复合微生物肥对粮饲兼用型玉米绿博6号光合特性、农艺性状及产量的影响

Effects of compound microbial fertilizer on the photosynthetic characteristics，agronomic traits and yield of dual-purpose Lvbo No.6 corn

摘要

目的 研究复合微生物肥对粮饲兼用型玉米光合特性、农艺性状及产量的影响，以期为风沙土地区玉米生产提供指导。 方法 以绿博6号玉米为试材，设置6种复合微生物肥施用水平，0（CK）、375（T₁）、750（T₂）、1 500（T₃）、3 000（T₄）、3 750 kg/hm²（T₅），测定分析玉米生长、光合及产量指标。 结果 施用复合微生物肥能有效促进玉米生长并提高玉米产量，与CK相比，T₄及T₅处理叶片气孔导度和蒸腾速率显著提高，T₃、T₄及T₅处理玉米净光合速率分别提高15.70%、20.79%和26.38%；T₁~T₅处理株高及茎粗较CK分别提高26.92%~52.26%、47.73%~73.18%；T₁~T₅处理穗行数、行粒数，穗长及穗粗较CK都有显著提高，籽粒产量增加55.54%~180.92%；玉米种植产投比随施肥量增加呈抛物线型变化，T₃处理产投比最大。 结论 施用复合微生物肥后，玉米光合特性、农艺性状明显改善，产量显著增加，综合考虑产投比，复合微生物肥施用量1 500 kg/hm²（T₃）为最佳推荐施肥量。

Abstract

Objective To study the effects of compound microbial fertilizer on the photosynthetic characteristics，agronomic traits and yield of dual-purpose corn，so as to afford guidance for corn production in windy and sandy areas. Method The growth，photosynthetic and yield indicators of the Lvbo No.6 corn were analyzed in six different soil compound microbial fertilizers levels: 0 kg/hm² (CK)，375 kg/hm² (T₁)，750 kg/hm² (T₂)，1 500 kg/hm² (T₃)，3 000 kg/hm² (T₄)，and 3 750 kg/hm² (T₅). Result Compound microbial fertilizer can effectively promote growth and boost corn yields.Compared with CK，T₄ and T₅ showed significantly improved the stomatal conductance and transpiration rate，while T₃，T₄，and T₅ showed increased net photosynthesis rate by 15.70%，20.79%，and 26.38% respectively.T₁~T₅ showed increased plant height and stem thickness by 26.92%~52.26% and 47.73%~73.18% respectively compared with CK.Rows per ear，grains per row，ear length and ear thickness of T₁~T₅ were significantly improved compared with CK，while kernel production increased by 55.54%~180.92%.With the increase of fertilizer，the cost-benefit ratios of the corn changed as a curve with a single peak，with T₃ showing the most dramatic change. Conclusion After the application of compound microbial fertilizer，corn photosynthetic characteristics and agronomic traits were significantly enhanced，and yield increased dramatically.However，given the cost-benefit ratios，the recommended amount of compound microbial fertilizer is 1 500 kg/hm² (T₃).

Graphical abstract

关键词

复合微生物肥 / 风沙土 / 玉米 / 产量

Key words

compound microbial fertilizer / aeolian sandy soil / corn / yield

宁夏回族自治区地处黄河流域，其东部为典型的农牧交错带，农业生产以种植业、畜牧业为两大支柱，种植业中玉米占到全区播种面积的20%^［1］。然而宁夏分布大面积风沙土，其养分贫瘠且结构不良，保水、保肥能力较弱。加之在传统施肥方式下，长期过量、不合理的施用化肥导致了土壤板结、肥力下降及农业面源污染等问题，严重限制玉米生产。

2019年“黄河流域生态保护和高质量发展”上升为重大国家战略，同时为解决化肥过量施用带来的诸多问题，我国农业部提出“一控两减三基本”的目标^［2］。复合微生物肥是一种将特定微生物与营养物质复合而成的新型肥料，能够提高土壤肥力，改善土壤质量，提高作物产量和品质^［3-4］。利川市土肥站在常规施肥的基础上增施复合微生物肥，单位面积（667 m²）鲜茶叶产量增幅可达22.8%^［5］。乌音嘎等^［6］研究表明，施用复合微生物肥1 125 kg/hm²后，玉米株高、茎粗较不施肥分别显著增加了21.90%、30.43%。于文进等^［7］研究表明，在南方高温高湿的气候和土壤条件下，将复合微生物肥料应用于无公害蔬菜的栽培上可使番茄产量提高7.3%~11.1%、苦瓜产量提高10.7%~16.1%、菜薹产量提高7.2%~15.1%。然而目前有关复合微生物肥的研究多集中在南方地区，西北瘠薄沙土等低肥力地区施用复合微生物肥的研究鲜见报道。

