根瘤菌接種方式對復播大豆干物質積累與產量的影響

徐 玥，胥雅馨，黃興軍，吳 樹，陳國棟，吳全忠，翟云龍

(塔里木大學 植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

大豆是我國重要的經濟作物，同時也是重要的共生固氮作物，每年固定的大氣氮約占豆科作物固定氮總量的77%[1]。豆科作物氮素主要來源于土壤、肥料和根瘤固氮，其中與大豆共生的根瘤菌可為豆科作物提供50%～90%的氮素營養[2]。為了使大豆在生長過程中獲得更多氮素營養，減少化學氮肥施用，研究發現，通過接種優良根瘤菌能使其充分發揮固氮作用，在提高大豆產量與品質的同時實現節本增效[3-4]。據2013年調查統計，我國大豆接種根瘤菌面積不到27萬hm2，占其種植面積(約0.08億hm2)的3.3%，這與國際上普遍接種應用根瘤菌的比例相差甚遠[5]。造成這種現象的原因是多方面的，接種方式不同也是眾多原因之一。

近十幾年來，大豆品種更新快，菌株與新品種匹配能力差，直接導致接種根瘤菌效果不明顯[6-7]。接種菌株與宿主形成根瘤是兩者相互作用的一系列復雜過程，由根瘤菌與宿主植物的遺傳因素及生態因素兩方面決定。接種方式會影響根瘤菌在土壤中的定殖、侵染和結瘤效率，選擇合適的接種方式是根瘤菌應用過程中的關鍵環節之一[8]。大量研究表明，通過不同接種方式接種不同菌劑，大豆地上植株干重、氮含量和產量等也不盡相同[9-11]。多個大豆主產國早已開展了接種方式對產量與固氮效果影響的研究，其試驗結果表明，在不同的地區和生產模式下選擇不同的接種方式才能獲得穩定的效果[12]。如何在大豆品種與根瘤菌匹配的條件下，進一步提高大豆品質和產量，是今后研究的一個重要方向。

新疆空氣干燥、土壤持水量低對根瘤菌的沾附和存活影響較大，將根瘤菌制成粉劑與大豆進行拌種會因氣候導致菌劑過早干燥脫落，影響根瘤菌成活率，根瘤菌保存形式和接種方式顯得尤為關鍵[13]。液體菌劑在使用過程中能夠很好地適應新疆干燥的氣候條件，不僅能夠使菌劑有較高的侵染率和存活率，提升出苗率，還能對播種土壤微環境起到改善的作用。本研究選取阿拉爾墾區鹽堿土中分離得到的3株根瘤菌，采用田間試驗的方式，以液體形式運用不同接種方式對大豆進行接種試驗，旨在為新疆南疆復播大豆生產中根瘤菌劑的應用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年6—10月在塔里木盆地北緣的新疆阿拉爾市塔里木大學農學試驗站進行，前茬作物為冬小麥。該試驗地區≥10 ℃年有效積溫為4 113 ℃，無霜期220 d，4—10月平均日照長9.5 h，光照時間較內地相比較長。年平均降水量50 mm左右，降水稀少，屬暖溫帶大陸干旱荒漠氣候。土壤質地為壤土，土壤有機質含量7.89 g·kg-1、速效磷19.1 mg·kg-1、速效鉀114 mg·kg-1、堿解氮33.6 mg·kg-1、pH值7.9。

1.2 試驗材料

供試大豆品種為綏農35號，生育期118 d。供試根瘤菌由華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室提供[14-15]，分離自阿拉爾墾區鹽堿地土著根瘤菌SMH12、T6和SN7-2。

1.3 試驗設計

本試驗采用裂區設計，各3次重復，小區面積4.5 m×2.0 m，總面積9.0 m2。主區為接種方式：拌種、做種肥、隨水滴施；副區為接種根瘤菌：不接種(CK)、接種SMH12、T6和SN7-2，各3次重復。根瘤菌液濃度為2.0×108mL-1，每小區用量2 mL。拌種：將根瘤菌液加水與種子充分混和攪拌，對照為等量清水拌種，拌種后平攤于陰涼通風處至干燥，當天播種完畢。做種肥：根瘤菌液由草炭吸附，制成固體顆粒(種肥)，人工點種前作種肥施于種子下方，當天施肥當天播種，對照為施入等量草炭。隨水滴施：于大豆一節期(V1)，將根瘤菌液加水攪拌均勻，隨水滴施入大豆根系處，對照為滴等量清水。大豆種植采用40 cm等行距穴播，穴距10 cm，留苗2.5×105株·hm-2。于2020年6月24日人工點播，10月8日收獲。播種前施有機肥3 750 kg·hm-2，盛花期追施復合肥(N∶P∶K=26∶6∶8)和尿素分別為120 kg·hm-2、30 kg·hm-2，其他田間管理措施與一般大田相同。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 大豆結瘤

