近年来，由于供肥不平衡，长期施用化肥，造成土壤板结，土壤肥力改变，影响土壤微生物群落结构和功能细菌的数量[5-6]，进而导致土传病害频发，作物产量降低，品质下降。施肥不合理不仅影响农民的经济收入，而且会降低土壤的长效利用和农业与环境的可持续发展。为了追求高产，谷子生产中存在施肥过量、施肥结构不合理、施肥量和需肥量不协调等问题，目前实现谷子合理施肥、减肥增效是重要的研究课题。罗爱国等[7]发现，N、P、K肥料的优化施用，可以提高谷子产量与品质。张鹏飞等[8]发现，有机无机肥配施能够明显增加谷子产量，同时提高养分吸收、经济效益及水肥利用率。纪棨云[9]发现，施用生物炭以及生物炭与氮肥配施可以促进谷子生长，提高谷子产量，并且增加土壤养分。复合肥养分含量高，营养元素种类多，养分释放均匀，有利于作物吸收，并且能够改善土壤[10]；微生物菌剂能够进一步促进植物对土壤养分的吸收利用并且改善土壤[11]。复合肥配施微生物菌剂可有效增加作物根际磷酸酶活性，促进有机酸分泌，降低土壤pH，促进作物生长，提高作物对养分的吸收，以此提高作物的产量及品质[12⇓-14]。杨永青等[15]发现，复合肥减半配施微生物菌剂能够改善谷子农艺性状，且提高谷子营养品质。
冀东地区光热不足，前茬小麦收获后需抢农时进行谷子铁茬播种，省略了整地这一关键环节，基肥施用困难，造成谷子减产和品质下降。李双来等[16]研究发现，磷肥的施用对当季油菜产量的影响大，增产17.01%，而且油菜和早稻生长期间施用磷肥对下季早稻的生长有一定的后效作用，因此，研究前茬作物施肥后效对后茬谷子农艺性状、产量及品质的影响对谷子稳产优质栽培具有重要指导意义。目前关于前茬作物施肥后效对后茬谷子的研究鲜见报道，马浩雄等[17]研究发现，前茬冬小麦配施复合肥和微生物菌剂的后效能够不同程度地提高后茬谷子农艺性状。本研究以冀谷42为试验材料，设置12个复合肥与微生物菌剂处理组，研究前茬冬小麦施用复合肥、微生物菌剂及微生物菌剂与复合肥配合施用对后茬谷子产量、品质和土壤肥力的影响，旨在为当地通过调整前茬冬小麦施肥提高谷子减肥增效提供较为合理的施肥方案。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试谷子品种冀谷42由河北省农林科学院谷子研究所提供。
1.2 试验地概况
试验地位于河北省秦皇岛市昌黎县河北科技师范学院农业试验基地（119.15° E，39.70° N），属于暖温带半湿润大陆性季风气候，平均气温11 ℃，年均降水量632.33 mm，无霜期185 d。试验土壤为褐土，土层深厚，轻壤质，通透性好，耕层土壤（0~20 cm）有机质、全氮、碱解氮和速效磷含量分别为17.42 g/kg、2.06 g/kg、75.62 mg/kg和19.43 mg/kg，pH 7.49。
1.3 试验设计
试验采用裂区设计，每组重复3次。小区面积为6 m2（2 m×3 m）。前茬冬小麦试验以微生物菌剂为主区（A）：设3个微生物菌剂施用量，分别为0（A1）、150（A2）和300 kg/hm2（A3）；复合肥为副区（M）：设4个复合肥用量，分别为0（M1）、225（M2）、450（M3）和675 kg/hm2（M4），不同施肥水平随机分布（表1）。微生物菌剂为根力多微生物菌剂，有效活菌数≥5亿/g，有机质的质量分数≥40%；复合肥为撒可富缓释肥（中国―阿拉伯化肥有限公司），氮、磷、钾质量分数分别为25%、12%、6%，总养分≥43%。微生物菌剂和复合肥以基肥形式施入。小麦收获后，种植谷子前试验地基础地力如表2所示。本研究以减施复合肥为目的，冬小麦收获后种植谷子不再施肥，谷子行间距为45 cm，其他管理与当地大田相同。
表1 试验配肥设计
Table 1
| 处理 Treatment | 施肥水平Fertilization level | |
|---|---|---|
| 微生物菌剂 Microbial inoculant | 复合肥 Compound fertilizer | |
| A1M1 | 0 | 0 |
| A1M2 | 0 | 225 |
| A1M3 | 0 | 450 |
| A1M4 | 0 | 675 |
| A2M1 | 150 | 0 |
| A2M2 | 150 | 225 |
| A2M3 | 150 | 450 |
| A2M4 | 150 | 675 |
| A3M1 | 300 | 0 |
| A3M2 | 300 | 225 |
| A3M3 | 300 | 450 |
| A3M4 | 300 | 675 |
表2 前茬冬小麦收获后不同施肥水平下后茬谷子播种前0~20 cm土壤养分
Table 2
