微生物菌肥對水稻產量及土壤成分的影響研究

張瑩瑩，李新暢，檀建新，丁貴江，張 婷，陳 磊，鄭 然，任 杰，石愛麗

(1.承德市農林科學院，河北 承德 067000; 2.河北農業大學 食品科技學院，河北 保定 071000; 3.寧夏鹽 池縣自然資源局，寧夏 吳忠 751500; 4.承德市農村土地承包經營權流轉管理服務中心，河北 承德 067000 )

1 引言

水稻作為我國主要糧食作物，總產量約為2.08億t，占我國總糧食產量的37.2%[1，2]。冀北地區屬于北方半濕潤單季稻作區，受氣候限制水稻一年一季，為追求產量施用大量化肥，不利于農業的可持續發展。長期施用過量化肥不僅會浪費肥料，導致土壤有機質含量下降和土壤酸化，使植物體內吸收大量的重金屬元素，導致作物產量和品質下降，且重金屬元素會通過食物鏈最終在人體內富集[3]。隨著綠色種植，綠色糧食的理念不斷被人們接受，微生物菌肥作為一種新型的生物肥因其環境友好、功能全面等特點被農業工作者用來代替傳統肥料和化學肥料，以滿足人們對綠色糧食的需求，是當前使用較多的生物肥料[4]。微生物菌肥中含有80多種活性微生物，將對作物有益微生物菌群(EM 菌)混合到有機肥料中，作為基肥施用到土壤中[5～7]。通過實現一次性施肥就能滿足作物整個生長期的養分需求，有利于培育健壯植株，在提高肥料利用率的同時，大幅度減少了勞動成本投入[8]。微生物菌肥還可以有效緩解農作物因連作和工業化肥濫用產生的問題，起到良性調節作用，產生正向效果[9]。吳昊等通過田間小區試驗發現施用3000 kg/hm2復合微生物菌劑肥處理效果最佳，水稻增產率增加了34.92%。同時，增加了土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量，提高了水稻土壤的養分含量[4]。胡基華等通過田間小區試驗發現減施化肥配施微生物菌肥使大豆產量增加4.72%[10]。微生物菌肥可以提高玉米[11]、谷子[7]、大豆[12]和番茄[13]等作物的產量和品質。

目前新型肥料的應用研究雖然較寬泛，結論不盡相同，尤其在冀北地區進行微生物菌肥替代其他肥料施用對水稻高產優質作用的研究少之又少。以水稻作為研究對象，在水稻種植中以微生物菌肥、有機肥、牛糞和羊糞作為基底肥，通過田間小區試驗，探究不同種類肥料及施肥量對水稻產量的影響；對施用微生物菌肥的栽培土壤中的養分、重金屬等指標進行測定；明確微生物菌肥對當地水稻產量和土壤的影響。旨在為促進水稻產量，保護土壤結構，為水稻的高效優質栽培提供參考。

2 材料和方法

2.1 實驗地概況

試驗于2021年在河北省隆化縣張三營鎮進行。水資源豐富，土壤質地為褐色砂土，土壤pH=6.9，全氮1.05 g/kg、全磷0.50 g/kg、全鉀36.4 g/kg，前茬作物為水稻，適宜機械化作業。

2.2 供試材料

供試水稻品種為五優稻一號，全生育期140 d，為黑龍江省五常市種子公司、黑龍江農業科學院第二水稻所選育。施用肥料種類：羊糞(Y)、牛糞(N)、兆沃田生物有機肥(承德沃田生物有機肥有限公司)(Z)、自制微生物菌肥(W)。

2.3 試驗設計

采用隨機區組設計，將肥料作為底肥進行撒施，試驗梯度如表1所示，共21個處理，以不施肥作為對照，每個處理3次重復，小區面積為30 m2，插秧規格30.0 cm×14 cm(15881穴/667 m2)。其他農藝措施與田間管理均按當地要求進行統一管理。

表1 水稻底肥設計 kg/667m2

2.4 試驗實施

2021年4月15日播種，5月25日將肥料作為底肥撒施，5月26日移栽，使用久保田SPW48C水稻旱地精量穴直播機(久保田農業機械(蘇州)有限公司)進行機械化插秧。全生育期用大疆T20 無人機(深圳大疆創新科技有限公司)防治病蟲草害，10月15日收獲。

2.5 測定項目及方法

2.5.1 水稻植株性狀及產量

在水稻成熟期，對角線五點取樣，每點取1 m2，選取各處理小區水稻植株，實收測產。

2.5.2 土壤養分、重金屬含量測定

水稻成熟期收獲后采集施用微生物菌肥土壤(WF)和不施微生物菌肥土壤(CK)耕層0～20 cm土壤樣品，用于養分、pH值和重金屬等元素含量測定，由北京譜尼測試科技有限公司完成。

2.6 數據處理

利用 Microsoft Excel 2010 軟件對數據進行記錄和作圖，采用SSPS 25.0 軟件進行數據處理、差異顯著性分析( Duncan 氏新復極差法，P<0.05)、獨立樣本t檢驗、相關性分析檢驗。采用matlab進行模型擬合分析。

