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摘要：通过在大豆不同生长期施入相同数量的氮素，比较各处理对大豆结瘤和生长的影响。结果表明，氮肥施用时期对大豆生长的影响差异不明显，但对大豆结瘤影响差异较大，其中，氮肥以底肥施入或在种子萌发后20 d施用，大豆的结瘤能力最强，且最高结瘤期为萌发后65 d。通过改变氮肥的施用时间，最大限度提高大豆的结瘤固氮能力，可以保障大豆的产量。
关键词：大豆；结瘤；氮肥；施肥时期；植物生长
中图分类号： S565.106文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0098-02
收稿日期：2014-04-01
基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）（编号：2011CB100400）。
作者简介：寸植贤（1988—），女，硕士，从事豆类作物结瘤生态学研究。E-mail：[email protected]。
通信作者：汤东生，副教授，从事作物生态学研究。E-mail：[email protected]。氮是蛋白质的重要组成成分，对农作物生长发育和产量的形成具有举足轻重的作用，施用氮肥是农业生产中提高产量、改善品质的一项重要措施[1]。大多数豆科作物能与土壤中根瘤菌特异性结合，将空气中的N2转化为植物可利用的NH 4[2]，因此，种植豆科作物可减轻对氮肥的消耗与依赖。通过大量试验，科学家们在豆科植物结瘤固氮的遗传、生物化学和分子生物学方面取得了丰硕的研究成果[3]。豆科作物结瘤固氮是一个高耗能过程，当土壤中可利用氮可以满足植物对氮的需求时，豆科作物就不用通过结瘤来固氮，从而根瘤少且小；当土壤中可利用氮不能满足植物的需求时，豆科作物就会通过增加结瘤来固氮[4]。豆科作物从出苗到开花结籽不同生长阶段，对氮营养的需求量是不断变化的。因此，在保证稳产甚至增产的前提下，如何通过减少氮肥用量实现结瘤的最大化是提高豆科作物生产效率的目标。田间试验表明，施用氮肥虽然抑制豆科作物的结瘤，但是能增加豆科作物的产量[5]，也有施氮可增加结瘤[6]的报道，这些结果多是基于作物生产的经验值，尚缺乏比较精确的室内试验分析研究。本试验针对大豆不同生长阶段对氮素营养的利用能力，分析氮肥施用对大豆结瘤和生长的作用，以期通过改变氮肥施用时间，最大限度提高大豆的结瘤固氮能力，保障大豆的产量。
1材料与方法
1.1材料
供试大豆品种为王中王；试验用土碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为149.6、35.4、158.5 mg/kg，有机质含量为2024%，pH值为 6.37；试验用盆为PVC塑料盆，规格为直径30 cm、高30 cm。
1.2试验方法
试验于2011年6月在云南农业大学温室举行，将试验用土自然风干，过直径为5 mm的筛，装盆，每盆用量为5 kg；尿素（氮肥）、过磷酸钙（磷肥）、K2O（钾肥）用量分别为200、150、150 mg/kg，磷肥和钾肥磨碎后直接拌入土中，氮肥施用设5个时期，分别在大豆种子萌发当天和萌发后20、35、50、65 d进行，先用蒸馏水溶化，再浇入盆中；种子在实验室先催芽，再播入盆中，每盆播2粒，播种深度为1 cm，出苗后间掉1棵；视土壤湿度，每隔1～3 d浇1次水；在种子播种萌发后20、35、50、65、80、95 d，分别将大豆取出，测定株高、地上部和地下部干质量，并剥掉大豆根部的根瘤，统计数量、称量鲜质量。单盆为一处理，重复5次。
2结果与分析
2.1不同施氮时期对株高和根长的影响
由图1可见，不同生长阶段施氮对大豆植株的生长有一定影响；65 d时采样调查，植株株高达到最大值，然后株高缓慢降低；0、20 d早期施氮，大豆植株迅速增长；生长后期施氮，植株生长不明显或受到轻微抑制。由图2可见，不同生长阶段施肥对大豆根的生长影响不太明显；施肥越早，根系长度越长；不管何时施肥，在35 d时大豆根长均达到最大值。
2.2不同施氮时期对根瘤数量和质量的影响
由图3可见，不同时期施氮对大豆结瘤影响差异明显；在种子萌发后65 d调查，大豆结瘤达到最高峰，根瘤数量和质量都远远高于其他时间段调查结果，其中， 萌发当天（0 d）施
入氮肥时，根瘤数量在330粒左右，20 d追施氮肥时，根瘤数量近300粒，而其他处理均在170粒左右，早期氮肥处理形成的根瘤量是晚期氮肥处理的近2倍；大豆生长前期和后期调查根瘤数，不同时期处理间差异较小。由图4可见，大豆种子萌发当天施氮，65 d取样调查时，根瘤达到8 g，20 d施氮处理的约4.2 g，其他处理均在3 g以内，早期施氮处理的根瘤质量远高于其他处理。
2.3不同氮肥施用时期对大豆生物量的影响
由图5、图6可见，不同时期施用氮肥对大豆生物量影响有差异；大豆种子萌发当天施用氮肥，明显加快根系生物量的增加，在50 d采用调查时，生物量达到最大值，而其他处理在65 d达到最大值；萌发当天施入氮肥，大豆根系生物量在整个生育期均保持较高值；地上部生物量在氮肥不同施用时期较为一致，80 d时取样调查时，地上部生物量均达到最大值；同一取样调查时期，各处理相互之间差异不明显。
3结论
在大豆不同生长时期，定量施用氮肥以比较不同时期施
