崔月貞，吳玉紅，郝興順*，張春輝，王 薇，馮瑞瑞，秦宇航，王曉娥

(1.漢中市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西 漢中 723000；2.臨渭區(qū)農(nóng)業(yè)局，陜西 渭南 741000)

【研究意義】肥料是糧食增產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是作物生長的營養(yǎng)庫，更是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)保證[1-2]，不僅能夠為作物生長提供必需的營養(yǎng)元素，而且能夠改變土壤性能，提高土壤肥力，對農(nóng)業(yè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[3]。新型肥料可通過多種方式提高利用率，改良土壤肥力, 又能刺激作物生長、提高作物品質(zhì)，減少肥料對環(huán)境造成的污染。如腐殖酸氮肥本身含有羥基、羧基和酚羥基等活性基團，這決定了其具有較強的吸附和離子交換能力，以及絡(luò)合、緩沖作用[4]；控釋氮肥的施用能不同程度地降低氮素的氨揮發(fā)和淋溶損失[5-6]，并有效控制氮素釋放速率，滿足作物生育后期氮素的供應(yīng)[7-8]，對提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤微生物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要參與者，不僅可以轉(zhuǎn)化土壤有機質(zhì)、腐殖質(zhì)及植物營養(yǎng)等，還能修復(fù)受污染的土壤，對提高土壤質(zhì)量和實現(xiàn)土壤的可持續(xù)利用起到主導(dǎo)作用[9-10]。土壤微生物參數(shù)可用于反映土壤質(zhì)量，真菌和細(xì)菌的比值通常被作為評價生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)控能力大小的重要指標(biāo)[11-12]。土壤微生物易受土壤環(huán)境條件的影響，不同肥料處理對土壤中微生物種類和數(shù)量影響不同，王華等[13]研究不同肥料對油茶林土壤微生物的影響，發(fā)現(xiàn)肥料處理對土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量具有明顯的促進(jìn)作用，蔣宇航等[14]發(fā)現(xiàn)不同肥料可不同程度提高根際土壤微生物群落豐度以及菌群多樣性。宋慶豐等[15]發(fā)現(xiàn)新型肥料均能不同程度上增加風(fēng)化土壤中微生物數(shù)量。漢中盆地是陜西省重要的糧油生產(chǎn)基地，該地水田約占全省的75 %，水稻和油菜產(chǎn)量約是全省的80 %和70 %，并且漢中盆地是南水北調(diào)中線工程的水源涵養(yǎng)地[16]。所以，探究該地水稻及土壤微生物對新型肥料的響應(yīng)，對提高漢中盆地水稻產(chǎn)量及肥料利用率、減少面源污染具有重要意義?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對北方旱地、南方雙季稻區(qū)土壤微生物的研究已有不少[17-18]，而針對新型肥料對陜西南部水稻及土壤微生物的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】因此，本研究選用新型肥料腐殖酸氮肥、脲酶抑制劑、有機包膜純凈肥和90 d控釋肥，測定其對漢中盆地水稻產(chǎn)量、構(gòu)成要素和土壤微生物的影響，旨在明確不同新型肥料對水稻全生育期土壤微生物動態(tài)變化的影響，為施肥效應(yīng)以及微生物響應(yīng)機制的研究奠定基礎(chǔ)，篩選出應(yīng)用效果好且有利于改善土壤微生物結(jié)構(gòu)的新型肥料，為提高漢中盆地水稻產(chǎn)量及肥料利用率、減少面源污染提供科學(xué)依據(jù)，也為新型肥料在陜西南部的區(qū)域試驗及減肥減藥的示范推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2018年4-9月在陜西省漢中市韓塘試驗基地進(jìn)行。該地(33°8′3″N，107°0′40″E)，海拔約500 m，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)性氣候，年平均氣溫約14 ℃，年均降水量800～1000 mm，無霜期235 d，年均日曬時數(shù)約1400 h，≥10 ℃的年積溫為4480 ℃。供試土壤為水稻土，試驗前土壤基本理化性質(zhì)：pH 6.58，有機質(zhì)15.64 mg/kg、堿解氮124.37 mg/kg、速效鉀104.12 mg/kg、速效磷17.27 mg/kg。試驗以雜交秈稻荃香優(yōu)1521為供試材料。