| 处理 Treatment | 有机质 Organic matter (g/kg) | 全氮 Total nitrogen (g/kg) | 碱解氮 Alkali-hydrolyzed nitrogen (mg/kg) | 全磷 Total phosphorus (g/kg) | 速效磷 Rapidly available potassium (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 16.25±0.13g | 2.05±0.08g | 71.31±1.06g | 1.76±0.19d | 18.39±0.65f |
| A1M2 | 18.96±0.39f | 2.03±0.16f | 80.36±2.91f | 2.16±0.05c | 20.87±0.39e |
| A1M3 | 19.79±0.13cd | 2.15±0.02ef | 88.27±2.48d | 2.22±0.06c | 21.81±0.49de |
| A1M4 | 19.87±0.06cd | 2.15±0.02ef | 86.48±2.55de | 2.40±0.10b | 23.68±0.05c |
| A2M1 | 19.19±0.50ef | 2.21±0.15de | 99.49±2.40bc | 2.39±0.06b | 22.30±0.26d |
| A2M2 | 19.59±0.39de | 2.24±0.07cde | 89.89±4.60d | 2.40±0.11b | 22.23±1.20c |
| A2M3 | 19.93±0.04cd | 2.31±0.02bcd | 99.71±2.01bc | 2.55±0.07ab | 23.58±0.04d |
| A2M4 | 20.15±0.40c | 2.34±0.02bcd | 103.93±4.37bc | 2.61±0.03a | 23.91±1.14bc |
| A3M1 | 19.83±0.13cd | 2.37±0.02bc | 96.95±8.05c | 2.52±0.10ab | 25.13±0.55a |
| A3M2 | 21.65±0.42b | 2.44±0.10ab | 100.17±7.16bc | 2.54±0.08ab | 25.08±0.44ab |
| A3M3 | 22.66±0.23a | 2.52±0.08a | 106.29±1.42ab | 2.54±0.02ab | 25.04±0.96ab |
| A3M4 | 23.05±0.24a | 2.55±0.02a | 111.61±1.82a | 2.56±0.13ab | 25.58±0.55a |
不同小写字母表示差异达到P < 0.05显著水平，下同。
Different lowercase letters indicate significant difference at P < 0.05 level, the same below.
1.4 测定指标与方法
1.4.1 谷子产量及营养品质相关指标
在各小区内均选取3个1 m2的区域收获籽粒，自然晾干后称重并测定含水量，折算成13%含水量下的产量。
采用氨基酸自动分析仪（美国通用公司Biochrom30型全自动氨基酸分析仪）测定氨基酸含量。氨基酸含量（%）=（每种氨基酸的质量×100/样品的总蛋白质质量）×100；
采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量。粗蛋白含量（%）=氮含量×6.25；
采用索氏提取法测定粗脂肪含量。粗脂肪含量（%）=[（样品质量-灰分质量）/样品质量]×100；
采用斐林试剂法测定碳水化合物含量。碳水化合物含量（%）=[100-（粗蛋白含量+粗脂肪含量+粗纤维含量+水分含量）]；
总淀粉含量（%）=（糖含量/淀粉水解效率）×100；
采用酶洗涤法测定膳食纤维含量。膳食纤维含量（%）=[（总质量-灰分质量-蛋白质质量）/样品初始质量×100）]-灰分含量。
1.4.2 土壤肥力及相关酶活性
在冬小麦和谷子收获后分别取0~20 cm土壤样品各一次。各小区3点取样，将采集的土样带回实验室风干、磨细，过1 mm和0.25 mm筛用于测定土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量及相关酶活性。
采用重铬酸钾法测定土壤有机质含量；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量；采用碳酸氢钠浸提―钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量；采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量；采用靛酚蓝比色法测定土壤脲酶活性，以24 h后1 g土壤中NH3-N质量的毫克数表示；采用高锰酸钾滴定法测定土壤过氧化氢酶活性，以1 g土壤中消耗0.02 mol/L KMnO4的体积（mL）表示；取适量土壤样品加入含有糖类底物的磷酸缓冲液中，保持适宜的温度和pH值，进行酶促反应。反应一定时间后，加入终止剂停止反应。取反应液，使用分光光度计测定其在420~520 nm波长处的吸光度，吸光度与焦糖的浓度成正比。通过标准曲线计算反应液中焦糖的浓度，进而计算焦糖酶的活性。
