减氮、加菌、改善土壤物理性状提高大豆固氮能力*

韩晓增，邹文秀，尤梦阳

（1.中国科学院东北地理与农业生态研究所，哈尔滨 150081；2.国家大豆产业技术体系海伦综合实验站，黑龙江 海伦 152300）

大豆一生所需要的氮素来源于三个方面，一是土壤中的氮素，二是肥料氮，三是大豆共生固氮系统所固定的大气氮素。由于大气中氮素十分丰富，大豆固氮过程不损害环境，耗能较少，所以人们希望大豆一生所需要的氮素能全部来源于大气中的氮素。但是我国的生产现实是大豆共生固氮和土壤氮素不能满足大豆生长发育的需求，生产上常常使用氮肥，导致氮肥用量在不断的上升，目前最高的氮肥用量已达到了130～150kg/hm2[1,2]，新疆在1992年实现了4656kg/hm2的超高产，其施氮量为139kg/hm2[3]。美国、巴西和阿根廷等大豆主产国，多数地区大豆生产不施用氮肥，少数地区使用少量氮肥，每公顷控制在30kg以下。我国近30年来一直使用氮肥，导致大豆主栽品种已弱化了固氮功能，形成了对氮肥的依赖性，加之根－土生态系统恶化，使高效大豆根瘤菌种类变少，大豆固氮能力降低。在这种状态下，我们不可能仿效其他国家在大豆生产上不使用氮肥，但是减少氮肥使用量、增加土壤中高效根瘤菌数量、改善土壤理化特性，使之更适合高效根瘤菌的生存和更有利于提高大豆固氮功能。为此我们建议生产上采用减氮、加菌、改善土壤基本物理性质，快速提高大豆共生固氮能力。

1 大豆共生固氮系统固氮潜力

大豆固氮潜力的确定，受大豆品种类型和根瘤菌株的生物学性状以及土壤环境条件和栽培措施的影响，实际固氮潜力变化很大，同时目前的科学技术还不能精准测量大豆共生固氮量，不同的方法测定数值不同，所以大豆固氮量变化较大。针对中国东北地区的一些研究表明：采用15N同位素的方法，在每公顷2250kg产量水平下，吉林省白浆土大豆共生固氮量131.3kg/hm2，黑土区为145.5kg/hm2；采用灭菌法测定，在所选用的14个有代表性的品种中，固氮潜力在63～403kg/hm2[4]之间。根据国内外已发表的文献，综合估算中国东北大豆产区，大豆共生固氮潜力为150～200kg/hm2。如果按每公顷2250kg产量计算，所需氮量约为160kg/hm2，外加大气干湿沉降的氮素和土壤氮素，不需要使用氮肥也可以维持大豆目前生产的大豆产量。

2 减氮对提高大豆共生固氮能力的影响机制

理论上大豆固氮能力对氮肥的响应是线性的，即随着氮肥用量的提高而降低（见图1）。但是由于我国大豆品种在长期选育过程中，就开始大量使用氮肥，加上大豆产区常年连作，生产上使用大量的杀菌剂和杀虫剂，高效固氮根瘤菌在不断的退化，大豆本身联合固氮的生物学性状也在不断的退化，这就使得我国东北大豆固氮能力与氮肥用量成抛物线形，即少量使用氮肥有利于大豆共生固氮，进一步提高大豆氮肥使用量，其共生固氮能力下降（见图2）。

3 大豆根瘤菌对氮肥的敏感性

当大豆的根系在土壤中生长时，会刺激根瘤菌在根系附近大量繁殖，可以影响土壤中2～3cm的距离。这样根瘤菌就会不断地繁殖并聚集到大豆根毛的顶端。聚集在根毛顶端的根瘤菌分泌一种纤维素酶，将根毛顶端的细胞壁溶解掉。随后，根瘤菌从根毛顶端侵入到根的内部，并形成感染丝。根瘤菌就这样不断地进入根内，并且大量繁殖。在根瘤菌侵入的刺激下，根细胞分泌一种纤维素，将感染丝包围起来，形成一条分支或不分支的纤维素鞘，这样的结构叫做侵入线。侵入线不断地向内延伸，一直到达根的内皮层。根的内皮层处的薄壁细胞受到根瘤菌分泌物的刺激，不断进行细胞分裂，从而使该处的组织膨大，最终形成根瘤。从大豆根瘤形成过程可以看出，根瘤菌的多少决定了大豆根瘤形成的多少。土壤中的根瘤菌对氮的响应程度非常重要，模拟实验表明，过多的氮肥影响根瘤菌的繁殖生长，当培养基中尿素氮浓度为零的时候，根瘤菌数量是培养基中尿素氮浓度为4mol/L的4倍。图3表明了过量使用氮肥会造成根瘤菌大量死亡或被抑制。

图1 大豆共生固氮能力对施氮量的响应注：本图是根据理论估算画出的示意图

图2 大豆共生固氮能力对氮肥用量的响应注：本图依据参考文献[2]和海伦站试验资料画出

图3 不同氮浓度对根瘤菌数量的影响

4 土壤透气性对大豆固氮能力的影响

试验证明了土壤的固、气、液的三项比例对大豆固氮能力影响较大。在土壤条件一致和合理施肥情况下，通过耕翻创造了土壤容重为1.01g/cm3；另一种处理是连续五年免耕翻创造了一个紧实土体，容重为1.19g/cm3。耕翻处理花期大豆有效根瘤354个，而未耕翻的土壤大豆有效根瘤仅有251个，相当于耕翻土壤的71%。

5 减氮、加菌、改善土壤物理性状对大豆产量的影响

将大豆的施氮量由目前的75kg/hm2，减少到50kg/hm2，即减少了1/3，秋季深翻20cm，第二年春天大豆播种时增加根瘤菌剂处理，作为“减氮、加菌、改善土壤物理性状”模式，与农民不翻耕、不加根瘤菌和使用氮肥75kg/hm2相比，增产15.3%，节约氮肥33.3%。但是该模式还有待于进一步完善。生产上主要存在的问题，一是目前商品根瘤菌剂浓度低和活菌数少；二是根瘤菌拌种和大豆种衣剂拌种相矛盾，如果采用种衣剂和根瘤菌剂同时拌种，根瘤菌接种效果很差。

［1］宋英博.不同施氮量对大豆蛋白质和脂肪含量的影响[J].黑龙江农业科学,2010（7）:52-53.

［2］姚玉波,马春梅,张磊,等.施氮水平对大豆吸收利用氮素及产量的影响[J].东北农业大学学报,2009,40(4):6-10.

［3］魏建军,罗赓彤,张力.新疆实现大豆超高产的品种与综合栽培技术[J].新疆农垦科技,2008（4）:21-22.

［4］韩晓增,严君,李晓慧.大豆共生固氮能力对土壤无机氮浓度的响应与调控[J].大豆科技,2010（1）:6-8.