化肥減量配施復合微生物菌肥對土壤養分和水稻產量的影響

姜欽龍, 王蘇影, 祝 飛, 崔潞燕, 喻全華, 鄒新建

(南昌市農業科學院, 南昌 330038)

化肥是農業生產最基礎的物質投入要素之一,化肥減量增效是農業綠色發展的重要內容。在人多地少的資源稟賦條件下,我國長期持續著高投入高產出的農業生產模式。 化肥的密集投入對保障糧食安全起到了不可替代的積極作用[1-2]。 然而,過度且不合理地施用化肥也是農業面源污染的重要源頭之一[3],成為農業綠色發展的制約因素。水稻中的問題歸根結底是土壤問題,土壤問題的核心是土壤微生態,因此微生物技術在水稻生產中的重要性毋庸置疑。但目前,能夠克服化肥與農藥的危害,適合水稻現代化耕作管理的農用微生物產品還很少,有效的、經濟的、防治結合的,全面修復水稻土壤的農用微生物技術更是鳳毛麟角。目前,環保無污染的微生物菌肥越來越受到人們歡迎,它可有效利用大氣中的氮素或土壤中的養分資源,不僅降低生產成本,提高作物產量、改善作物品質,減少環境污染,并在一定程度上改善土壤的理化性狀等[4-6]。國內微生物肥料的研究起步晚于國外,但國內外微生物肥料研究內容基本一致,都是停留在單一的微生物菌種研究,大多圍繞某一類易分離和培養的菌株的分離和篩選方面展開,目前的微生物肥料使用最為普遍的菌種是芽孢桿菌類。截至2021年8月15日,中國農業農村部累計頒發生物有機肥登記證2 696個,復合微生物肥料登記證1 637個,微生物菌劑4 399個,但登記的菌種僅152種。其中以芽孢桿菌類菌株為主的產品占90%以上,產量占98%以上。但芽孢桿菌因菌體抗逆性差,易產生休眠體(芽孢)、依賴氧氣,對水稻造成毒害以及會影響有益微生物等原因而難以適用于水稻生產。前人研究也多是以單一的微生物菌肥在水稻方面的研究,本研究探討了多菌種的復合微生物菌肥對土壤養分和水稻產量的影響,以期減少化肥使用量,探索合理的施肥結構,為合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

田間試驗于2022年5月—11月在南昌市農業科學院恒湖科技園水稻試驗田進行。試驗田地力均勻,種植季度為稻稻油輪作,排灌方便。對耕層(0～18 cm)土壤進行理化分析,土壤有機質含量22.1 g/kg,堿解氮122.5 mg/kg,有效磷53.7 mg/kg,速效鉀133.68 g/kg,pH值5.60。

1.2 供試材料

供試水稻品種為廣和優33(國審稻20210321)。供試肥料:復合微生物菌肥,森井生物工程(湖州)有限公司生產,酸魚乳桿菌、谷氨酸棒桿菌≥0.5億/g,NPK≥6%。推薦配方肥總養分≥45%,N-P2O5-K2O 15-15-15,山東利農肥業有限公司生產,尿素,總氮≥46.2%,貴州赤天化銅鋅化工有限公司生產。

1.3 試驗設計

在單一差異的原則下,按照《肥料效應鑒定田間試驗技術規程》(NY/T 249—2002)要求,試驗設5個處理:推薦施肥量,處理1(ck);推薦施肥量+復合微生物菌肥,處理2;推薦施肥量減氮10%+復合微生物菌肥,處理3;推薦施肥量減氮30%+復合微生物菌肥,處理4;推薦施肥量減氮50%+復合微生物菌肥,處理5。詳見表1,試驗采用小區試驗,隨機區組排列,3次重復,每個小區面積27 m2,共15個小區。

表1 田間試驗設計

1.4 田間試驗

2022年7月17日犁耙試驗田、劃區作梗、分區施肥,各試驗小區用隔離板作梗體,隔板接頭用雙層塑料薄膜加覆,設排灌溝,單排單灌。6月25日晚上開始浸種,6月27日開始播種,7月19日移栽。移植密度為18.77萬叢/hm2,每叢2苗。7月27日結合化學除草追施尿素。水分管理方式:淺水移栽,薄水活顆;苗期水位保持3～5 cm,有效分蘗期水位保持2～4 cm,在無效分蘗期曬田,孕穗揚花期水位保持在4～8 cm,在齊穗后田間保持干濕交替,成熟期7 d方可斷水。病蟲害防治記錄:8月22日、9月7日、9月25日統一施藥防治病蟲害。10月23日取樣分析經濟性狀,10月24日試驗各小區單打單收計產并分小區采集土樣檢測。

