根瘤菌接種對減施氮肥條件下鷹嘴豆干物質(zhì)積累及產(chǎn)量的影響

黃貴斌，關耀兵，牛永岐，周麗蕾，趙永峰

(寧夏農(nóng)林科學院固原分院，寧夏固原 756000)

0 引 言

【研究意義】鷹嘴豆(CicerarietinumL)營養(yǎng)豐富[1-2]。鷹嘴豆多種植在氣候干燥、土壤貧瘠的地區(qū)，其具有根系發(fā)達、根瘤多而大，固氮能力較強的特點[3]。根瘤固氮是自然界中最為高效的固氮體系，豆科植物接種根瘤菌可以顯著提高產(chǎn)量與品質(zhì)、減少氮肥用量的同時提高氮肥利用效率[4-5]，而根瘤菌的結(jié)瘤固氮能力受氮肥用量影響明顯，研究減施氮肥條件下接種根瘤菌對鷹嘴豆生產(chǎn)的影響，對鷹嘴豆高效種植有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】氮肥合理施用，能夠增產(chǎn)增效[6]，過多施用氮肥會降低鷹嘴豆產(chǎn)量[7]。氮素對植物籽粒建成有重要作用[8-9]，同時根瘤菌的結(jié)瘤固氮能力也明顯受氮肥用量的影響，已對苜蓿[10]、大豆[11]、豌豆[12]等豆科作物在接種根瘤菌下的適宜施氮量進行了研究，1/2氮+接種根瘤菌處理提高了大豆產(chǎn)量[13]。鷹嘴豆接種根瘤菌后，有效氮吸收和產(chǎn)量都明顯提高[14-15]?！颈狙芯壳腥朦c】國內(nèi)外在大豆等其他作物上對接種根瘤菌下的適宜施氮量的研究較多，在鷹嘴豆上鮮有報道。需通過根瘤菌拌種的方式降低鷹嘴豆生產(chǎn)過程中的氮肥施用量，找到合適的施氮水平及對應菌種?！緮M解決的關鍵問題】以木鷹1號為材料，設7個處理，測定各處理相關指標，研究接種根瘤菌對鷹嘴豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，選擇適合鷹嘴豆及當?shù)貧夂虻木N，為鷹嘴豆實現(xiàn)綠色高效生產(chǎn)和根瘤菌接種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年在寧夏農(nóng)林科學院頭營基地(N 36°16′，E 106°44′)進行，該地區(qū)海拔1 550 m，年均降雨量420 mm，≥10℃積溫2 691.9℃，年日照時數(shù)2 200～3 000 h，生育期日照1 030～1 120 h。試驗地3年平均有機質(zhì)12.35 g/kg，堿解氮66.0 mg/kg，有效磷17.92 mg/kg，速效鉀203.67 mg/kg，pH值8.5。以木鷹1號為供試材料，根瘤菌劑A和B均由鄭州輕工業(yè)大學提供。供試肥料：氮肥為尿素(含氮量46%)，磷肥為過磷酸鈣(P205含量16%)，鉀肥為硫酸鉀(K2O含量52%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設7個處理，以當?shù)厥┓实乃綖閷φ?CK1)，施肥量為純氮肥103.50 kg/hm2，純P2O5105 kg/hm2，純K2O 75 kg/hm2，其他各處理在施磷、鉀肥不變的基礎上施用1/2氮肥或者不施用氮肥，并與不同根瘤菌菌種相配合使用。根瘤菌按一定比例與鷹嘴豆種子進行攪拌，保證拌種均勻，之后于室內(nèi)風干后播種，肥料全部基施。采取隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積10 m2(長4 m×寬2.5 m)，行距30 cm，每行28穴，人工用手提式穴播器點播,每穴2粒，出苗后達2 片復葉時定苗,每小區(qū)留苗密度250株，播種深度4～5 cm，各處理重復3次。表1

表1 不同根瘤菌和施氮量處理Table 1 Experimental treatment of different rhizobia and nitrogen application rates

1.2.2 測定指標

鷹嘴豆開花期、結(jié)莢期、鼓粒期和成熟期于各小區(qū)隨機挖取2株完整植株，每處理6株。

根瘤鮮重：于開花期、結(jié)莢期、鼓粒期和成熟期對各處理樣株根部的根瘤進行清理，并測定其鮮重。

葉綠素含量：于開花期、結(jié)莢期、鼓粒期和成熟期對樣株上、中、下部位葉片分別測定葉綠素含量(SPAD-502Plus)。

干物質(zhì)：于開花期、結(jié)莢期、鼓粒期和成熟期對樣株按莖稈、葉片和莢進行分解(開花期僅分解莖稈和葉片)，對樣株各部位在105℃下殺青0.5 h后，在80℃下烘干至恒重并稱量。

產(chǎn)量及其構(gòu)成因素：鷹嘴豆完全成熟后進行產(chǎn)量及相關指標的測定，各小區(qū)隨機拔取10 株測量：株高、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重等指標，并隨機劃取1 m2測定各小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010整理并制圖，用SPSS 22.0進行方差分析，采用Duncan＇s新復極差法測驗進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 減施氮肥和根瘤菌接種對根瘤鮮重的影響

