微生物菌剂对华北地区小麦土壤养分及细菌群落结构的影响

Effects of Microbial Agents on Soil Nutrients and Bacterial Community Structure in Wheat Fields of North China

摘要

目的 为探究小麦-玉米轮作系统小麦季拔节期施用不同类型菌剂对土壤性状的影响。 方法 于2022—2024年布设田间试验，共设清水对照（CK）、施用生长素微生物菌剂（BS）、施用微生物菌剂（PM）和施用生防微生物菌剂（BSA）4个处理，研究不同菌剂对土壤化学性状、细菌群落结构及小麦产量的影响。 结果 2个试验年，0~20 cm土层，施用各菌剂较CK可显著改善土壤化学性状（p<0.05），PM处理土壤碱解氮和有效磷质量分数提升效果最为显著（p<0.05），分别提高22.60%~29.61%和21.63%~37.51%，pH显著降低（p<0.05），速效钾质量分数各处理无显著差异。20~40 cm土层，PM处理有效磷质量分数较CK显著提升22.05%（p<0.05），各处理pH、有机质、碱解氮和速效钾质量分数无显著差异。与CK相比，施用各菌剂均有利于提高根际土壤细菌α多样性指数（p<0.05），显著提高0.73%~7.43%。施入菌剂后对土壤细菌优势菌门相对丰度有显著影响（p<0.05），施入90 d后，与CK相比，BS、PM和BSA处理变形菌门的相对丰度分别显著提升2.70%、5.42%和3.71%（p<0.05），PM处理芽单胞菌门的相对丰度显著降低4.75%（p<0.05）。各施用菌剂处理根际土壤中具有生防、促生功能的细菌相对丰度高于CK，而具有诱病作用的致病菌类诺卡氏属（Nocardioides），在施用后15、90 d相对丰度均显著降低（p<0.05）。与CK相比，施用菌剂处理2022—2023年和2023—2024年小麦产量分别显著提高8.28%~20.43%和5.70%~16.23%（p<0.05），其中PM处理效果最显著。 结论 小麦拔节期施用菌剂在活化土壤养分、提升细菌多样性、生防和促生功能菌丰度及小麦产量方面具有较好效果，其中施用胶冻样类芽孢杆菌PM12效果最佳。

Abstract

Objective This study aimed to investigate the effects of different types of microbial agents applied during the jointing stage of wheat in a wheat-maize rotation system on soil properties. Methods Field experiments were conducted from 2022 to 2024. Four treatments were set up： a water control （CK）， application of auxin-producing microbial agent （BS）， application of microbial agent （PM）， and application of biocontrol microbial agent （BSA）. The impacts of different agents on soil chemical properties， bacterial community structure， and wheat yield were examined. Results In the 0—20 cm soil layer， the application of various microbial agents significantly improved soil chemical properties compared to CK （p<0.05）. The PM treatment had the most significant effect on increasing soil alkali-hydrolyzable nitrogen and available phosphorus content （p<0.05）， with increases of 22.60%-29.61% and 21.63%-37.51%， respectively， and a significant decline in pH （p<0.05）. There was no significant difference in available potassium content among treatments. In the 20—40 cm soil layer， available phosphorus content in the PM treatment was significantly （22.05%） higher than that in CK （p<0.05）， while there were no significant differences in pH， organic matter， alkali-hydrolyzable nitrogen， and available potassium content among treatments. Compared to CK， the application of all microbial agents significantly increased the α-diversity index of rhizosphere soil bacteria （p<0.05）， with an increase of 0.73%-7.43%. The application of microbial agents significantly affected the relative abundance of dominant bacterial phyla in the soil. Ninety days after application （p<0.05）， compared to CK， the relative abundance of Proteobacteria in the BS， PM， and BSA treatments increased significantly by 2.70%， 5.42% and 3.71% （p<0.05）， respectively， while the relative abundance of Gemmatimonadetes in the PM treatment decreased significantly by 4.75% （p<0.05）. The relative abundance of bacteria with biocontrol and growth-promoting functions in the rhizosphere soil of all microbial agent treatments was higher than that in CK， while the relative abundance of the pathogenic Nocardioides， which has disease-inducing effects， was significantly reduced at both 15 and 90 days after application（p<0.05）. Compared to CK， wheat yield in the microbial agent treatments increased significantly by 8.28%-20.43% from 2022 to 2023 and by 5.70%-16.23% from 2023 to 2024 （p<0.05）， with the PM treatment showing the most significant effect. Conclusion The application of microbial agents during the jointing stage of wheat effectively activates soil nutrients， enhances bacterial diversity and the abundance of biocontrol and promotive functional bacteria， and increases wheat yield， with the application of Paenibacillus mucilaginosus PM12 being the most effective.