供試肥料。尿素 (N 46.4 %)購自于四川美豐化工有限公司；過磷酸鈣(P2O512 %)購自于由湖北祥云化工股份有限公司；鉀肥為氯化鉀(含K2O 60 %)購自于湖北宜昌涌金工貿(mào)有限公司經(jīng)銷；腐殖酸氮肥購自于山東農(nóng)大肥業(yè)科技有限公司；有機微生物包膜純凈肥購自于北京正方向生物開發(fā)有限公司；脲酶抑制劑為化學(xué)制品單劑，購自于山東千貝化工有限公司；納米碳增效肥購自于山西華農(nóng)納米科技有限公司；90 d控釋氮肥由廣東農(nóng)科院研制，購自于山東金正大生態(tài)工程股份有限公司。

1.2 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，每個處理3次重復(fù)。共設(shè) 7 個處理，分別為：不施肥(CK)；常規(guī)施肥(F)；腐殖酸氮肥(HA)；有機包膜純凈肥(OPF)；脲酶抑制劑(UI)；納米碳增效肥(NSF)；90 d控釋肥(CRF)。每個小區(qū)面積20 m2(4 m×5 m)，小區(qū)田埂設(shè)農(nóng)膜，各小區(qū)用包膜田埂隔開間，避免水肥相互滲透，田埂寬約0.4 m；試驗區(qū)間和四周設(shè)有灌溉渠，渠寬0.5 m，采用當(dāng)?shù)亓?xí)慣灌溉模式和田間管理方式。

施肥量及施肥方式。施氮量 N 180 kg/hm2、施磷量 P2O590 kg/hm2、施鉀量K2O 105 kg/hm2，同等含氮量的新型肥料。F、HA、OPF、UI、NSF和CRF處理氮肥分2次施用：70 %做基肥，30 %做分蘗肥；磷肥、鉀肥做基肥一次性施用。

1.3 樣品采集

土壤樣品采集：采用梅花5點取樣法采集土樣，采集深度為耕作層的0～20 cm。采集時間為水稻生長發(fā)育的5個時期，分別為水稻移栽前(5月26日)、苗期(6月15日)、分蘗期(7月5日)、抽穗期(8月15日)和成熟期(9月14日)。

1.4 測定方法

測產(chǎn)及考種：水稻成熟后收割前，每個處理隨機取10株水稻，測定穗長、有效穗數(shù)、每穗實粒數(shù)、結(jié)實率、千粒重等數(shù)據(jù)，水稻收獲后，測定實收籽粒產(chǎn)量。

土壤微生物測定：用稀釋涂平板法來測定土壤微生物的數(shù)量。將各小區(qū)5點土壤樣混勻，剔除殘茬等雜物，過2 mm篩，風(fēng)干，每份土樣稱取3 g，加入無菌水 18 mL，震蕩 30 min，參考文獻(xiàn)[19]中方法，10倍稀釋法稀釋后，取100 μl·10-2濃度的懸浮液，涂于馬丁氏平板培養(yǎng)基，25 ℃恒溫培養(yǎng)3 d，統(tǒng)計真菌菌落數(shù)；取100 μl·10-5濃度的懸浮液，涂于LB平板培養(yǎng)基28 ℃恒溫培養(yǎng)2 d，統(tǒng)計細(xì)菌菌落數(shù)；取100 μl·10-3濃度的懸浮液，涂于高氏一號平板培養(yǎng)基，28 ℃恒溫培養(yǎng)5 d，統(tǒng)計放線菌菌落數(shù)，計算每克土(干重)的含菌量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用數(shù)據(jù)Excel統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并用 SPSS 12.0 進(jìn)行方差分析，各處理之間采用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 新型肥料對水稻產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響

圖1顯示，不同新型肥料對水稻產(chǎn)量均有提高，且差異性顯著，其中CRF最高，較CK和F增幅分別為86.84 %和8.3 %，UI、OPF和HA，較CK增幅分別為66.63 %、64.03 %和63.58 %，HA、OPF和UI低于F，但各處理間差異性均不顯著；NSF明顯低于F，且差異性顯著。

