不同施肥条件下接种根瘤菌对鲜食大豆结瘤和产量的影响

魏启舜 郭东森 王琳 管永祥 俞春涛 周影

摘要：为探索不同根瘤菌和减施氮肥对鲜食大豆结瘤和产量的影響，通过盆栽试验，设置不接种根瘤菌常规施肥（CK1）、不接种根瘤菌减氮施肥（CK2）、接种慢生型大豆根瘤菌USDA110常规施肥（U1）、接种慢生型大豆根瘤菌USDA110减施氮肥（U2）、接种费氏中华根瘤菌CCBAU45436常规施肥（C1）和接种费氏中华根瘤菌CCBAU45436减施氮肥（C2）处理，研究不同施肥水平和根瘤菌接种水平下鲜食大豆的根瘤数、根瘤质量、根瘤固氮酶活性和产量的差异。结果表明，在常规施肥水平下，花荚期C1处理的根瘤数大于CK1处理，差异极显著;根瘤质量、根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。采青期C1处理根瘤数大于CK1处理，差异极显著，C1处理的根瘤鲜质量、根瘤干质量也显著大于CK1，根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。减氮施肥水平下，花荚期U2处理的根瘤数显著大于CK2处理;U2处理的根瘤鲜质量、根瘤干质量显著大于C2处理，与CK2无显著差异;根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。采青期C2处理的根瘤数显著大于U2处理，根瘤鲜质量、根瘤干质量和根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。不接种根瘤菌水平下，花荚期和采青期CK1、CK2处理的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量和根瘤的固氮酶活性无显著差异。接种USDA110根瘤菌水平下，花荚期U2处理的根瘤固氮酶活性显著高于U1处理，采青期差异不显著;花荚期、采青期的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量在U1处理与U2处理间均无显著差异。接种CCBAU45436根瘤菌水平下，花荚期C2处理的根瘤固氮酶活性显著高于C1处理，采青期差异不显著;花荚期、采青期的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量在C1处理与C2处理间均无显著差异。综合说明，接种根瘤菌影响了鲜食大豆的结瘤情况，但对根瘤的固氮酶活性影响不大。减施氮肥影响了花荚期鲜食大豆根瘤的固氮酶活性，但对结瘤影响不大。不同施肥水平和根瘤菌接种水平下各处理间产量均无显著差异，但U2、C2处理的鲜食大豆单株鲜籽粒产量比CK1处理分别提高了4.61%、4.24%，在减施氮肥后接种根瘤菌提高了鲜食大豆的产量。

关键词：根瘤菌;减施氮肥;结瘤;固氮酶活性;产量

中图分类号：S565.106  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）23-0077-05

收稿日期：2021-08-11

基金项目：2020年农业重大技术协同创新计划（编号：2020-SJ-047-01-4）。

作者简介：魏启舜（1973—），男，江苏南京人，副研究员，从事农业废弃物综合利用、土壤肥料等工作。E-mail：hhzx.w@163.com。

通信作者：王 琳，博士，副研究员，从事农业有机废弃物资源化利用。E-mail：wanglin0421nj@163.com。

鲜食大豆[Glycine max （L.） Merr.]别称毛豆、菜用大豆，是大豆作物中在豆荚鼓粒饱满、籽粒未完全成熟时采青鲜食嫩豆荚的一种专用类型的大豆总称，因其营养丰富、味道鲜美，深受消费者喜爱，我国江浙一带生产的鲜食大豆品质好、产量高，已成为出口创汇的重要农产品[1-4]。

施肥是作物栽培中提高产量的主要手段，目前在鲜食大豆生产中，大多数种植户过分依赖化肥，且为了追求产量提升，化肥投入量过大，导致肥料利用率、生产效益及产品品质降低，并且过量的化肥造成土壤质量下降，还通过径流、淋溶等形式污染水源，造成一系列环境问题[5-6]。作为豆科植物，鲜食大豆可与根瘤菌形成共生固氮体系，利用大气中的氮气作为氮素营养来源[7]。根瘤共生固氮对鲜食大豆的生长十分重要，可满足植株生长发育60%～70%的氮素需要，在大豆生产中具有不可替代的作用[8]。接种大豆根瘤菌是国际上大豆生产的一项常规农艺措施，可有效减少化肥的投入，国外大豆生产中根瘤菌接种面积达到65%以上，而我国不足3%[9]，合理利用根瘤菌共生固氮体系来提高鲜食大豆产量和品质，减少氮肥的投入，是鲜食大豆产业可持续发展的重要措施。为此，本试验以盆栽鲜食大豆为研究对象，设置接种不同大豆根瘤菌和不同氮肥用量的组合处理，研究不同处理对鲜食大豆结瘤情况、固氮酶活性及产量的影响，以期为鲜食大豆的实际生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

