不同施肥處理下大豆品種遼豆15根系性狀的比較

孫旭剛，王文斌

（遼寧省農業科學院作物研究所，遼寧沈陽110161）

近年來，為了追求作物產量的提高，化肥使用量逐年增加，但因長期使用化肥導致的土壤肥力降低、土壤板結和環境污染等諸多短板逐漸放大[1-3]。為滿足農業可持續發展的新形勢，采用生物菌肥替代化肥日益受到關注[4-5]。生物菌肥是由有益微生物經過人工處理加工而成的生物肥料，內含多種活體微生物，在農業生產中能增加土壤有效態氮、有效態磷或有效態鉀等養分含量，促進作物生長與發育[6-7]。研究表明，施用生物菌肥能減少化肥用量，提高玉米的氮磷肥料利用率和籽粒產量[8-9]。施用復合微生物菌肥M-14，能使小麥增產14.3%，同時減少胞囊線蟲侵染率[10]。花生在施用生物菌肥后，產量相比對照提高了9.93%～11.56%[11]。關于生物菌肥影響大豆生長發育的研究較少，且以往研究重點在生物菌肥對大豆地上部產量的影響[12]，而忽視了其對根系性狀的影響。該研究以遼寧省大豆主栽品種遼豆15作為試材，探討新型生物肥料碳能復合益生菌對其根系形態、根瘤數量、根瘤干重以及根冠比的影響，從而為生物肥料在大豆生產中的應用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選擇遼寧地區主栽大豆品種遼豆15作為試材。

1.2 試驗設計

試驗于2018年在遼寧省農業科學院西試驗地進行，土壤種類為棕壤土，耕層30 cm，肥力中低等，前茬為高粱。土壤的化學特性為：有機質含量為22.4 g/kg，總氮量為1.31 g/kg，總磷量為1.5 g/kg，總鉀量為24.2 g/kg，速效氮含量為105 mg/kg，速效磷含量為79 mg/kg，速效鉀含量為148 mg/kg，pH 6.0。

田間設置3個施肥處理：不施肥（CK）、復合肥處理（T1）和復合益生菌處理（T2）。其中，T1處理按當地施肥量施肥（N∶P∶K=15∶15∶15復合肥）300 kg/hm2；T2處理為在不施肥基礎上施用碳能復合益生菌。碳能復合益生菌（乾元坤生）是微生物菌劑，有效活菌數達5×108/mL以上，由遼寧后金集團生產和提供。施用方法詳見產品說明書。田間試驗采用隨機區組設計，3次重復，行長10 m，10行區，行距60 cm，等距穴播，每穴保苗2株，穴距20 cm。田間管理參照當地正常大豆田間管理（病蟲害防治、灌溉等）執行。

1.3 測定項目

分別于分枝期、開花期和鼓粒期，每個小區選取具有代表性的連續5株進行根系性狀測定。參照董鉆[15]報道的取根方法。按0.44 m×1.2 m×0.5 m（長×寬×高）挖根，然后清水浸泡沖洗根部，洗根部時下面放置100目的篩子收集脫落根系。利用根系掃描系統WinRHIZO Pro 2012b（Regent Instruments，Inc.，Quebec，Canada）測定根長、根系直徑、根系表面積、根系體積和根毛數。最后，將根系和地上部植株置于烘箱中進行105℃殺青30 min，85℃烘至恒重。根冠比=根系干重/地上部干重。

1.4 數據分析

數據分析采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行。多重比較采用最小顯著差異法（LSD），P＜0.05為顯著水平。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理下遼豆15根系形態的比較

從表1可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系體積、根毛數量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使大豆的根系體積提高了14%，使根長、根系表面積和根毛數量分別降低了18%、3%和13%；復合益生菌處理T2使大豆的根長、根系表面積、根系體積和根毛數量分別提高了59%、87%、118%和81%。

在開花期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系直徑、根系體積、根毛數量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使大豆的根系表面積、根系直徑、根系體積和根毛數量分別提高了26%、28%、59%和56%，使根長降低了1%；復合益生菌處理T2使大豆的根長、根系表面積和根毛數量分別提高了118%、34%和93%，使根系直徑和根系體積分別降低了39%和18%。

