不同施肥條件下接種根瘤菌對鮮食大豆結(jié)瘤和產(chǎn)量的影響

魏啟舜 郭東森 王琳 管永祥 俞春濤 周影

摘要：為探索不同根瘤菌和減施氮肥對鮮食大豆結(jié)瘤和產(chǎn)量的影響，通過盆栽試驗，設(shè)置不接種根瘤菌常規(guī)施肥（CK1）、不接種根瘤菌減氮施肥（CK2）、接種慢生型大豆根瘤菌USDA110常規(guī)施肥（U1）、接種慢生型大豆根瘤菌USDA110減施氮肥（U2）、接種費氏中華根瘤菌CCBAU45436常規(guī)施肥（C1）和接種費氏中華根瘤菌CCBAU45436減施氮肥（C2）處理，研究不同施肥水平和根瘤菌接種水平下鮮食大豆的根瘤數(shù)、根瘤質(zhì)量、根瘤固氮酶活性和產(chǎn)量的差異。結(jié)果表明，在常規(guī)施肥水平下，花莢期C1處理的根瘤數(shù)大于CK1處理，差異極顯著;根瘤質(zhì)量、根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。采青期C1處理根瘤數(shù)大于CK1處理，差異極顯著，C1處理的根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量也顯著大于CK1，根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。減氮施肥水平下，花莢期U2處理的根瘤數(shù)顯著大于CK2處理;U2處理的根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量顯著大于C2處理，與CK2無顯著差異;根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。采青期C2處理的根瘤數(shù)顯著大于U2處理，根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量和根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。不接種根瘤菌水平下，花莢期和采青期CK1、CK2處理的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量和根瘤的固氮酶活性無顯著差異。接種USDA110根瘤菌水平下，花莢期U2處理的根瘤固氮酶活性顯著高于U1處理，采青期差異不顯著;花莢期、采青期的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量在U1處理與U2處理間均無顯著差異。接種CCBAU45436根瘤菌水平下，花莢期C2處理的根瘤固氮酶活性顯著高于C1處理，采青期差異不顯著;花莢期、采青期的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量在C1處理與C2處理間均無顯著差異。綜合說明，接種根瘤菌影響了鮮食大豆的結(jié)瘤情況，但對根瘤的固氮酶活性影響不大。減施氮肥影響了花莢期鮮食大豆根瘤的固氮酶活性，但對結(jié)瘤影響不大。不同施肥水平和根瘤菌接種水平下各處理間產(chǎn)量均無顯著差異，但U2、C2處理的鮮食大豆單株鮮籽粒產(chǎn)量比CK1處理分別提高了4.61%、4.24%，在減施氮肥后接種根瘤菌提高了鮮食大豆的產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：根瘤菌;減施氮肥;結(jié)瘤;固氮酶活性;產(chǎn)量

中圖分類號：S565.106? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）23-0077-05

收稿日期：2021-08-11

基金項目：2020年農(nóng)業(yè)重大技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新計劃（編號：2020-SJ-047-01-4）。

作者簡介：魏啟舜（1973—），男，江蘇南京人，副研究員，從事農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用、土壤肥料等工作。E-mail：hhzx.w@163.com。

通信作者：王 琳，博士，副研究員，從事農(nóng)業(yè)有機廢棄物資源化利用。E-mail：wanglin0421nj@163.com。

鮮食大豆[Glycine max （L.） Merr.]別稱毛豆、菜用大豆，是大豆作物中在豆莢鼓粒飽滿、籽粒未完全成熟時采青鮮食嫩豆莢的一種專用類型的大豆總稱，因其營養(yǎng)豐富、味道鮮美，深受消費者喜愛，我國江浙一帶生產(chǎn)的鮮食大豆品質(zhì)好、產(chǎn)量高，已成為出口創(chuàng)匯的重要農(nóng)產(chǎn)品[1-4]。

施肥是作物栽培中提高產(chǎn)量的主要手段，目前在鮮食大豆生產(chǎn)中，大多數(shù)種植戶過分依賴化肥，且為了追求產(chǎn)量提升，化肥投入量過大，導(dǎo)致肥料利用率、生產(chǎn)效益及產(chǎn)品品質(zhì)降低，并且過量的化肥造成土壤質(zhì)量下降，還通過徑流、淋溶等形式污染水源，造成一系列環(huán)境問題[5-6]。作為豆科植物，鮮食大豆可與根瘤菌形成共生固氮體系，利用大氣中的氮氣作為氮素營養(yǎng)來源[7]。根瘤共生固氮對鮮食大豆的生長十分重要，可滿足植株生長發(fā)育60%～70%的氮素需要，在大豆生產(chǎn)中具有不可替代的作用[8]。接種大豆根瘤菌是國際上大豆生產(chǎn)的一項常規(guī)農(nóng)藝措施，可有效減少化肥的投入，國外大豆生產(chǎn)中根瘤菌接種面積達(dá)到65%以上，而我國不足3%[9]，合理利用根瘤菌共生固氮體系來提高鮮食大豆產(chǎn)量和品質(zhì)，減少氮肥的投入，是鮮食大豆產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。為此，本試驗以盆栽鮮食大豆為研究對象，設(shè)置接種不同大豆根瘤菌和不同氮肥用量的組合處理，研究不同處理對鮮食大豆結(jié)瘤情況、固氮酶活性及產(chǎn)量的影響，以期為鮮食大豆的實際生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

