• ISSN 1008-505X
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肥料配施枯草芽孢杆菌对夏玉米产量及养分利用的影响

李荣发 刘鹏 董树亭 张吉旺 赵斌

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肥料配施枯草芽孢杆菌对夏玉米产量及养分利用的影响

    作者简介: 李荣发 E-mail: lirf9214@126.com;

Effect of combined application of fertilizer and bacillus subtilis on grain yield and fertilizer utilization efficiency of summer maize (Zea mays L.)

  • 摘要: 【目的】枯草芽孢杆菌能增加土壤养分、改善土壤结构、提高化肥利用率,并能促使土壤中的有机质分解,促进作物生长,提高产量。研究枯草芽孢杆菌与肥料配施对夏玉米产量、肥料吸收利用的影响,为提高肥料的增产效果、降低农业面源污染提供理论指导。【方法】2016和2017年以登海605(DH605) 为试验材料,设置不施氮肥 (CK)、单施化肥 (N)、单施牛粪 (M)、牛粪 + 枯草芽孢杆菌 (MB)、化肥 + 枯草芽孢杆菌 (NB) 5个处理,分析了夏玉米产量和肥料吸收利用状况。【结果】牛粪配施枯草芽孢杆菌处理的籽粒产量及肥料利用效率最高,显著高于单施牛粪处理。与单施牛粪相比,牛粪配施枯草芽孢杆菌两年产量平均增幅为20.2%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为30.8%、63.5%、30.8%,肥料偏生产力平均提高20.7%;化肥配施枯草芽孢杆菌两年产量平均值比单施化肥提高2.55%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为12.5%、10.6%、3.84%,肥料偏生产力平均提高3.18%。牛粪配施枯草芽孢杆菌的经济效益比单施牛粪提高16.9%,化肥配施枯草芽孢杆菌的经济效益与单施化肥基本相同。分析表明,植株干物质积累量和氮素积累量,尤其是花后干物质和氮素积累的增加是增产增效的主要原因。其中牛粪配施枯草芽孢杆菌的效果要优于化肥配施枯草芽孢杆菌。【结论】肥料配施枯草芽孢杆菌能显著增加夏玉米的干物质积累量及产量,促进肥料的吸收利用。在施用氮肥的基础上,配施适量的枯草芽孢杆菌不仅能实现增产增效的目的,还能提高玉米的经济效益。有机肥配施枯草芽孢杆菌是实现夏玉米节肥增效的有效措施之一。
  • 表 1  不同肥料处理对玉米籽粒产量及产量构成因素的影响

    Table 1.  Effect of different fertilization treatments on grain yields and yield components of maize

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    公顷穗数
    Ear number
    (ears/hm2)
    穗粒数
    Grain number per ear
    千粒重
    1000-kernel weight
    (g)
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    生物量
    Biomass
    (kg/hm2)
    收获指数
    Harvest index
    2016CK76592 ab332 d324 d8235 e13322 e0.62 ab
    N76448 b448 c358 a12237 c20532 c0.60 b
    M77781 a454 c330 c11646 d18382 d0.63 a
    MB76856 ab542 a336 b14005 a24533 a0.57 c
    NB76616 ab498 b338 b12922 b21458 b0.60 b
    2017CK72727 a389 c315 ab8865 c12848 d0.66 a
    N78061 a416 ab314 b10212 b18622 b0.55 b
    M77576 a407 bc323 ab9543 bc17264 c0.52 c
    MB78061 a431 a336 a11566 a22444 a0.52 c
    NB76606 a416 ab322 ab10246 b19335 b0.53 c
    年份Year (Y)NS**********
    处理Treatment (T)NS**********
    Y × TNS**********
    注(Note):同列同一年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed by different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.
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    表 2  不同处理夏玉米吐丝期、花后期生物量、氮磷钾吸收量及花后期在全株的比例

    Table 2.  Biomass and nutrient accumulation of summer maize at silking and post-silking stages and their percentage at post-silking under different treatments