1.5 数据处理
采用Excel 2019整理数据，利用SPSS 27.0统计软件进行统计分析。利用模糊数学隶属函数法计算各处理所选指标的隶属函数值，并将所选指标隶属函数值求和，再取均值，以均值大小进行排名，均值越大，排名越靠前。隶属函数计算公式[18]：
式中，R(xi)表示某指标隶属函数值，Xi表示该指标的测定值；Xmax表示该指标最大值；Xmin表示该指标最小值。若测定指标与营养价值呈正相关关系，则用式(1)计算；若呈负相关关系，则用式(2)计算。
2 结果与分析
2.1 复合肥配施微生物菌剂对土壤养分含量的影响
由表3可知，与播种前相比，谷子收获后土壤有机质变化最为明显，碱解氮变化最小。除A1M1处理有机质含量增加外，其余各处理的有机质含量均下降，其中以A3M2和A3M4处理消耗土壤有机质最多，分别较A1M4处理多消耗0.27和0.14 g/kg，A1M1与A3M4处理间存在显著性差异。A1M2处理的土壤全氮含量在谷子收获后较播种前积累了0.05 g/kg，与A2M1和A3M2处理间存在差异显著性，A3M3与A3M4处理土壤全氮消耗量最高且两处理间消耗相同，较A1M4处理多消耗0.52 g/kg。土壤碱解氮含量在A1M1、A2M1和A3M3处理下皆不同程度耗减，表现为A1M1>A3M3>A2M1，其余处理土壤碱解氮耗减不明显。A1M3处理下，土壤全磷含量较播种前有所积累，A3M1处理土壤全磷消耗量最多，A3M4处理次之，分别较A1M4处理多消耗0.21和0.10 g/kg，A1M3处理与A2M2、A2M3、A3M2和A3M3处理存在差异显著性。A3M3处理下，土壤速效磷含量消耗最多，较A1M4处理速效磷消耗多1.52 mg/kg，A3M2处理次之，较A1M4处理多1.05 mg/kg。
表3 复合肥配施微生物菌剂对谷子收获后土壤养分含量的变化
Table 3
| 处理 Treatment | 有机质 Organic matter (g/kg) | 全氮 Total nitrogen (g/kg) | 碱解氮 Alkali-hydrolyzed nitrogen (mg/kg) | 全磷 Total phosphorus (g/kg) | 速效磷 Rapidly available potassium (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 0.18±0.69a | -0.06±0.03ab | -0.02±1.33a | -0.03±0.07ab | -0.76±0.45abc |
| A1M2 | -0.17±0.42ab | 0.05±0.16a | 0.00±0.00a | -0.06±0.10ab | 0.03±0.36ab |
| A1M3 | -0.62±0.56ab | -0.03±0.03ab | 0.00±0.00a | 0.25±0.58a | -0.68±0.59abc |
| A1M4 | -0.58±0.53ab | -0.11±0.10ab | 0.00±0.00a | -0.05±0.04ab | -1.07±0.05abc |
| A2M1 | -0.28±0.18ab | -0.30±0.01b | -0.67±1.15a | -0.02±0.10ab | -0.69±0.11abc |
| A2M2 | -0.19±0.24ab | -0.03±0.01ab | 0.00±0.00a | -0.11±0.01b | -0.76±0.16abc |
| A2M3 | -0.47±0.16ab | -0.33±0.02ab | 0.00±0.00a | -0.14±0.04b | 0.78±1.56abc |
| A2M4 | -0.10±0.09ab | -0.07±0.03ab | 0.00±0.00a | -0.03±0.02ab | -0.83±1.08abc |
| A3M1 | -0.21±0.27ab | -0.09±0.02ab | 0.00±0.00a | -0.26±0.06b | -1.25±1.52bc |
| A3M2 | -0.85±0.33b | -0.17±0.15b | 0.00±0.00a | -0.12±0.07b | -2.12±0.46c |
| A3M3 | -0.65±0.72ab | -0.63±0.02ab | -0.33±0.58a | -0.11±0.04b | -2.59±2.10c |
| A3M4 | -0.72±0.64b | -0.63±0.03ab | 0.00±0.00a | -0.15±0.06ab | -1.77±0.62bc |
土壤养分含量积累为正数，消耗为负数。
Soil nutrient content accumulation is positive, consumption is negative.
