不同種子包衣劑對小麥產量及根際土壤的影響

符慧娟，李星月，楊武云，李其勇，魏會廷，易 軍，張 鴻

（1四川省農業科學院植物保護研究所/農業部西南作物有害生物綜合治理重點實驗室，成都610066；2四川省農業科學院作物研究所/農業部西南地區小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，成都610066；3四川省農業科學院，成都610066）

0 引言

小麥是中國主要糧食作物之一。近年來，由于土壤中病菌的積累及氣候的變化，小麥的病蟲害發生更加普遍和嚴重，施用化學農藥就成了病蟲害防治的主要措施[1]。同時，通過投入大量化肥來提高小麥產量，導致未被利用分解的化肥、農藥等在土壤中的長期累積，造成土壤板結、根際土壤微生物群落變化、土壤退化、土壤環境污染加劇的嚴重現象[2-4]。隨著種植水平的發展和防治意識的提高，采用新型內吸性殺蟲殺菌成分的種衣劑能夠有效預防小麥常見病蟲害的發生，提高小麥的產量[5]。吡蟲啉種子包衣處理對蚜蟲表現出良好的防效，施藥方式簡單、對天敵昆蟲影響較小[6-7]，而一定比例的吡蟲啉/烯唑醇懸浮種衣劑對小麥紋枯病、蚜蟲具有極佳的防治效果[8]。芽孢桿菌(Bacillusspp.)是一類分布廣泛的重要植物根際促生細菌，通過固氮、解磷和產生激素類物質等促進植物生長，通過誘導植物系統抗性和抑制病原物防治植物病害[9-10]，從植物病害的競爭、拮抗、促生和誘抗性四方面控制作物病害的發生，是一種新型的生防資源，是生物防治的一種重要因子[11-12]。小麥經過生物制劑包衣后，不會影響種子的發芽和出苗，并可以促進植株生育，增強植株的抗倒伏性，對小麥的產量和質量都有明顯提高[13-14]。小麥是對氮肥反應強烈的谷物之一，土壤供氮能力具體表現在土壤硝態氮比例大小[15]，同時，土壤酶活性及其類型能夠與土壤養分一起作為評價土壤肥力的指標之一[16-17]。通過植物促生芽孢桿菌改良后，砒砂巖土壤的有機質、速效磷等土壤理化性質含量得到顯著提高，以此為基礎促進植株根和莖葉的生長，增加小麥植株的鮮重和干重[18-20]。此外，葉片葉綠素含量直接影響小麥光合作用速率和光合產物的形成，進而影響小麥的生長及籽粒發育，最終影響小麥的產量[21-23]。針對小麥種子包衣的研究多在于小麥的病蟲害防控和產量的方面，筆者從小麥旗葉葉綠素含量和葉片光合作用入手，通過分析不同包衣劑處理下小麥的葉綠素含量、葉片氮含量、葉片光合參數等與小麥產量的關系，另一方面，土壤作為植物生長發育的重要基質，改善土壤環境對土壤中的有機質及分解土壤中各種元素的土壤酶活等具有重要意義，文章分析了不同包衣處理對小麥土壤理化性質和土壤酶活的影響，探討了不同包衣劑種子包衣對小麥產量和土壤環境的影響，旨在為保護麥田及小麥安全生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2018年10月—2019年5月在廣漢市西高鎮白里村水稻專家大院試驗田進行，試驗田土壤(0～25 cm)有機質27.30 g/kg、速效氮60.49 mg/kg、速效磷15.16 mg/kg、速效鉀70.12 mg/kg、全氮1.61 g/kg、全磷0.96 g/kg、全鉀12.85 g/kg。

1.2 試驗處理

供試小麥品種為抗性品種‘川麥104’。試驗設2個處理和1個CK空白對照進行對比試驗，處理1化學包衣(T1)采用常規化學種衣劑（有效成分60%吡蟲啉，懸浮種衣劑），藥種比1:25，拌種劑兌入適量清水混勻后進行種子包衣，陰干后播種；處理2生物包衣(T2)采用生防菌種衣劑（內生芽孢桿菌EndophyticBacillus，活菌數≥200億/g），藥種比1:20，噴灑適量清水使種子表面濕潤，加入拌種劑使之均勻沾附在種子表面，稍晾干后播種。生防菌種衣劑為中農綠康廣譜型生物菌劑，該菌劑是一種植物微生態制劑，選用對雙子葉植物生長、抗病性有益的內生芽孢桿菌，利用現代生物工程技術加工制備而成，能夠在植物體表、體內定植轉移，與寄主植物的親和性高，受環境影響較小，對植物、動物、環境等無毒無污染，安全性高，具有促長增產、早熟抗病，提高品質等功能。