    处理
    Treatment
    20162017
    吐丝期 (kg/hm2)
    Silking
    花后 (kg/hm2)
    Post-silking
    占比 (%)
    Percentage
    吐丝期 (kg/hm2)
    Silking
    花后 (kg/hm2)
    Post-silking
    占比 (%)
    Percentage
    生物量 Biomass
    CK5488 c7833 d58.84635 c8201 d63.8
    N6173 b14358 b69.96750 a11779 b63.6
    M6497 b11884 c64.77542 a9871 c56.6
    MB9630 a14901 a60.77570 a14839 a66.2
    NB6661 b14796 a69.05706 b13779 a70.7
    氮吸收量 N accumulation
    CK59.0 d28.0 c32.159.2 d31.8 d33.0
    N99.2 b47.3 b32.293.3 b45.0 c28.3
    M88.5 c46.9 b34.485.9 c45.4 c26.3
    MB123.5 a52.9 b30.0101.9 a70.6 a43.8
    NB98.9 b66.3 a40.196.1 b59.8 b44.7
    磷吸收量 P accumulation
    CK28.6 e38.2 e57.222.6 d57.3 e70.9
    N33.3 c81.0 b70.936.1 c119.1 c71.8
    M31.5 d56.7 d64.344.7 b87.1 d70.9
    MB54.1 a105.1 a66.049.6 a142.7 b74.1
    NB35.8 b73.9 c67.435.2 c160.4 a81.7
    钾吸收量 K accumulation
    CK59.1 d9.4 c13.775.2 c24.6 d24.5
    N87.6 b19.4 b18.1110.3 b39.8 c27.3
    M89.7 b12.7 c12.4120.1 a10.8 e8.4
    MB113.5 a11.5 c9.1120.4 a60.8 a33.9
    NB82.2 c25.9 a24.0110.7 b51.4 b31.6
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  不同处理对夏玉米氮肥利用率的影响 (kg/kg)

    Table 3.  Effect of different fertilization treatments on nitrogen utilization efficiency of summer maize

    年份Year处理Treatment干物质生产率 DME氮肥利用效率 NUE收获指数 HI氮肥偏生产力 PFP
    2016CK153 a94.7 a0.72 a
    N140 b83.5 b0.69 ab46.6 c
    M137 b86.6 ab0.70 a44.4 d
    MB139 b79.4 b0.71 a53.4 a
    NB130 b78.2 b0.67 b49.2 b
    2017CK145 a100.0 a0.65 c
    N142 ab78.0 b0.69 b38.7 b
    M126 c73.8 bc0.67 bc38.9 ab
    MB131 bc67.7 c0.75 a44.1 a
    NB126 c66.0 c0.70 b39.0 ab
    年份Year (Y)**NS**
    处理Treatment (T)********
    Y × TNS***NS
    注(Note):DME—Dry matter production efficiency;NUE—Nitrogen utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.
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    表 4  不同处理对夏玉米磷肥利用率的影响 (kg/kg)

    Table 4.  Phosphorus utilization efficiency of summer maize under different fertilization treatments

    年份Year处理Treatment干物质生产率 DME磷肥利用效率 PUE收获指数 HI磷肥偏生产力 PFP
    2016CK200 b123.0 b0.47 c62.7 e
    N180 c107.0 d0.67 a93.2 c
    M208 a132.0 a0.61 b88.7 d
    MB154 d88.1 e0.60 b107.0 a
    NB196 b118.0 c0.59 b98.5 b
    2017CK166 a114.0 a0.57 d67.5 c
    N120 bc66.1 c0.48 e77.5 b
    M134 b78.4 b0.62 c77.8 bc
    MB117 cd60.6 c0.71 a88.1 a
    NB101 d53.4 d0.66 b78.1 b
    年份Year (Y)*******
    处理Treatment (T)********
    Y × T********
    注(Note):DME—Dry matter production efficiency;PUE—Phosphorous utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01.
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    表 5  不同处理对夏玉米钾肥利用率的影响 (kg/kg)

    Table 5.  Potassium utilization efficiency of summer maize under different treatments