Graphical abstract

关键词

微生物菌剂 / 化学性状 / 细菌多样性 / 小麦产量

Key words

microbial agents / chemical properties / bacterial diversity / wheat yield

小麦是全球第一大口粮作物，是人类重要的食物来源，全球约有35%~40%的人口以小麦为主要粮食^［1］。小麦的高产稳产高度依赖科学的农田管理措施，其中施肥是农业生产中关键的环节之一。施用无机肥可有效提高作物产量，改善土壤养分状况^［2］。近年来，长期不合理施用化肥导致土壤酸化、板结、次生盐渍化、养分失衡及氮素淋溶等问题，使土壤肥力下降，土壤微生物群落结构失衡，作物产量品质下降。在我国农业现代化和可持续发展的战略要求下，开发环境友好型绿色肥料有助于缓解生态安全和食品安全问题。

微生物参与土壤养分循环，有益微生物如固氮细菌、磷溶解菌等能提升土壤肥力，菌根真菌可改善土壤结构，促进植物吸收养分，但有害微生物可引发病害^［3］。因此，合理调控土壤微生物群落结构，抑制有害菌的生长，促进有益菌的繁殖，已成为提升土壤质量和农作物产量的重要途径。施用微生物菌剂可通过其有效微生物的生命活动分解土壤有机物，合成作物生长所需的营养元素，同时通过微生物种群间的相互作用，维持根际间微生物区系平衡^［4］。目前，微生物菌剂已在蔬菜栽培、土壤肥力提升、盐碱地治理和作物秸秆促腐等方面得到大范围应用。常用的微生物菌株包括芽孢杆菌、放线菌和固氮菌等，其中芽孢杆菌等微生物菌剂应用广泛。有研究^［5］发现，菌剂施用效果受菌剂类型的影响；贾峥嵘等^［6］研究表明，不同类型菌剂对产量提升效果存在差异，效果表现为枯草芽孢杆菌>解淀粉芽孢杆菌>胶冻样类芽孢杆菌，且施用枯草芽孢杆菌对土壤有机质质量分数提高效果最优，施用胶冻样类芽孢杆菌更有利于提高土壤碱解氮质量分数；高晶霞等^［7］在辣椒土壤施用枯草芽孢杆菌后发现，土壤有效磷质量分数显著提升，但张紫瑶等^［8］在番茄土壤施用枯草芽孢杆菌后，更有利于提升土壤铵态氮与速效钾质量分数，土壤有效磷质量分数无显著变化；LIU等^［9］研究发现，施用不同菌剂可改变土壤微生物群落，增强微生物联系，使毛竹生物量比对照提高32.43%~69.04%；常文智等^［10］研究表明，在花生种植中施用胶质芽孢杆菌可以提高土壤细菌和放线菌的数量（p<0.05），细菌和放线菌数量较对照分别提高67.2%和62.9%。分析表明，菌剂的施用不仅可提升土壤养分，还通过调节微生物群落来促进作物生长。

近年来，高晶霞等^［7］、张紫瑶等^［8］和张萱等^［11］通过对辣椒、番茄和黄瓜的研究发现，不同微生物菌剂对作物的生长和土壤改良具有显著效果，但探讨华北麦玉轮作区中低产田施用不同类型微生物菌剂对土壤性状及小麦生长的影响研究较少，且农民在使用不同菌剂类型的过程中具有一定盲目性。因此，本研究以麦玉轮作系统小麦为研究对象，基于大田试验分析施用不同类型微生物菌剂对土壤养分、细菌群落结构及小麦产量的影响，探讨微生物菌剂促生提质的作用机制，旨在为微生物菌剂在该区小麦季合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