2.2 复合肥配施微生物菌剂对土壤酶活性的影响
由表4可以看出，A1M1处理下土壤脲酶、过氧化氢酶和焦糖酶活性均最低，说明微生物菌剂和复合肥均能够不同程度地提高土壤酶活性。各处理间土壤脲酶活性存在显著性差异，其中在A3M1处理下脲酶活性达到最大值，较A1M4处理提高24.6%，A3M2和A2M4处理次之，均比A1M4处理提高20.5%。过氧化氢酶活性在A3M4处理下达到最大值。土壤焦糖酶活性在各处理间无显著性差异。
表4 谷子收获后土壤酶活性
Table 4
| 处理 Treatment | 脲酶 Urease | 过氧化氢酶 Catalase | 焦糖酶 Caramel enzyme |
|---|---|---|---|
| A1M1 | 1.83±0.05e | 3.20±0.09e | 7.44±0.05a |
| A1M2 | 1.87±0.03e | 3.41±0.02d | 7.46±0.04a |
| A1M3 | 1.92±0.04de | 3.43±0.01d | 7.47±0.07a |
| A1M4 | 1.95±0.11d | 3.44±0.03cd | 7.46±0.06a |
| A2M1 | 2.06±0.03c | 3.42±0.02d | 7.45±0.02a |
| A2M2 | 2.08±0.04c | 3.45±0.02cd | 7.49±0.01a |
| A2M3 | 2.14±0.04bc | 3.43±0.01d | 7.47±0.04a |
| A2M4 | 2.35±0.05b | 3.47±0.04c | 7.48±0.03a |
| A3M1 | 2.43±0.04a | 3.50±0.02ab | 7.44±0.01a |
| A3M2 | 2.35±0.02b | 3.49±0.03b | 7.49±0.05a |
| A3M3 | 2.31±0.04ab | 3.50±0.02ab | 7.49±0.02a |
| A3M4 | 2.32±0.03ab | 3.55±0.04a | 7.48±0.04a |
2.3 复合肥配施微生物菌剂对谷子营养品质的影响
由表5可知，谷子粗蛋白质含量在9.63%~ 9.72%，各处理间无显著性差异，除A3M4外其余处理粗蛋白质含量皆低于A1M4。谷子碳水化合物含量在75.34%~76.51%，其中A1M4处理碳水化合物含量最高，显著高于其他处理，A3M1处理次之，A2M4、A3M1、A3M2和A3M4处理与A1M4处理间无显著差异。在微生物菌剂A1和A2处理下，碳水化合物含量随着复合肥的增加而增加；在A3处理下，M3和M4处理碳水化合物含量低于M1和M2处理。M1和M2处理呈上升趋势，M3处理下呈先降后增的趋势，M4处理下呈先增后降的趋势。谷子总淀粉含量在A1M4处理下达到最大值。粗脂肪含量在3.77%~3.93%，其中在A2M4和A3M1处理下达到最大值，A1M4处理次之。膳食纤维含量在A1M4处理下达到最大值，A2M1和A2M4处理次之，A1M4处理与A2M1、A2M4、A3M3处理间无显著性差异。
表5 复合肥配施微生物菌剂对谷子营养品质的影响
Table 5
| 处理 Treatment | 粗蛋白质含量 Crude protein content | 碳水化合物含量 Carbohydrate content | 总淀粉含量 Total starch content | 粗脂肪含量 Crude fat content | 膳食纤维含量 Dietary fiber content |
|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 9.65±0.02a | 75.34±0.11b | 64.32±0.01a | 3.82±0.11ab | 2.49±0.06d |
| A1M2 | 9.67±0.09a | 75.48±0.02b | 64.31±0.31a | 3.84±0.12ab | 2.51±0.06cd |
| A1M3 | 9.68±0.02a | 75.64±0.09b | 64.45±0.05a | 3.91±0.05ab | 2.53±0.07bcd |
| A1M4 | 9.71±0.03a | 76.51±1.22a | 64.61±0.15a | 3.92±0.04ab | 2.66±0.04a |
| A2M1 | 9.63±0.04a | 75.46±0.02b | 63.88±0.08a | 3.86±0.07ab | 2.65±0.04a |
| A2M2 | 9.66±0.04a | 75.61±0.05b | 63.85±0.04a | 3.85±0.10ab | 2.60±0.03abc |
| A2M3 | 9.64±0.03a | 75.34±0.02b | 63.86±0.40a | 3.80±0.06ab | 2.62±0.02ab |