因此，本试验以绿博6号玉米为试材，研究不同施用量的复合微生物肥（同时含有较高有机质及特异微生物）对风沙土区种植玉米的光合特性、生长及产量的影响，旨在为以风沙土为代表的低肥力土壤构建一种既能改良土壤同时提高玉米产量的新型施肥模式。以期为低肥力地区农业的健康可持续发展提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年5月至9月在宁夏回族自治区银川市兴庆区月牙湖乡（E 106°57′，N 38°60′）开展，该地位于毛乌素沙漠西缘，海拔1 123 m，年平均气温8.5 ℃，年平均降水量为200 mm，年平均蒸发量为1 580 mm，无霜期为140~185 d，年平均日照时数2 600~3 000 h。试验区域内多大风、沙尘天气，光热资源充足。当地土壤类型为风沙土，土壤pH值为8.26，其中全盐0.46 g/kg、有机质5.62 g/kg、碱解氮67.72 mg/kg、有效磷34.16 mg/kg、速效钾112.55 mg/kg。

1.2 供试材料

1.2.1 供试肥料

供试肥料为奶牛粪好氧发酵后与微生物菌剂复合而成的复合微生物肥，其有机质含量为31.22%，全氮含量92.55 g/kg，全磷含量31.14 g/kg，全钾含量33.67 g/kg，有效活菌数（cfu）≥200亿/kg，符合NY/T798-2015质量标准。

1.2.2 供试作物

供试作物为玉米，品种为国家审定品种绿博6号，粮饲兼用型品种。

1.3 试验设计及方法

1.3.1 试验设计

试验设置6种不同的复合微生物肥施用梯度：0（CK）、375（T₁）、750（T₂）、1 500（T₃）、3 000（T₄）、3 750 kg/hm²（T₅），每个处理重复3次，采用随机区组试验设计，共计18个小区，小区面积为330 m²（30 m×11 m）。

1.3.2 田间管理

（1）播种：2019年5月6日进行播种前最后一次整地并且规划小区，精确称量各小区施肥量，将复合微生物肥按设计梯度撒施于地表并进行翻耕耙耱；5月8日采用气吸式精量播种机单粒播种，播种时设置宽窄行，宽行70 cm，窄行40 cm，株距定为20 cm，种植密度为90 900株/hm²；（2）灌溉：采用滴灌方式，整个生育期共滴水14次，每次滴水225~300 m³/hm²；（3）追肥：生育期内采用水肥一体化方式追肥，幼苗期专用肥（N-P₂O₅-K₂O：14.7-25-10.3）于5月中、下旬各施一次，施用量90 kg/hm²，拔节期专用肥（N-P₂O₅-K₂O：20.5-5-24.5）于6月上、下旬各施一次，施用量90 kg/hm²，抽雄期专用肥（N-P₂O₅-K₂O：25.2-8-16.8）于7月中、下旬各施一次，施用量120 kg/hm²，灌浆期专用肥（N-P₂O₅-K₂O：34.5-10-5.5）于8月中旬施一次，施用量90 kg/hm²，全生育期总计追肥7次，追肥总量690 kg/hm²；（4）病虫草害防治：除草剂于四叶一芯期机械喷施，7月上旬喷施农药一次，预防病虫害；（5）收获：待玉米成熟后于9月29日收获，后续进行测产及考种。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 玉米抽雄期光合指标的测定

于玉米抽雄期，选择晴天光照较强时使用CI-6400便携式光合测量仪测定，每个处理随机选取20株，取平均值，测定指标有叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率。叶绿素含量（SPAD）使用SPAD-502便携式叶绿素仪测定，选中叶子后分别测定基部、中部、叶尖的叶绿素含量，取平均值。

