劉 雙 李永斌 李云龍 王民洋 張浩煒 鐘增明 王亞君 陳三鳳*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物學(xué)院，北京 100193；2.北京啟高生物科技有限公司，北京 100193；3.東莞市保得生物工程有限公司，廣東 東莞 523073)

玉米是我國(guó)重要的糧食作物，施用化肥是提高玉米產(chǎn)量和改善玉米品質(zhì)的重要措施[1]，但是長(zhǎng)期施肥造成了土壤酸化、肥力下降、氮素利用率降低以及環(huán)境污染[2-3]。因此，以植物促生菌為主的微生物肥料受到了廣泛的重視，施用微生物肥料可以緩解施用化肥帶來(lái)的負(fù)面影響，還能促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量，有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展[4-7]。

近年來(lái)微生物菌劑的研究與應(yīng)用備受關(guān)注。研究表明，微生物菌劑在提高土壤肥力、刺激植物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量以及改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)方面具有重要意義[8-9]。芽孢桿菌是一類重要的植物促生菌，具有繁殖快、抗逆性強(qiáng)和存活時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，同時(shí)還能夠產(chǎn)生一些促進(jìn)植物生長(zhǎng)的物質(zhì)或抗菌物質(zhì)，有些還具有溶磷、解鉀和固氮等能力，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)[10-12]。

類芽孢桿菌屬(Paenibacillus)是從芽孢桿菌屬(Bacillus)中獨(dú)立出來(lái)的一個(gè)新屬[13]。目前，類芽孢桿菌屬有130個(gè)種，其中10個(gè)固氮類芽孢桿菌新種是由本實(shí)驗(yàn)室分離鑒定的[14-21]。類芽孢桿菌具有抗逆性強(qiáng)和促生長(zhǎng)等特性，在微生物菌劑制備方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，但是目前關(guān)于微生物菌劑在大田應(yīng)用中的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過(guò)在夏玉米生產(chǎn)過(guò)程中施用不同的微生物菌劑，研究其對(duì)玉米產(chǎn)量以及果穗性狀的影響并進(jìn)行比較分析，旨在獲得能夠有效提高玉米產(chǎn)量的微生物菌劑，以期為微生物菌劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016、2017和2018年在河北省吳橋縣中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬海河平原黑龍港流域中部，暖溫帶季風(fēng)氣候，海拔14～22 m，歷年平均降水量562 mm，主要分布在6—8月。試驗(yàn)地自2013—2018年連續(xù)5年為冬小麥-夏玉米一年兩熟制，土壤為沖積型鹽化潮土，壤質(zhì)底粘，按華北平原分類標(biāo)準(zhǔn)，土壤肥力屬于中等，主要基肥為磷酸二銨、尿素、硫酸鉀和硫酸鋅。

1.1.2供試玉米品種和微生物菌株

‘先玉335’為普通玉米品種，幼苗綠色，籽粒黃色，果穗筒形，穗長(zhǎng)約18.5 cm左右，穗行數(shù)約15.8行，適于河北省、河南省、山西省和陜西省等地種植。

固氮類芽孢桿菌菌株1-18[20]、芽孢桿菌菌株 L-56 均為本實(shí)驗(yàn)室分離和保存。菌株1-18分離自小麥根際，菌株L-56分離自玉米根際。液體發(fā)酵培養(yǎng)基：蛋白胨10 g，酵母粉5 g，氯化鈉5 g，葡萄糖10 g，水1 L，pH 7.0。發(fā)酵48 h后用稻殼粉(200目)吸附，放置陰涼處至形成干燥粉末，菌劑濃度為5.0×108cfu/g，隨基肥直接撒入。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理(表1)，每個(gè)處理4次重復(fù)，隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)面積88.4 m2。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Test treatment

1.3 栽培管理

施基肥磷酸二銨225 kg/hm2，尿素225 kg/hm2，硫酸鉀225 kg/hm2和硫酸鋅15 kg/hm2。播種期分別為2016年6月10日播種(10月13日收獲)、2017年 6月1日播種(10月4日收獲)和2018年6月5日播種(10月8日收獲)。采用60 cm等行距，株距20 cm，點(diǎn)播器播種，施入基肥并根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)(表1)撒入菌劑。留苗60 000株/hm2。全生育期不追肥。按常規(guī)進(jìn)行其他栽培管理。

1.4 玉米產(chǎn)量測(cè)定和經(jīng)濟(jì)性狀考查

玉米收獲時(shí)每個(gè)小區(qū)去除邊行，挑取長(zhǎng)勢(shì)一致的三行進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，并從中隨機(jī)挑選10穗果穗進(jìn)行考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重，結(jié)果取平均值。大田產(chǎn)量由每個(gè)小區(qū)所收取的果穗籽粒計(jì)算，烘干稱量，最后再按14%含水量折算產(chǎn)量[22-23]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并用IBM SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2016年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，2016年與對(duì)照組相比接種2種菌劑均能提高玉米產(chǎn)量，接種菌劑1-18的產(chǎn)量為10 588 kg/hm2，相對(duì)于不接種菌劑增產(chǎn)16.06%；接種菌劑L-56的產(chǎn)量為9 771 kg/hm2，相對(duì)于不接種菌劑增產(chǎn)7.10%，接種菌劑1-18增產(chǎn)率明顯高于菌劑L-56，接種1-18和L-56復(fù)合菌劑比單獨(dú)施用效果更好，產(chǎn)量為10 812 kg/hm2，增產(chǎn)率可達(dá)18.51%。