    年份Year处理Treatment干物质生产率 DME钾肥利用效率 KUE收获指数 HI钾肥偏生产力 PFP
    2016CK194 a120.0 a0.23 d31.4 e
    N192 a114.0 bc0.28 c46.6 c
    M180 b114.0 c0.34 b44.4 d
    MB196 a112.0 c0.40 a53.4 a
    NB198 a120.0 ab0.29 c49.2 b
    2017CK129 ab89.0 a0.21 b33.8 c
    N122 ab67.0 bc0.20 b38.7 bc
    M133 a77.9 b0.25 a38.9 b
    MB123 ab63.5 c0.26 a44.1 a
    NB120 b63.3 c0.22 b39.0 b
    年份Year (Y)********
    处理Treatment (T)NS******
    Y × T********
    注(Note):DME—Dry matter production efficiency;KUE—Potash utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.
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    表 6  不同处理的经济效益

    Table 6.  Economic benefit of different fertilizer treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    产值 (yuan/hm2)
    Income
    菌肥投入 (yuan/hm2)
    Bacillus subtilis cost
    净收入 (yuan/hm2)
    Net income
    2016CK 82351235212352
    N 1223718356 018356
    M 1164617469 017469
    MB140052100762020387
    NB129221938362018763
    2017CK 88651383013830
    N 1021215931 015931
    M 954314888 014888
    MB115661804262017422
    NB102461598462015364
    注(Note):表内数据以 2016 年和 2017 年的市场价计,2016 年、2017 年玉米市场价分别为 1500 元/吨、1560 元/吨 The price of maize was 1500 yuan/t in 2016 and 1560 yuan/t in 2017.
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    [13] 杨云马孙彦铭贾良良孟春香贾树龙 . 氮肥基施深度对夏玉米产量、 氮素利用及氮残留的影响. 植物营养与肥料学报, 2016, 22(3): 830-837. doi: 10.11674/zwyf.14409
    [14] 范亚宁李世清李生秀 . 半湿润农田杂草及施氮对夏玉米产量及氮素利用的影响 . 植物营养与肥料学报, 2008, 14(2): 252-257. doi: 10.11674/zwyf.2008.0208
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-27
  • 网络出版日期:  2019-09-30
  • 刊出日期:  2019-09-01

肥料配施枯草芽孢杆菌对夏玉米产量及养分利用的影响

    作者简介:李荣发 E-mail: lirf9214@126.com
  • 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东泰安 271018

摘要: 【目的】枯草芽孢杆菌能增加土壤养分、改善土壤结构、提高化肥利用率,并能促使土壤中的有机质分解,促进作物生长,提高产量。研究枯草芽孢杆菌与肥料配施对夏玉米产量、肥料吸收利用的影响,为提高肥料的增产效果、降低农业面源污染提供理论指导。【方法】2016和2017年以登海605(DH605) 为试验材料,设置不施氮肥 (CK)、单施化肥 (N)、单施牛粪 (M)、牛粪 + 枯草芽孢杆菌 (MB)、化肥 + 枯草芽孢杆菌 (NB) 5个处理,分析了夏玉米产量和肥料吸收利用状况。【结果】牛粪配施枯草芽孢杆菌处理的籽粒产量及肥料利用效率最高,显著高于单施牛粪处理。与单施牛粪相比,牛粪配施枯草芽孢杆菌两年产量平均增幅为20.2%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为30.8%、63.5%、30.8%,肥料偏生产力平均提高20.7%;化肥配施枯草芽孢杆菌两年产量平均值比单施化肥提高2.55%,植株氮、磷、钾积累量平均增幅分别为12.5%、10.6%、3.84%,肥料偏生产力平均提高3.18%。牛粪配施枯草芽孢杆菌的经济效益比单施牛粪提高16.9%,化肥配施枯草芽孢杆菌的经济效益与单施化肥基本相同。分析表明,植株干物质积累量和氮素积累量,尤其是花后干物质和氮素积累的增加是增产增效的主要原因。其中牛粪配施枯草芽孢杆菌的效果要优于化肥配施枯草芽孢杆菌。【结论】肥料配施枯草芽孢杆菌能显著增加夏玉米的干物质积累量及产量,促进肥料的吸收利用。在施用氮肥的基础上,配施适量的枯草芽孢杆菌不仅能实现增产增效的目的,还能提高玉米的经济效益。有机肥配施枯草芽孢杆菌是实现夏玉米节肥增效的有效措施之一。