田间试验于2022年10月至2024年6月在河北省邢台市宁晋县贾家口镇白木村（115°07′11.99″N，37°37′12″E）进行。试验地属温带大陆性气候，年平均气温12.7 ℃，无霜期199 d，年平均日照时间2 538.1 h，年平均降水量449.3 mm，试验期间日平均气温和降水量见图1。

供试土壤为轻壤质潮土，基础理化性质见表1。作物种植方式为冬小麦（10月初至翌年6月初）/夏玉米（6月中旬至9月下旬）一年两熟制。供试小麦品种为“马兰1号”。供试微生物菌剂由河北闰沃生物技术有限公司提供，其中，“生长素微生物菌剂”有效菌为枯草芽孢杆菌（活菌数≥30亿/mL）；“微生物菌剂”有效菌为胶冻样类芽孢杆菌PM12（活菌数≥2亿/mL）；“生防微生物菌剂”有效菌为枯草芽孢杆菌NCD-2和解淀粉芽孢杆菌BA-2（活菌数≥30亿/mL）。

1.2 试验设计

本试验共设置4个处理，分别为对照（CK）、生长素微生物菌剂（BS）、微生物菌剂（PM）和生防微生物菌剂（BSA），各处理3次重复，随机排列。每个小区面积50 m²。各施用菌剂处理施用量均为75 L/hm²，对照处理用清水替代。菌剂于小麦拔节期冲施。小麦季化肥施用量为N 210 kg/hm²，P₂O₅ 90 kg/hm²，K₂O 75 kg/hm²，氮肥的基肥和追肥比例为6∶4，磷钾肥全部底施。玉米季化肥施用量为N 225 kg/hm²，P₂O₅ 120 kg/hm²，K₂O 150 kg/hm²，其他田间管理措施都按照当地传统习惯管理模式进行。

1.3 测定指标与方法

于2023年和2024年小麦成熟期，按照五点采样法采集0~20、20~40 cm土壤样品，采集前移除表层枯落物等，随后进行土壤养分质量分数的测定。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法^［12］测定，土壤碱解氮采用碱解扩散法^［12］测定，土壤有效磷采用碳酸氢钠法^［12］测定，土壤速效钾采用醋酸铵-火焰光度计法^［12］测定，pH采用pH计测定。产量测定参照小麦测产技术规范^［13］，小麦成熟期，随机取样，每处理实收3组，每点采样1 m²双行小麦测有效穗数，采2 m² 6行小麦用脱粒机脱粒，按12.5%标准水分质量分数折算单位面积产量。

于2023年，在菌剂施入后15、30、90 d采集根际土壤样品。每个处理随机取5个样点，每个样点随机选取10株麦苗，挖出根系，用抖根法采集附着在根际表面土壤，混匀后为该处理的根际土壤样品^［14］。将采集的根际土壤样品提取总DNA后，使用携带Barcode序列的上游引物338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和下游引物806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）对16S rRNA基因V3-V4可变区进行PCR扩增，PCR反应体系为：5×TransStart FastPfu缓冲液4 μL，2.5 μmol/L dNTPs 2 μL，上游引物（5 μmol/L）0.8 μL，下游引物（5 μmol/L）0.8 μL，TransStart FastPfu DNA聚合酶0.4 μL，模板DNA 10 ng，补足至20 μL。扩增程序为：95 ℃预变性3 min，27个循环（95 ℃变性30 s，55 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s），然后72 ℃稳定延伸10 min，最后在4 ℃进行保存。使用2%琼脂糖凝胶回收PCR产物，利用Omega DNA纯化试剂盒进行回收产物纯化，并用Qsep-400对回收产物进行定量检测。构建的扩增子文库由百迈客生物科技有限公司（北京）通过Illumina Novaseq 6000测序平台进行双端测序。