栽培鲜食大豆品种为苏新6号，由江苏省农业科学院提供;大豆根瘤菌为慢生根瘤菌USDA110和快生根瘤菌CCBAU45436，由南京农业大学提供;栽培土壤的主要理化性质：有机质含量为4.74%，碱解氮含量为103.85 mg/kg，速效磷含量为 59.61 mg/kg，速效钾含量为292.70 mg/kg，pH值为7.11，EC值为0.21 mS/cm。试验用肥为市场购买的史丹利三元素复合肥（纯N、P2O5、K2O含量均为17%）、普通过磷酸钙（P2O5 12%）和硫酸钾（K2O 50%）;有机肥为笔者所在实验室自己发酵生产，主要理化性质：有机质含量为60.65%，全氮含量为22.17 g/kg，全磷含量为5.19 g/kg，全钾含量为7.70 g/kg，pH值为8.15，EC值为1.99 mS/cm。

1.2 处理设计

试验共设6个处理，施肥量分常规施肥和减氮施肥共2个水平，常规施肥以三元素复合肥1 g/盆作基肥，苗期、花期分别追施三元素复合肥1 g/盆，减氮施肥为不施三元素复合肥，以过磷酸钙和硫酸钾补充磷、钾元素量与常规施肥相等作基肥，苗期、花期分别追施三元素复合肥1 g/盆;根瘤菌分不接种根瘤菌、接种慢生型大豆根瘤菌USDA110、接种费氏中华根瘤菌CCBAV45436共3个水平，具体处理设计见表1。试验采用随机区组进行，每个处理重复12次。

1.3 试验方法

试验在位于南京市栖霞区仙林街道的江苏丘陵地区南京农业科学研究所的塑料大棚内进行，时间为2021年4—7月。大豆播种前将土壤装入塑料盆，盆的规格为18 cm×20 cm（盆高×口径），每盆装2 kg土，将200 g有机肥和常规施肥、减氮施肥处理对应量的化肥放入盆底作基肥。播种方法为选无病、饱满的鲜食大豆种子，用75%乙醇表面灭菌 5 min，清洗干净，U1、U2、C1、C2处理每1 kg种子用20 mL相应根瘤菌菌悬液（D600 nm值为1）混匀拌种，CK1、CK2用等量清水拌种，具体操作为将种子倒入适量干土中，然后倒入适当稀释的菌液，边倒边混合，使含菌液的土黏附在种子表面，形成包衣状，拌好后平铺在报纸上，放在阴凉处晾干2 h后播种，每盆播10粒种子，待大豆长出3张真叶后进行间苗，每盆留健壮、大小相当的苗3棵，按常规技术进行栽培管理。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 结瘤情况和固氮酶活性

于花荚期和采青期进行结瘤情况和固氮酶活性的测定，每个处理随机选取3盆大豆进行采样，拔出大豆植株，将根部清洗干净，寻找并采集根瘤进行计数、称量鲜质量，然后105 ℃ 杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，称量干质量[8]。随机选取3盆大豆采集鲜瘤样进行固氮酶活性测定，测定方法为乙炔还原法[10]。

1.4.2 鲜食大豆产量及产量构成

采青期每个处理随机选3盆进行考种。测定单株荚数、单株粒数、单株荚质量、单株粒质量，并计算百粒鲜质量。

1.5 数据处理

用Excel 2016处理数据，用SPSS 19.0软件进行统计分析，采用Duncans法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对鲜食大豆结瘤的影响