試驗底肥采用15:15:15的氮磷鉀復合肥(525kg/hm2)（折合純N 75 kg/hm2），硅肥施用量（22.5 kg/小區，合600 kg/hm2），選用綠地康2號-稻麥型微生物土壤調理菌劑（有效活菌數≥5億/g），用量60 kg/hm2。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 土壤酶活及養分含量測定 于小麥分蘗期，采用五點取樣法對試驗田塊耕作層土壤進行取樣，取樣深度為15 cm，分別測定土壤過氧化氫酶(S-CAT)、土壤蔗糖酶(S-SC)、土壤脲酶(S-UE)、土壤酸性磷酸酶(SACP)、土壤有機質(SOM)和土壤硝態氮、土壤pH等數據。

1.3.2 小麥旗葉葉綠素含量測定 在小麥開花期，每小區選取5點、每點選取5葉片，采用TYS-4N型手持葉綠素測定儀測定小麥旗葉葉綠素含量、葉片氮含量、葉面濕度、葉面溫度。

1.3.3 小麥葉片光合性狀測定 在小麥灌漿期，每小區選取5點、每點選取1葉片，采用Lcpro-SD光合儀測定小麥旗葉的光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)、CO2氣孔導度(Gs)、葉片溫度(Tleaf)。光合速率測定時選擇LED紅藍冷光控制光強為1500 μmol/(m2·s)、測定氣體流速為200 μmol/s，測定溫度與當時葉溫一致，濕度為當時空氣濕度。

1.3.4 小麥產量及其主要性狀的測定 在小麥灌漿后期，每小區隨機選取有代表性植株15株分別測定植株地上部分莖鞘、穗各部分干物質量（105℃殺青30 min后70℃烘干至恒質量）計算小麥生物產量；在小麥成熟期，每處理選取5點進行采樣，調查小麥的株高、穗長、小穗數、退化小穗數及平均穗粒數；分小區收割曬干后進行產量實測。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2010和SPSS 22軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同包衣處理對土壤理化性質、土壤酶活性的影響

不同包衣處理的小麥土壤養分及土壤酶活情況如表1所示，CK、T1、T2的土壤pH值均為酸性，趨勢呈現CK＜T1＜T2，土壤有機質含量顯示T1、T2處理均比CK高，但處理與CK之間的土壤pH和有機質含量差異不顯著；而T2處理的土壤硝態氮含量高于T1和CK，T2與T1、CK處理之間的土壤硝態氮含量差異顯著。植物本身和土壤微生物均能夠分泌不同酶來促進土壤中各類養分分解和有效利用[24]。與CK相比，T2處理的SCAT、S-SC、S-UE、S-ACP酶活性明顯更高，T2處理的SCAT、S-SC、S-ACP酶活分別比CK高1.06 μmol/(d·g)、3.27 mg/(d·g)、2.97 μmol/(d·g)，而S-UE酶活比CK高107.78 μg/(d·g)。

表1 小麥在不同包衣處理下的土壤養分及土壤酶活

2.2 不同包衣處理對小麥葉綠素含量、葉片氮含量等的影響

葉綠素是綠色植物重要的光合色素，是植物進行光合作用的基礎[25]。不同包衣處理對開花期小麥葉綠素含量、葉片氮含量等的影響如圖1所示，T2處理的小麥旗葉葉綠素含量、葉片氮含量顯著高于T1處理和CK，其中，T2處理比CK的小麥旗葉葉綠素含量高8.40%，比CK的葉片氮含量高4.79%。

圖1 小麥在不同包衣處理下的葉綠素及葉片氮含量情況

2.3 不同包衣處理對小麥氣體交換參數的影響

作物的光合作用特性通常以光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導度等指標來反映[26]。如表2所示，T1、T2處理的小麥旗葉Pn的平均值分別為14.10 μmol/(m2·s)、16.92 μmol/(m2·s)，分別比 CK 的小麥光合速率高1.59%、21.90%；T2處理的小麥旗葉Tr和Gs平均值分別為8.56 mmol/(m2·s)、2.93 mol/(m2·s)，比CK的平均值分別高出52.04%、5.78%，其中T2處理的旗葉Tr顯著高于T1和CK；由于小麥光合作用的增強降低了CO2濃度，Ci平均值變化趨勢為T2＜T1＜CK，T2處理的平均值為346.80 μmol/mol，比CK胞間CO2濃度低18.00 μmol/mol。