在鼓粒期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系體積、根毛數量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使根長、根系表面積、根系體積和根毛數量分別降低了45%、37%、30%和47%；復合益生菌處理T2使根長、根系表面積、根系體積和根毛數量分別降低了38%、29%、20%和16%。

2.2 不同施肥處理下遼豆15根瘤數量和根瘤干重的比較

從圖1可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的根瘤數量存在顯著差異（P＜0.05），而根瘤干重差異不顯著（P＞0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使根瘤數量降低20%；復合益生菌處理T2使根瘤數量提高了30%。

在開花期，不同處理下大豆的根瘤數量和根瘤干重均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使根瘤數量和根瘤干重分別降低了8%和11%；復合益生菌處理T2使根瘤數量和根瘤干重分別提高了11%和34%。

在鼓粒期，不同處理下大豆的根瘤數量和根瘤干重均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使根瘤數量和根瘤干重分別降低了2%和6%；復合益生菌處理T2使根瘤數量和根瘤干重分別提高了129%和196%。

2.3 不同施肥處理下遼豆15根冠比的比較

從表2可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的地上部干重和根系干重無顯著差異（P＞0.05），但根冠比差異達顯著水平（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使根冠比降低了13%；復合益生菌處理T2使根冠比降低了3%。

在開花期，不同處理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均無顯著差異（P＞0.05）。

在鼓粒期，不同處理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復合肥處理T1使地上部干重提高了10%，使根系干重和根冠比分別降低了36%和42%；復合益生菌處理T2使地上部干重提高了4%，使根系干重和根冠比分別降低了33%和35%。

表1 不同施肥處理下遼豆15的根系形態

圖1 不同施肥處理下遼豆15根瘤數量和根瘤干重

表2 不同施肥處理下遼豆15的根冠比

3 結論與討論

前人研究表明，大豆根系性狀與產量間呈正相關[16]。張含彬等[17]研究表明，根系性狀在不同施肥量下表現出較大差異，造成根系對地上部供養能力的不同，最終影響大豆籽粒產量。適量施氮肥可以增加大豆根長、根系表面積、根系體積和大豆根冠比，但氮肥施用量過大則對其有抑制作用[18]。吳俊江等[19]研究表明，具有較長的根長、較大的根系總表面積和較多的根毛數量將有利于提高大豆根系對土壤中磷素的吸收。大豆的生長發育過程，其顯著特征是根系與根瘤菌形成根瘤固氮體。根瘤的共生固氮作用是大豆生長所需氮素的重要來源，對籽粒產量和化學品質的提升具有重要作用[20]。該研究表明，施用復合肥降低了遼豆15分枝期、開花期和鼓粒期的根瘤數量和根瘤干重。這與Streeter[21]的觀點一致，大量施用化肥抑制了根瘤菌的侵染、根瘤的形成和固氮活性。然而，該研究發現，施用碳能復合益生菌使遼豆15分枝期、開花期和鼓粒期的根瘤數量和根瘤干重得到了提高。由此說明，施用碳能復合益生菌能夠有效提高大豆根瘤的代謝活性和固氮效率。

研究發現，施用復合肥和碳能復合益生菌均降低遼豆15鼓粒期的根冠比，根冠比降低主要得益于地上部干重的提高和根系干重的降低。其中，碳能復合益生菌處理下根系干重、地上部干重和根冠比的變化幅度要低于復合肥處理。原因是在大豆生育后期，同化物更多地積累于地上部器官中，從而促進了籽粒中物質累積與轉化。采用T1處理的復合肥施用量300 kg/hm2為目前大豆生產中常規施用量，折合生產成本平均為750元/hm2，而依據碳能復合益生菌的說明書確定的施用方法和施用量，折合生產成本也為750元/hm2。由此說明，在生產成本比較中，復合肥處理和碳能復合益生菌無明顯差異。考慮到碳能復合益生菌處理在增加大豆產量帶來經濟效益的同時，具有顯著的生態效益。因此，未來應對不同施用量和施用模式的優化進行深入系統研究，從而為大豆優質、高產、綠色栽培技術提供理論指導。