表1表明，不同新型肥料對水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響各不相同，新型肥料對有效穗數(shù)和千粒重的影響差異顯著，對穗粒數(shù)和結(jié)實率影響不明顯。水稻有效穗數(shù)以O(shè)PF處理最高，可達(dá)20.43 ×104穗/hm2，顯著高于CK和F，較CK增幅為74.43 %，其次為UI和CRF高于空白CK和F，較CK分別增多69.71 %和63.22 %，但與F之間差異性不明顯；千粒重以NSF最高，其次為UI和HA，處理之間差異性不顯著，但均高于CK和常規(guī)處理；在穗粒數(shù)上以CRF最高，可達(dá)142.02粒/穗，各處理間差異性不顯著，但顯著高于NSF；NSF的結(jié)實率最高，OPF結(jié)實率最低，但不同處理間差異性不顯著。

圖1 不同新型肥料對水稻產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different new fertilizers on yield of rice

2.2 不同新型肥料對土壤細(xì)菌的影響

表2表明，土壤細(xì)菌數(shù)量在水稻整個生育期呈先降低再升高的趨勢，細(xì)菌數(shù)目在 1.40×107～5.79×107cfu/g 范圍內(nèi)波動。不同新型肥料對各生育期土壤細(xì)菌數(shù)量的影響各不相同，其中CRF在水稻各生育期細(xì)菌數(shù)量均高于CK，尤其在苗期、孕穗期和成熟期顯著高于其他各處理，較CK增幅分別為28.20 %、55.0 %和72.96 %；HA在水稻苗期、分蘗期和孕穗期土壤細(xì)菌數(shù)量高于CK和F，較CK增幅分別為24.41 %、37.82 %和35 %；UI在前期對細(xì)菌數(shù)量影響不明顯，且在苗期顯著低于CK，但在成熟期細(xì)菌數(shù)量顯著高于CK和F，較CK增幅為64.85 %。

表1 不同新型肥料對水稻產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。同列數(shù)據(jù)后小寫字母表示經(jīng)Duncan氏新復(fù)極差法檢驗在P<0.05水平差異顯著。下同。

Note： Date are mean ± SD. Different lowercase letters in the same column indicate significantP<0.05 level by Duncan’s new multiple range test. The same as below.

表2 不同新型肥料對水稻各生育期土壤細(xì)菌數(shù)量(×106cfu/g)的影響

2.3 不同新型肥料對土壤真菌的影響

表3表明，土壤真菌數(shù)量在水稻整個生育期呈先降低再升高的趨勢，真菌數(shù)目在 1.63×104～6.37×104cfu/g 范圍內(nèi)波動。不同新型肥料不同程度的降低了稻苗期、分蘗期和孕穗期真菌數(shù)量，但在成熟期又開始升高。其中OPF在水稻苗期、分蘗期和孕穗期真菌數(shù)量最低，較CK分別降低96.89 %、62.18 %和88.26 %，其次為UI，較CK分別降低90.00 %、51.20 %和22.37 %；CRF在水稻各生育期真菌數(shù)量均低于CK，但差異性不顯著，較降低為23.78 %、26.72 %、18.32 %和11.92 %。

2.4 不同新型肥料對土壤放線菌的影響

表4表明，土壤放線菌數(shù)量在水稻整個生育期呈先升高再降低的趨勢，放線菌數(shù)目在 7.09×105～4.68×106cfu/g 范圍內(nèi)波動。新型肥料不同程度的提高了苗期土壤放線菌數(shù)量，分蘗期后又降低了放線菌數(shù)量，在苗期以UI、CRF、NSF和OPF處理放線菌數(shù)量依次最高，顯著高于CK和F處理，其中HA在苗期、孕穗期和成熟期均提高了放線菌數(shù)量，且在孕穗期和成熟期放線菌數(shù)量顯著高于其他各處理，增幅分別為28.40 %、46.67 %和88.03 %；CRF在苗期和成熟期提高土壤放線菌數(shù)量，增幅分別為79.18 %和78.37 %；NSF在苗期和孕穗期提高土壤放線菌數(shù)量，增幅分別為74.49 %和17.24 %；UI和OPF在苗期提高土壤放線菌數(shù)量，增幅分別為82.8 %和70.59 %。

