我國大豆的生物固氮潛力研究

關大偉， 李 力， 岳現(xiàn)錄， 馬鳴超， 張 武， 李 俊*

(1 中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081； 2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院黑河分院， 黑龍江黑河 164300)

研究植物生物固氮的傳統(tǒng)方法主要有差值法、 乙炔還原法和氮素同位素稀釋法等，由于方法本身精度有限、 難以持續(xù)在野外原位應用或操作不便等，應用范圍受到很大限制[7-8]。15N自然豐度法是以非固氮植物作為參照，利用非固氮植物從土壤中吸收的15N豐度高于固氮植物的原理，根據(jù)兩者的15N自然豐度差異估算出固氮植物的生物固氮率。該方法不僅具備同位素稀釋法的優(yōu)點，而且減少了昂貴的15N標記肥料購置費用和由于施用這種肥料帶來的試驗誤差，逐漸成為應用范圍較廣的生物固氮定量研究法[9-11]。本研究采用15N自然豐度法，在2011和2012年對我國東北、 黃淮海、 黃土高原和南方大豆產(chǎn)區(qū)7個試驗點在不施氮肥條件下的大豆生物固氮狀況進行了測定，開展了我國大豆主產(chǎn)區(qū)生物固氮潛力及其分布規(guī)律的研究。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗于2011年和2012年在我國4個主要大豆產(chǎn)區(qū)的7個試驗點進行，分別為東北春大豆區(qū)黑河、 大慶、 長春和鐵嶺，黃淮海流域夏大豆區(qū)濟寧， 黃土高原春大豆區(qū)延安和華南四季大豆區(qū)南寧。所選7個試驗點分別代表了不同氣候特征，其中黑河、 大慶、 長春和鐵嶺分別為寒溫帶、 中溫帶、 北溫帶和溫帶大陸性季風氣候， 濟寧為暖溫帶季風氣候， 延安為高原大陸性季風氣候，南寧為亞熱帶季風氣候。試驗地的位置和土壤基本養(yǎng)分狀況見表1，氣象資料見表2。

表1 各試驗點的位置和土壤養(yǎng)分狀況

1.2 試驗設計

1.3 樣品采集和處理

分別在田間大豆花期和成熟期(大豆葉變黃未脫落時)取樣，每次采10株大豆和5株玉米。樣品用自來水沖洗干凈，將花期大豆樣品的根瘤取下并統(tǒng)計根瘤數(shù)量，成熟期樣品分為植株和籽粒。鮮樣于105℃下殺青10 min，85℃烘干至恒重，稱重。

1.4 測定項目和方法

植株和籽粒氮含量的測定 將植株和籽粒干樣粉碎后，準確稱取0.2 g，用H2SO4-H2O2消煮至澄清，用凱氏定氮法測定全氮。

樣品δ15N的測定 從成熟期樣品和砂培盆栽樣品中各取2 g，分別用陶瓷研缽充分研碎，用穩(wěn)定同位素質譜儀(Thermo-Finnigan MAT 253)測定δ15N值。

表2 各試驗點在大豆生長期的降水與氣溫數(shù)據(jù)

表3 各試驗點大豆品種和種植密度

計算方法：

大豆生物固氮效率(% Ndfa)=100× (玉米δ15N-大豆δ15N)/(玉米δ15N-砂培盆栽大豆δ15N)

每公頃大豆固氮量=單株大豆含氮量×生物固氮百分率×種植密度

每公頃籽粒生物固氮量=單株籽粒含氮量×生物固氮百分率×種植密度

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 17.0 for Windows進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 各試驗點生物固氮效率

表4 各試驗點大豆生物固氮效率(%)

2.2 各試驗點大豆生物固氮量

2.3 生物固氮對產(chǎn)量的貢獻

表5 各試驗點大豆生物固氮量 (N kg/hm2)

表6 大豆籽粒中的生物固氮量及其對產(chǎn)量的貢獻

3 討論與結論

表7 各試驗點大豆在花期的根瘤數(shù)量和根瘤干重

本研究中生物固氮量和對產(chǎn)量貢獻的結果表明，東北的4個試驗點最高，其次是濟寧和南寧，延安最低，該結果與生物固氮效率的分布規(guī)律并不完全一致。通過對影響生物固氮量主要因素的分析，發(fā)現(xiàn)主要是各試驗點的種植密度的差異造成的。其中黑河試驗點的生物固氮量受種植密度的影響最為明顯，該試驗點生物固氮效率平均比濟寧和南寧分別低11%和8%，但種植密度比兩個試驗點分別高了7.5×104plant/hm2和10.5×104plant/hm2，生物固氮量則平均提高了16 kg/hm2和23 kg/hm2，對產(chǎn)量的貢獻約高出504 kg/hm2和459 kg/hm2， 說明大豆群體密度的增加，會彌補生物固氮效率的不足，從而提高單位面積的生物固氮量。但如果一味增加種植密度會使單株葉面積減小[24]，光合產(chǎn)物的供應水平也隨之下降，從而導致單株的生物固氮量也隨之下降[25]。由此可見，構建合理的群體結構是保證大豆生物固氮量的重要因素。本研究各試驗點大豆種植密度都根據(jù)當?shù)胤N植習慣設定，是否為最有利于生物固氮的密度水平還有待進一步研究。

受研究條件的限制，本研究設置的試驗點數(shù)量較少，不能完全反映各個大豆主產(chǎn)區(qū)生物固氮的整體狀況，但所選試驗點均為各大豆產(chǎn)區(qū)的主要生產(chǎn)區(qū)域，并且所得結果是兩年試驗的結果，因此對各大豆主產(chǎn)區(qū)在實際生產(chǎn)中合理施用氮肥以發(fā)揮大豆的固氮潛力具有一定參考價值。

致謝：本文田間試驗工作由國家大豆產(chǎn)業(yè)技術體系黑河、 大慶、 長春、 鐵嶺、 濟寧、 延安、 南寧試驗站協(xié)助完成，在此謹向以上各試驗站成員致以誠摯的謝意!

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