1.4.2 玉米生长指标的测定

株高、茎粗的测量于玉米收获时进行，使用杆尺测量株高，使用数显游标卡尺测量近地面茎粗，株高、茎粗每个处理随机测量20株，取平均值。

1.4.3 玉米产量及产量构成因素的测定

在玉米收获时测产，每个处理选取有代表性的果穗10穗进行室内考种，穗长使用直尺测量；穗粗、秃尖长使用数显游标卡尺测量；百粒质量使用电子天平称量；籽粒含水率的测定使用PM-8188谷物水分测定仪，10次重复，取平均数；产量按14%折算含水率；单株鲜质量使用电子台秤称量。

1.5 数据处理

试验数据使用Excel 2010整理，使用SPSS 24.0进行方差分析、LSD多重比较、Pearson相关性分析，使用R Studio、Origin 2019 软件作图。

2 结果与分析

2.1 施用复合微生物肥对绿博6号玉米抽雄期光合特性的影响

由表1可知，与CK相比，施用复合微生物肥的处理玉米抽雄期的光合能力增强。T₃~T₅处理叶片净光合速率及胞间CO₂浓度分别提高15.70%~26.38%、60.16%~124.53%；T₄及T₅处理的叶片气孔导度分别提高60%、64%；同时蒸腾速率随复合微生物肥施用量的增加而提高，T₄及T₅处理较CK显著提高76.33%、93.36%。叶绿素是光合作用的物质基础，植物利用叶绿素进行电子传递、能量转化等过程，将无机碳同化成有机物质用于作物生长，在复合微生物肥的作用下，处理T₂~T₅叶绿素含量（SPAD值）较CK提高18.75%~42.52%。整体而言，施用复合微生物肥有利于改善玉米抽雄期光合特性，且处理T₅表现最优。

2.2 施用复合微生物肥对绿博6号玉米生长的影响

如图1所示，与CK相比，施用复合微生物肥可显著促进玉米的生长。T₁~T₅处理玉米株高与CK相比提高26.92%~52.26%，且施用高量复合微生物肥处理T₄、T₅较施用较低量处理T₁、T₂也有显著增长；T₁~T₅处理玉米茎粗较CK提高47.73%~73.18%，且处理T₃、T₄及T₅与处理T₁差异显著。通过分析得出，施用复合微生物肥能够提高玉米的株高和茎粗，且中、高量施用较低量施用效果更为明显。

2.3 施用复合微生物肥对绿博6号玉米穗部性状的影响

由表2可知，施用复合微生物肥后玉米穗部性状优良。处理T₁~T₅穗行数较CK增加30.00%~40.06%，T₅处理穗行数增幅达到最大；处理T₃行粒数增幅最大，与CK相比增加37.36%；处理T₁~T₅穗长及穗粗较CK显著增加40.88%~50.74%、60.40%~68.54%。玉米秃尖长随复合微生物肥施肥量增加而降低，处理T₂~T₅秃尖长与CK差异达到显著水平，且处理T₅秃尖长降幅最大，为80.73%。

2.4 施用复合微生物肥对绿博6号玉米产量构成因素及产量的影响

如表3所示，施用复合微生物肥后玉米产量构成因素明显改善，产量显著提高。处理T₁~T₅穗粒数较CK差异显著，T₃处理穗粒数最多，增幅为82.04%；处理T₁~T₅百粒质量较CK增加15.43%~63.64%。处理T₁~T₅玉米籽粒产量较CK分别增加67.73%、55.54%、135.40%、163.23%、180.92%，且施中、高量复合微生物肥处理T₃、T₄、T₅较施低量复合微生物肥处理T₁、T₂差异显著。玉米鲜质量对于青贮而言至关重要，处理T₂~T₅单株玉米鲜质量较CK增加142.11%~278.95%，增幅非常明显，同时高量复合微生物肥处理T₄、T₅与低量处理T₁、T₂相比差异显著。

2.5 产量与光合特性的相关性分析

热图是近年来被广泛应用的一种简洁明了的相关性表达方式，可以简单地聚合大量数据，将结果以一种渐进的色带直观地展现出来^［8］。绿博6号玉米籽粒产量与光合特性的相关性热图如图2所示，由图可知，玉米籽粒产量与叶绿素含量、胞间CO₂浓度、气孔导度及净光合速率之间均呈极显著的正相关，与蒸腾速率之间存在显著的正相关，相关系数分别为0.98、0.95、0.96、0.97、0.87。相关性分析表明，施用复合微生物肥可通过改善玉米的光合特性，进一步增加玉米的产量。