施用菌劑1-18的玉米百粒重最高為40.33 g，顯著高于施用菌劑L-56的百粒重36.31 g，2種菌劑混合施用時(shí)百粒重也達(dá)39.75 g。玉米果穗的穗粗、行粒數(shù)和穗行數(shù)在2種菌劑處理中無(wú)顯著差異，但都高于對(duì)照組，說(shuō)明2種菌劑不僅能提高玉米產(chǎn)量，對(duì)果穗性狀也產(chǎn)生一定影響。施用菌劑L-56的玉米果穗的穗粗、行粒數(shù)和穗長(zhǎng)略高于施用菌劑1-18，說(shuō)明玉米穗部性狀與產(chǎn)量不一定成正比例。

表2 2016年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2016

注：同列小寫(xiě)字母a, b, c表示不同處理間的差異，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note： Lowercase letters a, b, and c in the same column indicate differences between different treatments, the same letter indicates that the difference is not significant, and different letters indicate that the difference is significant (P<0.05).The same below.

2.2 2017年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，2017年接種2種菌劑均能提高玉米產(chǎn)量，但與2016年效果不同，接種菌劑L-56的增產(chǎn)率高于接種菌劑1-18。玉米接種菌劑1-18的產(chǎn)量為 10 115 kg/hm2，相對(duì)于不接種菌劑增產(chǎn)5.05%；玉米接種菌劑L-56的產(chǎn)量為10 803 kg/hm2，相對(duì)于不接種菌劑增產(chǎn)12.19%；玉米接種1-18和L-56復(fù)合菌劑效果最好，產(chǎn)量為11 028 kg/hm2，增產(chǎn)率為14.53%。

不同菌劑處理玉米百粒重和穗長(zhǎng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)與產(chǎn)量增長(zhǎng)趨勢(shì)一致，在施用1-18和L-56復(fù)合菌劑中百粒重最重為36.11 g，穗長(zhǎng)最長(zhǎng)為21.74 cm。穗粗和行粒數(shù)在不同菌劑處理中無(wú)顯著性差異，但都高于對(duì)照組，與對(duì)照組相比差異顯著。而穗行數(shù)在不同菌劑處理中有顯著差異，說(shuō)明玉米穗部性狀在不同菌劑處理中可能效果不一致。

表3 2017年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響Table 3 Effect of different microbial treatments on maize yield and agronomic traits in 2017

2.3 2018年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響

由表4可知，2018年產(chǎn)量變化與2017年相近，均是接種菌劑L-56的增產(chǎn)率高于接種菌劑1-18的增產(chǎn)率但差異不顯著。接種菌劑L-56的產(chǎn)量為8 936 kg/hm2，相對(duì)于未接種菌劑增產(chǎn)9.11%，接種菌劑 1-18 的產(chǎn)量為8 725 kg/hm2，相對(duì)于未接種菌劑增產(chǎn)6.53%，接種1-18和L-56復(fù)合菌劑產(chǎn)量最高為9 150 kg/hm2，與未接種菌劑相比增產(chǎn)率達(dá)11.75%。

玉米分別接種菌劑1-18和菌劑L-56，其穗長(zhǎng)與行粒數(shù)差異都達(dá)顯著水平，說(shuō)明這些可能是構(gòu)成產(chǎn)量變化的因素。而在不同菌劑處理中穗粗、百粒重以及穗行數(shù)之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明這些因素可能不是引起產(chǎn)量差異的主要原因。

表4 2018年不同菌劑處理對(duì)玉米產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響Table 4 Effect of different microbial agents treatment on maize yield and agronomic traits in 2018

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)連續(xù)3年對(duì)夏玉米施用不同菌劑處理來(lái)探究其對(duì)玉米果穗性狀和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，施用不同菌劑處理均能增加玉米產(chǎn)量，并且施用復(fù)合菌劑比單獨(dú)施用增產(chǎn)效果更好。2016年施用菌劑1-18的增產(chǎn)效果優(yōu)于菌劑L-56，而2017和2018年結(jié)果相反，施用菌劑L-56的增產(chǎn)率均高于施用菌劑1-18的增產(chǎn)率，增產(chǎn)效果的差異可能與每年發(fā)酵菌劑的發(fā)酵情況有關(guān)，有效活菌數(shù)存在差異；也可能受大田環(huán)境不穩(wěn)定因素的影響，例如，每年土壤pH、溫度以及水分含量存在差異，但整體來(lái)看，施用菌劑與未施用菌劑相比玉米產(chǎn)量均有所提高。施用菌劑不僅能提高玉米產(chǎn)量，還能改善玉米果穗的性狀如穗長(zhǎng)、穗粗、行粒數(shù)和穗行數(shù)等，與未接種菌劑相比存在顯著性差異。該結(jié)果與施用微生物菌劑對(duì)小麥等作物產(chǎn)量方面影響的報(bào)道相一致[8，24]。這可能是因?yàn)檠挎邨U菌和類芽孢桿菌改善了土壤的理化性質(zhì)，提高了土壤肥力或者產(chǎn)生了促進(jìn)作物生長(zhǎng)的代謝產(chǎn)物，具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

致謝

感謝十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2017YFD0200800)和廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2013S033)資助。