2.1.1 接种根瘤菌对鲜食大豆结瘤的影响

由表2可知，常规施肥水平下，花荚期接种费氏中华根瘤菌的C1处理的根瘤数大于不接种根瘤菌的CK1处理，差异极显著;根瘤鲜质量、根瘤干质量和根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。采青期C1处理根瘤数大于CK1处理，差异极显著，C1处理的根瘤鲜质量、根瘤干质量也显著大于CK1，根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。

由表3可知，减氮施肥水平下，花荚期接种慢生型大豆根瘤菌的U2处理的根瘤数显著大于不接种根瘤菌的CK2处理;U2处理的根瘤鲜质量、根瘤干质量显著大于接种费氏中华根瘤菌的C2处理，其他处理间无显著差异;根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。采青期C2处理的根瘤数显著大于U2处理，根瘤鲜质量、根瘤干质量和根瘤的固氮酶活性在各处理间无显著差异。

由表2、表3可知，本次试验中接种根瘤菌影响了鲜食大豆的结瘤情况，但对根瘤的固氮酶活性影响不大。

2.1.2 减氮对鲜食大豆结瘤的影响

由表4可知，不接种根瘤菌水平下，花荚期和采青期的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量和根瘤的固氮酶活性在CK1、CK2处理间均无显著差异。

由表5可知，接种USDA110根瘤菌水平下，花荚期减氮施肥的U2处理的根瘤固氮酶活性显著高于常规施肥的U1处理，采青期差异不显著;花荚期、采青期的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量在U1处理与U2处理间均没有显著差异。

由表6可知，接种CCBAU45436根瘤菌水平下，花荚期减氮施肥的C2处理的根瘤固氮酶活性显著高于常规施肥的C1处理，采青期差异不显著;花荚期、采青期的根瘤数、根瘤鲜质量、根瘤干质量在C1处理与C2处理间均没有显著差异。

由表4、表5、表6可知，本次试验中减施氮肥影响了花荚期鲜食大豆根瘤的固氮酶活性，但对结瘤影响不大。

2.2 不同处理对鲜食大豆产量的影响

2.2.1 接种根瘤菌对鲜食大豆产量的影响

由表7可知，常规施肥水平下，各处理间单株荚数、单株粒数、单株荚质量、单株粒质量和百粒质量均无显著差异，接种慢生型大豆根瘤菌的U1处理和接种费氏中华根瘤菌的C1处理的单株荚质量、单株粒质量大于不接种根瘤菌的CK1处理，U1百粒质量较大，C1单株粒数较多，说明接种根瘤菌后鲜食大豆的产量有提升趋势，但2个处理获得产量提高的途径不同，U1主要通过增加百粒质量来实现，而C1主要通过提高单株粒数来实现。

由表8可知，减氮施肥水平下，各处理间单株荚数、单株粒数、单株荚质量、单株粒质量和百粒质量均无显著差异，接种慢生型大豆根瘤菌的U2处理和接种费氏中华根瘤菌的C2处理的单株荚质量、单株粒质量均大于不接种根瘤菌的CK2处理，U2、C2处理的单株粒数均较多，说明接种根瘤后2个处理均通过提高单株粒数获得了产量的提升。

由表7、表8可知，在本次试验中，接种不同根瘤菌对鲜食大豆产量均有提升作用，但没达到显著效应。

2.2.2 减氮对鲜食大豆产量的影响

由表9、表10、表11可知，在不接种根瘤菌、接种USDA110根瘤菌、接种CCBAU45436根瘤菌各水平下，常规施肥处理和减施氮肥处理的鲜食大豆单株荚数、单株粒数、单株荚质量、单株粒质量、百粒质量均没有显著差异。不接种根瘤菌和接种CCBAU45436根瘤菌水平下处理的数据趋势相同，CK2单株粒数小于CK1，但百粒质量大于CK1，C2单株粒数小于C1，百粒质量大于C1，表明减氮后CK2、C2處理的鲜食大豆通过提高百粒质量来维持产量;接种USDA110根瘤菌水平下U2处理单株粒数大于U1，而百粒质量小于U1，表明减氮后U2处理的鲜食大豆通过提高单株粒数来维持产量。