入氮肥对大豆结瘤和生长的影响，结果发现，不同时期施用氮肥，主要影响大豆结瘤水平，对植株生长影响不明显，大豆结瘤数量最高时期为种子萌发出苗后65 d左右；早期施用氮肥对大豆生长和结瘤有促进作用，后期追施氮肥对大豆生长作用不明显，不利于大豆结瘤。
在维持大豆最大生长量的情况下，如何尽量减少氮肥的用量、提高其结瘤固氮水平，对于减少农业污染、提高生产效率具有重大意义。本研究虽然证明大豆不用追施氮肥也能保证产量，但大豆基肥需要多少氮素营养、以什么形式才能最大效率减少氮素浪费和最大效率提高大豆结瘤和固氮能力、其他无机肥料和有机肥料及操作对提高大豆结瘤固氮能力究竟如何，均需在下一步工作中深入研究探讨。
参考文献：
[1]黄建国.植物营养学[M]. 北京：中国林业出版社，2004.
[2]Ferguson B J，Indrasumunar A，Hayashi S，et al. Molecular analysis of legume nodule development and autoregulation[J]. Journal of Integrative Plant Biology，2010，52（1）： 61-76.
[3]Stacey G，Libault M，Brechenmacher L，et al. Genetics and functional genomics of legume nodulation[J]. Current Opinion in Plant Biology，2006，9（2）： 110-121.
[4]Laws M T，Graves W R. Nitrogen inhibits nodulation and reversibly suppresses nitrogen fixation in nodules of Alnus maritima[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2005，130（4）： 496-499.
[5]Arias R，Vega H O，De-La R L，et al. Differential nodulation response and biomass yield of alexandria clover as affected by levels of inorganic nitrogen fertilizer[J]. Journal of Plant Nutrition，1999，22（8）： 1233-1239.
[6]王树起，韩晓增，乔云发，等. 施氮对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响[J]. 华北农学报，2009，24（2）：176-179.吕瑞珍，黄明，熊瑛，等. 豆麦轮作下耕作方式对土壤理化性状及酶活性的影响[J]. 江苏农业科学，2015，43（1）：100-103.
关键词：大豆；结瘤；氮肥；施肥时期；植物生长
中图分类号： S565.106文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0098-02
收稿日期：2014-04-01
基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计划）（编号：2011CB100400）。
作者简介：寸植贤（1988—），女，硕士，从事豆类作物结瘤生态学研究。E-mail：[email protected]。
通信作者：汤东生，副教授，从事作物生态学研究。E-mail：[email protected]。氮是蛋白质的重要组成成分，对农作物生长发育和产量的形成具有举足轻重的作用，施用氮肥是农业生产中提高产量、改善品质的一项重要措施[1]。大多数豆科作物能与土壤中根瘤菌特异性结合，将空气中的N2转化为植物可利用的NH 4[2]，因此，种植豆科作物可减轻对氮肥的消耗与依赖。通过大量试验，科学家们在豆科植物结瘤固氮的遗传、生物化学和分子生物学方面取得了丰硕的研究成果[3]。豆科作物结瘤固氮是一个高耗能过程，当土壤中可利用氮可以满足植物对氮的需求时，豆科作物就不用通过结瘤来固氮，从而根瘤少且小；当土壤中可利用氮不能满足植物的需求时，豆科作物就会通过增加结瘤来固氮[4]。豆科作物从出苗到开花结籽不同生长阶段，对氮营养的需求量是不断变化的。因此，在保证稳产甚至增产的前提下，如何通过减少氮肥用量实现结瘤的最大化是提高豆科作物生产效率的目标。田间试验表明，施用氮肥虽然抑制豆科作物的结瘤，但是能增加豆科作物的产量[5]，也有施氮可增加结瘤[6]的报道，这些结果多是基于作物生产的经验值，尚缺乏比较精确的室内试验分析研究。本试验针对大豆不同生长阶段对氮素营养的利用能力，分析氮肥施用对大豆结瘤和生长的作用，以期通过改变氮肥施用时间，最大限度提高大豆的结瘤固氮能力，保障大豆的产量。
1材料与方法
1.1材料
供试大豆品种为王中王；试验用土碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为149.6、35.4、158.5 mg/kg，有机质含量为2024%，pH值为 6.37；试验用盆为PVC塑料盆，规格为直径30 cm、高30 cm。
1.2试验方法