1.5 測定項目及方法

測定土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量及土壤pH值,測定方法參考土壤農化分析[7]。

1.6 數據統計與分析

采用Excel2003和SPSS19.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 各處理對水稻主要經濟性狀的影響

由表2可知,在株高上,ck與處理3、處理4差異不顯著,與處理2、處理5差異顯著,說明施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,同時肥料減量10%,30%,對株高影響不顯著。在穗長、千粒重上,ck與處理2、處理3、處理4、處理5差異均不顯著,說明在施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,同時肥料減量10%,30%,50%,對穗長、千粒重影響不顯著。在有效穗數上,ck與處理2、處理4、處理5差異不顯著,與處理3差異顯著,說明在施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,同時肥料減量0,30%,50%,對有效穗數影響不顯著。在每穗總粒數、結實率上,ck與處理4差異不顯著,與處理2、處理3、處理5差異顯著,說明施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,同時肥料減量30%,對每穗總粒數、結實率影響不顯著。

表2 各處理對水稻主要經濟性狀的影響

2.2 各處理對水稻產量及經濟效益的的影響

由表3可知,處理3的實收產量最高,處理5的實收產量最低,且ck與處理5差異顯著,與處理2、處理3、處理4的差異不顯著,說明在施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,同時肥料減量0,10%,30%情況下,對實收產量差異不顯著。處理5與處理2、處理3、處理4的實收產量差異顯著,說明在施用復合微生物菌肥同等條件下,化肥減量30%以內對實收產量的影響不顯著。在扣除肥料成本情況下,各處理純收入由高到低依次為:處理3>ck>處理4>處理2>處理5。說明在化肥減量30%,施加300 kg/hm2復合微生物菌肥,有利于水稻增產增收。

表3 各處理對水稻產量及經濟效益的影響

2.3 各處理對土壤養分的影響

由表4可知,復合微生物菌肥對耕地土壤養分有影響。其中ck有機質含量均顯著低于其他4個處理,說明施用復合微生物菌肥,對土壤有機質含量影響顯著。在堿解氮、有效磷、速效鉀值上,ck顯著低于其他4個處理,說明施用復合微生物菌肥,對土壤堿解氮、有效磷、速效鉀均影響顯著。在有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值上,處理2、處理3、處理4、處理5之間差異不顯著,說明在施復合微生物菌肥300 kg/hm2的同等條件下,化肥減量50%以內對土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值影響不顯著。

表4 各處理對土壤養分含量的影響

3 結論與討論

從水稻主要經濟性狀上看,化肥減量10%,30%,配施復合微生物菌肥對水稻株高、穗長、千粒重的影響不顯著,但同時又能提高水稻有效穗數、結實率。

從產量及經濟效益上看,化肥減量10%,30%,配施復合微生物菌肥均能提高水稻產量,其中在施復合微生物菌肥300 kg/hm2的同等條件下,化肥減量10%的產量最高,比對照增產372.7 kg/hm2,比對照增收401.8元/hm2。其次是化肥減量30%。比對照增產34.8 kg/hm2,但比對照純收入減少102.7元/hm2,減少的幅度很小。

從土壤養分上及生態效益上看,化肥減量10%,30%,配施復合微生物菌肥提高了土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、pH值,從而提高了土壤養分,中和了土壤酸性。

通常水稻產量是反映土壤肥力和土壤養分穩定輸出的關鍵?；旌暇菏┯糜谕寥乐?能滿足水稻生長對氮素營養和微量元素的需求,促進土壤有機質的分解轉化,使土壤中有益微生物能夠快速繁殖。大量研究表明,施用微生物菌肥增加了水稻根際土壤中的細菌數量,改善了土壤微生態環境,加快了土壤養分的轉化,促進水稻根部生長、莖稈粗壯,提高了水稻產量[8-9]。另外微生物活動可以使土壤疏松,改善土壤的滲透性和結構。在水稻分蘗期間,施用混合微生物菌肥可以提高土壤中有益微生物的數量,從而產生更多的代謝產物。這些代謝產物會促進作物生長,為作物提供足夠的養分,從而提高作物的產量。除此之外,硝態氮和堿解氮提升也可能是混合菌中具有自生固氮能力的沼澤紅假單胞菌發揮了固氮作用,同時混合菌中的芽孢桿菌加快了土壤有機氮的礦化[10]。兩種菌肥混合后能夠大大提升土壤中可被植物吸收的的養分,同時減少化肥的投放量[11]。郜勝濤等[12]在使用微生物菌肥代替化肥研究水稻土壤理化性質時也發現了類似的結果,微生物菌肥中含有多種微生物,可以增加土壤有機質含量,從而提高土壤的pH值及其肥力。