English Abstract

  • 玉米在我国粮食生产中占有重要地位。戴景瑞等[1]认为2008—2020年我国玉米单产年均递增188.7 kg/hm2才能保证未来玉米的消费需求。施用化肥,特别是施氮肥是玉米增产的有效措施之一[2]。我国农业生产中,存在氮肥施用量大[3]、利用效率低[4-5]、环境污染风险大[6]等突出问题。与此同时,随着集约化、规模化禽畜养殖业的快速发展,大量排放的禽畜粪便使农业环境污染日趋严重。禽畜粪便中含有大量的有机质和作物生长必需的营养元素,是优质的有机肥源[7]。目前对畜禽粪便的研究绝大多数都是利用堆肥、腐熟粪便或厩肥与无机氮肥配合施用[8],施用方法繁琐。Richardson[9-10]发现接种芽孢杆菌能促进植物根系生长,增加总根长和单位根长密度,提高磷的生物有效性。Kloepper等[11]研究得出增施枯草芽孢杆菌能增加植物根系表面积,提高根系对水分和养分的吸收效率。胡小加等[12]发现施用枯草芽孢杆菌能在不同程度上增加小麦、辣椒、西瓜、大豆和玉米苗期干物重,还能增加植株的氮、磷和钾含量。但在等养分条件下,关于增施枯草芽孢杆菌对作物产量和肥料利用率影响的报道较少。本试验研究等养分条件下肥料配施枯草芽孢杆菌对夏玉米养分吸收和作物产量的影响,以期为夏玉米肥料的合理施用和肥料配施模式提供新的技术途径。

    • 试验于2016和2017年在山东农业大学黄淮海玉米区域技术创新中心旱棚中进行,旱棚内栽培池规格为2.5 m × 2.5 m,土壤为棕壤,其有机质含量为9.60 g/kg、全氮0.54 g/kg、速效磷23.6 mg/kg、速效钾89.4 mg/kg。试验采用随机区组设计,设置不施氮肥 (CK)、施尿素 (N)、施牛粪 (M)、牛粪 + 枯草芽孢杆菌 (MB)、尿素 + 枯草芽孢杆菌 (NB) 5个处理,5次重复,共25个栽培池,增施枯草芽孢杆菌 (F4009-1,CHEMINOVA A/S,RTI477,17%,w/w) 处理按照1.5 kg/hm2用量施入。以登海605 (DH605) 为玉米品种,种植密度为82500株/hm2。氮肥选用腐熟牛粪和普通尿素,施肥前对有机肥含水量及养分含量进行测定,本试验2016年施用牛粪养分含量为:全氮 (N) 0.49%,全磷 (P2O5) 0.42%,全钾 (K2O) 0.32%,重量含水量为78.2%;2017年,全氮 (N) 0.94%,全磷 (P2O5) 0.12%,全钾 (K2O) 0.19%,重量含水量为79.7%。施氮处理的施氮量均为纯N262、P2O5 131、K2O 262 kg/hm2,牛粪施入量根据牛粪的含氮量和含水量计算得出;然后根据牛粪中P2O5和K2O的含量,分别计算出P2O5和K2O的施用量,为保证与牛粪处理相同的P2O5和K2O投入量,其他处理均采用过磷酸钙和硫酸钾补齐P2O5和K2O的需求量。施肥方式为作基肥播前撒施在地表,翻地后播种并立即灌水。

    • 各处理分别于玉米吐丝期 (R1) 和籽粒完熟期 (R6) 取4株长势均匀一致的植株,其中R1期植株分为叶片、茎鞘两部分,R6期植株分为叶片、茎鞘、籽粒三部分,各部分样品105℃杀青30 min后80℃烘至恒重,测定干物质积累量,之后用粉碎机粉碎。

    • 采用H2SO4消煮,用连续流动分析仪 (Auto Analyzer-III,德国 Bran Luebbe公司) 测定植物样品全氮、全磷含量,火焰光度计测定全钾含量。