研究表明，隨著生育期的推進，接種根瘤菌后，根瘤鮮重增長較快，各個時期的根瘤鮮重表現(xiàn)為C3> C4> C1> C2，而未進行接種的處理則沒有根瘤。在開花期，C3處理下的根瘤鮮重顯著高于其它處理；在結(jié)莢期，C3處理下的根瘤鮮重顯著高于C2處理；在鼓粒期，C3處理下的根瘤鮮重顯著高于C1、C2處理。各個時期C3處理都高于C1，C4顯著高于C2處理；接種菌種A的C1和C3都分別高于相同條件下接種菌種B的C2和C4。圖1

注：不同字母表示處理間差異達到0.05顯著水平。下同

2.2 減施氮肥和根瘤菌接種對鷹嘴豆葉綠素含量的影響

研究表明，減施氮肥條件下鷹嘴豆接種根瘤菌后在開花期、結(jié)莢期的葉綠素含量仍低于全氮處理，但隨著生育進程的推進，成熟期根瘤菌+1/2氮肥處理的葉綠素含量高于其他處理。在開花期和鼓粒期，CK1、CK2、C1、C2、CK3、C3、C4處理間葉綠素含量無顯著性差異。在結(jié)莢期，CK1、CK2、C1、C2、C3、C4處理間葉綠素含量無顯著性差異；CK1、C1、C23個處理下的葉綠素含量顯著高于CK3處理。在成熟期，C1處理下的葉綠素含量最高，其次是C2處理；CK1、CK2、C1、C2、C3、C4處理間葉綠素含量無顯著性差異，但都顯著高于CK3處理。表2

2.3 減施氮肥和根瘤菌接種對鷹嘴豆干物質(zhì)積累的影響

研究表明，莖稈部位干物質(zhì)含量隨著生育期推進逐漸增加，成熟期含量最高，在開花期和鼓粒期，各處理間干物質(zhì)含量沒有顯著性差異。結(jié)莢期，C1處理下的干物質(zhì)含量顯著高于CK2、C3，成熟期，CK1、CK2、C1、C2處理間無顯著性差異，C1干物質(zhì)含量最高，其次是CK1處理且C1、CK1的干物質(zhì)積累量顯著高于CK3、C3、C4處理。表3

在開花期和鼓粒期，各處理間葉片干物質(zhì)含量無顯著性差異。結(jié)莢期，C1處理下干物質(zhì)含量增長顯著。成熟期，C1處理下葉片的干物質(zhì)積累量最高，CK1、C1、C23個處理間干物質(zhì)含量無顯著性差異且均顯著高于CK3、C4處理。表4

C1處理的莢果干物質(zhì)積累量在各個時期均為最高。成熟期，CK1、C1、C2這 3個處理下的莢干物質(zhì)含量顯著高于CK2、CK3、C3、C4處理；干物質(zhì)含量表現(xiàn)為：C1> C2> CK1> CK2> C3> C4> CK3。表5

表2 減施氮肥和根瘤菌接種下鷹嘴豆葉綠素含量變化Table 2 Effects of reduced nitrogen fertilizer and rhizobia inoculation on chlorophyll content of chickpea

表3 減施氮肥和根瘤菌接種下鷹嘴豆干物質(zhì)(莖稈)積累變化Table 3 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of dry matter (stem) of chickpea

表4 減施氮肥和根瘤菌接種下鷹嘴豆干物質(zhì)(葉片)積累變化Table 4 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of dry matter (leaves) of chickpea

表5 減施氮肥和根瘤菌接種下鷹嘴豆干物質(zhì)(莢果)積累變化Table 5 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of chickpea dry matter (pod) in vitro

2.4 減施氮肥和根瘤菌接種對鷹嘴豆產(chǎn)量及其相關指標的影響

研究表明，根瘤菌+1/2氮肥處理對株高的影響不顯著，但不施氮+根瘤菌處理會顯著降低鷹嘴豆的株高，CK1、CK3、C1、C2處理間株高無顯著性差異，但與CK2、C3、C4處理間差異顯著。接種根瘤菌對主莖分枝、主莖節(jié)數(shù)、單株粒重無顯著影響。C1處理下的單株莢數(shù)最多，并且與CK1、C2處理無顯著性差異，但顯著高于CK2、CK3、C3、C4處理，其他處理間單株莢數(shù)無顯著性差異。C1處理下的單株粒數(shù)最多，C1處理下的單株粒數(shù)顯著高于CK1、CK2、C2、CK3、C3、C4處理，C2處理下的單株粒數(shù)與CK1、CK2、C4處理無顯著性差異，但C2處理下的單株粒數(shù)顯著高于CK3、C3處理。C1處理下的百粒重最高，顯著高于CK3處理，與其他處理間百粒重無顯著性差異。各處理下的產(chǎn)量表現(xiàn)為：C1> C2> CK1> C3> CK2> C4> CK3，C1處理下的產(chǎn)量最高，高達1 928.84 kg/hm2，CK1、C1、C2處理間產(chǎn)量無顯著性差異，但CK1、C1和C2這3個處理下的產(chǎn)量均顯著高于CK2、CK3、C3、C4處理。表6

