減氮、加菌、改善土壤物理性狀提高大豆固氮能力*

韓曉增，鄒文秀，尤夢陽

（1.中國科學院東北地理與農業生態研究所，哈爾濱 150081；2.國家大豆產業技術體系海倫綜合實驗站，黑龍江 海倫 152300）

大豆一生所需要的氮素來源于三個方面，一是土壤中的氮素，二是肥料氮，三是大豆共生固氮系統所固定的大氣氮素。由于大氣中氮素十分豐富，大豆固氮過程不損害環境，耗能較少，所以人們希望大豆一生所需要的氮素能全部來源于大氣中的氮素。但是我國的生產現實是大豆共生固氮和土壤氮素不能滿足大豆生長發育的需求，生產上常常使用氮肥，導致氮肥用量在不斷的上升，目前最高的氮肥用量已達到了130～150kg/hm2[1,2]，新疆在1992年實現了4656kg/hm2的超高產，其施氮量為139kg/hm2[3]。美國、巴西和阿根廷等大豆主產國，多數地區大豆生產不施用氮肥，少數地區使用少量氮肥，每公頃控制在30kg以下。我國近30年來一直使用氮肥，導致大豆主栽品種已弱化了固氮功能，形成了對氮肥的依賴性，加之根－土生態系統惡化，使高效大豆根瘤菌種類變少，大豆固氮能力降低。在這種狀態下，我們不可能仿效其他國家在大豆生產上不使用氮肥，但是減少氮肥使用量、增加土壤中高效根瘤菌數量、改善土壤理化特性，使之更適合高效根瘤菌的生存和更有利于提高大豆固氮功能。為此我們建議生產上采用減氮、加菌、改善土壤基本物理性質，快速提高大豆共生固氮能力。

1 大豆共生固氮系統固氮潛力

大豆固氮潛力的確定，受大豆品種類型和根瘤菌株的生物學性狀以及土壤環境條件和栽培措施的影響，實際固氮潛力變化很大，同時目前的科學技術還不能精準測量大豆共生固氮量，不同的方法測定數值不同，所以大豆固氮量變化較大。針對中國東北地區的一些研究表明：采用15N同位素的方法，在每公頃2250kg產量水平下，吉林省白漿土大豆共生固氮量131.3kg/hm2，黑土區為145.5kg/hm2；采用滅菌法測定，在所選用的14個有代表性的品種中，固氮潛力在63～403kg/hm2[4]之間。根據國內外已發表的文獻，綜合估算中國東北大豆產區，大豆共生固氮潛力為150～200kg/hm2。如果按每公頃2250kg產量計算，所需氮量約為160kg/hm2，外加大氣干濕沉降的氮素和土壤氮素，不需要使用氮肥也可以維持大豆目前生產的大豆產量。

2 減氮對提高大豆共生固氮能力的影響機制

理論上大豆固氮能力對氮肥的響應是線性的，即隨著氮肥用量的提高而降低（見圖1）。但是由于我國大豆品種在長期選育過程中，就開始大量使用氮肥，加上大豆產區常年連作，生產上使用大量的殺菌劑和殺蟲劑，高效固氮根瘤菌在不斷的退化，大豆本身聯合固氮的生物學性狀也在不斷的退化，這就使得我國東北大豆固氮能力與氮肥用量成拋物線形，即少量使用氮肥有利于大豆共生固氮，進一步提高大豆氮肥使用量，其共生固氮能力下降（見圖2）。

3 大豆根瘤菌對氮肥的敏感性

當大豆的根系在土壤中生長時，會刺激根瘤菌在根系附近大量繁殖，可以影響土壤中2～3cm的距離。這樣根瘤菌就會不斷地繁殖并聚集到大豆根毛的頂端。聚集在根毛頂端的根瘤菌分泌一種纖維素酶，將根毛頂端的細胞壁溶解掉。隨后，根瘤菌從根毛頂端侵入到根的內部，并形成感染絲。根瘤菌就這樣不斷地進入根內，并且大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根細胞分泌一種纖維素，將感染絲包圍起來，形成一條分支或不分支的纖維素鞘，這樣的結構叫做侵入線。侵入線不斷地向內延伸，一直到達根的內皮層。根的內皮層處的薄壁細胞受到根瘤菌分泌物的刺激，不斷進行細胞分裂，從而使該處的組織膨大，最終形成根瘤。從大豆根瘤形成過程可以看出，根瘤菌的多少決定了大豆根瘤形成的多少。土壤中的根瘤菌對氮的響應程度非常重要，模擬實驗表明，過多的氮肥影響根瘤菌的繁殖生長，當培養基中尿素氮濃度為零的時候，根瘤菌數量是培養基中尿素氮濃度為4mol/L的4倍。圖3表明了過量使用氮肥會造成根瘤菌大量死亡或被抑制。

圖1 大豆共生固氮能力對施氮量的響應注：本圖是根據理論估算畫出的示意圖

圖2 大豆共生固氮能力對氮肥用量的響應注：本圖依據參考文獻[2]和海倫站試驗資料畫出

圖3 不同氮濃度對根瘤菌數量的影響

4 土壤透氣性對大豆固氮能力的影響

試驗證明了土壤的固、氣、液的三項比例對大豆固氮能力影響較大。在土壤條件一致和合理施肥情況下，通過耕翻創造了土壤容重為1.01g/cm3；另一種處理是連續五年免耕翻創造了一個緊實土體，容重為1.19g/cm3。耕翻處理花期大豆有效根瘤354個，而未耕翻的土壤大豆有效根瘤僅有251個，相當于耕翻土壤的71%。

5 減氮、加菌、改善土壤物理性狀對大豆產量的影響

將大豆的施氮量由目前的75kg/hm2，減少到50kg/hm2，即減少了1/3，秋季深翻20cm，第二年春天大豆播種時增加根瘤菌劑處理，作為“減氮、加菌、改善土壤物理性狀”模式，與農民不翻耕、不加根瘤菌和使用氮肥75kg/hm2相比，增產15.3%，節約氮肥33.3%。但是該模式還有待于進一步完善。生產上主要存在的問題，一是目前商品根瘤菌劑濃度低和活菌數少；二是根瘤菌拌種和大豆種衣劑拌種相矛盾，如果采用種衣劑和根瘤菌劑同時拌種，根瘤菌接種效果很差。

［1］宋英博.不同施氮量對大豆蛋白質和脂肪含量的影響[J].黑龍江農業科學,2010（7）:52-53.

［2］姚玉波,馬春梅,張磊,等.施氮水平對大豆吸收利用氮素及產量的影響[J].東北農業大學學報,2009,40(4):6-10.

［3］魏建軍,羅賡彤,張力.新疆實現大豆超高產的品種與綜合栽培技術[J].新疆農墾科技,2008（4）:21-22.

［4］韓曉增,嚴君,李曉慧.大豆共生固氮能力對土壤無機氮濃度的響應與調控[J].大豆科技,2010（1）:6-8.