孫慶圣 原 程 張玉先

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，163319，黑龍江大慶）

大豆是我國重要的糧食和油料作物，因其營養(yǎng)價值豐富被廣泛應(yīng)用于食品加工及飼料業(yè)[1]。近年來，大豆在中國經(jīng)濟市場的地位日趨提高。但是由于產(chǎn)量低、品質(zhì)差以及市場競爭力弱，限制了大豆的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，改善大豆品質(zhì)和提高產(chǎn)量成為我國大豆生產(chǎn)迫切需要解決的問題[2]。

目前糧食產(chǎn)量的增長很大程度上取決于化學(xué)肥料的投入[3]，氮素是影響大豆生長發(fā)育的重要元素，許多農(nóng)戶試圖通過增施氮肥的方式達(dá)到增產(chǎn)的目的[4]。但是由于豆科作物特有的根瘤固氮作用，使得大豆的氮肥施用難度有所提高[5]。大豆根瘤固定的氮素約占整個生長周期需氮的65%[6]，過高的氮肥施用量會抑制根瘤的固氮作用，影響大豆的正常生長，甚至造成減產(chǎn)[7]。目前，我國大豆生產(chǎn)上普遍存在化學(xué)氮肥過量施用的情況[8-9]，導(dǎo)致降低肥料利用效率的同時抑制生物固氮效率，增加了種植成本，降低了實際收益[10]，而且大量的氮肥施用極易造成大豆枝葉繁茂，結(jié)莢少，使產(chǎn)量降低[11]。研究[12-14]表明，播種前對大豆種子進(jìn)行根瘤菌拌種處理，可促進(jìn)大豆增產(chǎn)效果較穩(wěn)定，同時降低經(jīng)濟成本，有較好的經(jīng)濟效益。

前人對大豆減施氮肥接種根瘤菌已有較多報道，但對于黑大豆的栽培研究卻鮮有報道。黑大豆為豆科植物大豆[Glycine max(L.)Merr.]的黑色種子，具有較高的營養(yǎng)價值，有“豆中之王”的美譽[15]。近年來，國內(nèi)市場黑大豆售價比普通大豆高30%～50%，經(jīng)濟效益較好[16]。實際生產(chǎn)中一般以常規(guī)大豆種植模式種植黑大豆，但是黑大豆在生長特征方面與普通栽培大豆存在一定差異。所以本研究通過設(shè)置不同的氮肥施用量與根瘤菌拌種和不拌種相結(jié)合的處理方式，探索減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆植株形態(tài)、光合特性、干物質(zhì)積累量及成熟期產(chǎn)量的影響，為黑大豆的施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黑大豆為黑龍江省嫩江市主栽農(nóng)家品種青仁烏1號，供試根瘤菌由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 試驗設(shè)計

2020年在黑龍江省北大荒集團(tuán)九三分公司鶴山農(nóng)場進(jìn)行。土壤類型為黑土，耕層土壤養(yǎng)分為pH 6.21、堿解氮145.80mg/kg、P2O545.20mg/kg、K2O 190.00mg/kg、有機質(zhì)13.90g/kg。施N、P2O5和K2O分別為55.00、67.40和30.00kg/hm2。

采用隨機區(qū)組設(shè)計，以常規(guī)施氮量為基礎(chǔ)（其他肥料施用量保持不變），設(shè)置3個氮肥施用量，并用根瘤菌液進(jìn)行拌種處理，共6個處理，具體為當(dāng)?shù)氐适┯昧?不接種根瘤菌（CK）；當(dāng)?shù)氐适┯昧?根瘤菌拌種（T1）；50%當(dāng)?shù)氐适┯昧?不接種根瘤菌（T2）；50%當(dāng)?shù)氐适┯昧?根瘤菌拌種（T3）；不施用氮肥+不接種根瘤菌（T4）；不施用氮肥+根瘤菌拌種（T5）。播種前用新培養(yǎng)且活性較好的根瘤菌液，在其OD值達(dá)到0.9后將種子浸泡10min，每千克種子約用根瘤菌液10mL，陰干后播種。

試驗小區(qū)為8壟，壟長×寬為6m×65cm，每個處理重復(fù)3次。于2020年5月8日進(jìn)行播種，密度為4×105株/hm2，人工開溝、施肥和播種，田間管理同大田生產(chǎn)，10月4日進(jìn)行理論測產(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高及葉面積 用卷尺以子葉痕為界測定株高。使用Li-3100型臺式葉面積儀測定分解后的單株葉面積。

1.3.2 葉綠素含量 取葉片鮮樣于85℃烘干至恒重，用樣品粉碎機粉碎，稱取樣品0.2g裝入盛有80%丙酮溶液20mL中，40℃水浴浸提5.5h后離心，用分光光度計測量上清液在665和649nm波長下的吸光度，80%丙酮溶液為標(biāo)準(zhǔn)液。

