廖欣　王忍　張印　陳燦　馬微微　余政軍　孟祥杰　羅雨聰　湯偉　黃璜　張小兵

摘要：為研究不同酵素用量與有機肥配施對土壤養(yǎng)分、稻米品質(zhì)的影響，2020年在湖南省長沙縣明月村以農(nóng)香32為試驗材料，設置單施有機肥（CK）、有機肥配施200 kg/hm2酵素（T1）、有機肥配施400 kg/hm2酵素（T2）3個處理，對酵素與有機肥配施對水稻產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分及稻米品質(zhì)的影響進行研究。結(jié)果表明，與CK相比，T2處理水稻產(chǎn)量顯著提高11.55%，T1和T2處理糙米率分別顯著提高1.49%、1.24%，精米率分別顯著提高2.57%、1.20%。T2處理分蘗期和成熟期土壤全氮含量較CK分別增加了58.51%、91.55%，達到顯著水平。孕穗期和齊穗期T2處理土壤全鉀含量較CK分別顯著提高了7.57%、5.13%。分蘗期T2處理的速效鉀、速效磷和堿解氮含量分別比CK處理增加了11.54%、22.16%、19.43%，差異顯著。孕穗期和成熟期，T2處理有機質(zhì)、速效磷、堿解氮含量均顯著高于CK處理，在成熟期增幅分別為11.53%、39.74%、36.65%。與CK相比，在水稻成熟期T1和T2處理蔗糖酶活性分別顯著提高4.85%、3.86%，T1處理脲酶活性顯著提高37.73%，T2處理過氧化氫酶活性顯著提高62.71%。本研究結(jié)果表明，水稻生產(chǎn)應用酵素有利于改善土壤理化性質(zhì)，穩(wěn)定甚至提高水稻產(chǎn)量，以有機肥配施400 kg/hm2酵素（T2）施用效果最佳。

關(guān)鍵詞：酵素；水稻；產(chǎn)量；稻米品質(zhì)；土壤養(yǎng)分；RVA譜特征值

中圖分類號：S511.06文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）14-0095-06

隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，人們對糧食的要求不再是量的突破，而是注重安全和品質(zhì)［1］。耕地質(zhì)量的好壞極大地影響了糧食的生產(chǎn)安全［2］。水稻作為我國主要的糧食作物之一，常年種植面積約3 000萬hm2［3］。根據(jù)2014年我國發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》數(shù)據(jù)顯示，我國近3 600萬hm2的農(nóng)田受到有機物的污染［4］。長期施用農(nóng)藥肥料導致土壤板結(jié)、酸化、重金屬污染、微生物群落單一等土壤環(huán)境問題逐漸加?。?-7］。國內(nèi)學者認為使用有機肥代替部分化肥能夠在穩(wěn)產(chǎn)的同時提高土壤肥力［8］。市面上流通的有機肥多為畜禽類排泄物以及植物殘渣發(fā)酵分解而成，在使用過程中配施酵素能達到更好的效果。

酵素技術(shù)最早是由日本的微生物專家作為一項生態(tài)工程發(fā)明的，并于20世紀80年代開始廣泛應用形成產(chǎn)業(yè)化［9］。酵素在植物、動物、微生物的三維立體循環(huán)農(nóng)業(yè)體系轉(zhuǎn)化中起到核心鏈接作用。通過酵素發(fā)酵的有機肥可作為一種高效復合生物肥料［10］，不僅響應了國家化肥農(nóng)藥“雙減”政策，還能提高作物產(chǎn)量，改善稻米品質(zhì)，提高土壤肥力，緩解化肥農(nóng)藥過量使用導致的土壤板結(jié)、酸化、重金屬污染等一系列土壤環(huán)境問題［11］。因此，研究酵素對高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、稻米品質(zhì)及土壤理化性質(zhì)具有非常重要的實際意義。目前，已有許多相關(guān)文獻報道施用酵素對水稻穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)、改善土壤性質(zhì)的作用，其研究結(jié)果也大致相同，在施用酵素后，水稻產(chǎn)量均有不同程度的提高［10-15］，稻米品質(zhì)得到改善［16］。李麗霞等研究發(fā)現(xiàn)，酵素菌可以產(chǎn)生各種酶，分解有機物質(zhì)形成腐殖質(zhì)，通過溶解土壤中磷鉀等微量元素增加土壤中養(yǎng)分含量［17］。在以往研究中已經(jīng)明確了酵素對水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)的影響，但施用多少酵素對水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)和土壤性質(zhì)的改善效果更好尚不清晰，因此探究酵素的合理施用量對實現(xiàn)水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培有重要意義。本研究采用田間小區(qū)試驗，研究不同酵素用量條件下水稻產(chǎn)量、稻米品質(zhì)以及土壤性狀的影響，以期通過合理施用酵素為實現(xiàn)水稻的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與試驗材料