    • 成熟期各处理池子中所有玉米全收,室内考种,调查穗行数、行粒数、千粒重,按14%含水量测产。

    • 氮 (磷、钾) 素干物质生产效率 (kg/kg) = 干物质重 (kg/hm2)/植株氮 (磷、钾) 素吸收量 (kg/hm2);氮 (磷、钾) 素利用效率 (kg/kg) = 籽粒产量 (kg/hm2)/植株氮 (磷、钾) 吸收量 (kg/hm2);氮 (磷、钾) 收获指数= 籽粒氮 (磷、钾) 吸收量 (kg/hm2)/植株氮 (磷、钾) 吸收量 (kg/hm2);氮 (磷、钾) 肥偏生产力 (kg/kg) = 施氮 (磷、钾) 区产量 (kg/hm2)/施纯氮 (P2O5、K2O) 量 (kg/hm2)。

    • 采用Excel 2010 软件进行数据处理,利用DPS16.05软件进行统计分析,其中处理间差异显著性采用LSD法进行检验 (P < 0.05)。

    • 表1可知,年份、处理和二者的交互作用对生物量、收获指数、产量及产量构成因素影响显著。各施氮处理玉米籽粒产量均高于对照;其中MB处理籽粒产量最高,显著高于其它处理 (P < 0.05)。MB处理2年玉米产量分别比M处理增产20.3%、21.2%;NB和N处理两年平均产量无显著差异。处理间籽粒产量的差异主要是由穗粒数和千粒重的差异造成的。两年各处理完熟期生物量差异显著,表现为MB > NB > N > M > CK。

      表 1  不同肥料处理对玉米籽粒产量及产量构成因素的影响

      Table 1.  Effect of different fertilization treatments on grain yields and yield components of maize

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      公顷穗数
      Ear number
      (ears/hm2)
      穗粒数
      Grain number per ear
      千粒重
      1000-kernel weight
      (g)
      产量
      Yield
      (kg/hm2)
      生物量
      Biomass
      (kg/hm2)
      收获指数
      Harvest index
      2016CK76592 ab332 d324 d8235 e13322 e0.62 ab
      N76448 b448 c358 a12237 c20532 c0.60 b
      M77781 a454 c330 c11646 d18382 d0.63 a
      MB76856 ab542 a336 b14005 a24533 a0.57 c
      NB76616 ab498 b338 b12922 b21458 b0.60 b
      2017CK72727 a389 c315 ab8865 c12848 d0.66 a
      N78061 a416 ab314 b10212 b18622 b0.55 b
      M77576 a407 bc323 ab9543 bc17264 c0.52 c
      MB78061 a431 a336 a11566 a22444 a0.52 c
      NB76606 a416 ab322 ab10246 b19335 b0.53 c
      年份Year (Y)NS**********
      处理Treatment (T)NS**********
      Y × TNS**********
      注(Note):同列同一年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed by different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.
    • 吐丝期施氮处理干物质积累量显著高于CK,MB处理显著高于其它处理 (表2)。吐丝期MB处理干物质积累量比M处理两年平均增加24.7%。2016年和2017年,花后MB处理比M处理分别提高25.4%、52.0%,NB处理比N处理分别增加3.06%、17.2%。无机肥配施枯草芽孢杆菌对干物质积累效果不一致,而有机肥配施枯草芽孢杆菌有利于夏玉米花后干物质积累,为夏玉米籽粒产量提供物质基础。

      表 2  不同处理夏玉米吐丝期、花后期生物量、氮磷钾吸收量及花后期在全株的比例

      Table 2.  Biomass and nutrient accumulation of summer maize at silking and post-silking stages and their percentage at post-silking under different treatments