| A2M4 | 9.66±0.04a | 75.89±0.12ab | 63.89±0.08a | 3.93±0.06b | 2.65±0.01a |
| A3M1 | 9.66±0.02a | 75.95±0.31ab | 63.58±0.43a | 3.93±0.06b | 2.58±0.08abcd |
| A3M2 | 9.68±0.03a | 75.95±0.63ab | 63.56±0.01a | 3.77±0.09b | 2.57±0.04bcd |
| A3M3 | 9.66±0.02a | 75.36±0.03b | 63.65±5.83b | 3.87±0.05ab | 2.63±0.06a |
| A3M4 | 9.72±0.05a | 75.69±0.03b | 63.65±0.50a | 3.80±0.05ab | 2.61±0.04ab |
2.4 复合肥配施微生物菌剂对谷子氨基酸含量的影响
由表6可知，在谷子必需氨基酸中，赖氨酸含量介于0.076%~0.085%，A3M4处理下达到最大值0.085%，较A1M4处理提高10.4%，A3M2处理次之，较A1M4处理提高9.1%。亮氨酸是含量最高的必需氨基酸，介于0.63%~0.74%，A3M2处理下含量最高，A3M4处理次之，二者皆高于A1M4处理。异亮氨酸、苏氨酸在各处理间含量差距不大。缬氨酸含量范围处于0.19%~0.26%，在A2M1处理下达到最大值，A1M3处理次之。蛋氨酸含量在A3M1~A3M4处理间差异不显著，但均显著高于A1M1~A2M4处理。苯丙氨酸含量处于0.054%~ 0.933%，在A3M4处理下达到最大值，A3M4、A3M2、A2M2和A2M1处理下苯丙氨酸含量皆高于A1M4处理。由表7可知，除丝氨酸、精氨酸外，其余处理间非必需氨基酸都存在显著差异。非必需氨基酸中谷氨酸含量最高，其中A3M4处理最高（0.85%），A3M3处理次之（0.84%），A1M1~A1M3与A1M4~A3M4处理之间存在显著性差异。
表6 复合肥配施微生物菌剂对谷子必需氨基酸含量的影响
Table 6
| 处理 Treatment | 赖氨酸 Lysine | 亮氨酸 Leucine | 异亮氨酸 Isoleucine | 苏氨酸 Threonine | 缬氨酸 Valine | 蛋氨酸 Methionine | 苯丙氨酸 Phenylalanine |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 0.079±0.001bcd | 0.65±0.01de | 0.17±0.01b | 0.16±0.01c | 0.23±0.02bc | 0.078±0.001b | 0.059±0.004g |
| A1M2 | 0.076±0.001e | 0.66±0.01cde | 0.17±0.01bc | 0.16±0.00c | 0.21±0.02d | 0.076±0.001b | 0.054±0.002h |
| A1M3 | 0.081±0.002bc | 0.71±0.01ab | 0.17±0.01bc | 0.17±0.01b | 0.25±0.01b | 0.077±0.001b | 0.079±0.003bcde |
| A1M4 | 0.077±0.003cde | 0.72±0.01ab | 0.18±0.01a | 0.17±0.01b | 0.24±0.02b | 0.078±0.001b | 0.080±0.003bcd |
| A2M1 | 0.082±0.001b | 0.68±0.01c | 0.18±0.01a | 0.18±0.02a | 0.26±0.03a | 0.078±0.001b | 0.085±0.001ab |
| A2M2 | 0.082±0.001b | 0.66±0.01d | 0.18±0.01a | 0.17±0.01bc | 0.21±0.02cd | 0.080±0.001b | 0.084±0.012abc |
| A2M3 | 0.081±0.002bc | 0.69±0.01bc | 0.18±0.01a | 0.17±0.01ab | 0.19±0.02e | 0.079±0.001b | 0.078±0.012cde |
| A2M4 | 0.083±0.001ab | 0.63±0.02e | 0.18±0.01a | 0.17±0.01bc | 0.20±0.01cde | 0.080±0.001b | 0.063±0.002f |
| A3M1 | 0.082±0.002b | 0.71±0.01ab | 0.18±0.01a | 0.17±0.01ab | 0.21±0.02cd | 0.090±0.003a | 0.072±0.001de |
| A3M2 | 0.084±0.001a | 0.74±0.01a | 0.18±0.01a | 0.17±0.01bc | 0.22±0.01c | 0.094±0.001a | 0.084±0.004abc |