由表9、表10、表11可知，在本次试验中，在当前常规氮肥水平下，减施一定量的氮肥没有影响鲜食大豆的产量。

3 讨论

诸多研究表明，接种根瘤菌可显著提高豆科作物单株根瘤数、根瘤质量、大豆植株的固氮能力[11-13]，在大豆栽培中，氮肥会影响大豆的共生固氮能力，理论上随着施氮量的增加，大豆共生固氮能力降低，因此适量减施氮肥可显著提高大豆根瘤的数量、质量，提高大豆的共生固氮能力[14-15]。但本研究结果与前人的研究结果[14]有所不同，呈现出接种根瘤菌仅影响了鲜食大豆的结瘤情况，对根瘤的固氮酶活性影响不大，而减施氮肥仅影响了鲜食大豆根瘤的固氮酶活性，对结瘤影响不大。这可能与接种根瘤菌的品种和大豆品种的匹配性及试验处理所施基肥中氮素量有关。根瘤菌与大豆植株形成根瘤是一个由共生双方共同调控的多步骤过程，宿主大豆、根瘤菌和环境之间存在复杂的相互作用，土壤环境尤其是土著根瘤菌的竞争是影响大豆根瘤形成和固氮能力的主要因素[16-17]。本试验中分别接种了接种慢生型大豆根瘤菌USDA110和费氏中华根瘤菌CCBAU45436，可能不同根瘤菌与试验鲜食大豆品种的匹配性有差异，与土著根瘤菌的竞争力不同，加上土壤环境的影响，导致不同处理在不同时期大豆结瘤情况差别较大，固氮酶活性也没显著提高;而在减施氮肥对鲜食大豆的影响上，虽然大豆的生育期内所需氮素量较高，但大豆生长发育中60%以上氮素由共生根瘤菌与大豆的共生固氮提供，研究表明过高的施氮量会抑制根瘤菌的形成，进而影响正常的碳氮代谢，使得肥料利用率降低[18]。本试验开展前，通过调研得知当前鲜食大豆生产中基肥的习惯用量一般为有机肥 15 t/hm2，三元素复合肥 75 kg/hm2，试验中施肥量以此常规施肥量计算获得，减施氮肥处理仅减少了基肥中的化肥氮素，而各处理有机肥施用量相同，本次供试的有机肥中含氮量较高，且施用量大，可能土壤和肥料的氮素被大豆植株优先吸收利用[19]，导致土壤中根瘤菌的活性下降，影响了根瘤的形成[14-15]，植株仅通过提高固氮酶活性来获取更多的氮素以维持正常的生长发育，因此，本次试验结果也说明了根瘤的形成规律并不能完全评价大豆与根瘤菌的共生固氮能力[8]。

本次试验不接种根瘤菌常规施肥的CK1处理和不接种根瘤菌减施氮肥的CK2处理鲜食大豆的单株粒质量分别为10.84、10.67 g，鲜籽粒产量相当，这说明减施基肥中的氮素化肥对产量没有造成影响，豆科作物生长过程中，苗期需氮量较少，随着生长发育逐渐增多，结荚期需氮量最大[20]，可能当前常规施基肥量过大，而试验中土壤和有机肥中氮素营养已经足够满足鲜食大豆早期生长，即使基肥不施用氮素化肥，也没影响鲜食大豆的产量，可见在施用足量的有机肥情况下，基肥中的氮素化肥或许可以少施甚至不施。

大豆是能与根瘤菌共生具有固氮能力的豆科作物，接种根瘤菌，利用大豆共生固氮能力是鲜食大豆生产中化肥减量增效的有效措施，本试验条件下，在减施氮肥后，接种慢生型大豆根瘤菌USDA110和接种费氏中华根瘤菌CCBAU454364的鲜食大豆单株鲜籽粒产量比常规栽培处理分别提高了4.61%、4.24%，而单株鲜荚产量也相当，由此可见，鲜食大豆生产过程中，合理减施氮肥并接种根瘤菌能够保证鲜食大豆生长发育，不会影响产量，减施氮肥并接种根瘤菌的措施不但能够降低化肥的投入成本，减轻当前农业生产中的能源压力和环境污染，还可以达到鲜食大豆栽培的稳产增收，在实际生产中值得推广应用。

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