1.3.3 葉片光合相關(guān)指標(biāo)參數(shù) 在苗期、花期、莢期和鼓粒期采用Li-6400型光合測定儀于晴朗天氣的上午9:00開始測量每株倒3葉中間完全展開復(fù)葉的光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Gs）等相關(guān)指標(biāo)，每個處理重復(fù)5次。

1.3.4 地上部各器官干物質(zhì)積累量 分別在苗期、花期、莢期和鼓粒期取長勢一致的植株3株，對莖柄、葉、莢皮（莢期、鼓粒期）和籽粒（鼓粒期）進(jìn)行分解。于105℃條件下殺青30min，于80℃烘干至恒重，用電子天秤稱重，重復(fù)3次，取平均值。1.3.5 產(chǎn)量 在完熟期測定產(chǎn)量，每個小區(qū)隨機取1m2的植株，測定有效莢數(shù)、無效莢數(shù)和單株粒數(shù)，重復(fù)3次，取平均值。于70℃烘干籽粒至恒重，測量百粒重和單株粒重。理論產(chǎn)量（kg/hm2）=[(單株粒重(g)×密度(株/m2)×10000)/1000]×0.8，式中 0.8為收獲系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 20.0、Excel 2010和Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析以及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆植株形態(tài)的影響

由圖1可知，葉面積和株高隨氮肥施用量的減少而減少，且影響顯著。相同氮肥施用量的條件下接種根瘤菌會顯著提高葉面積和株高。其中苗期和花期的葉面積和株高均以T1處理最優(yōu)，與CK處理相比，苗期和花期葉面積分別增加了3.47%和4.94%，株高分別增加了1.87%和18.11%。莢期和鼓粒期的葉面積和株高均以T3處理最優(yōu)，分別與CK處理相比，莢期和鼓粒期的葉面積增加了15.88%和14.69%，株高增加了11.42%和11.39%。

2.2 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆光合特性及葉綠素含量的影響

2.2.1 對黑大豆光合特性的影響 由圖2a可知，在黑大豆的各關(guān)鍵生育期，減施氮肥對葉片Pn的影響達(dá)顯著水平，接種根瘤菌會縮小這種差距，其中苗期、花期和鼓粒期以T1處理表現(xiàn)為最優(yōu)，與CK處理相比增幅分別為1.44%、0.58%和5.64%，莢期則以T3處理表現(xiàn)最優(yōu)，與CK處理相比增幅為5.94%。由圖2b可知，隨著黑大豆生育時期的推進(jìn)，葉片的Gs呈先上升后下降的趨勢，各處理均在莢期達(dá)到最高值。其中苗期以CK處理表現(xiàn)最優(yōu)，花期、莢期和鼓粒期以T3處理最優(yōu)，與CK處理相比，花期、莢期和鼓粒期增幅分別為32.93%、16.63%和16.87%。由圖2c可知，從苗期至鼓粒期，葉片Ci逐漸增高，其中苗期以T1處理最高，比CK處理增加3.84%；花期、莢期和鼓粒期以T3處理為最優(yōu)，與CK處理相比增幅分別為9.65%、13.32%和3.51%。由圖2d可知，Tr隨生育期呈先升高后下降的趨勢，花期達(dá)到最大值；其中苗期、花期和莢期以T1處理最高，與CK處理相比增幅分別為6.53%、10.60%和8.38%；鼓粒期以T3處理最高，比CK處理提高40.69%。

圖2 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆光合特性的影響Fig.2 Effects of reducing nitrogen fertilizer and inoculating Rhizobium on photosynthetic characteristics of black soybean

2.2.2 對葉綠素含量的影響 由圖3可知，不同處理的葉綠素含量隨著生育期的推進(jìn)呈先上升后下降的趨勢，在莢期達(dá)到最高值。苗期、花期和莢期以T1處理葉綠素含量最高，與CK處理相比增幅分別為0.95%、14.50%和4.09%。鼓粒期以T3處理葉綠素含量最高，與CK處理相比增幅為8.85%。

2.3 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆地上各器官干物質(zhì)積累量的影響

由表1可知，各處理間苗期地上部分干物質(zhì)積累量差異顯著，隨著氮肥施用量的減少干物質(zhì)積累量降低，而減施氮肥和接種根瘤菌的處理會抑制植物干物質(zhì)積累減少。其中莖柄與葉干重在T1處理時最高，分別達(dá)到3.11和3.65g，地上部分干物質(zhì)積累量在花期與苗期的變化基本一致，以正常施用氮肥并接種根瘤菌（T1）處理達(dá)到最高，減施50%氮肥接種根瘤菌地上部分干物質(zhì)積累量高于正常施用氮肥接種。地上部分干物質(zhì)積累量在莢期以T3處理最高，與CK處理相比葉和莖柄的增幅分別為29.20%和25.45%。鼓粒期與莢期地上部分干物質(zhì)積累量的變化基本一致，各處理間地上部分各器官干物積累量差異顯著。

