魏?jiǎn)⑺? 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(duì)鮮食大豆結(jié)瘤和產(chǎn)量的影響，通過盆栽試驗(yàn)，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(fèi)氏中華根瘤菌CCBAU45436常規(guī)施肥（C1）和接種費(fèi)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(duì)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(duì)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(hào)：S565.106? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）23-0077-05

收稿日期：2021-08-11

基金項(xiàng)目：2020年農(nóng)業(yè)重大技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃（編號(hào)：2020-SJ-047-01-4）。

作者簡(jiǎn)介：魏?jiǎn)⑺矗?973—），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(jī)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(shí)采青鮮食嫩豆莢的一種專用類型的大豆總稱，因其營(yíng)養(yǎng)豐富、味道鮮美，深受消費(fèi)者喜愛，我國(guó)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?dú)庾鳛榈貭I(yíng)養(yǎng)來源[7]。根瘤共生固氮對(duì)鮮食大豆的生長(zhǎng)十分重要，可滿足植株生長(zhǎng)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(guó)際上大豆生產(chǎn)的一項(xiàng)常規(guī)農(nóng)藝措施，可有效減少化肥的投入，國(guó)外大豆生產(chǎn)中根瘤菌接種面積達(dá)到65%以上，而我國(guó)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(yàn)以盆栽鮮食大豆為研究對(duì)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(duì)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(shí)際生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

栽培鮮食大豆品種為蘇新6號(hào)，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(jī)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(yàn)用肥為市場(chǎng)購(gòu)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(jī)肥為筆者所在實(shí)驗(yàn)室自己發(fā)酵生產(chǎn)，主要理化性質(zhì)：有機(jī)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(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，施肥量分常規(guī)施肥和減氮施肥共2個(gè)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(bǔ)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(fèi)氏中華根瘤菌CCBAV45436共3個(gè)水平，具體處理設(shè)計(jì)見表1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行，每個(gè)處理重復(fù)12次。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)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(shí)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(jī)肥和常規(guī)施肥、減氮施肥處理對(duì)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(bào)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(zhǎng)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(cè)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(cè)定，每個(gè)處理隨機(jī)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(jì)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(jī)選取3盆大豆采集鮮瘤樣進(jìn)行固氮酶活性測(cè)定，測(cè)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(gè)處理隨機(jī)選3盆進(jìn)行考種。測(cè)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(jì)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(jì)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(duì)鮮食大豆結(jié)瘤的影響

2.1.1 接種根瘤菌對(duì)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(fèi)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(fèi)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(yàn)中接種根瘤菌影響了鮮食大豆的結(jié)瘤情況，但對(duì)根瘤的固氮酶活性影響不大。

2.1.2 減氮對(duì)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(yàn)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(duì)結(jié)瘤影響不大。

2.2 不同處理對(duì)鮮食大豆產(chǎn)量的影響

2.2.1 接種根瘤菌對(duì)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(fèi)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(shì)，但2個(gè)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(shí)現(xiàn)，而C1主要通過提高單株粒數(shù)來實(shí)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(fèi)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(gè)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(yàn)中，接種不同根瘤菌對(duì)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(duì)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(shì)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(yàn)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(huì)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(duì)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(duì)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(yàn)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(gè)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(jìng)爭(zhēng)是影響大豆根瘤形成和固氮能力的主要因素[16-17]。本試驗(yàn)中分別接種了接種慢生型大豆根瘤菌USDA110和費(fèi)氏中華根瘤菌CCBAU45436，可能不同根瘤菌與試驗(yàn)鮮食大豆品種的匹配性有差異，與土著根瘤菌的競(jìng)爭(zhēng)力不同，加上土壤環(huán)境的影響，導(dǎo)致不同處理在不同時(shí)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(duì)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(zhǎng)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(huì)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(yàn)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(jī)肥 15 t/hm2，三元素復(fù)合肥 75 kg/hm2，試驗(yàn)中施肥量以此常規(guī)施肥量計(jì)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(jī)肥施用量相同，本次供試的有機(jī)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(zhǎng)發(fā)育，因此，本次試驗(yàn)結(jié)果也說明了根瘤的形成規(guī)律并不能完全評(píng)價(jià)大豆與根瘤菌的共生固氮能力[8]。

本次試驗(yàn)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(duì)產(chǎn)量沒有造成影響，豆科作物生長(zhǎng)過程中，苗期需氮量較少，隨著生長(zhǎng)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(yàn)中土壤和有機(jī)肥中氮素營(yíng)養(yǎng)已經(jīng)足夠滿足鮮食大豆早期生長(zhǎng)，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(jī)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(yàn)條件下，在減施氮肥后，接種慢生型大豆根瘤菌USDA110和接種費(fèi)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(zhǎng)發(fā)育，不會(huì)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(shí)際生產(chǎn)中值得推廣應(yīng)用。

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