不同施肥处理下大豆品种辽豆15根系性状的比较

孙旭刚，王文斌

（辽宁省农业科学院作物研究所，辽宁沈阳110161）

近年来，为了追求作物产量的提高，化肥使用量逐年增加，但因长期使用化肥导致的土壤肥力降低、土壤板结和环境污染等诸多短板逐渐放大[1-3]。为满足农业可持续发展的新形势，采用生物菌肥替代化肥日益受到关注[4-5]。生物菌肥是由有益微生物经过人工处理加工而成的生物肥料，内含多种活体微生物，在农业生产中能增加土壤有效态氮、有效态磷或有效态钾等养分含量，促进作物生长与发育[6-7]。研究表明，施用生物菌肥能减少化肥用量，提高玉米的氮磷肥料利用率和籽粒产量[8-9]。施用复合微生物菌肥M-14，能使小麦增产14.3%，同时减少胞囊线虫侵染率[10]。花生在施用生物菌肥后，产量相比对照提高了9.93%～11.56%[11]。关于生物菌肥影响大豆生长发育的研究较少，且以往研究重点在生物菌肥对大豆地上部产量的影响[12]，而忽视了其对根系性状的影响。该研究以辽宁省大豆主栽品种辽豆15作为试材，探讨新型生物肥料碳能复合益生菌对其根系形态、根瘤数量、根瘤干重以及根冠比的影响，从而为生物肥料在大豆生产中的应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试品种

选择辽宁地区主栽大豆品种辽豆15作为试材。

1.2 试验设计

试验于2018年在辽宁省农业科学院西试验地进行，土壤种类为棕壤土，耕层30 cm，肥力中低等，前茬为高粱。土壤的化学特性为：有机质含量为22.4 g/kg，总氮量为1.31 g/kg，总磷量为1.5 g/kg，总钾量为24.2 g/kg，速效氮含量为105 mg/kg，速效磷含量为79 mg/kg，速效钾含量为148 mg/kg，pH 6.0。

田间设置3个施肥处理：不施肥（CK）、复合肥处理（T1）和复合益生菌处理（T2）。其中，T1处理按当地施肥量施肥（N∶P∶K=15∶15∶15复合肥）300 kg/hm2；T2处理为在不施肥基础上施用碳能复合益生菌。碳能复合益生菌（乾元坤生）是微生物菌剂，有效活菌数达5×108/mL以上，由辽宁后金集团生产和提供。施用方法详见产品说明书。田间试验采用随机区组设计，3次重复，行长10 m，10行区，行距60 cm，等距穴播，每穴保苗2株，穴距20 cm。田间管理参照当地正常大豆田间管理（病虫害防治、灌溉等）执行。

1.3 测定项目

分别于分枝期、开花期和鼓粒期，每个小区选取具有代表性的连续5株进行根系性状测定。参照董钻[15]报道的取根方法。按0.44 m×1.2 m×0.5 m（长×宽×高）挖根，然后清水浸泡冲洗根部，洗根部时下面放置100目的筛子收集脱落根系。利用根系扫描系统WinRHIZO Pro 2012b（Regent Instruments，Inc.，Quebec，Canada）测定根长、根系直径、根系表面积、根系体积和根毛数。最后，将根系和地上部植株置于烘箱中进行105℃杀青30 min，85℃烘至恒重。根冠比=根系干重/地上部干重。

1.4 数据分析

数据分析采用Excel 2010和SPSS 17.0软件进行。多重比较采用最小显著差异法（LSD），P＜0.05为显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理下辽豆15根系形态的比较

从表1可以看出，在分枝期，不同处理下大豆的根长、根系表面积、根系体积、根毛数量存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使大豆的根系体积提高了14%，使根长、根系表面积和根毛数量分别降低了18%、3%和13%；复合益生菌处理T2使大豆的根长、根系表面积、根系体积和根毛数量分别提高了59%、87%、118%和81%。

在开花期，不同处理下大豆的根长、根系表面积、根系直径、根系体积、根毛数量存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使大豆的根系表面积、根系直径、根系体积和根毛数量分别提高了26%、28%、59%和56%，使根长降低了1%；复合益生菌处理T2使大豆的根长、根系表面积和根毛数量分别提高了118%、34%和93%，使根系直径和根系体积分别降低了39%和18%。