2.4 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可知，從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，同等氮肥施用量的情況下接種根瘤菌會顯著提高有效莢數(shù)和單株粒重，對百粒重的影響較小。從測產(chǎn)結(jié)果來看，減施氮肥會引起減產(chǎn)，接種根瘤菌會降低此減產(chǎn)的效果。同等氮肥施用量的情況下接種根瘤菌會顯著提高產(chǎn)量，T3處理的效果最好，比CK處理增產(chǎn)7.77%。

表2 減施氮肥和接種根瘤菌對黑大豆產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of reducing nitrogen fertilizer and inoculating Rhizobium on yield and its compositions of black soybean

3 討論

氮素是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些激素等的重要組成部分，是限制作物生長和產(chǎn)量形成的首要因素[17-18]。減施氮肥會大幅度降低黑大豆葉片葉綠素的含量，葉綠素作為光能吸收和轉(zhuǎn)換的原初物質(zhì)，其含量及構(gòu)成不僅能反映生理活性，也與光合性能的發(fā)揮密切相關(guān)[19]。本試驗接種根瘤菌后黑大豆葉片葉綠素a、b和葉綠素總量均顯著增加，表明接種根瘤菌能夠改善植株氮素營養(yǎng)水平，增加葉綠素含量，這一試驗結(jié)果與前人[20]的研究一致。Bambara等[21]對普通菜豆的研究也表明，在溫室試驗和大田試驗中，接種根瘤菌后，溫室試驗葉片葉綠素含量顯著增加。與未接種對照相比，接種根瘤菌后，溫室試驗葉片葉綠素含量顯著增加，光合作用也有所提高。這與本試驗的研究結(jié)果，接種根瘤菌可以提高黑大豆的葉綠素含量以及Pn一致。

豆科作物擁有天然的固氮方式-結(jié)瘤固氮作用，根瘤的固氮作用對大豆增產(chǎn)以及氮素供應(yīng)具有重要作用，根瘤發(fā)育程度直接影響大豆對氮素的吸收[22]。有研究[23]表明，氮肥與根瘤菌的混合施用對大豆的產(chǎn)量提高有促進(jìn)作用。隨著黑大豆的生長，地上各器官干物質(zhì)逐漸積累，減施氮肥會導(dǎo)致大豆干物質(zhì)的積累量的減少[24]，這與本研究的結(jié)果基本一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，減施50%氮肥與不施用氮肥處理（T2和T4），黑大豆4個生育時期地上部分干物質(zhì)積累量均低于正常施肥（CK），說明減施氮肥會影響植物有機物的合成，從而降低黑大豆地上部分干物質(zhì)的積累量。在接種根瘤菌后，減施氮肥處理（T3和T5）的干物質(zhì)積累量明顯增加，其中T3處理效果顯著。說明接種根瘤菌有利于干物質(zhì)的積累，過少的施氮量會影響其干物質(zhì)的積累，這與姬月梅等[25]研究結(jié)果相似。此外，減施50%氮肥并接種根瘤菌處理（T3）還能提高大豆的有效莢數(shù)、單株粒重及產(chǎn)量，不施氮處理（T4）與不施氮肥接種根瘤菌處理的產(chǎn)量均降低，與鄭浩宇等[26]和萬玉萍等[27]的研究結(jié)果相似。所以適當(dāng)減施氮肥有利于根瘤菌生長，最終通過促進(jìn)根瘤固氮作用為黑大豆植株提供足夠的氮素，因此，合理減施氮肥并接種根瘤菌是保證黑大豆生長發(fā)育和提高產(chǎn)量的一個可行措施。

4 結(jié)論

綜上，在合理減施氮肥的基礎(chǔ)上接種根瘤菌可以提高黑大豆的光合作用，并增加地上部分各器官的干物質(zhì)積累量，其中減施50%氮肥+接種根瘤菌處理（T3）的效果明顯，在花期之后各項指標(biāo)與CK處理相比均有所提高。結(jié)莢期，T3與CK處理相比，Pn和單株葉面積均有大幅度的提升。由于結(jié)莢期的Pn等指標(biāo)高于CK處理，使得T3處理的地上部分干重與CK處理相比差異顯著，最終表現(xiàn)為黑大豆產(chǎn)量的提高，減施50%氮肥+接種根瘤菌處理（T3）的產(chǎn)量與CK處理相比提高了7.77%，說明適當(dāng)減施氮肥并接種根瘤菌對黑大豆的產(chǎn)量有促進(jìn)作用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中可以通過此方法來達(dá)到減肥增效的作用。