1.4 数据处理

采用Excel 2016软件进行数据的处理，采用SPSS 27.0软件对不同处理间进行方差分析（ANOVA）及差异显著性水平（p<0.05）分析，通过最小显著差数法（LSD）进行检验，使用Origin 2021软件进行作图。通过微生信网站（https：//www.bioinformatics.com.cn/）绘制主成分分析（PCA）图。

2 结果与分析

2.1 微生物菌剂对土壤养分的影响

微生物菌剂类型对0~20 cm土层pH和碱解氮质量分数具有显著影响（p<0.05），对0~20、20~40 cm土壤有效磷质量分数具有显著影响（p<0.05），试验年份对0~20、20~40 cm土层pH、有机质、碱解氮和有效磷质量分数具有显著影响（p<0.05），对0~20 cm土层速效钾质量分数具有显著影响（p<0.05），而对20~40 cm土层速效钾质量分数无显著影响（p>0.05），菌剂类型和年份无交互作用（表2）。综合2 a平均，0~20 cm土层，PM处理较CK土壤pH显著降低1.67%（p<0.05）；PM和BSA处理较CK有机质质量分数分别显著提升5.24%和4.50%（p<0.05）；BS、PM和BSA处理较CK碱解氮质量分数分别显著提升17.91%、26.82%和23.70%（p<0.05）；BS、PM和BSA处理较CK有效磷质量分数分别显著提升22.02%、28.31%和16.53%（p<0.05）；各处理速效钾质量分数无显著差异（p>0.05）。20~40 cm土层，PM处理较CK有效磷质量分数显著提升22.05%（p<0.05），各处理pH、有机质、碱解氮和速效钾质量分数无显著差异。

2.2 微生物菌剂对小麦根际微生物群落结构的影响

2.2.1 根际土壤细菌<italic>α</italic>多样性指数的变化

菌剂类型和施用天数对细菌ACE指数、Chao1指数和Shannon指数具有显著影响（p<0.05），且二因素间无交互作用（Shannon除外）（表3）。施入90 d后，细菌α多样性指数较施入15、30 d天有显著提高（p<0.05）。从施用菌剂后15、30、90 d的平均值来看，BS和BSA处理较CK的ACE指数分别显著提高2.98%和4.04%（p<0.05），PM处理无显著差异。BS、PM和BSA处理较CK的Chao1指数分别显著提高3.79%、2.77%和5.59%（p<0.05）。施用菌剂15 d后，各处理间Shannon指数无显著差异；施入菌剂30 d后，BS、PM和BSA处理Shannon指数均显著高于CK（p<0.05）；施入菌剂90 d后，PM处理Shannon指数较其他处理显著下降（p<0.05），其他处理间无显著差异。

2.2.2 根际细菌群落<italic>β</italic>多样性的变化

由图2可知，施入菌剂15、30、90 d后，细菌群落结构2个主成分（PC1和PC2）分别解释总变异的68.30%、58.30%和63.10%，能较好地反映原始变量的信息。施入菌剂15 d后，CK、BS、PM和BSA处理反映在PCA图中距离较远，且CK分布在PC1的负轴，而PM分布在PC1的正轴，表明施用菌剂后PM根际土壤细菌群落结构发生较大改变。

施入菌剂30 d后，CK、BS和PM反映在PCA图中相互分离，而BS和BSA处理距离较近，表明施用微生物菌剂后根际土壤细菌群落结构组成具有很高的相似性。施入菌剂90 d，CK与PM细菌群落组成差异较大，CK、BS和BSA处理根际土壤细菌群落结构相似性较高。