栽培鮮食大豆品種為蘇新6號，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供;大豆根瘤菌為慢生根瘤菌USDA110和快生根瘤菌CCBAU45436，由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)提供;栽培土壤的主要理化性質(zhì)：有機質(zhì)含量為4.74%，堿解氮含量為103.85 mg/kg，速效磷含量為 59.61 mg/kg，速效鉀含量為292.70 mg/kg，pH值為7.11，EC值為0.21 mS/cm。試驗用肥為市場購買的史丹利三元素復(fù)合肥（純N、P2O5、K2O含量均為17%）、普通過磷酸鈣（P2O5 12%）和硫酸鉀（K2O 50%）;有機肥為筆者所在實驗室自己發(fā)酵生產(chǎn)，主要理化性質(zhì)：有機質(zhì)含量為60.65%，全氮含量為22.17 g/kg，全磷含量為5.19 g/kg，全鉀含量為7.70 g/kg，pH值為8.15，EC值為1.99 mS/cm。

1.2 處理設(shè)計

試驗共設(shè)6個處理，施肥量分常規(guī)施肥和減氮施肥共2個水平，常規(guī)施肥以三元素復(fù)合肥1 g/盆作基肥，苗期、花期分別追施三元素復(fù)合肥1 g/盆，減氮施肥為不施三元素復(fù)合肥，以過磷酸鈣和硫酸鉀補充磷、鉀元素量與常規(guī)施肥相等作基肥，苗期、花期分別追施三元素復(fù)合肥1 g/盆;根瘤菌分不接種根瘤菌、接種慢生型大豆根瘤菌USDA110、接種費氏中華根瘤菌CCBAV45436共3個水平，具體處理設(shè)計見表1。試驗采用隨機區(qū)組進(jìn)行，每個處理重復(fù)12次。

1.3 試驗方法

試驗在位于南京市棲霞區(qū)仙林街道的江蘇丘陵地區(qū)南京農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，時間為2021年4—7月。大豆播種前將土壤裝入塑料盆，盆的規(guī)格為18 cm×20 cm（盆高×口徑），每盆裝2 kg土，將200 g有機肥和常規(guī)施肥、減氮施肥處理對應(yīng)量的化肥放入盆底作基肥。播種方法為選無病、飽滿的鮮食大豆種子，用75%乙醇表面滅菌 5 min，清洗干凈，U1、U2、C1、C2處理每1 kg種子用20 mL相應(yīng)根瘤菌菌懸液（D600 nm值為1）混勻拌種，CK1、CK2用等量清水拌種，具體操作為將種子倒入適量干土中，然后倒入適當(dāng)稀釋的菌液，邊倒邊混合，使含菌液的土黏附在種子表面，形成包衣狀，拌好后平鋪在報紙上，放在陰涼處晾干2 h后播種，每盆播10粒種子，待大豆長出3張真葉后進(jìn)行間苗，每盆留健壯、大小相當(dāng)?shù)拿?棵，按常規(guī)技術(shù)進(jìn)行栽培管理。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 結(jié)瘤情況和固氮酶活性

于花莢期和采青期進(jìn)行結(jié)瘤情況和固氮酶活性的測定，每個處理隨機選取3盆大豆進(jìn)行采樣，拔出大豆植株，將根部清洗干凈，尋找并采集根瘤進(jìn)行計數(shù)、稱量鮮質(zhì)量，然后105 ℃ 殺青30 min，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量[8]。隨機選取3盆大豆采集鮮瘤樣進(jìn)行固氮酶活性測定，測定方法為乙炔還原法[10]。

1.4.2 鮮食大豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

采青期每個處理隨機選3盆進(jìn)行考種。測定單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量，并計算百粒鮮質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2016處理數(shù)據(jù)，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Duncans法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對鮮食大豆結(jié)瘤的影響