分別于大豆四節期(V4)、盛花期(R2)、盛莢期(R4)、鼓粒期(R6)調查大豆的結瘤情況。每個處理選取長勢一致且具有代表性的大豆植株6株，采用挖掘法將大豆根部完整的取出，從大豆子葉節處剪斷，把根部放入尼龍網袋中浸泡30 min，再用清水緩慢沖洗，洗凈后把水控干，吸去水分，將每株根部所有根瘤取下，記錄根瘤數，并將其單株所有根瘤在電子天平上稱量，記錄根瘤鮮重，將稱完鮮重的根瘤在105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測根瘤干重。

1.4.2 大豆干物質與分配

在大豆四節期(V4)、盛花期(R2)、盛莢期(R4)、鼓粒期(R6)和成熟期(R8)，各處理選取長勢一致且具有代表性的大豆6株，將植株分器官裝袋，105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定并計算其干物質積累與分配。干物質分配(%)：某一器官某時期干物質質量/同時期地上部總干物質質量×100。

1.4.3 大豆產量及其構成因素

在成熟期選取1 m2實收計產，每個處理選取長勢一致且具有代表性的植株10株進行室內考種，測定大豆的株高、莖粗、主莖總節數、主莖結莢數、單株粒數等，大豆籽粒在65 ℃烘箱烘干至恒重，測定單株粒重、百粒重。

1.5 數據分析

Excel2010和DPS7.0.5軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 根瘤菌接種方式對復播大豆生育期結瘤的影響

2.1.1 根瘤數

接種方式對復播大豆結瘤數影響顯著(圖1)。就接種方式而言，拌種處理結瘤數顯著高于做種肥和隨水滴施處理；大豆接種不同根瘤菌后均能結瘤，說明3種根瘤菌均具有較好的適應性。從整體看，同一接種方式接種不同根瘤菌，同一根瘤菌采用不同接種方式，根瘤數均存在較大差異，說明大豆根瘤的形成是由接種方式與根瘤菌共同決定的。

不同接種方式條件下，大豆根瘤數均隨生育期的推進逐漸增加，在鼓粒期達到峰值。從單株結瘤數分析，拌種方式在四節期至盛花期接種SN7-2大豆根瘤數最多，在盛花期至鼓粒期T6處理和SN7-2處理根瘤數均顯著增加，且與清水拌種相比差異均達到顯著水平，接種SMH12也能使根瘤數增加，相對于接種T6處理和SN7-2處理所結根瘤數較少。做種肥接種方式在四節期至盛花期以T6處理增幅最大；在盛莢期至鼓粒期SMH12處理和SN7-2處理大豆根瘤數增加顯著，同時極著高于T6。隨水滴施方式條件下，大豆在四節期至盛花期接種SMH12處理和SN7-2處理根瘤菌增幅較大，在鼓粒期SN7-2處理高于SMH12處理；T6處理在盛花期至盛莢期根瘤數明顯增加，在鼓粒期達到最大值；3種根瘤菌處理大豆，根瘤數均顯著高于清水對照。

與清水對照相比，根瘤菌不同接種方式均能促進大豆根系結瘤，且根瘤數最多的組合為T6拌種處理和SN7-2拌種處理、SMH12種肥處理和SN7-2種肥處理、SN7-2隨水滴施處理。其中，根瘤菌SN7-2對3種接種方式均有較好的適應性。