      处理
      Treatment
      20162017
      吐丝期 (kg/hm2)
      Silking
      花后 (kg/hm2)
      Post-silking
      占比 (%)
      Percentage
      吐丝期 (kg/hm2)
      Silking
      花后 (kg/hm2)
      Post-silking
      占比 (%)
      Percentage
      生物量 Biomass
      CK5488 c7833 d58.84635 c8201 d63.8
      N6173 b14358 b69.96750 a11779 b63.6
      M6497 b11884 c64.77542 a9871 c56.6
      MB9630 a14901 a60.77570 a14839 a66.2
      NB6661 b14796 a69.05706 b13779 a70.7
      氮吸收量 N accumulation
      CK59.0 d28.0 c32.159.2 d31.8 d33.0
      N99.2 b47.3 b32.293.3 b45.0 c28.3
      M88.5 c46.9 b34.485.9 c45.4 c26.3
      MB123.5 a52.9 b30.0101.9 a70.6 a43.8
      NB98.9 b66.3 a40.196.1 b59.8 b44.7
      磷吸收量 P accumulation
      CK28.6 e38.2 e57.222.6 d57.3 e70.9
      N33.3 c81.0 b70.936.1 c119.1 c71.8
      M31.5 d56.7 d64.344.7 b87.1 d70.9
      MB54.1 a105.1 a66.049.6 a142.7 b74.1
      NB35.8 b73.9 c67.435.2 c160.4 a81.7
      钾吸收量 K accumulation
      CK59.1 d9.4 c13.775.2 c24.6 d24.5
      N87.6 b19.4 b18.1110.3 b39.8 c27.3
      M89.7 b12.7 c12.4120.1 a10.8 e8.4
      MB113.5 a11.5 c9.1120.4 a60.8 a33.9
      NB82.2 c25.9 a24.0110.7 b51.4 b31.6
      注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
    • 表2可知,吐丝期不同处理夏玉米地上部氮素吸收量存在显著差异 (除N和NB间没有显著差异外),且施氮处理显著高于CK。其中,2016年和2017年MB处理吐丝期氮素积累量较M处理分别提高39.6%、19.0%,花后氮素积累量分别增加24.9%、49.2%;与N处理相比,NB处理吐丝期氮积累量无显著差异,花后氮素积累量显著增加40.2%、29.8%。在促进植株对氮素的吸收上,有机肥配施枯草芽孢杆菌的效果要显著优于化肥配施枯草芽孢杆菌。

      吐丝期不同处理夏玉米地上部磷素吸收量,施氮处理显著高于CK,且配施枯草芽孢杆菌显著增加了植株磷素吸收量 (2017年NB除外)。2016年和2017年吐丝期磷素积累量,MB处理比M处理分别提高71.7%、12.4%,2016年NB处理比N处理提高7.71%(P < 0.05);MB处理花后磷素积累量比M处理分别提高85.1%、63.9%(表2)。有机肥配施枯草芽孢杆菌能显著增加夏玉米磷素吸收量,普通化肥配施枯草芽孢杆菌对夏玉米磷素吸收量的影响两年结果不一致。

      有机肥配施枯草芽孢杆菌对玉米吐丝期的钾素吸收影响两年结果不一致,无机肥配施枯草芽孢杆菌使吐丝期的钾素吸收量减少或影响不显著 (表2)。有机肥配施枯草芽孢杆菌能显著增加夏玉米钾素吸收量,普通化肥配施枯草芽孢杆菌对夏玉米钾素吸收量影响两年结果不一致。

    • 表3可得,各处理的氮肥偏生产力表现为MB > NB > N > M;施肥处理的氮肥利用效率显著低于CK,肥料配施枯草芽孢杆菌处理显著低于单施肥料处理。配施枯草芽孢杆菌处理的氮肥偏生产力高于单施肥料处理,即MB > M,NB > N。氮肥干物质生产率各处理表现为CK > N > MB > M > NB。MB处理与M处理相比,氮肥的干物质生产率和利用效率无显著差异 (P < 0.05),NB处理与N处理相比,不同处理对所有氮素吸收利用指标均有极显著影响。年份对氮肥干物质生产率、氮肥利用效率和氮肥偏生产力影响显著,对氮肥收获指数无显著影响;两者的交互作用对氮肥干物质生产率、氮肥偏生产力无显著影响,对氮肥利用效率和氮收获指数影响显著。

      表 3  不同处理对夏玉米氮肥利用率的影响 (kg/kg)

      Table 3.  Effect of different fertilization treatments on nitrogen utilization efficiency of summer maize

      年份Year处理Treatment干物质生产率 DME氮肥利用效率 NUE收获指数 HI氮肥偏生产力 PFP
      2016CK153 a94.7 a0.72 a
      N140 b83.5 b0.69 ab46.6 c
      M137 b86.6 ab0.70 a44.4 d
      MB139 b79.4 b0.71 a53.4 a
      NB130 b78.2 b0.67 b49.2 b
      2017CK145 a100.0 a0.65 c
      N142 ab78.0 b0.69 b38.7 b
      M126 c73.8 bc0.67 bc38.9 ab
      MB131 bc67.7 c0.75 a44.1 a
      NB126 c66.0 c0.70 b39.0 ab
      年份Year (Y)**NS**
      处理Treatment (T)********
      Y × TNS***NS
      注(Note):DME—Dry matter production efficiency;NUE—Nitrogen utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.