2.1.1 接種根瘤菌對鮮食大豆結(jié)瘤的影響

由表2可知，常規(guī)施肥水平下，花莢期接種費氏中華根瘤菌的C1處理的根瘤數(shù)大于不接種根瘤菌的CK1處理，差異極顯著;根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量和根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。采青期C1處理根瘤數(shù)大于CK1處理，差異極顯著，C1處理的根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量也顯著大于CK1，根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。

由表3可知，減氮施肥水平下，花莢期接種慢生型大豆根瘤菌的U2處理的根瘤數(shù)顯著大于不接種根瘤菌的CK2處理;U2處理的根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量顯著大于接種費氏中華根瘤菌的C2處理，其他處理間無顯著差異;根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。采青期C2處理的根瘤數(shù)顯著大于U2處理，根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量和根瘤的固氮酶活性在各處理間無顯著差異。

由表2、表3可知，本次試驗中接種根瘤菌影響了鮮食大豆的結(jié)瘤情況，但對根瘤的固氮酶活性影響不大。

2.1.2 減氮對鮮食大豆結(jié)瘤的影響

由表4可知，不接種根瘤菌水平下，花莢期和采青期的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量和根瘤的固氮酶活性在CK1、CK2處理間均無顯著差異。

由表5可知，接種USDA110根瘤菌水平下，花莢期減氮施肥的U2處理的根瘤固氮酶活性顯著高于常規(guī)施肥的U1處理，采青期差異不顯著;花莢期、采青期的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量在U1處理與U2處理間均沒有顯著差異。

由表6可知，接種CCBAU45436根瘤菌水平下，花莢期減氮施肥的C2處理的根瘤固氮酶活性顯著高于常規(guī)施肥的C1處理，采青期差異不顯著;花莢期、采青期的根瘤數(shù)、根瘤鮮質(zhì)量、根瘤干質(zhì)量在C1處理與C2處理間均沒有顯著差異。

由表4、表5、表6可知，本次試驗中減施氮肥影響了花莢期鮮食大豆根瘤的固氮酶活性，但對結(jié)瘤影響不大。

2.2 不同處理對鮮食大豆產(chǎn)量的影響

2.2.1 接種根瘤菌對鮮食大豆產(chǎn)量的影響

由表7可知，常規(guī)施肥水平下，各處理間單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量均無顯著差異，接種慢生型大豆根瘤菌的U1處理和接種費氏中華根瘤菌的C1處理的單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量大于不接種根瘤菌的CK1處理，U1百粒質(zhì)量較大，C1單株粒數(shù)較多，說明接種根瘤菌后鮮食大豆的產(chǎn)量有提升趨勢，但2個處理獲得產(chǎn)量提高的途徑不同，U1主要通過增加百粒質(zhì)量來實現(xiàn)，而C1主要通過提高單株粒數(shù)來實現(xiàn)。

由表8可知，減氮施肥水平下，各處理間單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量和百粒質(zhì)量均無顯著差異，接種慢生型大豆根瘤菌的U2處理和接種費氏中華根瘤菌的C2處理的單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量均大于不接種根瘤菌的CK2處理，U2、C2處理的單株粒數(shù)均較多，說明接種根瘤后2個處理均通過提高單株粒數(shù)獲得了產(chǎn)量的提升。

由表7、表8可知，在本次試驗中，接種不同根瘤菌對鮮食大豆產(chǎn)量均有提升作用，但沒達(dá)到顯著效應(yīng)。

2.2.2 減氮對鮮食大豆產(chǎn)量的影響

由表9、表10、表11可知，在不接種根瘤菌、接種USDA110根瘤菌、接種CCBAU45436根瘤菌各水平下，常規(guī)施肥處理和減施氮肥處理的鮮食大豆單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株莢質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量均沒有顯著差異。不接種根瘤菌和接種CCBAU45436根瘤菌水平下處理的數(shù)據(jù)趨勢相同，CK2單株粒數(shù)小于CK1，但百粒質(zhì)量大于CK1，C2單株粒數(shù)小于C1，百粒質(zhì)量大于C1，表明減氮后CK2、C2處理的鮮食大豆通過提高百粒質(zhì)量來維持產(chǎn)量;接種USDA110根瘤菌水平下U2處理單株粒數(shù)大于U1，而百粒質(zhì)量小于U1，表明減氮后U2處理的鮮食大豆通過提高單株粒數(shù)來維持產(chǎn)量。