表6 減施氮肥和根瘤菌接種下鷹嘴豆產(chǎn)量及相關指標變化Table 6 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on yield and related indexes of chickpea

3 討 論

根瘤菌接種會提高花生[16]、大豆[17]、紅小豆[18]的產(chǎn)量，而且接種根瘤菌后可以在根部產(chǎn)生大量的有效根瘤菌，增加作物氮素供給，減少對化肥的依賴，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟和生態(tài)效益[17]。

接種根瘤菌會使根部根瘤鮮重增高，且高于只施肥不接種根瘤菌的處理[19]。Alam等[20]研究表明，大豆不施氮肥+接種根瘤菌(BARIR Gm901)能顯著增加大豆的根瘤數(shù)、有效莢數(shù)以及產(chǎn)量，實驗中C3處理下的鷹嘴豆根瘤鮮重最高，其次是C4處理與前人對豆科作物的研究一致，不施用氮肥會刺激鷹嘴豆等作物根瘤的生長。接種根瘤菌在生育早期對葉綠素含量的影響并不顯著，但隨著生育期的推進，根瘤菌接種顯著增加了鷹嘴豆的葉綠素含量，且根瘤菌+1/2氮肥處理的葉綠素含量直到成熟期都顯著高于其它處理延長了光合作用時間。鄭浩宇等[13]研究表明，減施1/2氮肥+接種根瘤菌的條件下，大豆可以維持比較高的葉綠素含量，Rafaela等[21]研究發(fā)現(xiàn)，接種根瘤菌對共生固氮和光合作用有促進作用，與試驗研究基本一致。實驗中根瘤菌+1/2氮肥處理下的葉綠素含量高于不施氮+根瘤菌處理與 CK 處理。C1處理下的葉綠素含量最高，其次是C2處理，1/2氮肥+根瘤菌的條件下，根瘤菌A對葉綠素的影響比根瘤菌B好。葉綠素含量沒有因為減施1/2氮肥嚴重下降，因為接種根瘤菌為鷹嘴豆提供了更多的氮源，在一定程度上提高并改善了鷹嘴豆的光合作用。

實驗中在鷹嘴豆生育早期尤其是開花期，只減施氮肥或只接種根瘤菌對干物質(zhì)積累量影響不大，甚至略低于對照，干物質(zhì)含量相對上升。根瘤菌+1/2氮肥處理下的干物質(zhì)含量高于CK2、CK3，C1處理的干物質(zhì)含量略高于CK1,C2處理略低于CK1，C1處理下的干物質(zhì)含量顯著高于CK3、C3、C4處理。根瘤菌+不施氮肥處理下的干物質(zhì)積累量與施全氮相比顯著降低，研究表明只有氮肥和根瘤菌配合施用才能提高干物質(zhì)的積累，與姬月梅等[22]和梁福琴等[23]氮肥與根瘤菌的結(jié)合施用有助于大豆生長發(fā)育并提高產(chǎn)量的結(jié)果一致。

以豇豆[24]、紫花苜蓿[25]、大豆[26-27]為材料，證實接種根瘤菌能增加豆類作物的產(chǎn)量。研究表明，根瘤菌+1/2氮肥處理基本上都能提高鷹嘴豆的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重以及產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果基本一致[15]。其中以根瘤菌A的效果最好。研究表明C3、C4、CK2、CK3處理的產(chǎn)量顯著低于CK1、C1、C2處理，產(chǎn)量表現(xiàn)為：C1> C2> CK1> C3> CK2> C4> CK3。根瘤菌+1/2氮肥會提高產(chǎn)量，單施1/2氮肥或者只接種根瘤菌效果并不好，無法提供足夠的 N 給鷹嘴豆生長，必須進行適當結(jié)合以保證鷹嘴豆高產(chǎn)。在施1/2氮肥條件下，2種根瘤菌均能提高鷹嘴豆的產(chǎn)量及單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重和百粒重這些產(chǎn)量指標，以根瘤菌A的效果最佳。與施全氮對照的產(chǎn)量相比，接種根瘤菌A+1/2氮肥處理下產(chǎn)量最高，為1 928.84 kg/hm2，可增產(chǎn)8.83%，接種根瘤菌B+1/2氮肥處理下產(chǎn)量為1 827.59 kg/hm2， 可增產(chǎn)3.11%。

4 結(jié) 論

接種根瘤菌不施氮肥條件下對鷹嘴豆葉綠素、莖稈干重、葉片干重和莢果干重起抑制作用，但在鷹嘴豆生育后期適量減施1/2氮肥量接種根瘤菌可起促進作用，且與施全部氮肥對照相比均未呈現(xiàn)顯著差異。接種根瘤菌減施1/2氮肥量條件下，鷹嘴豆的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量最高，且接種根瘤菌A的處理C1(根瘤菌A拌種+1/2氮肥)的產(chǎn)量(較施全部氮肥對照CK1提高8.83%)高于接種根瘤菌B的處理C2(根瘤菌B拌種+1/2氮肥)(較施全部氮肥對照CK1提高3.11%)。