2.1.2 根瘤干重

根瘤干重變化趨勢與根瘤數變化趨勢基本一致，隨著生育時期的推進，根瘤干重逐漸增加，在鼓粒期達到最大值，不同接種方式與不同根瘤菌處理間根瘤菌干重差異顯著(表1)。根瘤菌拌種，SN7-2處理根瘤干重最大，極顯著高于其他處理，鼓粒期達1.610 g·株-1；在四節期至盛花期，SMH12處理根瘤干重略低于清水對照。做種肥方式接種根瘤菌，SMH12處理和SN7-2處理在盛莢期至鼓粒期根瘤干重最大，較清水對照分別增加50.75%、54.95%，T6處理在各生育時期，根瘤干重均低于清水對照，可能是接種T6所結根瘤較小，導致根瘤干重偏低。與其他接種方式相比，隨水滴施方式接種根瘤菌大豆根瘤干重前期較高，在四節期、盛莢期和鼓粒期均以接種T6處理單株根瘤干重最高，雖然鼓粒期單株根瘤干重最高達到0.753 g·株-1，在鼓粒期根瘤干重較其他兩種接種方式增幅較小，可能是液體菌劑保菌能力較差，在大豆生育期前期產生較為明顯的影響[16]，導致生育期后期根瘤干重增幅較小。

表1 不同生育時期每株大豆根瘤干重

從接種方式看，拌種方式對大豆根瘤干重的增加優于隨水滴施和做種肥方式，在盛花期至盛莢期以隨水滴施的方式根瘤增重效果最好，做種肥方式增加根瘤干重稍差。從根瘤菌分析，3種根瘤菌均能促進大豆單株根瘤干重增加，增重效果表現為SN7-2處理>T6處理>SMH12處理>CK處理。不同根瘤菌適宜通過不同方式對大豆進行接種，根瘤菌間根瘤競爭壓力存在差異。

2.2 根瘤菌接種方式對南疆復播大豆干物質積累的影響

2.2.1 不同生育時期大豆干物質積累

對根瘤菌不同接種方式與大豆不同生育時期干物質積累情況進行分析(圖2)。不同接種方式對大豆接種不同根瘤菌其干物質積累量存在顯著差異，說明不同根瘤菌與不同接種方式的適應性存在差異。從整體看，各接種方式處理供試大豆干物質積累量變化趨勢基本一致，在四節期至盛花期干物質積累增加緩慢，在盛花期至成熟期干物質積累量迅速，在成熟期達到峰值。

拌種方式處理大豆干物質積累量最高，接種3種根瘤菌均能不同程度的提高干物質積累量，在大豆生育初期(四節期)3種根瘤菌處理大豆干物質積累量差異不顯著，在盛花期SN7-2處理干物質積累量較高，比清水拌種增加21.39%，在中后階段(鼓粒期—成熟期)，干物質積累量迅速增加，成熟期達到最大值，較清水拌種增加26.97%，SMH12處理和T6處理間差異不顯著，但均高于清水拌種，比清水拌種分別增加9.47%、9.22%；SN7-2處理大豆整個生育期干物質積累量均保持在較高水平，為產量的增加提供了干物質基礎。做種肥方式處理，大豆干物質積累量在生育前期(四節期—盛花期)增加緩慢，各處理間差異不明顯，進入中期(盛花期—盛莢期)后迅速增長，在中后期(鼓粒期—成熟期)表現出平穩增加，3種根瘤菌處理大豆干物質積累量差異逐漸加大，且SN7-2處理>T6處理>SMH12處理>CK，3種根瘤菌處理與清水拌種差異達顯著水平。隨水滴施方式接種根瘤菌，3種根瘤菌處理大豆干物質積累量在整個生育時期均表現出顯著差異，在四節期各處理干物質積累均低于清水對照，到盛花期各處理干物質積累量均有明顯增加且高于清水對照，在盛莢期T6處理大豆干物質積累量低于清水對照，在成熟期卻顯著高于其他處理，可能是由于T6處理灌漿速率高于其他處理，導致在成熟期干物質積累量反超其他處理，比滴清水增加了37.22%，SMH12處理和SN7-2處理干物質積累量雖然不及T6處理，但分別高于滴清水14.13%、26.04%。

與清水對照相比，3種根瘤菌均能不同程度的增加大豆干物質積累量，T6在拌種和做種肥處理下能夠增加干物質積累量，但增幅較低，隨水滴施處理大豆的干物質積累量顯著高于其他處理，在鼓粒期至成熟期尤為明顯。在對根瘤菌SMH12、SN7-2分別進行拌種和做種肥方式處理，均能顯著增加干物質積累量，2種接種方式下，接種SN7-2略優于SMH12，表明SN7-2適宜于拌種和做種肥方式接種，T6適宜于隨水滴施的方式接種。