试验于2011年6月在云南农业大学温室举行，将试验用土自然风干，过直径为5 mm的筛，装盆，每盆用量为5 kg；尿素（氮肥）、过磷酸钙（磷肥）、K2O（钾肥）用量分别为200、150、150 mg/kg，磷肥和钾肥磨碎后直接拌入土中，氮肥施用设5个时期，分别在大豆种子萌发当天和萌发后20、35、50、65 d进行，先用蒸馏水溶化，再浇入盆中；种子在实验室先催芽，再播入盆中，每盆播2粒，播种深度为1 cm，出苗后间掉1棵；视土壤湿度，每隔1～3 d浇1次水；在种子播种萌发后20、35、50、65、80、95 d，分别将大豆取出，测定株高、地上部和地下部干质量，并剥掉大豆根部的根瘤，统计数量、称量鲜质量。单盆为一处理，重复5次。
2结果与分析
2.1不同施氮时期对株高和根长的影响
由图1可见，不同生长阶段施氮对大豆植株的生长有一定影响；65 d时采样调查，植株株高达到最大值，然后株高缓慢降低；0、20 d早期施氮，大豆植株迅速增长；生长后期施氮，植株生长不明显或受到轻微抑制。由图2可见，不同生长阶段施肥对大豆根的生长影响不太明显；施肥越早，根系长度越长；不管何时施肥，在35 d时大豆根长均达到最大值。
2.2不同施氮时期对根瘤数量和质量的影响
由图3可见，不同时期施氮对大豆结瘤影响差异明显；在种子萌发后65 d调查，大豆结瘤达到最高峰，根瘤数量和质量都远远高于其他时间段调查结果，其中， 萌发当天（0 d）施
入氮肥时，根瘤数量在330粒左右，20 d追施氮肥时，根瘤数量近300粒，而其他处理均在170粒左右，早期氮肥处理形成的根瘤量是晚期氮肥处理的近2倍；大豆生长前期和后期调查根瘤数，不同时期处理间差异较小。由图4可见，大豆种子萌发当天施氮，65 d取样调查时，根瘤达到8 g，20 d施氮处理的约4.2 g，其他处理均在3 g以内，早期施氮处理的根瘤质量远高于其他处理。
2.3不同氮肥施用时期对大豆生物量的影响
由图5、图6可见，不同时期施用氮肥对大豆生物量影响有差异；大豆种子萌发当天施用氮肥，明显加快根系生物量的增加，在50 d采用调查时，生物量达到最大值，而其他处理在65 d达到最大值；萌发当天施入氮肥，大豆根系生物量在整个生育期均保持较高值；地上部生物量在氮肥不同施用时期较为一致，80 d时取样调查时，地上部生物量均达到最大值；同一取样调查时期，各处理相互之间差异不明显。
3结论
在大豆不同生长时期，定量施用氮肥以比较不同时期施
入氮肥对大豆结瘤和生长的影响，结果发现，不同时期施用氮肥，主要影响大豆结瘤水平，对植株生长影响不明显，大豆结瘤数量最高时期为种子萌发出苗后65 d左右；早期施用氮肥对大豆生长和结瘤有促进作用，后期追施氮肥对大豆生长作用不明显，不利于大豆结瘤。
在维持大豆最大生长量的情况下，如何尽量减少氮肥的用量、提高其结瘤固氮水平，对于减少农业污染、提高生产效率具有重大意义。本研究虽然证明大豆不用追施氮肥也能保证产量，但大豆基肥需要多少氮素营养、以什么形式才能最大效率减少氮素浪费和最大效率提高大豆结瘤和固氮能力、其他无机肥料和有机肥料及操作对提高大豆结瘤固氮能力究竟如何，均需在下一步工作中深入研究探讨。
参考文献：
[1]黄建国.植物营养学[M]. 北京：中国林业出版社，2004.
[2]Ferguson B J，Indrasumunar A，Hayashi S，et al. Molecular analysis of legume nodule development and autoregulation[J]. Journal of Integrative Plant Biology，2010，52（1）： 61-76.
[3]Stacey G，Libault M，Brechenmacher L，et al. Genetics and functional genomics of legume nodulation[J]. Current Opinion in Plant Biology，2006，9（2）： 110-121.
[4]Laws M T，Graves W R. Nitrogen inhibits nodulation and reversibly suppresses nitrogen fixation in nodules of Alnus maritima[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，2005，130（4）： 496-499.
[5]Arias R，Vega H O，De-La R L，et al. Differential nodulation response and biomass yield of alexandria clover as affected by levels of inorganic nitrogen fertilizer[J]. Journal of Plant Nutrition，1999，22（8）： 1233-1239.
[6]王树起，韩晓增，乔云发，等. 施氮对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响[J]. 华北农学报，2009，24（2）：176-179.吕瑞珍，黄明，熊瑛，等. 豆麦轮作下耕作方式对土壤理化性状及酶活性的影响[J]. 江苏农业科学，2015，43（1）：100-103.