      表4可知,各处理2016年磷肥偏生产力表现为MB > NB > N > M,2017年则表现为MB > NB > M > N,且有机肥配施枯草芽孢杆菌能显著提高磷肥偏生产力。磷肥干物质生产率和利用效率,施肥处理显著低于对照,肥料配施枯草芽孢杆菌处理显著低于单施肥料处理。2016年不同处理磷素收获指数以N处理最高,MB、NB、M处理无显著差异,2017年各处理变化趋势为MB > NB > M > CK > N。除年份对磷肥收获指数显著影响外,年份、处理、年份与处理的交互作用对磷肥的其它利用效率指标均有极显著影响。

      表 4  不同处理对夏玉米磷肥利用率的影响 (kg/kg)

      Table 4.  Phosphorus utilization efficiency of summer maize under different fertilization treatments

      年份Year处理Treatment干物质生产率 DME磷肥利用效率 PUE收获指数 HI磷肥偏生产力 PFP
      2016CK200 b123.0 b0.47 c62.7 e
      N180 c107.0 d0.67 a93.2 c
      M208 a132.0 a0.61 b88.7 d
      MB154 d88.1 e0.60 b107.0 a
      NB196 b118.0 c0.59 b98.5 b
      2017CK166 a114.0 a0.57 d67.5 c
      N120 bc66.1 c0.48 e77.5 b
      M134 b78.4 b0.62 c77.8 bc
      MB117 cd60.6 c0.71 a88.1 a
      NB101 d53.4 d0.66 b78.1 b
      年份Year (Y)*******
      处理Treatment (T)********
      Y × T********
      注(Note):DME—Dry matter production efficiency;PUE—Phosphorous utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01.

      表5可知,不同肥料配施,MB处理钾收获指数最高;钾肥干物质生产率和利用效率处理间差异不明显。钾肥利用效率以CK最高。钾肥偏生产率2016年各处理变化趋势为MB > NB > N > M > CK,2017年为MB > NB > M > N > CK。除处理对钾肥干物质生产率无显著影响外,年份、处理、年份与处理的交互作用对钾肥的其它利用效率指标均有极显著影响。

      表 5  不同处理对夏玉米钾肥利用率的影响 (kg/kg)

      Table 5.  Potassium utilization efficiency of summer maize under different treatments

      年份Year处理Treatment干物质生产率 DME钾肥利用效率 KUE收获指数 HI钾肥偏生产力 PFP
      2016CK194 a120.0 a0.23 d31.4 e
      N192 a114.0 bc0.28 c46.6 c
      M180 b114.0 c0.34 b44.4 d
      MB196 a112.0 c0.40 a53.4 a
      NB198 a120.0 ab0.29 c49.2 b
      2017CK129 ab89.0 a0.21 b33.8 c
      N122 ab67.0 bc0.20 b38.7 bc
      M133 a77.9 b0.25 a38.9 b
      MB123 ab63.5 c0.26 a44.1 a
      NB120 b63.3 c0.22 b39.0 b
      年份Year (Y)********
      处理Treatment (T)NS******
      Y × T********
      注(Note):DME—Dry matter production efficiency;KUE—Potash utilization efficiency;HI—Harvest index;PFP—Fertilizer partial factor productivity. 同列同年数据后不同字母表示处理间差异显著 Values followed different letters in the same column and year indicate significant difference among treatments (P < 0.05). *—P < 0.05;**—P < 0.01; NS— 不显著 Not Significant.
    • 表6可知,有机肥或无机肥配施枯草芽孢杆菌,投入成本均增加620元/hm2,有机肥配施枯草芽孢杆菌和无机肥配施枯草芽孢杆菌两年平均净收入分别增加16.9%、–0.07%,无机肥配施枯草芽孢杆菌的产量与单施无机肥的产量差异不显著,净收入基本持平。有机肥配施枯草芽孢杆菌能显著增加玉米产量,提高玉米的经济效益。