試驗地位于湖南省長沙縣路口鎮(zhèn)明月村（113°29′48″E，28°40′38″N），試驗時間為2020年5—10月。該區(qū)屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，全年平均氣溫在16～18 ℃，年日照時間達1 800 h，年降水量1 200～1 500 mm。土壤類型為紅黃泥水稻土，在基施有機肥和酵素前使用5點取樣法，測定土壤背景值及其理化性狀，其中pH值為5.24，有機質(zhì)含量為23.18 g/kg，堿解氮含量為96.93 mg/kg，速效磷含量為19.86 mg/kg，速效鉀含量為130 mg/kg，全氮含量為0.94 g/kg，全磷含量為0.36 g/kg，全鉀含量為7.8 g/kg。

供試水稻品種為農(nóng)香32；酵素為益生菌液體酵素，主要成分包括枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等，由湖南伊潤生物科技股份有限公司生產(chǎn)；有機肥為基地自購商品發(fā)酵雞肥。

1.2 試驗設計

采用田間小區(qū)試驗，試驗設3個處理，分別為有機肥與200 kg/hm2農(nóng)用微生物酵素菌劑配施（T1）、有機肥與400 kg/hm2農(nóng)用微生物酵素菌劑配施（T2）、有機肥單施（CK），3次重復，共9個小區(qū)，每個小區(qū)面積為80 m2。

本試驗于5月16日浸種，5月17日催芽，5月18日播種，用種量為60 kg/hm2。6月10日設置保護行、試驗地區(qū)劃，各小區(qū)用田埂隔開，避免肥水串灌串排。6月16日翻耕，按3個處理即200 kg/hm2農(nóng)用微生物酵素菌劑配施2 680 kg/hm2有機肥混合發(fā)酵（T1）、400 kg/hm2農(nóng)用微生物酵素菌劑配施2 680 kg/hm2有機肥混合發(fā)酵（T2）、2 680 kg/hm2有機肥（CK），采用人工施肥的方式均勻施撒基肥。6月19日，采用人工插秧密植將秧苗移栽至大田，移栽規(guī)格為24 cm×24 cm。在水稻孕穗期（8月1日）追施1次復合肥，用量為375 kg/hm2。10月1日收獲水稻。試驗采用培育壯苗、以水壓草、合理密植等措施防治雜草病害，其他田間管理均按照當?shù)貙嶋H生產(chǎn)措施進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水稻產(chǎn)量測定 于水稻收獲前1 d，每個小區(qū)選取5株有代表性的植株進行考種，調(diào)查穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量等指標。于水稻收獲當天，每個處理隨機割取3個1 m2的樣方，脫離后曬干稱質(zhì)量，測定谷物含水量，計算實際產(chǎn)量。

1.3.2 稻米品質(zhì)測定 參照GB/T 17891—2017《優(yōu)質(zhì)稻谷》測定糙米率、精米率、整精米率、堊白粒率、堊白度；采用流動分析儀測定蛋白質(zhì)含量；采用碘藍比色法測定直鏈淀粉含量；淀粉快速黏度分析儀（RVA）特征譜采用RVA測定。

1.3.3 土壤性質(zhì)測定 分別于水稻分蘗期、孕穗期、齊穗期、成熟期采用5點取樣法采集0～20 cm土壤樣品，風干磨樣后過篩備用。其中土壤pH值使用pH計測定；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效磷含量采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L（1/2 H2SO4）-可見分光光度計法測定；速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；全氮、全磷含量采用濃硫酸消煮-流動分析儀法測定；全鉀含量采用濃硫酸消煮-火焰光度法測定［18］。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定；蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；過氧化氫酶活性采用高猛酸鉀滴定法測定［19］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 23.0軟件進行不同處理間各測定指標的方差分析，用LSD法（α=0.05）進行多重比較，用Origin 2021進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

