隨著菌液濃度的增加，水稻各芽期性狀均呈現出先增加后減小的動態變化,菌液最適濃度均為2/3 g/mL。

本田間試驗以有效分蘗數、實粒數、千粒重、單株產量作為水稻全生育期產量性狀的評價指標,并以此篩選出最適合施用菌肥的水稻品種農香優雅占；并且發現，隨著菌液濃度的升高,有效分蘗數、實粒數、千粒重、單株產量均表現為先增加后減小的動態變化,最適施用量為367 kg/hm2,高濃度的菌肥抑制了水稻的生長發育。分蘗是與水稻群體質量和籽粒產量密切相關的農藝性狀[17-19],由莖鞘基部的蘗芽發育而成,是一個可以調節的動態過程[20]。本研究結果進一步表明,益普濃度的變化與有效分蘗的變化相關性最大,說明菌肥主要通過影響水稻的分蘗能力來影響水稻的單株產量。本研究分析了有效分蘗數、實粒數、千粒重與單株產量之間的相關性,結果表明實粒數與單株產量的相關性最強,而實粒數是由自身遺傳因素所決定的,說明微生物菌肥的濃度與水稻遺傳因素共同決定水稻單株產量。微生物菌肥配施化肥是提高土壤肥力與作物產量的重要途徑[21]。究其原因,首先與化肥處理相比,微生物菌肥處理氮磷鉀的養分投入量明顯高于化肥處理,充足的養分投入有利于增強水稻的養分吸收能力[22];其次微生物菌肥處理可以顯著改善pH值、鹽度等土壤理化指標[23],增加土壤氮磷鉀養分、氨基酸、有機酸等肥力指標[24-27],而土壤肥力的提升是水稻增產的關鍵因素之一[26，28，29]。后續將進一步研究微生物菌肥如何影響土壤肥力質量指標,通過分析土壤pH值、有機質、有效磷、速效鉀等物理和化學指標的變化,準確評估各施肥處理真實的土壤肥力質量變化[30-31]。

綜上所述,微生物菌肥通過影響水稻芽期的根長、根數、鮮重、發芽率來提高水稻品種前期的存活能力，進一步影響成熟期水稻的有效分蘗數、實粒數、千粒重、單株產量，從而提高水稻的產量。高濃度的菌液會影響水稻各時期的生長發育,在適宜濃度下農香優雅占的芽期性狀和產量性狀均高于其他3個水稻品種的。本研究結果為適宜菌肥濃度和栽培水稻品種的選擇奠定了一定的理論基礎。