基施微生物有機肥對土壤改良效果及水稻產量的影響

袁曉明 張國江 蔡明清 王金華 袁 偉 楊 鑫

（1光明食品集團上海崇明農場有限公司，上海市崇明區 202179；2上海光明前進農場有限公司，上海市崇明區 202179）

水稻是世界主要糧食作物之一，全球有超過50%的人以稻米為主食。我國水稻種植面積為3.04×107hm2，約占全球水稻種植總面積的20%[1-2]。長期以來，水稻種植戶形成了對化肥應用的過度依賴性，通過增加化肥用量來獲得高產已成為我國水稻生產中普遍存在的現象。伴隨著化肥的濫施，肥料利用率下降、環境污染加重、土壤質量惡化等一系列不良后果慢慢顯現[3]。因此，如何理性、合理施肥，確定最優施肥量，保證農業經濟收益和改善生態環境已成為農業生產上亟待解決的問題。目前，關于水稻減量施肥的研究頗多，主要圍繞有機肥替代化肥、種植綠肥、改進施肥方式、應用緩釋肥等來減少化肥用量[4-7]，且諸多研究結果表明，不同水稻減量施肥措施雖在效果上有所差異，但均有節本增效、減少環境污染的效果。在此背景下，本試驗擬在達到化肥減量目的的基礎上，研究基施不同微生物有機肥對稻田土壤肥力、土壤酶活性和水稻產量等指標的影響，從而為上海市水稻種植提供全程化土壤培肥和科學施肥方案。現將相關試驗結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 試驗地與供試材料

試驗于2019年在光明食品集團上海崇明農場有限公司新沙二隊科研站的地塊上進行，供試田塊的土壤有機質含量為46.78 g/kg、可溶性總鹽含量為0.92 g/kg、總氮含量為1.73 mg/kg、速效磷含量為9.22 mg/kg、速效鉀含量為212.08 mg/kg、pH為7.91。試驗地前茬為空茬，種植水稻品種為“銀香38”。供試復合微生物肥料均由上海綠樂生物科技有限公司提供。

表1 各處理基肥施用情況

1.2 試驗設計

試驗依據基肥施用不同，共設5個處理：（1）常規施肥(CK)，（2）微生物有機肥Ⅰ，（3）微生物有機肥Ⅱ，（4）微生物有機肥Ⅲ，（5）微生物有機肥Ⅳ。每處理重復3次，采用隨機區組設計，小區面積為1 334 m2。基肥施用的具體情況見表1。其中，常規施肥，每667 m2施用復合肥（15-15-15）25 kg、尿素10 kg作基肥；4個微生物有機肥處理每667 m2施不同微生物有機肥50 kg作基肥，其中NP-K有效用量比常規施肥減少21%。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤測定

土壤取樣日期分別為5月5日（基礎樣，取樣日期編號為S0）、5月15日（基肥施用后7 d，取樣日期編號為S1）、6月25日（水稻分蘗期，取樣日期編號為S2）、7月16日（水稻拔節期，取樣日期編號為S3）、7月30日（水稻孕穗期，取樣日期編號為S4）、8月11日（水稻抽穗期，取樣日期編號為S5）、9月11日（水稻灌漿期，取樣日期編號為S6）、10月23日（水稻成熟期，取樣日期編號為S7）。采用5點取樣法，取樣后將土樣晾曬風干，室溫下放置8 d，研缽研磨后過2 mm孔徑篩，將過篩后的土樣混合后進行指標測定。

采用電位法測定土壤pH，土水比為1∶2.5；采用重量法測定土壤可溶性總鹽的含量，土水比為1∶5；采用濃硫酸-重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機質含量；采用濃硫酸-重鉻酸鉀消化法測定土壤總氮含量；采用碳酸氫鈉提取法測定土壤速效磷含量；采用醋酸銨浸提法測定土壤速效鉀含量[8]。土壤過氧化氫酶、土壤脲酶、土壤堿性蛋白酶、土壤堿性磷酸酶、土壤蔗糖酶、土壤纖維素酶的活性測定參照《土壤酶及其研究法》[9]。

1.3.2 水稻產量及其構成測定

于水稻成熟期，每小區隨機選取2個采集點，每個采集點選11株水稻，測量株高；采用割方測產的方式，每小區隨機選取3個1 m2樣方進行割方測產；隨機測定40株水稻的穗長、每穗實粒數和每穗空粒數。