| A3M3 | 0.081±0.001bc | 0.70±0.01b | 0.18±0.01a | 0.16±0.01c | 0.24±0.03b | 0.091±0.003a | 0.070±0.003ef |
| A3M4 | 0.085±0.001a | 0.73±0.01a | 0.18±0.01a | 0.17±0.01b | 0.23±0.02bc | 0.092±0.001a | 0.093±0.002a |
表7 复合肥配施微生物菌剂对谷子非必需氨基酸含量的影响
Table 7
| 处理 Treatment | 天冬氨酸 Aspartic acid | 丙氨酸 Alanine | 谷氨酸 Glutamic acid | 丝氨酸 Serine | 精氨酸 Arginine | 酪氨酸 Tyrosine | 甘氨酸 Glycine |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 0.27±0.01b | 0.32±0.01e | 0.77±0.01b | 0.21±0.01a | 0.13±0.01a | 0.083±0.001a | 0.12±0.01b |
| A1M2 | 0.28±0.01ab | 0.34±0.01de | 0.70±0.01bc | 0.21±0.00a | 0.13±0.01a | 0.092±0.004b | 0.13±0.01b |
| A1M3 | 0.26±0.02c | 0.36±0.01d | 0.70±0.01bc | 0.20±0.01a | 0.13±0.01a | 0.076±0.002e | 0.14±0.01ab |
| A1M4 | 0.29±0.03a | 0.44±0.01a | 0.82±0.01a | 0.19±0.01a | 0.13±0.00a | 0.075±0.007e | 0.14±0.01ab |
| A2M1 | 0.30±0.01a | 0.34±0.02de | 0.83±0.01a | 0.21±0.02a | 0.13±0.01a | 0.093±0.001b | 0.13±0.01b |
| A2M2 | 0.29±0.01b | 0.37±0.01cd | 0.82±0.01a | 0.18±0.01a | 0.13±0.01a | 0.096±0.001a | 0.15±0.00a |
| A2M3 | 0.30±0.01a | 0.40±0.01c | 0.83±0.01a | 0.21±0.01a | 0.13±0.00a | 0.084±0.001cd | 0.13±0.01b |
| A2M4 | 0.28±0.01ab | 0.44±0.02a | 0.82±0.03a | 0.21±0.01a | 0.13±0.00a | 0.088±0.003bc | 0.16±0.01a |
| A3M1 | 0.27±0.02b | 0.35±0.01d | 0.83±0.02a | 0.20±0.01a | 0.13±0.01a | 0.085±0.001c | 0.13±0.01b |
| A3M2 | 0.28±0.01ab | 0.37±0.01cd | 0.83±0.02a | 0.21±0.01a | 0.13±0.00a | 0.086±0.001c | 0.16±0.01a |
| A3M3 | 0.30±0.01a | 0.42±0.01b | 0.84±0.01a | 0.21±0.01a | 0.13±0.01a | 0.081±0.001d | 0.13±0.01b |
| A3M4 | 0.29±0.01a | 0.44±0.01a | 0.85±0.00a | 0.22±0.01a | 0.13±0.01a | 0.097±0.002a | 0.17±0.02a |
2.5 复合肥配施微生物菌剂对谷子产量的影响
如图1所示，12个施肥处理的产量变幅为4562.34~5971.38 kg/hm2，其中A3M4处理产量最高，A2M4处理次之，A1M1处理产量最低，A3M4和A2M4处理较A1M1处理产量分别显著提高30.88%和24.16%，较A1M4处理产量分别提高20.10%和13.93%。此外，A2M3和A2M4处理与A1M4处理间存在显著性差异。上述结果说明，谷子产量随着微生物菌剂和复合肥的含量增加而增加，且增产效果显著。
图1
图1
复合肥配施微生物菌剂对谷子产量的影响
不同小写字母表示差异达到P < 0.05显著水平。
Fig.1
Effects of compound fertilizer combined with microbial inoculant on yield of foxtail millet
Different lowercase letters indicate significant difference at P < 0.05 level.