表3 不同處理對水稻各生育期土壤真菌數(shù)量(×104cfu/g)的影響

表4 不同處理對水稻各生育期土壤放線菌數(shù)量(×105cfu/g)的影響

圖2 不同新型肥料對稻田土壤微生物總數(shù)量的影響Fig.2 Effects of different new fertilizations on the total number of soil microorganism at rice field

2.5 不同新型肥料對土壤微生物總數(shù)的影響

圖2顯示，在水稻整個生育期土壤微生物總數(shù)量呈先降低再升高的趨勢，微生物總數(shù)目在1.35×107～6.01×107cfu/g 范圍內(nèi)波動。新型肥料不同程度地提高了微生物總數(shù)量，CRF效果在苗期和成熟期提高最多，較F提高8.17 %和65.42 %，HA在苗期和分蘗期較F提高4.36 %和4.93 %，UI在成熟期較F提高55.66 %。

2.6 不同新型肥料對細(xì)菌/真菌的影響

圖3顯示，不同新型肥料對水稻各生育期B/F(細(xì)菌/真菌)值的影響不同，在苗期、分蘗期和孕穗期均有不同程度的提高B/F值，使群落結(jié)構(gòu)向細(xì)菌型調(diào)整，但對成熟期B/F值的影響均不顯著。只有CRF在全生育期對B/F值均有所提高，且在成熟期B/F值顯著高于其他處理。HA在苗期和分蘗期B/F值最高，UI在孕穗期B/F值最高，均顯著高于其他各處理。

圖3 不同新型肥料對水稻各生育期土壤細(xì)菌/真菌(B/F)值的影響Fig.3 Effects of different new fertilizations on bacterial/ fungi value at different growth stage of rice

圖4 不同新型肥料對水稻各生育期土壤微生物分比的影響Fig.4 Effects of different new fertilizations on percentage of soil microorganisms at different growth stage of rice

圖4顯示，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)隨著水稻的生長產(chǎn)生不斷的變化，細(xì)菌的比例呈先下降再升高的趨勢，放線菌的比例呈先升高再降低的趨勢，真菌比例逐漸升高。新型肥料在分蘗期后較CK維持了土壤結(jié)構(gòu)的變化，其中CRF、UI和OPF效果最為明顯，且CRF降低了成熟期真菌比例。HA在苗期和分蘗期較CK有效維持了微生物結(jié)構(gòu)的改變，減小了細(xì)菌比例下調(diào)的幅度。

3 討 論

新型氮肥具有比常規(guī)肥料更高效和更穩(wěn)定的氮素供應(yīng)能力，可通過提高有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素來達(dá)到水稻增產(chǎn)的效果[20-21]。本試驗中，新型肥料對有效穗數(shù)和千粒重影響差異較為顯著，其中90 d控釋肥提高有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重來促進(jìn)水稻增產(chǎn)，其籽粒產(chǎn)量較對照和常規(guī)施肥增幅分別為86.84 %和8.3 %，這與王斌等人[22]研究結(jié)果一致，控釋肥具有高肥力和長肥效作用，可通過提高產(chǎn)量構(gòu)成要素來達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的效果。張文學(xué)[23]等發(fā)現(xiàn)施用尿素添加脲酶抑制劑可顯著提高水稻產(chǎn)量，本研究結(jié)果顯示脲酶抑制劑可通過提高有效穗數(shù)和千粒重達(dá)到增產(chǎn)效果。

微生物群落在土壤生態(tài)系統(tǒng)中對營養(yǎng)元素循環(huán)、有機物質(zhì)的形成和分解、土壤肥力的保持和提高、植物的生長發(fā)育的調(diào)節(jié)、作物病蟲害防治等方面有著極其重要的作用[24]，但土壤微生物極易受外界環(huán)境和人類活動的影響，不同的作物、生長季節(jié)、施肥方式和溫度等都對土壤微生物的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[25]。本試驗發(fā)現(xiàn)不同水稻生育期對土壤微生物的數(shù)量影響較大，其中土壤細(xì)菌數(shù)量在全生育期呈先降低再升高的趨勢，放線菌數(shù)量呈先升高在降低的趨勢，這與余文英等[26]研究發(fā)現(xiàn)的在黃瓜初花期細(xì)菌數(shù)量表現(xiàn)出下降趨勢，初花期和結(jié)果期放線菌數(shù)量均呈明顯上升趨勢結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)在水稻全生育期土壤微生物總數(shù)量呈先降低再升高的趨勢，原因可能在于當(dāng)植物進(jìn)入生長期后需要從土壤中汲取大量的水分和營養(yǎng)物質(zhì)等，與土壤微生物之間形成了一定的競爭關(guān)系，導(dǎo)致微生物數(shù)量下降，隨著水稻生長后期至成熟期養(yǎng)分需求的減少，微生物數(shù)量又開始回升。