1.3.3 數據統計分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0統計分析軟件進行數據分析及差異顯著性分析，用GraphPad Prism 8.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同微生物有機肥對土壤肥力的影響

2.1.1 對土壤pH的影響

在水稻生長發育的不同階段，不同微生物有機肥對土壤pH的影響不同。由圖1可知，各處理的土壤pH隨著時間推移均呈先降后升再降的變化趨勢，且均在S4時期，各處理的土壤pH達到最低。與S0時期相比，各處理在S7時期的土壤pH均有所降低，但處理（3）的土壤pH較CK增加0.14，差異達顯著水平。

2.1.2 對土壤可溶性總鹽含量的影響

土壤總鹽含量過高會影響水稻對養分的吸收。由圖2可知，不同微生物有機肥對土壤中可溶性總鹽含量在不同時期有不同的降低效果。其中，處理（5）在S3時期對土壤中可溶性總鹽含量的降低效果最好，較CK降低43.2%；處理（2）在S7時期對土壤中可溶性總鹽含量的降低效果最好，較CK降低39.6%。

2.1.3 對土壤速效磷含量的影響

由圖3可知，基施微生物有機肥能在一定程度上增加土壤速效磷含量，且在水稻生長發育前期對土壤速效磷含量的增加效果更顯著。其中，處理（5）在S4時期對土壤速效磷含量的提升效果最好，較CK提升50.8%，差異達顯著水平；在水稻生長發育后期，土壤速效磷含量整體呈下降趨勢，處理（3）在S7時期的土壤速效磷含量較CK下降2.8%。

2.1.4 對土壤速效鉀含量的影響

由圖4可知，隨著水稻生育進程的推進，各處理的土壤速效鉀含量均呈下降趨勢，且在S4時期后土壤速效鉀含量下降趨勢更為顯著。在S7時期，不同微生物有機肥處理的土壤速效鉀含量均較CK有所提高，其中，處理（4）的土壤速效鉀含量提升效果最好，較CK增加了34.9%。

2.1.5 對土壤總氮含量的影響

由圖5可知，施肥前各處理的土壤總氮含量處于中等和豐富狀態之間；施肥后各處理的土壤總氮含量變化趨勢有所差異，土壤總氮含量的高點出現時期也不同。在S7時期，處理（3）、（4）的土壤總氮含量較CK降幅不大，但處理（2）、（5）的土壤總氮含量較CK降幅較大。

2.1.6 對土壤有機質含量的影響

土壤有機質是土壤肥力的物質基礎，對土壤肥力有多方面的作用[10]。由圖6可知，在水稻生長前期，各處理的土壤有機質含量無顯著變化；但在S5時期后，各處理的土壤有機質含量均較S0時期有不同程度的上升，在S7時期以CK的土壤有機質含量最高，處理（3）次之。

2.2 不同微生物有機肥對土壤酶活性的影響

2.2.1 對土壤過氧化氫酶活性的影響

由表2可知，隨著水稻生育進程的推進，各處理的土壤過氧化氫酶活性均呈先升后降的趨勢。其中，處理（3）在S1和S2時期的土壤過氧化氫酶活性最高，分別較CK增加93.0%和54.8%，差異均達顯著水平。

表2 不同微生物有機肥對土壤過氧化氫酶活性的影響 [單位：μ mol/(d·g)]

2.2.2 對土壤脲酶活性的影響

脲酶是對尿素轉化起關鍵作用的酶類[11]。由表3可知，各處理的土壤脲酶活性在播種后至孕穗期左右均呈上升趨勢，而后逐漸下降，到灌漿期再次上升，但不同處理的土壤脲酶活性拐點有所差異。處理（2）在水稻生長發育中期對土壤脲酶活性的提升效果最好，在S4時期的土壤脲酶活性較CK提升了23.3%，差異達顯著水平。

表3 不同微生物有機肥對土壤脲酶活性的影響 [單位：μ g/(d·g)]