由表1可知，有效穗數(shù)隨酵素用量的增加呈上升趨勢；與CK相比，酵素與有機肥配施對水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量無顯著影響。T1處理的水稻產(chǎn)量低于CK處理，但差異不顯著，T2處理的水稻產(chǎn)量較CK處理顯著增加11.55%（P<0.05），較T1處理顯著增加15.79%（P<0.05）。

2.2 不同處理對稻米品質(zhì)的影響

由表2可知，酵素與有機肥配施對水稻糙米率和精米率均有所提高，與CK相比，T1處理分別增加1.49%、2.57%，T2處理分別增加1.24%、1.20%，均達到顯著水平。在施用正常酵素用量與有機肥配施的條件下（T1）整精米率最高，與對照相比提高了2.89%，但未達到顯著水平。與CK相比，施用酵素對稻米堊白粒率、堊白度、蛋白質(zhì)含量和直鏈淀粉含量均沒有顯著影響。

RVA譜特征值可以反映稻米的蒸煮品質(zhì)。由表3可知，不同處理RVA譜特征值表現(xiàn)為T2處理的最高黏度和崩解值顯著低于CK和T1處理，而消減值顯著高于CK及T1處理。T1處理最高黏度、熱漿黏度和崩解值均高于CK處理，消減值低于CK處理，但無顯著差異。

2.3 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響

由表4可知，與CK相比，土壤pH值和全磷含量在分蘗期均表現(xiàn)出T1和T2處理顯著高于CK，T1處理分別提高了7.29%和15.79%，T2處理分別提高了3.46%、63.16%。不同處理土壤pH值和全磷含量在其他各時期均無顯著差異。分蘗期和成熟期土壤全氮含量均表現(xiàn)為T2>T1>CK，T2處理分蘗期和成熟期土壤全氮含量較CK分別增加了58.51%、91.55%，達到顯著水平。孕穗期和齊穗期T2處理土壤全鉀含量最高，分別達到了8.53、8.20 g/kg，分別較CK提高了7.57%、5.13%，呈現(xiàn)出顯著性差異，T1和T2處理成熟期土壤全鉀含量顯著低于CK，分別降低了2.36%、3.19%。

土壤有機質(zhì)含量在水稻孕穗期和成熟期均表現(xiàn)為T2>T1>CK，其中在孕穗期和成熟期T2處理較CK分別提高了11.06%、11.53%。T1處理土壤有機質(zhì)含量在水稻成熟期顯著高于CK。T1和T2處理在水稻孕穗期土壤速效鉀含量高于CK處理，但未達到顯著水平，其他3個時期土壤速效鉀含量均高于CK處理；在水稻分蘗期和齊穗期T2處理土壤速效鉀含量與CK相比顯著提高了11.54%、18.19%；T1與CK處理土壤速效鉀含量在分蘗期達到顯著差異。在水稻全生育期內(nèi)，T1和T2處理土壤速效磷和堿解氮含量均高于CK處理。與CK處理相比，T1處理土壤速效磷含量在水稻分蘗期、孕穗期和成熟期分別顯著高出16.96%、10.82%、35.48%；T2處理顯著高出22.16%、21.99%、39.74%。分蘗期T2處理土壤堿解氮含量與T1處理和CK相比分別高出17.31%、19.43%，且差異顯著；孕穗期和成熟期T1和T2處理堿解氮含量與CK相比分別高出15.98、11.66%和21.20%、36.65%，達到顯著水平。

2.4 不同處理對土壤酶活性的影響

在土壤系統(tǒng)大多數(shù)復雜的生化過程中，土壤酶有著重要作用。試驗數(shù)據(jù)表明，T1和T2處理與CK相比分蘗期和齊穗期的土壤酶活性無顯著差異。在水稻成熟期，與CK相比，T1和T2處理的土壤蔗糖酶活性分別顯著提高4.85%、3.86%（圖1）；T1處理土壤脲酶活性顯著高于T2處理和CK，增幅分別為32.61%、37.73%（圖2）；T2處理土壤過氧化氫酶活性相較于CK、T1處理分別顯著高出62.71%、119.86%（圖3）。

2.5 不同生育期土壤理化性質(zhì)和土壤酶活性與產(chǎn)量的相關(guān)性分析

如表5所示， 在各個處理中， 分蘗期的土壤全氮、全磷、有機質(zhì)含量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，速效磷含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。孕穗期的全氮、有機質(zhì)含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；蔗糖酶活性與產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)。齊穗期的土壤全鉀含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，速效鉀含量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。成熟期土壤肥力和土壤酶活性與產(chǎn)量沒有顯著相關(guān)性。