2.6 隶属函数综合分析
采用模糊数学隶属函数法对不同复合肥配施微生物菌剂处理的谷子品质、产量和土壤理化性质进行分析，综合评价结果（表8）表明，常规复合肥（A1M4）处理位居第6，平均隶属函数值为0.56，位列前5的依次为A3M4、A2M4、A3M2、A3M3和A2M3处理，平均隶属函数值分别为0.84、0.69、0.63、0.59和0.51。
表8 不同复合肥配施微生物菌剂处理的综合评价
Table 8
| 处理 Treatment | 得分 Score | 排序 Ranking | 处理 Treatment | 得分 Score | 排序 Ranking |
|---|---|---|---|---|---|
| A1M1 | 0.18 | 12 | A2M3 | 0.51 | 5 |
| A1M2 | 0.28 | 11 | A2M4 | 0.69 | 2 |
| A1M3 | 0.40 | 10 | A3M1 | 0.48 | 7 |
| A1M4 | 0.56 | 6 | A3M2 | 0.63 | 3 |
| A2M1 | 0.46 | 9 | A3M3 | 0.59 | 4 |
| A2M2 | 0.53 | 8 | A3M4 | 0.84 | 1 |
3 讨论
3.1 复合肥对谷子品质、产量及土壤养分的影响
复合肥能够提供作物生长所需的多种营养元素，提高肥料利用率，促进作物的高产稳产，改善作物品质，还能促进土壤养分趋于平衡[10,15]。赵晨光等[19]发现，施用复合肥可提高茶叶产量，提升茶叶品质。周丽平等[20]研究发现，新型增效复合肥料能够提高水稻产量。本试验单施复合肥处理A1M2、A1M3和A1M4谷子产量分别较A1M1提高1.82%、4.33%、8.98%，与以上研究结果相似。复合肥能够改善土壤养分，张辉等[21]在复合肥效应研究中发现，施用复合肥可以改善土壤结构，增进土壤肥力，提高土壤供肥能力和生物活性。黄小辉等[22]发现，施用复合肥能促进核桃园土壤有效氮、磷、钾质量分数明显增加。本研究结果与以上研究结果相似，单施复合肥处理下，土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、全磷含量和土壤脲酶、过氧化氢酶、焦糖酶活性随着复合肥用量的增加基本呈上升趋势，其中土壤有机质与碱解氮含量增加最为明显，A1M4较A1M1处理有机质含量提高22.27%，碱解氮含量提高21.27%。复合肥能够提升作物品质[19,22]。在本试验中，谷子籽粒的粗蛋白质、碳水化合物、总淀粉、粗脂肪和膳食纤维含量随复合肥增加而增加，在A1M4处理下达到最大值；谷子必需氨基酸含量随复合肥的增加呈增加趋势，与前人研究[15]结果相似。
3.2 微生物菌剂对谷子品质、产量及土壤养分的影响
微生物菌剂是利用微生物的活性及其代谢产物来促进作物生长，提升作物品质、产量以及改善土壤理化性质[23-24]。本研究中随着微生物菌剂的增加，谷子品质、产量及土壤理化性质皆有不同程度提升。黄媛媛等[25]研究发现，微生物菌剂能有效改良土壤。逄焕成等[26]通过研究微生物菌剂对盐碱土壤微生物养分的影响发现，施用微生物菌剂的土壤有机质、速效氮、磷、钾含量均明显高于无添加菌剂对照处理。本研究结果与以上研究相似，本研究中随着微生物菌剂的增加土壤养分指标随之升高，其中A3M1处理较A1M1处理有机质提高22%，碱解氮提升35.95%，速效磷提高36%。罗林毅等[27]发现，棉花产量和品质在微生物菌剂用量300 L/hm2时达到最大值，较不施用微生物菌剂分别提高14.6%和10.5%。丁映风等[28]发现，微生物菌剂可使番茄平均增产26.59%，番茄营养品质随微生物菌剂的增加而提升。