表2 小麥在不同包衣處理下的氣體交換參數

2.4 不同包衣處理對小麥產量、生物產量及其主要性狀的影響

不同包衣處理對小麥產量及其主要性狀的影響見表3，T2處理的小麥的平均株高和穗長分別達到了93.26 cm和13.13 cm，比CK處理顯著提高了6.64%、27.23%；T2處理的小麥平均小穗數和20穗平均穗粒數分別為22.25個和71.00粒，退化小穗數僅有1.75個，其中20穗平均穗粒數比CK處理提高了76.70%，退化小穗數比CK減少了43.18%；通過實收實測獲取的小麥的產量數據顯示，T2處理的小麥產量達到6.25 t/hm2，比CK的小麥產量增加了36.00%；取15株小麥樣品分別測取穗、莖稈的物質積累量，如圖2所示，T2處理的小麥穗及莖稈的物質積累量均顯著高于CK和T1處理。

表3 小麥在不同包衣處理下主要性狀及其產量

圖2 小麥在不同包衣處理下干物質積累情況

3 結論與討論

土壤有機質、硝態氮等是小麥生長發育及作物碳氮積累過程所需營養的重要來源，其中氮素積累主要來源于土壤硝態氮及土壤礦化的有機氮[15]，土壤有機質主要來源于土壤中動植物殘體物。土壤有機質、土壤硝態氮含量除與土壤濕度、溫度、酸堿度相關外，還受到土壤微生物及土壤酶的影響。本研究結果顯示，內生芽孢桿菌能夠促進土壤中有機質等分解為可被吸收利用的硝態氮，因此生物包衣處理后的土壤硝態氮含量顯著高于CK；此外，生物包衣制劑（內生芽孢桿菌）通過促進土壤微生物繁殖并提高土壤酶活，對土壤有機質含量有提高作用。

土壤酶是土壤生態系統的組分之一，與土壤理化性質、土壤類型等密切相關，既是土壤有機物轉化的執行者，也是植物營養元素的活性庫[16]。土壤酶活性、土壤養分含量等對土壤質量及肥力水平有影響[17]。本研究結果顯示，內生芽孢桿菌對小麥S-CAT、S-SC、SUE、S-ACP活性均有顯著的促進作用，這與閆楊等在生防芽孢桿菌對黃瓜根際土壤酶活性的研究結果[27]一致，結合本研究綜合分析原因可能由于內生芽孢桿菌能夠刺激土壤有益微生物群落的繁殖，促進植物分解和利用土壤有機質、營養元素的酶和菌的產生，從而增強土壤酶活性。

葉綠素的高低直接影響植物光合作用[21]。同時，光合作用又是作物最重要的生理代謝過程，它提供了作物生長發育的物質基礎，小麥產量的90%～95%來自光合產物[28]。植物光合作用除受環境因素的影響外，通過充分灌溉[29]、施氮量及施氮方式[30]等能夠加強小麥光合作用，達到小麥提質增產的效果。本研究結果顯示，內生芽孢桿菌處理的小麥旗葉SPAD值及葉片氮含量顯著高于化學包衣劑（吡蟲啉）處理；內生芽孢桿菌的小麥Pn、Tr、Gs等反應小麥光合作用的指標明顯得到了提高，但Ci略低于吡蟲啉包衣處理，可能由于光合作用加速消耗了CO2；小麥主要性狀等指標均得到提高，干物質積累量提高，產量提高。小麥產量表現為內生芽孢桿菌＞吡蟲啉＞CK，與小麥旗葉SPAD值、小麥光合作用成正比。

基于研究結果，利用內生芽孢桿菌進行包衣比CK處理分別提高了6.35%的土壤有機質含量和22.30%的硝態氮含量，增加小麥生長發育的重要營養來源，有利于小麥的生長及產量的提高；其次，內生芽孢桿菌可以顯著提高土壤酶活性，促進土壤中各養分的分解，改善土壤環境，增強小麥對土壤中的氮、磷等元素利用；另外生物包衣能一定程度提高小麥葉片的葉綠素含量和葉片氮含量，有利于葉片光合作用的進行，對小麥生長發育和產量都有促進作用。