3 討論

3.1 有機肥配施酵素有利于穩(wěn)定甚至提高水稻產(chǎn)量

本研究結(jié)果表明，施用2倍用量酵素（T2）處理的產(chǎn)量達到7.92 t/hm2，比CK處理顯著增產(chǎn)11.55%，而正常用量酵素（T1）處理與CK差異不顯著。前人的研究表明，施用酵素能促進水稻生長，減少無效分蘗，提高有效分蘗，從而達到增產(chǎn)效果［12］，本研究的結(jié)果與之一致。酵素種類、用量、水稻品種及稻田土壤肥力的差異導致施用酵素對水稻產(chǎn)量效應不一致。楊永安等施用酵素秸稈速腐劑和生物酵素后水稻產(chǎn)量提高[KG*8]5.32%［13］。 劉偉研究發(fā)現(xiàn)，施用植物酵素的處理能顯著增加穗長、穗實粒數(shù)及每平方米有效穗數(shù)，增產(chǎn)7.9%［11］。周澤宇等對比了植物酵素“金禾苗”和“環(huán)保酵素”對水稻產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)噴施植物酵素“金禾苗”可以促進水稻分蘗，對水稻增產(chǎn)效果顯著，相比常規(guī)種植水稻增產(chǎn)8.6%［15］。杜元中在水稻旱直播栽培中用不同濃度環(huán)保酵素浸種均達到增產(chǎn)效果，其增產(chǎn)幅度為 1.36%～10.51%［14］。本研究中，施用正常用量的酵素（T1）處理產(chǎn)量低于CK處理，但其有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量均高于CK處理，由此表明正常施用酵素在短期內(nèi)不會顯著影響水稻產(chǎn)量。酵素中的微生物在土壤中對有機肥的分解腐化是一個復雜且漫長的過程，因此長期連續(xù)合理地施用酵素菌肥對水稻生產(chǎn)的累積效應還有待持續(xù)關(guān)注。

3.2 有機肥配施酵素改善稻米品質(zhì)

稻米品質(zhì)主要受水稻品種遺傳因素影響，但生育過程中生態(tài)環(huán)境、耕作方式等措施的不同也會對其產(chǎn)生較大的影響［20］。稻米品質(zhì)評價指標主要有外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、蒸煮品質(zhì)等［21］。前人研究發(fā)現(xiàn)，在酵素菌肥有機栽培條件下，稻米的糙米率、精米率、整精米率指標略低于傳統(tǒng)栽培，但差異不大，而堊白率降低36.05%，達到顯著差異，同時稻米的直鏈淀粉含量下降5.8%，蛋白質(zhì)含量提高1.74%［16］。劉偉研究發(fā)現(xiàn)，施用酵素可以顯著降低堊白率，降低直鏈淀粉含量，提高蛋白質(zhì)含量，在一定程度上改善稻米品質(zhì)［11］。王志超研究發(fā)現(xiàn)，隨著生物菌肥追肥比例的增加，糙米率和整精米率顯著增加，直鏈淀粉含量降低［22］。本研究中，T1和T2處理與對照相比，精米率得到顯著提高，T1處理較CK的糙米率、整精米率、蛋白質(zhì)含量均有不同程度的提高，同時堊白粒率、直鏈淀粉含量分別下降9.58%、4.00%。這與前人的研究結(jié)果基本一致，即施用酵素可以在一定程度上改善稻米品質(zhì)。前人較為一致地研究認為，稻米淀粉 RVA譜特征值中較高的峰值黏度、較大的崩解值和較低的消減值，說明稻米食味品質(zhì)較好［23-24］。本試驗結(jié)果表明，施用正常用量酵素（T1）稻米淀粉的RVA譜特征值表現(xiàn)為峰值黏度高、崩解值大、消減值低，而施用2倍酵素用量（T2）稻米淀粉的RVA譜特征值反而變劣，這說明施用過量酵素不能改善稻米的蒸煮和食味品質(zhì)。在本研究中，稻米品質(zhì)并未隨著酵素用量的增加而變優(yōu)，筆者認為這可能與酵素中微生物及其代謝物過量有機肥快速被分解導致水稻開花早影響后期籽粒灌漿成熟有關(guān)。陶津等研究發(fā)現(xiàn)，澆施高濃度比例（1 ∶250）的環(huán)保酵素會導致辣椒未成熟果實早衰落果現(xiàn)象［25］。由此看來，施用酵素是一種能夠提升稻米品質(zhì)的生產(chǎn)措施，但仍需注重因地制宜，與栽培技術(shù)相配套地進行合理使用。