2.2.3 根际细菌群落组成的变化

由图3可知，在门水平上，各处理土壤细菌优势菌门（相对丰度>0.1%）均以变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）和芽单胞菌门（Gemmatimonadota）为主。就优势菌门相对丰度来看，菌剂施入15 d后，与CK相比，BS和PM处理变形菌门相对丰度分别显著提升9.02%和8.92%（p<0.05），BS、PM和BSA处理酸杆菌门相对丰度分别显著提升9.73%、9.62%和11.10%（p<0.05），PM处理CK较芽单胞菌门相对丰度显著降低7.81%（p<0.05）。菌剂施入30 d后，BS、PM和BSA处理较CK变形菌门的相对丰度分别显著提升4.98%、5.42%和3.71%（p<0.05），而酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度无显著差异。菌剂施入90 d后，BS、PM和BSA处理较CK变形菌门相对丰度分别显著提升2.70%、5.42%和3.71%（p<0.05），PM处理较CK芽单胞菌门相对丰度显著降低4.75%（p<0.05），而各处理间酸杆菌门相对丰度无显著差异。

2.2.4 基于功能分析的细菌分类分析

对根际土壤细菌属水平进行部分分类统计，参照文献将微生物的功能主要划分为生防、促生和诱病^［15］。

由图4可知，各施用菌剂处理根际土壤中具有生防、促生功能的细菌相对丰度高于CK，而具有诱病作用的致病菌类诺卡氏属（Nocardioides）在施用菌剂15、90 d相对丰度均显著降低（p<0.05）。在施用15 d后，与CK相比，BS和PM处理鞘脂单胞菌属相对丰度分别显著提高6.06%和24.24%（p<0.05），BS和PM处理芽单胞菌属相对丰度分别显著提高14.29%和28.57%（p<0.05），BS和BSA处理类诺卡氏菌属相对丰度分别显著降低45.45%和27.27%（p<0.05）。在施用30 d后，与CK相比，PM处理鞘脂单胞菌属相对丰度显著提高4.23%（p<0.05），BS和PM处理芽单孢菌属相对丰度分别显著提高10.00%和13.33%（p<0.05），各菌剂处理类诺卡氏菌属相对丰度显著提高12.25%~37.50%（p<0.05）。在施用90 d后，与CK相比，BS和PM处理鞘脂单胞菌属相对丰度分别显著提高15.22%和17.83%（p<0.05），BS处理芽单胞菌属相对丰度显著提高25.00%（p<0.05），各菌剂处理假单胞菌属和黄杆菌属相对丰度分别显著提高38.89%~55.56%和21.43%~57.14%（p<0.05），类诺卡氏菌属相对丰度显著降低12.50%~43.75%（p<0.05）。

2.3 微生物菌剂对小麦产量及构成要素的影响

由表4可知，试验年份对有效穗数、千粒重和产量有显著影响（p<0.05），菌剂类型对小麦有效穗数、穗粒数、千粒重和产量有显著影响（p<0.05），且二因素无交互作用。综合2 a平均，小麦各施用菌剂处理较CK有效穗数、穗粒数、千粒重和产量分别显著提升7.90%~20.05%、10.95%~19.98%、5.37%~8.94%和6.97%~18.29%（p<0.05），其中PM处理效果最佳。

2.4 主成分分析

采用主成分分析对土壤化学性质、细菌群落结构与作物产量进行综合评价（表5和表6），前2个主成分的特征值>1，累计贡献率达到73.64%，数据具有可信度。因此，可以选择2个主成分要素作为综合评价指标计算综合得分，其不同处理组综合得分排序由高到低为PM>BSA>BS>CK，表明不同处理对土壤化学性质、微生物群落结构及作物产量品质影响存在差异，以PM效果最佳，CK最差。