施肥可以提供土壤微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)并可使微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[10]，在本研究中發(fā)現(xiàn)新型肥料可提高土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，降低真菌數(shù)量，提高B/F值，使微生物結(jié)構(gòu)向細(xì)菌型結(jié)構(gòu)調(diào)整，這與夏昕[27]等研究長期不同施肥條件下紅壤性水稻土微生物群落結(jié)構(gòu)的變化中發(fā)現(xiàn)的施肥可以提高細(xì)菌數(shù)量、降低真菌/細(xì)菌比例結(jié)果一致。土壤中三大類微生物區(qū)系比例是土壤肥力的衡量指標(biāo)，細(xì)菌、放線菌數(shù)量與土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分含量呈顯著正相關(guān)，而真菌與養(yǎng)分含量之間相關(guān)性較差[28]。本研究中在整個生育期90 d控釋肥處理下、水稻生長前期(苗期和分蘗期)腐殖酸氮肥處理下、水稻生長后期(孕穗期和成熟期)有機包膜純凈肥處理下，土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量、B/F值顯著高于對照，表明90 d控釋肥對水稻整個水稻生育期、腐殖酸氮肥對生長前期、有機包膜純凈肥對后期稻田土壤施肥效果好，通過增加微生物數(shù)量、調(diào)高B/F比值提高了稻田土壤肥力。

水稻成熟期不同新型肥料對B/F值的影響均不顯著，原因可能在于成熟期肥料有效成分消耗殆盡，不利于土壤細(xì)菌的繁殖，而真菌由于自身菌絲體的特性，養(yǎng)分貧瘠條件更適于生長[29]，因此，新型肥料對成熟期B/F值提高不明顯，甚至有所下調(diào)。然而90 d控釋肥恰恰相反，不僅可在全生育期對B/F值均有所提高，且在成熟期效果最為顯著，原因可能在于控釋肥的長效性，不僅能滿足水稻全生育期作物對養(yǎng)分的需求[30]，也能滿足土壤微生物對養(yǎng)分的需求。

土壤微生物群落結(jié)構(gòu)隨著水稻的生長而不斷產(chǎn)生的變化，水稻分蘗期后新型肥料起到了維持土壤結(jié)構(gòu)的作用，其中90 d控釋肥、脲酶抑制劑和有機包膜純凈肥效果最為明顯，且90 d控釋肥降低了成熟期真菌比例，而植物病害的70 %～80 %均是由真菌造成的[31]，因此，可推測控釋肥在減輕水稻成熟期病害方面發(fā)揮了重要作用，但是否且如何發(fā)揮作用還有待進(jìn)一步驗證。

4 結(jié) 論

90 d控釋肥可顯著增加水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重，籽料產(chǎn)量較對照和常規(guī)施肥增幅分別為86.84 %和8.3 %；脲酶抑制劑、有機包膜純凈肥和腐殖酸氮肥的水稻籽料產(chǎn)量較對照增幅分別66.63 %、64.03 %和63.58 %。

水稻整個生育期土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量先降低再升高，放線菌先升高再降低；90 d控釋肥在整個生育期、腐殖酸氮肥生長前期、有機包膜純凈肥在后期均提高細(xì)菌數(shù)量和B/F值、降低真菌數(shù)量，減小微生物群落結(jié)構(gòu)變化。90 d控釋肥、有機包膜純凈肥和腐殖酸氮肥在水稻上應(yīng)用效果較好，可提高作物產(chǎn)量及微生物數(shù)量，且有利于改善土壤微生物結(jié)構(gòu)，為適宜在漢中盆地水稻上使用的新型肥料。