在鼓粒期，不同处理下大豆的根长、根系表面积、根系体积、根毛数量存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使根长、根系表面积、根系体积和根毛数量分别降低了45%、37%、30%和47%；复合益生菌处理T2使根长、根系表面积、根系体积和根毛数量分别降低了38%、29%、20%和16%。

2.2 不同施肥处理下辽豆15根瘤数量和根瘤干重的比较

从图1可以看出，在分枝期，不同处理下大豆的根瘤数量存在显著差异（P＜0.05），而根瘤干重差异不显著（P＞0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使根瘤数量降低20%；复合益生菌处理T2使根瘤数量提高了30%。

在开花期，不同处理下大豆的根瘤数量和根瘤干重均存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使根瘤数量和根瘤干重分别降低了8%和11%；复合益生菌处理T2使根瘤数量和根瘤干重分别提高了11%和34%。

在鼓粒期，不同处理下大豆的根瘤数量和根瘤干重均存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使根瘤数量和根瘤干重分别降低了2%和6%；复合益生菌处理T2使根瘤数量和根瘤干重分别提高了129%和196%。

2.3 不同施肥处理下辽豆15根冠比的比较

从表2可以看出，在分枝期，不同处理下大豆的地上部干重和根系干重无显著差异（P＞0.05），但根冠比差异达显著水平（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使根冠比降低了13%；复合益生菌处理T2使根冠比降低了3%。

在开花期，不同处理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均无显著差异（P＞0.05）。

在鼓粒期，不同处理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均存在显著差异（P＜0.05）。与不施肥处理CK相比，复合肥处理T1使地上部干重提高了10%，使根系干重和根冠比分别降低了36%和42%；复合益生菌处理T2使地上部干重提高了4%，使根系干重和根冠比分别降低了33%和35%。

表1 不同施肥处理下辽豆15的根系形态

图1 不同施肥处理下辽豆15根瘤数量和根瘤干重

表2 不同施肥处理下辽豆15的根冠比

3 结论与讨论

前人研究表明，大豆根系性状与产量间呈正相关[16]。张含彬等[17]研究表明，根系性状在不同施肥量下表现出较大差异，造成根系对地上部供养能力的不同，最终影响大豆籽粒产量。适量施氮肥可以增加大豆根长、根系表面积、根系体积和大豆根冠比，但氮肥施用量过大则对其有抑制作用[18]。吴俊江等[19]研究表明，具有较长的根长、较大的根系总表面积和较多的根毛数量将有利于提高大豆根系对土壤中磷素的吸收。大豆的生长发育过程，其显著特征是根系与根瘤菌形成根瘤固氮体。根瘤的共生固氮作用是大豆生长所需氮素的重要来源，对籽粒产量和化学品质的提升具有重要作用[20]。该研究表明，施用复合肥降低了辽豆15分枝期、开花期和鼓粒期的根瘤数量和根瘤干重。这与Streeter[21]的观点一致，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，该研究发现，施用碳能复合益生菌使辽豆15分枝期、开花期和鼓粒期的根瘤数量和根瘤干重得到了提高。由此说明，施用碳能复合益生菌能够有效提高大豆根瘤的代谢活性和固氮效率。

研究发现，施用复合肥和碳能复合益生菌均降低辽豆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，碳能复合益生菌处理下根系干重、地上部干重和根冠比的变化幅度要低于复合肥处理。原因是在大豆生育后期，同化物更多地积累于地上部器官中，从而促进了籽粒中物质累积与转化。采用T1处理的复合肥施用量300 kg/hm2为目前大豆生产中常规施用量，折合生产成本平均为750元/hm2，而依据碳能复合益生菌的说明书确定的施用方法和施用量，折合生产成本也为750元/hm2。由此说明，在生产成本比较中，复合肥处理和碳能复合益生菌无明显差异。考虑到碳能复合益生菌处理在增加大豆产量带来经济效益的同时，具有显著的生态效益。因此，未来应对不同施用量和施用模式的优化进行深入系统研究，从而为大豆优质、高产、绿色栽培技术提供理论指导。