由表9、表10、表11可知，在本次試驗中，在當(dāng)前常規(guī)氮肥水平下，減施一定量的氮肥沒有影響鮮食大豆的產(chǎn)量。

3 討論

諸多研究表明，接種根瘤菌可顯著提高豆科作物單株根瘤數(shù)、根瘤質(zhì)量、大豆植株的固氮能力[11-13]，在大豆栽培中，氮肥會影響大豆的共生固氮能力，理論上隨著施氮量的增加，大豆共生固氮能力降低，因此適量減施氮肥可顯著提高大豆根瘤的數(shù)量、質(zhì)量，提高大豆的共生固氮能力[14-15]。但本研究結(jié)果與前人的研究結(jié)果[14]有所不同，呈現(xiàn)出接種根瘤菌僅影響了鮮食大豆的結(jié)瘤情況，對根瘤的固氮酶活性影響不大，而減施氮肥僅影響了鮮食大豆根瘤的固氮酶活性，對結(jié)瘤影響不大。這可能與接種根瘤菌的品種和大豆品種的匹配性及試驗處理所施基肥中氮素量有關(guān)。根瘤菌與大豆植株形成根瘤是一個由共生雙方共同調(diào)控的多步驟過程，宿主大豆、根瘤菌和環(huán)境之間存在復(fù)雜的相互作用，土壤環(huán)境尤其是土著根瘤菌的競爭是影響大豆根瘤形成和固氮能力的主要因素[16-17]。本試驗中分別接種了接種慢生型大豆根瘤菌USDA110和費氏中華根瘤菌CCBAU45436，可能不同根瘤菌與試驗鮮食大豆品種的匹配性有差異，與土著根瘤菌的競爭力不同，加上土壤環(huán)境的影響，導(dǎo)致不同處理在不同時期大豆結(jié)瘤情況差別較大，固氮酶活性也沒顯著提高;而在減施氮肥對鮮食大豆的影響上，雖然大豆的生育期內(nèi)所需氮素量較高，但大豆生長發(fā)育中60%以上氮素由共生根瘤菌與大豆的共生固氮提供，研究表明過高的施氮量會抑制根瘤菌的形成，進(jìn)而影響正常的碳氮代謝，使得肥料利用率降低[18]。本試驗開展前，通過調(diào)研得知當(dāng)前鮮食大豆生產(chǎn)中基肥的習(xí)慣用量一般為有機肥 15 t/hm2，三元素復(fù)合肥 75 kg/hm2，試驗中施肥量以此常規(guī)施肥量計算獲得，減施氮肥處理僅減少了基肥中的化肥氮素，而各處理有機肥施用量相同，本次供試的有機肥中含氮量較高，且施用量大，可能土壤和肥料的氮素被大豆植株優(yōu)先吸收利用[19]，導(dǎo)致土壤中根瘤菌的活性下降，影響了根瘤的形成[14-15]，植株僅通過提高固氮酶活性來獲取更多的氮素以維持正常的生長發(fā)育，因此，本次試驗結(jié)果也說明了根瘤的形成規(guī)律并不能完全評價大豆與根瘤菌的共生固氮能力[8]。

本次試驗不接種根瘤菌常規(guī)施肥的CK1處理和不接種根瘤菌減施氮肥的CK2處理鮮食大豆的單株粒質(zhì)量分別為10.84、10.67 g，鮮籽粒產(chǎn)量相當(dāng)，這說明減施基肥中的氮素化肥對產(chǎn)量沒有造成影響，豆科作物生長過程中，苗期需氮量較少，隨著生長發(fā)育逐漸增多，結(jié)莢期需氮量最大[20]，可能當(dāng)前常規(guī)施基肥量過大，而試驗中土壤和有機肥中氮素營養(yǎng)已經(jīng)足夠滿足鮮食大豆早期生長，即使基肥不施用氮素化肥，也沒影響鮮食大豆的產(chǎn)量，可見在施用足量的有機肥情況下，基肥中的氮素化肥或許可以少施甚至不施。

大豆是能與根瘤菌共生具有固氮能力的豆科作物，接種根瘤菌，利用大豆共生固氮能力是鮮食大豆生產(chǎn)中化肥減量增效的有效措施，本試驗條件下，在減施氮肥后，接種慢生型大豆根瘤菌USDA110和接種費氏中華根瘤菌CCBAU454364的鮮食大豆單株鮮籽粒產(chǎn)量比常規(guī)栽培處理分別提高了4.61%、4.24%，而單株鮮莢產(chǎn)量也相當(dāng)，由此可見，鮮食大豆生產(chǎn)過程中，合理減施氮肥并接種根瘤菌能夠保證鮮食大豆生長發(fā)育，不會影響產(chǎn)量，減施氮肥并接種根瘤菌的措施不但能夠降低化肥的投入成本，減輕當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源壓力和環(huán)境污染，還可以達(dá)到鮮食大豆栽培的穩(wěn)產(chǎn)增收，在實際生產(chǎn)中值得推廣應(yīng)用。

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