2.2.2 根瘤菌接種方式對復播大豆地上部器官干物質分配的影響

對不同接種方式處理復播大豆地上部各器官干物質分配進行分析(表2)表明，隨著生育時期的推進，莖的干物質分配呈先增高后降低的趨勢，而豆莢干物質分配則呈現持續增加的趨勢，在成熟期達到峰值。從四節期至盛莢期，大豆的干物質主要集中在營養器官莖和葉片中，且葉片占比最多，鼓粒期開始，大豆植株莖和葉片的干物質分配比例大幅下降，豆莢干物質分配占比大幅度上升，到成熟期豆莢部位的干物質分配占植株總量的80%以上。

表2 不同時期大豆地上部干物質分配

拌種方式接種根瘤菌，大豆莖的干物質分配在生育期前期根瘤菌處理間差異不大，從鼓粒期開始莖干物質分配比例明顯降低，在成熟期分配比例不到12%。在四節期至盛花期，各處理對大豆葉片的干物質分配比例影響不大，從盛莢期開始，隨著豆莢干物質的增加，葉片干物質分配急劇下降，在鼓粒期葉片干物質分配比例最低，在20.94%～29.57%。成熟期豆莢干物質比例分配最高，各處理均高于88.71%。做種肥方式接種根瘤菌，大豆莖干物質分配比例呈先增高后降低的趨勢，且均在盛花期分配比例達到最高，葉干物質分配隨著生育進程的推進逐漸降低，成熟期豆莢干物質分配比例在89.77%～91.83%。隨水滴施方式接種根瘤菌，四節期至盛莢期大豆莖和葉片干物質分配比例根瘤菌處理間差異不明顯，進入盛莢期，隨著豆莢干物質的增加，莖葉干物質比例逐漸降低，成熟期的根瘤菌SMH12、T6、SN7-2分別處理豆莢干物質分配比例分別為90.28%、90.42%、88.68%。

與清水對照比較，接種根瘤菌處理均能不同程度的促進干物質向生殖器官的分配比例，促進程度為SN7-2處理>T6處理>SMH12處理>CK處理，根瘤菌與接種方式較好的組合為SN7-2拌種處理、SN7-2做種肥處理、T6隨水滴施處理。

2.3 根瘤菌接種方式對復播大豆產量與產量構成因素的影響

根瘤菌不同接種方式下復播大豆產量與產量構成因素結果見表3。由結果可知，同一接種方式接種不同根瘤菌，同一根瘤菌不同接種方式處理，其產量及其構成因素均存在一定差異。

表3 不同處理大豆的產量及其構成因素

根瘤菌以拌種方式處理后，大豆主莖節數與清水拌種差異不顯著，SN7-2拌種能夠顯著增加單株莢數、單株粒數，根瘤菌拌種能增加大豆百粒重，SMH12拌種增加最明顯，SN7-2拌種大豆產量最高，達到5 946.0 kg·hm-2，極顯著高于其他處理，SMH12拌種和T6拌種也能起到增產效果，且大小為SN7-2處理>T6處理>SMH12處理>CK處理。通過做種肥的方式接種根瘤菌，各處理主莖節數無顯著差異，SN7-2做種肥大豆單株莢數和單株粒數極顯著高于其他處理，SMH12做種肥能夠極顯著增加百粒重，SMH12和SN7-2做種肥處理大豆產量差異不明顯，均極顯著高于清水對照，分別增產27.34%、27.54%，表明SMH12做種肥通過增加百粒重提高產量，SN7-2做種肥通過增加單株莢數和單株粒數增加產量，T6做種肥大豆單株莢數、單株粒數略高于清水對照，但差異不顯著，百粒重與產量顯著低于清水對照。SMH12和SN7-2分別隨水滴施，大豆主莖節數、單株莢數和單株粒數差異不顯著，單株粒數顯著高于滴清水，T6隨水滴施，大豆主莖節數、單株莢數與單株粒數均最高，極顯著高于其他處理，根瘤菌隨水滴施能有效增加籽粒百粒重，但SMH12隨水滴施百粒重增加不顯著，接種根瘤菌能極顯著增加籽粒產量，產量增幅在13.60%～30.46%。