      表 6  不同处理的经济效益

      Table 6.  Economic benefit of different fertilizer treatments

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      产量 (kg/hm2)
      Yield
      产值 (yuan/hm2)
      Income
      菌肥投入 (yuan/hm2)
      Bacillus subtilis cost
      净收入 (yuan/hm2)
      Net income
      2016CK 82351235212352
      N 1223718356 018356
      M 1164617469 017469
      MB140052100762020387
      NB129221938362018763
      2017CK 88651383013830
      N 1021215931 015931
      M 954314888 014888
      MB115661804262017422
      NB102461598462015364
      注(Note):表内数据以 2016 年和 2017 年的市场价计,2016 年、2017 年玉米市场价分别为 1500 元/吨、1560 元/吨 The price of maize was 1500 yuan/t in 2016 and 1560 yuan/t in 2017.
    • 不同施肥处理对玉米穗粒数、千粒重、产量及生物量均有极显著的影响 (表1)。研究表明,枯草芽孢杆菌SQR9在黄瓜、玉米和香蕉根际有效定殖,促进地上部和根系生长和产量提高[12-13, 17]。本试验中有机肥配施枯草芽孢杆菌花前、花后的干物质积累量与单施有机肥处理相比提高显著,无机肥配施枯草芽孢杆菌亦能显著增加花后的干物质积累量 (表2)。干物质积累是玉米产量形成的物质基础,增加干物质积累量,尤其是花后干物质积累量对玉米增产具有重大意义[14]。肥料配施枯草芽孢杆菌能够显著增加玉米的产量,其中MB处理要优于NB处理 (表1)。穗粒数和粒重是单株玉米籽粒产量构成的决定性因素[15],穗粒数比粒重更容易受到氮素供应和水分等环境因素的影响。两年结果表明,有机肥配施枯草芽孢杆菌比单施有机肥处理的穗粒数显著增加,而对千粒重无显著影响 (表1)。枯草芽孢杆菌与肥料配施能够显著增加干物质积累量与产量,且枯草芽孢杆菌与有机肥配施的效果优于无机肥配施枯草芽孢杆菌。

    • 干物质的积累与养分积累有着密切的关系,养分积累是干物质积累的基础,也是作物产量形成的基础[16]。胡小加等[17]研究表明枯草芽孢杆菌Tu-100对油菜、小麦、辣椒、西瓜、大豆和玉米苗期有不同的促生效果。枯草芽孢杆菌可以将无机和有机底物中的正磷酸盐释放出来,增加土壤磷养分的有效性[18-19]。枯草芽孢杆菌一方面促进根系生长,增加根系表面积,另一方面增加有效磷含量,从而促进玉米对氮、磷、钾的吸收。本研究结果表明,在施肥的基础上配施一定量的枯草芽孢杆菌能显著提高夏玉米整个生育期氮、磷、钾的积累量,其中以有机肥配施枯草芽孢杆菌处理的效果最佳 (表2)。

      刘占军等[20]研究表明,不施氮会导致植株营养体运往籽粒的氮素过多,在氮素供应良好的条件下,营养体氮素再分配率和对籽粒氮的贡献率越高,越有利于经济产量的形成。肥料吸收利用特征是肥料运筹是否合理的重要指标,通常采用干物质生产效率、肥料利用率、肥料收获指数和肥料偏生产力等参数来表示[21]。有机肥配施枯草芽孢杆菌能有效提高玉米氮磷钾肥的偏生产力以及氮素和钾素的收获指数,降低磷肥的干物质生产率和利用效率;无机肥配施枯草芽孢杆菌能有效提高氮磷钾肥的偏生产力 (表3表5)。说明配施枯草芽孢杆菌能提高肥料利用率,是兼顾夏玉米高产与高效的重要措施。

    • 在夏玉米实际生产中,肥料配施枯草芽孢杆菌可促进夏玉米的生长发育,影响夏玉米的产量构成要素,提高夏玉米产量,而且能显著提高肥料吸收量和利用效率。以有机肥配施枯草芽孢杆菌处理的效果最佳,有机肥配施枯草芽孢杆菌不仅起到增产增效的效果,还能促进肥料增效、降低面源污染,是玉米增产增效、经济效益显著提高的有效途径。

参考文献 (21)

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