3 讨论

3.1 微生物菌剂对土壤养分的影响

在小麦拔节期施用微生物菌剂后，土壤养分质量分数均有所增加，其中PM处理效果最佳（表2），与宋以玲等^［16］研究结果一致，即施用微生物菌剂后土壤有机质及速效氮、磷和钾质量分数显著高于对照；岳明灿等^［17］研究发现，施用微生物菌剂后，土壤有机质和速效养分显著提升。施用菌剂后土壤养分的提升可能归因于菌剂中的功能微生物，本研究中施用的菌剂有效菌主要包括枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌。其中，枯草芽孢杆菌通过其代谢途径，能够将土壤中的难溶性磷转化为植物可吸收的有效磷形态，从而增强作物对磷素的吸收效率^［18］，而胶冻样类芽孢杆菌则具备解磷和解钾的能力，能够通过其生理活动影响土壤中磷和钾的生物有效性^［19］。解淀粉芽孢杆菌不仅促进作物根茎生长，还能产生嗜铁素、蛋白酶、纤维素酶和吲哚乙酸（IAA），以抑制病原菌的生长^［20］，从而保护作物免受病虫害。微生物菌剂中的有益菌能通过自身代谢和生理活动活化土壤中被螯合的矿物，可以分泌有机酸参与溶磷，并通过酸解、螯合和络合反应等从硅酸盐矿物中释放钾元素促进其被植物吸收利用，从而促进植物根系的固氮协同作用。

保善存等^［21］研究表明，胶冻样芽孢杆菌在提升枸杞土壤养分中的效果优于解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌。本研究也发现，PM处理（胶冻样类芽孢杆菌PM12）改善土壤养分效果最佳，BSA（枯草芽孢杆菌NCD-2与解淀粉芽孢杆菌BA-2）和BS（枯草芽孢杆菌）处理效果次之。是因为胶冻样类芽孢杆菌可通过胶凝作用与土壤养分结合，同时促进土壤团聚体的生成，从而提高土壤对养分的吸附和固持能力^［22］，不仅具有保肥效果，而且对养分释放产生缓释作用，增强土壤的缓冲能力和速效养分的固持能力，最终提升土壤中活性组分及氮、磷和钾等速效养分的质量分数。

3.2 微生物菌剂对细菌群落的影响

前人^［9］研究发现，根系微生物可影响土壤养分循环，并直接或间接影响作物的生长发育和品质形成。本试验表明，与对照相比，施用微生物菌剂15、30、90 d后均能明显提高小麦根际细菌多样性。韩永琴等^［23］研究表明，施用芽孢杆菌可以改变辣椒根际土壤微生物群落，提升细菌种群的多样性；游偲等^［24］研究表明，枯草芽孢杆菌施用后，土壤细菌多样性和丰富度指数均有所提高，且随着菌剂施用时间的延长，根际土壤中细菌的丰富度显著增加，并在施用后90 d达到峰值。有研究^［25］发现，小麦根部约27%的光合碳分配到根际土壤，与菌剂成分共同促进细菌生长繁殖，使细菌数量和种类增加，微生物群落丰富度提高。表明菌剂施用与植物根部碳分配协同作用对土壤细菌群落有积极影响。

从根际土壤细菌群落构成而言，其优势细菌主要为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteriota）和芽单胞菌门（Gemmatimonadota）。与对照相比，施加微生物菌剂90 d后，PM处理显著提高变形菌门（Proteobacteria）相对丰度，降低芽单胞菌门（Gemmatimonadota）相对丰度，主要是因为胶冻样类芽孢杆菌在土壤中生长繁殖时，改变土壤营养平衡，而变形菌门细菌适应性和代谢多样性强，能更好地适应这种变化，从而获得竞争优势。其代谢产生的有机酸和胞外多糖等分泌物，可改善土壤结构，为变形菌门细菌提供更适宜的环境，但对芽单胞菌门细菌产生不利影响。胶冻样类芽孢杆菌可能通过产生抗生素等物质直接抑制芽单胞菌门细菌^［26］，或与变形菌门细菌形成互惠共生关系^［27］，间接降低芽单胞菌门细菌相对丰度；还能促进植物生长，增加根系分泌物，改变根际微环境，使变形菌门细菌更易生长，芽单胞菌门细菌则因敏感而生长受抑。此机制相互协同，促使微生物群落结构发生动态变化^［4］。