從大豆產量及其構成因素分析，根瘤菌SMH12做種肥和隨水滴施方式有較好的接種效果，其中以做種肥方式效果最好；T6以拌種和隨水滴施方式接種效果較好，以隨水滴施方式效果最好，以做種肥方式接種效果最差； SN7-2以拌種和做種肥方式接種效果較好，其中，以拌種方式效果最好。

3 討論

根瘤菌劑在田間能否有效的發揮固氮效果，不僅與根瘤菌自身固氮能力有關，還與大豆品種間的匹配性以與不同接種方式的接種效果有關[17-19]。諸多研究表明，受接種方式的影響，不同根瘤菌菌株選用同一方式接種到大豆根系，其固氮性能、結瘤能力以及占瘤率差異較大；同一根瘤菌菌株選用不同方式接種到大豆根系，其根瘤數量、生物量增量和產量也存在較大差異[16，20-21]。

接種根瘤菌能有效增加大豆單株結瘤數量，提高大豆根瘤干重[22]。本研究中，隨著生育進程推進，3種接種方式處理根瘤菌，大豆結瘤量均在鼓粒期達到最高值，且結瘤數、根瘤干重均高于對照，但T6做種肥的接種方式根瘤干重略低于清水對照，表明做種肥方式不適于根瘤菌T6結瘤，接種方式整體效果表現為拌種>隨水滴施>做種肥。根瘤菌SMH12、SN7-2均能增加單株結瘤數和根瘤干重，SN7-2處理結瘤效果較好，其次是T6，SMH12稍差。

大豆植株干物質積累量及其向各器官的分配比例直接影響大豆的經濟產量[23]。馬家斌等[24]研究表明，接種根瘤菌可增加大豆地上部生物量。本研究中大豆干物質積累量隨生育進程推進持續增長，成熟期達到最大值；莖和葉片干物質隨生育進程呈先增高后降低的趨勢；在生育前期葉片干物質分配比例高于莖，盛莢期后，莢干物質分配比例迅速上升，這與龐婷等[25]研究得出的大豆干物質量隨生育時期的推進呈現先增后降的規律有所不同。但與清水對照比較，不同接種方式處理根瘤菌均能有效改善大豆結瘤效果和各器官干物質分配，提高豆莢干物質分配所占比例。

接種方式是根瘤菌接種過程中的重要環節，在一定程度上影響著接種效果[26]。不同接種方式對大豆產量影響不同，李濤等[27]在黃淮海地區研究表明，拌種方式更適宜大豆產量的提高，鄭浩宇等[28]通過減施氮肥與接種根瘤菌，研究根瘤菌對大豆產量的影響，發現根瘤菌拌種較土壤施用更能提高大豆產量，但 Lanier 等[29]研究認為，土壤施用更能提高作物產量。本研究表明，根瘤菌拌種大豆產量較高，較做種肥方式增產8.81%。李濤等[27]研究認為，不同根瘤菌用不同接種方式接種同一大豆品種其增產效果不同。本研究中，做種肥方式處理SN7-2和隨水滴施方式處理T6接種效果較好，產量較清水對照增產27.54%、30.46%，SN7-2拌種方式處理產量最高，高達5 946.0 kg·hm-2。

4 結論

根瘤菌不同接種方式對大豆結瘤效果、干物質與產量影響顯著，接種根瘤菌能顯著促進大豆根系結瘤，增加根瘤干重和大豆地上部干物質積累，但在不同接種方式下，不同根瘤菌增幅存在一定差異。SMH12拌種、隨水滴施SN7-2能夠有效促進大豆根系結瘤，顯著增加根瘤干重和地上部干物質積累；SMH12、SN7-2做種肥能促進大豆根系結瘤，增加根瘤干重和地上部干物質積累量，SMH12促進效果主要表現在生育前期，鼓粒期以后大豆根瘤數、干物質積累促進效果SN7-2較顯著。接種根瘤菌通過增加主莖節數、單株莢數、單株粒數和百粒重來提高大豆產量，其中，增產效果最好的組合為SN7-2拌種處理、SN7-2做種肥處理、T6隨水滴施處理。