3 結果與分析

3.1 不同肥料和用量對水稻產量的影響

不同肥料和施肥量處理對水稻實際產量和理論產量有顯著影響(表2)。肥料種類對水稻實際產量有一定的影響(F=9.72，P=0.0001)，實際產量依次表現為微生物菌肥>有機肥>羊糞>牛糞。750 kg/667m2微生物菌肥處理實際產量最高，為516.01 kg/667m2，與1000 kg/667m2微生物菌肥處理產量無顯著差異，顯著高于其他處理。高于未施肥對照128.63%，較高于750 kg/667m2有機肥處理8.70%，高于750 kg/667m2牛糞處理67.74%，高于800 kg/667m2羊糞處理34.47%。肥料種類對水稻理論產量有一定的影響(F=79.57，P=0.0001)，理論產量依次表現為微生物菌肥>有機肥>羊糞>牛糞。750 kg/667m2微生物菌肥處理理論產量最高，為566.74 kg/667m2，高于未施肥對照193.60%，高于1000 kg/667m2微生物菌肥處理12.91%，高于800 kg/667m2有機肥處理22.31%，高于800 kg/667m2牛糞處理445.44%，高于800 kg/667m2羊糞處理31.31%。

表2 不同肥料種類和施肥量下的水稻產量 kg/667m2

3.2 微生物菌肥對土壤養分及重金屬影響

微生物菌肥對稻田土壤養分變化的影響如圖1所示，W和CK的pH值分別為6.90和6.83，其中施用微生物菌肥土壤的pH值略高。W和CK的全氮含量分別為1.78±0.05 g/kg和1.06±0.04 g/kg(t=21.67，df=8，P<0.01)；W和CK的全磷含量分別為0.65±0.02 g/kg和0.52±0.02 g/kg(t=9.961，df=8，P<0.01)；W和CK的全鉀含量分別為37.62±0.38 g/kg和35.96±0.42 g/kg(t=6.46，df=8，P<0.01)；施用微生物菌肥的稻田土壤全氮、全磷、全鉀含量極顯著高于對照組(圖1)。

微生物菌肥對稻田土壤重金屬含量影響如圖2所示，W和CK的鋅含量分別為49.74±0.77 mg/kg和49.34±1.49 mg/kg(t=0.532，df=6.021，P>0.05)；W和CK的砷含量分別為5.14±0.15 mg/kg和6.16±0.09 mg/kg(t=-12.76，df=8，P<0.01)；W和CK的鎘含量分別為0.11±0.01 mg/kg和0.18±0.01 mg/kg(t=-13.67，df=8，P<0.01)；W和CK的銅含量分別為13.70±0.07 mg/kg和14.02±0.08 mg/kg(t=-6.53，df=8，P<0.01)；W和CK的鉛含量分別為12±0.18 mg/kg和22.12±0.21 g/kg(t=-79.02，df=8，P<0.01)；W和CK的汞含量分別為0.007±0.00001 mg/kg和0.0398±0.002 mg/kg(t=-49.42，df=8，P<0.01)；W和CK的鎳含量分別為17.00±0.07 mg/kg和17.02±0.14 mg/kg(t=-0.272，df=8，P>0.05)；W和CK的鉻含量分別為27.00±0.07 mg/kg和37.86±0.25 mg/kg(t=-93.12，df=4.631，P<0.01)；施用微生物菌肥的稻田土壤內的砷鎘銅鉛汞鉻含量極顯著低于對照組，鋅鎳的含量在二者之間差異不顯著。

柱上星號表示施用微生物菌肥土壤與未施用微生物菌肥土壤中營養物質含量(獨立樣本T檢驗，P< 0.001，下同。

圖2 施用微生物菌肥土壤與未施用微生物菌肥土壤中營養物質含量

3 結論與討論

水稻優質高產對于國家糧食安全、農業綠色和地方經濟持續發展具有重要的意義。本文探究了肥料種類和施肥量對水稻產量和稻田土壤養分的影響。實際產量表現為：微生物菌肥>有機肥>羊糞>牛糞，施用微生物菌肥對水稻產量有促進作用。施用750 kg微生物菌肥效果最佳，水稻畝產516.01 kg，高于未施肥128.63%，高于畝施750 kg有機肥8.70%。前人研究表明微生物菌肥對水稻產量有正向促進作用[14～18]。土壤肥力的提升與水稻增產密切相關[19～21]，施用微生物菌肥后，土壤中全氮、全磷和全鉀含量較未施肥提高了40.4%，25.00%，4.6%；重金屬砷、鎘、銅、鉛和汞含量下降19.84%、38.8%、2.20%、45.75%和82.40%。明顯改善了土壤理化性質、有效緩解了土壤肥力下降，提高了土壤養分含量。說明合理適量地施用微生物菌肥能夠提高土壤養分、降低重金屬含量，增加水稻產量和品質。前人研究證實，微生物菌肥能優化土壤環境，施用微生物菌肥在作物上有增產提質的效果。綜合分析，施用750 kg/667m2微生物菌肥作為基底肥，適宜在北方半濕潤單季稻作區水稻高產栽培中推廣應用。