2.6 施用复合微生物肥对绿博6号玉米产投比的影响

在种植过程中，除施肥外中间环节较多，其总成本组成较复杂，本研究中除复合微生物肥成本外，亦包括机械使用费、灌溉材料费、水电费等其他成本，由于本试验只设置复合微生物肥施用量一个因素，其他田间管理措施各处理均相同，故各处理其他成本均相同（总成本=肥料成本+其他成本；产投比=产值/总成本）。由图3可知，施用复合微生物肥提高了玉米产投比，具体表现为：T₃>T₄>T₅>T₁>T₂>CK，最大产投比出现在处理T₃，产投比达1.94。

3 讨论

3.1 施用复合微生物肥对绿博6号玉米抽雄期光合特性的影响

复合微生物肥因其具有用量少、成本低、本身安全无公害、不污染环境、资源循环利用等优点，逐步成为我国发展高效生态农业，生产绿色有机产品的首选肥料^［9］。于健等^［10］研究表明，在常规施肥基础上增施复合微生物肥可使番茄净光合速率提高。张幸果等^［11］研究表明，基施1 500 kg/hm²复合微生物肥后，可提高花生成熟期净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度及蒸腾速率，且高量施用效果优于低量施用。本研究中绿博6号玉米光合特性在复合微生物肥施用后得到显著优化，这与前人的研究结果相似，分析其原因可能为：复合微生物肥中含有大量氮素，前人研究发现增施氮肥能提高玉米叶片叶绿素含量，并改善其光合性能^［12-14］。风沙土地区干旱缺水，对植物光合作用至关重要的水分稀缺，导致植物光合效率下降^［15］，而复合微生物肥施入土壤后，土壤有机质含量提高^［16-17］，有利于保持土壤团聚体的稳定^［18］，提高土壤持水孔隙度^［19］，增强土壤保水性，从而一定程度上缓解水分缺乏对植物光合能力的限制。

3.2 施用复合微生物肥对绿博6号玉米生长的影响

玉米前期生长发育是后期产量形成的基础^［20］，杨晓明^［21］在宁夏固原的试验表明，播前基施复合微生物肥600、900、1 200 kg/hm²，且后期未追肥，玉米收获时株高较当地常规施肥分别增加13.63%、10.96%、12.08%。曹雯梅等^［22］研究表明，播前基施复合微生物肥750 kg/hm²，玉米收获时茎粗较未施肥处理增加20.83%。本研究结果表明，施用复合微生物肥后绿博6号玉米株高及茎粗较CK显著提高，且施用高量复合微生物肥的处理T₄、T₅效果优于较低量复合微生物肥的处理T₁、T₂，这与前人的研究结果一致，原因可能为是复合微生物肥中含有大量有益微生物，大量微生物进入土壤，分泌合成促进植株生长的维生素和激素，促进植株生长^［23-25］。

3.3 施用复合微生物肥对绿博6号玉米产量的影响

大量研究表明施用复合微生物肥能够提高作物产量^［26-29］。本研究发现，施用复合微生物肥后绿博6号玉米产量构成因素改善，籽粒产量提高。这与前人的研究结果相似，分析其原因可能为：通过对玉米籽粒产量与玉米抽雄期光合特性进行相关性分析发现玉米的各项光合特性与籽粒产量呈显著正相关，由此推测复合肥生物肥可能通过提高绿博6号玉米的光合能力，增加干物质积累量，从而提高玉米产量^［30-32］。复合微生物肥既含有较高有机质又含有大量具有分解功能的微生物，微生物能够分解肥料中的有机质，活化土壤中被固定的养分，提高土壤速效养分含量，同时促进植株中营养元素向籽粒中的转移^［33］，使更多养分被玉米籽粒吸收利用。试验地干旱胁迫时有发生，微生物可与植物根系相互作用，提高植物抗逆性，缓解干旱胁迫对玉米的伤害，保障玉米健康生长^［34-35］。

4 结论

施用复合微生物肥可增强绿博6号玉米光合特性、优化改良其农艺性状及产量构成因素并增加产量。综合考虑产投比，施用复合微生物肥1 500 kg/hm²（T₃）时，产投比达到最大，为最佳推荐施肥量。

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基金资助

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2018BBF02004)

宁夏回族自治区重点研发计划项目(2019BCF01001)