3.3 有機肥配施酵素改善土壤質(zhì)量

酵素作為一種土壤改良劑，雖然不可以為作物生長提供直接養(yǎng)分，但可以通過微生物及其代謝產(chǎn)物快速分解有機質(zhì)，間接改善土壤理化性質(zhì)，分解農(nóng)藥化肥等化學物質(zhì)，將難溶的N、P、K解離出來，提高養(yǎng)分的利用率［26］。刁亞娟和馬保國分別研究了酵素菌肥對番茄和大蒜土壤養(yǎng)分含量的影響，研究結(jié)果均表明酵素菌肥能顯著提高土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量［27-28］。韓劍宏等研究認為，施加環(huán)保酵素和水按體積比1 ∶800的比例可以顯著提高土壤有機質(zhì)和速效鉀含量，堿解氮和有效磷含量有所降低［29］。郜勝濤等研究發(fā)現(xiàn)，用微生物菌肥代替化肥，可以增加土壤有機質(zhì)含量，進而提高土壤肥力［30］。本試驗不同酵素用量配施有機肥處理對土壤養(yǎng)分的整體影響，T2處理最高，T1處理次之，CK最低。酵素中含有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等微生物，在微生物的活動下不斷分解有機質(zhì)使得在分蘗期土壤的有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量呈現(xiàn)3個層次水平。蔗糖酶是土壤微生物生長代謝的產(chǎn)物，是有機碳分解的重要指標，過氧化氫酶參與物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)換，其活性主要與土壤有機質(zhì)及好氧微生物數(shù)量有關(guān)，土壤脲酶活性反映了土壤供氮能力［31］。高亮等將酵菌素生物有機肥應用于濱海鹽土上，發(fā)現(xiàn)鹽土的理化性質(zhì)得到改善，土壤的呼吸作用和酶活性也有一定的增加［32］。在本研究中，在水稻分蘗期、孕穗期乃至齊穗期3個處理的過氧化氫酶、脲酶及蔗糖酶活性基本上沒有出現(xiàn)顯著性差異，但在水稻成熟期，施用酵素處理的蔗糖酶、過氧化氫酶及脲酶的活性顯著提高。翟敬華等在研究酵素對紅菜薹土壤特性的影響時也發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律［33］。在紅菜薹生長45 d前，施加酵素的處理土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶活性與施用有機肥的處理差異并不顯著，在生長后期過氧化氫及蔗糖酶活性均有所提高，但對脲酶活性沒有顯著影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在水稻分蘗期土壤全氮、全磷、有機質(zhì)含量與水稻產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，這說明基施有機肥能夠在生育前期為水稻生長提供充足的土壤養(yǎng)分，對確保水稻產(chǎn)量有重要作用。

4 結(jié)論

與正常施用有機肥相比，有機肥配施酵素顯著增加了土壤有機質(zhì)及速效養(yǎng)分含量，有機肥配施400 kg/hm2酵素（T2）能顯著提高成熟期土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性，顯著提高稻米產(chǎn)量11.55%，且顯著提高精米率。從本試驗結(jié)果來看，有機肥配施400 kg/hm2酵素（T2）在提高水稻產(chǎn)量和土壤肥力方面表現(xiàn)更優(yōu)。綜上所述，有機肥配施400 kg/hm2酵素是一種穩(wěn)產(chǎn)提質(zhì)增效、改良土壤的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施，推薦在水稻生產(chǎn)過程中因地制宜地施用2倍用量酵素水平。

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收稿日期：2022-09-19

基金項目：湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳項目（編號：2020-22）；國家重點研發(fā)計劃（編號：2018YFD0301003）。

作者簡介：廖 欣（1999—），女，湖南婁底人，碩士研究生，主要從事生態(tài)種養(yǎng)研究。E-mail：2553444397@qq.com。

通信作者：黃 璜，博士，教授，博士生導師，主要從事生態(tài)學研究，E-mail：hh863@126.com；張小兵，主要從事微生物菌劑研究，E-mail：1014545960@qq.com。