2.2.3 對土壤堿性蛋白酶活性的影響

堿性蛋白酶是一類作用于肽鍵的水解酶，能酶促蛋白質水解成氨基酸[11]。由表4可知，各處理的土壤堿性蛋白酶活性變化趨勢不同，CK、處理（2）和處理（4）土壤堿性蛋白酶活性呈先降后升趨勢，在S4時期土壤堿性蛋白酶活性達到最低；在S4時期后，處理（3）的土壤堿性蛋白酶活性呈升高趨勢，而處理（5）的土壤堿性蛋白酶活性大體呈下降趨勢；在S3時期，處理（3）的土壤堿性蛋白酶活性較S0時期提高了238.5%。

表4 不同微生物有機肥對土壤堿性蛋白酶活性的影響 [單位：mg/(d·g)]

2.2.4 對土壤堿性磷酸酶活性的影響

土壤堿性磷酸酶是催化含磷有機酯和酐水解的一類酶的總稱，是植物根系和土壤微生物的分泌物，其活性高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉化及其生物有效性[11]。由表5可知，不同微生物有機肥處理的土壤堿性磷酸酶活性的變化趨勢與土壤堿性蛋白酶的變化趨勢基本一致，處理（2）在S4時期的土壤堿性磷酸酶活性達到最高，較S0時期提升148.4%。

表5 不同微生物有機肥對土壤堿性磷酸酶活性的影響 [單位：μ mol/(d·g)]

2.2.5 對土壤蔗糖酶活性的影響

蔗糖酶活性能反映土壤呼吸強度，其酶促作用的產物——葡萄糖是植物、微生物的營養源[12]。由表6可知，處理（3）的土壤蔗糖酶活性呈先降后升趨勢，在S7時期達到最大，較S0時期提升了11.2%，且在其他生育時期，處理（3）的土壤蔗糖酶活性也為最高。

表6 不同微生物有機肥對土壤蔗糖酶活性的影響 [單位：mg/(d·g)]

2.2.6 對土壤纖維素酶活性的影響

土壤纖維素酶有助于腐殖質的形成和碳素養分的釋放[12]。由表7可知，隨著水稻生育進程的推進，各處理的土壤纖維素酶活性均呈上升趨勢。其中，處理（5）在S7時期的土壤纖維素酶活性達到最大，較CK提升29.0%，差異達到顯著水平。在S7時期，處理（3）的土壤蔗纖維素活性較S0時期提升最大，增幅達161.3%。

表7 不同微生物有機肥對土壤纖維素酶活性的影響 [單位：mg/(d·g)]

2.3 不同微生物有機肥對水稻產量及其構成的影響

由表8可知，處理（2）、（3）的每667 m2有效穗數分別較CK增加7.4%、12.4%，差異達顯著水平；處理（2）、（3）的每穗實粒數和千粒重均低于CK；處理（2）、（3）的理論產量分別較CK提高2.0%、2.8%，差異不顯著，但實際產量分別較CK提高2.1%、3.4%。處理（4）、（5）的每穗實粒數較CK略有減少，最終理論產量分別較CK減少8.1%、3.1%，實際產量分別較CK減少13.5%、8.9%。

表8 不同微生物有機肥對水稻產量及其構成的影響

3 結論與討論

土壤肥力是衡量土壤能夠提供作物生長所需的各種養分的能力[13]。在本試驗中，施用微生物有機肥能有效改善土壤肥力，可在一定程度上緩解種植水稻后帶來的土壤肥力下降，其中，以施用巨大芽孢桿菌+米曲霉混合的微生物有機肥作基肥的處理對土壤肥力的改善效果最佳，可使土壤pH、速效磷含量、速效鉀含量和有機質含量等指標均得到改善。

土壤酶活性是指土壤酶催化物質轉化的能力。土壤酶是存在于土壤中各酶類的總稱，是土壤的組成成分之一[14]。本試驗結果表明，以施用枯草芽孢桿菌+米曲霉混合的微生物有機肥作基肥的處理對土壤酶活性的提高效果最好，可在水稻生長發育不同時期顯著提高土壤過氧化氫酶、土壤堿性蛋白酶、土壤蔗糖酶和土壤纖維素酶的活性，對土壤生物化學過程的進行具有積極的作用，且能提高水稻產量。

綜上，以施用巨大芽孢桿菌+米曲霉混合的微生物有機肥作基肥對土壤肥力的改善效果最佳；以施用枯草芽孢桿菌+米曲霉混合的微生物有機肥作基肥對土壤酶活性的提高效果最好，且能提高水稻產量。