从根际土壤细菌属水平来看，鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）的某些种能够产生赤霉素和吲哚乙酸，对植物生长具有重要促进作用^［28］；黄杆菌属（Flavobacterium）具有ACC脱氨酶活性，能够合成生长素、赤霉素和细胞分裂素等植物激素^［29］；假单胞菌属（Pseudomonas）同样具有ACC脱氨酶活性，促进赤霉素、脱落酸、吲哚乙酸和胞外多糖的产生^［30］；芽单胞菌属（Gemmatimonas）具有多种功能特性，包括通过释放胞外酶分解和利用土壤复杂有机质，产生不同类型的生物活性化合物促进植物生长，而类诺卡氏属（Nocardioides）是一种致病菌属^［31］。本试验通过BS、PM和BSA处理显著增加鞘脂单胞菌属、芽单胞菌属、假单胞菌属和黄杆菌属的相对丰度，能够快速分解土壤中的养分，满足小麦生长的需求，从而显著改善小麦的农艺性状。而具有诱病作用的病原细菌的相对丰度在施入后15、90 d显著降低，表明菌剂的施用可改善土壤健康状况，可降低小麦发生病害的风险。

3.3 微生物菌剂对小麦生长发育及产量的影响

本研究结果表明，合理施用微生物菌剂能够促进小麦的生长发育并提高产量。在添加微生物菌剂后，小麦的有效穗数、穗粒数、千粒重及产量均明显提升，这是由于微生物菌剂含有多种有益的活性微生物和天然活性物质，能够直接作用于土壤，分解有机物并释放出多种必需的微量元素，从而改善土壤质量，增强植物抗逆性，提升产量和农产品质量。然而，菌剂的类型、微生物数量及施用方式均对作物产量产生影响^［11］。本研究中各处理增产效果表现为PM（胶冻样类芽孢杆菌PM12）>BSA（枯草芽孢杆菌NCD-2和解淀粉芽孢杆菌BA-2）>BS（枯草芽孢杆菌）。其原因一方面是胶冻样类芽孢杆菌能够拮抗常见植物病原菌，优化土壤微生物群落结构，使其更有利于作物生长^［32］；另一方面，胶冻样类芽孢杆菌可产生大量胞外聚合物，增强土壤颗粒之间的黏结力，促进水稳性团聚体的形成，从而为小麦生长提供良好的水、气、温环境^［33］。胶冻样类芽孢杆菌对土壤养分具有吸附和固持作用，可延缓养分释放，满足小麦在不同生长阶段对养分的需求，从而促进其生长发育^［34］。贾峥嵘等^［6］在甘薯的研究发现，枯草芽孢杆菌的效果优于解淀粉芽孢杆菌和胶冻样类芽孢杆菌，与本研究结果不同，一方面可能与不同宿主植物有关，同时菌剂与宿主植物的作用时间也显著影响试验结果^［35］；另一方面，受气候条件等外部因素的影响，贾峥嵘等^［6］的试验地平均气温较高，降水量较低，随着温度的升高，活菌数和孢子数也受到不利影响^［36］，而本试验地平均气温较低，降水量较高，适合微生物生长。2个试验地土壤养分质量分数差异较大，本研究中土壤养分质量分数较低，而有学者^［37］发现，在养分质量分数较高的土壤中解淀粉芽孢杆菌与枯草芽孢杆菌的效果更为显著。

4 结论

1）通过2 a试验表明，在麦玉轮作系统小麦拔节期施用微生物菌剂可显著提高土壤碱解氮和有效磷质量分数，对土壤pH、有机质和速效钾影响较小。

2）施入菌剂后15、30、90 d均提高小麦根际细菌丰富度，促进细菌生长繁殖，改善土壤细菌群落结构，且90 d达到峰值。施用微生物菌剂可显著提高根际土壤中具有生防、促生功能的细菌相对丰度，而具有诱病作用的致病菌类诺卡氏菌属显著降低。

3）施用微生物菌剂对小麦有效穗数、穗粒数、千粒重及产量有显著影响。

4）通过综合分析不同类型微生物菌剂对土壤养分、细菌群落结构及小麦产量的影响，以施用胶冻样类芽孢杆菌PM12处理效果最佳。

参考文献

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基金资助

国家重点研发计划项目(2022YFD1901300)