我國大豆的生物固氮潛力研究

關大偉， 李 力， 岳現錄， 馬鳴超， 張 武， 李 俊*

(1 中國農科院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081； 2 黑龍江省農業科學院黑河分院， 黑龍江黑河 164300)

研究植物生物固氮的傳統方法主要有差值法、 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區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區生物固氮潛力及其分布規律的研究。

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個主要大豆產區的7個試驗點進行，分別為東北春大豆區黑河、 大慶、 長春和鐵嶺，黃淮海流域夏大豆區濟寧， 黃土高原春大豆區延安和華南四季大豆區南寧。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計根瘤數量，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據

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

試驗數據用SPSS 17.0 for Windows進行統計分析。

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量和根瘤干重

本研究中生物固氮量和對產量貢獻的結果表明，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，發現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當地種植習慣設定，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量較少，不能完全反映各個大豆主產區生物固氮的整體狀況，但所選試驗點均為各大豆產區的主要生產區域，并且所得結果是兩年試驗的結果，因此對各大豆主產區在實際生產中合理施用氮肥以發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業技術體系黑河、 大慶、 長春、 鐵嶺、 濟寧、 延安、 南寧試驗站協助完成，在此謹向以上各試驗站成員致以誠摯的謝意!

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