本研究结果与前人研究结果相似，在本试验中，随着微生物菌剂的增加，谷子产量、碳水化合物含量、粗脂肪含量随着微生物菌剂的增加呈现上升趋势。本研究中土壤脲酶活性随着微生物菌剂的增加明显提升，A2M1处理较A1M1处理提升12.57%，A3M1处理较A1M1处理提升32.79%，A3M1处理较A2M1处理提升17.96%，过氧化氢酶活性随着微生物菌剂增加而明显增加且存在差异显著性，而土壤焦糖酶活性增加不明显，这与闫锋等[29]研究结果一致。以上结果说明微生物菌剂能够主要通过提高土壤有机质、碱解氮、速效磷含量和脲酶活性提高谷子产量和品质。
3.3 复合肥配施微生物菌剂对谷子品质、产量及土壤养分的影响
本研究中复合肥配施微生物菌剂对谷子产量增加明显，A3M4、A3M3、A2M3处理较A1M4处理分别提升20.5%、10.0%和7.3%，此结果与杨永青等[15]研究结果相似。复合肥配施微生物菌剂能够提升谷子品质。谷子必需氨基酸和非必需氨基酸含量在复合肥配施微生物菌剂的A2和A3的3组处理皆高于A1的3组处理，其中氨基酸总含量在A3M4处理下达到最高，不施肥的A1M1处理和单施复合肥的A1M2处理氨基酸含量最低，其中谷氨酸含量在A3M4处理下达到最大值。以上研究与章孜亮等[30]、贺善睦等[31]、李青璞等[32]研究结果相似。王丽丽等[33]在施用微生物菌剂与改良剂对连作草莓品质和土壤环境的影响研究发现，土壤酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性分别较对照增加49.9%、40.7%、54.4%和80.5%。王艳平等[34]通过探究生物有机肥和微生物菌剂对北京山区连作茶菊生长及肥力的影响得出，施用生物有机肥和微生物菌剂可以提高土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等养分含量。本试验中，在不同的复合肥配施微生物菌剂处理下，谷子播种前土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量在A3M4处理下达到最大值，较A1M4处理分别提高16.2%、18.6%、29.0%、8.0%，在A2M4处理下，土壤全磷含量达到最大值，较A1M4处理提高8.75%，说明复合肥配施微生物菌剂可以不同程度地提高土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等养分含量。复合肥与微生物菌剂能够促进作物对土壤养分的吸收利用，促进植物生长，提高作物产量。本试验在土壤养分增加量方面与姜永雷等[35]研究一致，随着复合肥与微生物菌剂用量增加，土壤养分指标不同程度提高。本试验在土壤养分消耗方面与他人研究不一致，土壤养分消耗量随着复合肥和微生物菌剂的增加而增加，其原因可能是微生物菌剂或复合肥促进谷子对土壤养分的吸收，以此提高谷子产量和品质。
4 结论
施用复合肥和微生物菌剂的A1M2~A3M4处理在谷子各指标和土壤理化性质方面皆不同程度优于A1M1处理，其中A3M4处理最优，A2M4处理次之，A3M2处理排第3。从谷子产量、品质、土壤理化性质方面综合考虑，优于A1M4处理的组合分别为A3M4、A2M4、A3M2、A3M3处理和A2M3处理，进一步结合减施复合肥的要求，推荐冀东地区前茬冬小麦施肥组合A3M2、A3M3、A2M3为合理施肥水平。
参考文献
Development of a compound microbial agent beneficial to the composting of Chinese Medicinal Herbal Residues
