根瘤菌接种方式对复播大豆干物质积累与产量的影响

徐 玥，胥雅馨，黄兴军，吴 树，陈国栋，吴全忠，翟云龙

(塔里木大学 植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

大豆是我国重要的经济作物，同时也是重要的共生固氮作物，每年固定的大气氮约占豆科作物固定氮总量的77%[1]。豆科作物氮素主要来源于土壤、肥料和根瘤固氮，其中与大豆共生的根瘤菌可为豆科作物提供50%～90%的氮素营养[2]。为了使大豆在生长过程中获得更多氮素营养，减少化学氮肥施用，研究发现，通过接种优良根瘤菌能使其充分发挥固氮作用，在提高大豆产量与品质的同时实现节本增效[3-4]。据2013年调查统计，我国大豆接种根瘤菌面积不到27万hm2，占其种植面积(约0.08亿hm2)的3.3%，这与国际上普遍接种应用根瘤菌的比例相差甚远[5]。造成这种现象的原因是多方面的，接种方式不同也是众多原因之一。

近十几年来，大豆品种更新快，菌株与新品种匹配能力差，直接导致接种根瘤菌效果不明显[6-7]。接种菌株与宿主形成根瘤是两者相互作用的一系列复杂过程，由根瘤菌与宿主植物的遗传因素及生态因素两方面决定。接种方式会影响根瘤菌在土壤中的定殖、侵染和结瘤效率，选择合适的接种方式是根瘤菌应用过程中的关键环节之一[8]。大量研究表明，通过不同接种方式接种不同菌剂，大豆地上植株干重、氮含量和产量等也不尽相同[9-11]。多个大豆主产国早已开展了接种方式对产量与固氮效果影响的研究，其试验结果表明，在不同的地区和生产模式下选择不同的接种方式才能获得稳定的效果[12]。如何在大豆品种与根瘤菌匹配的条件下，进一步提高大豆品质和产量，是今后研究的一个重要方向。

新疆空气干燥、土壤持水量低对根瘤菌的沾附和存活影响较大，将根瘤菌制成粉剂与大豆进行拌种会因气候导致菌剂过早干燥脱落，影响根瘤菌成活率，根瘤菌保存形式和接种方式显得尤为关键[13]。液体菌剂在使用过程中能够很好地适应新疆干燥的气候条件，不仅能够使菌剂有较高的侵染率和存活率，提升出苗率，还能对播种土壤微环境起到改善的作用。本研究选取阿拉尔垦区盐碱土中分离得到的3株根瘤菌，采用田间试验的方式，以液体形式运用不同接种方式对大豆进行接种试验，旨在为新疆南疆复播大豆生产中根瘤菌剂的应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年6—10月在塔里木盆地北缘的新疆阿拉尔市塔里木大学农学试验站进行，前茬作物为冬小麦。该试验地区≥10 ℃年有效积温为4 113 ℃，无霜期220 d，4—10月平均日照长9.5 h，光照时间较内地相比较长。年平均降水量50 mm左右，降水稀少，属暖温带大陆干旱荒漠气候。土壤质地为壤土，土壤有机质含量7.89 g·kg-1、速效磷19.1 mg·kg-1、速效钾114 mg·kg-1、碱解氮33.6 mg·kg-1、pH值7.9。

1.2 试验材料

供试大豆品种为绥农35号，生育期118 d。供试根瘤菌由华中农业大学农业微生物学国家重点实验室提供[14-15]，分离自阿拉尔垦区盐碱地土著根瘤菌SMH12、T6和SN7-2。

1.3 试验设计

本试验采用裂区设计，各3次重复，小区面积4.5 m×2.0 m，总面积9.0 m2。主区为接种方式：拌种、做种肥、随水滴施；副区为接种根瘤菌：不接种(CK)、接种SMH12、T6和SN7-2，各3次重复。根瘤菌液浓度为2.0×108mL-1，每小区用量2 mL。拌种：将根瘤菌液加水与种子充分混和搅拌，对照为等量清水拌种，拌种后平摊于阴凉通风处至干燥，当天播种完毕。做种肥：根瘤菌液由草炭吸附，制成固体颗粒(种肥)，人工点种前作种肥施于种子下方，当天施肥当天播种，对照为施入等量草炭。随水滴施：于大豆一节期(V1)，将根瘤菌液加水搅拌均匀，随水滴施入大豆根系处，对照为滴等量清水。大豆种植采用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日人工点播，10月8日收获。播种前施有机肥3 750 kg·hm-2，盛花期追施复合肥(N∶P∶K=26∶6∶8)和尿素分别为120 kg·hm-2、30 kg·hm-2，其他田间管理措施与一般大田相同。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 大豆结瘤

分别于大豆四节期(V4)、盛花期(R2)、盛荚期(R4)、鼓粒期(R6)调查大豆的结瘤情况。每个处理选取长势一致且具有代表性的大豆植株6株，采用挖掘法将大豆根部完整的取出，从大豆子叶节处剪断，把根部放入尼龙网袋中浸泡30 min，再用清水缓慢冲洗，洗净后把水控干，吸去水分，将每株根部所有根瘤取下，记录根瘤数，并将其单株所有根瘤在电子天平上称量，记录根瘤鲜重，将称完鲜重的根瘤在105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测根瘤干重。

1.4.2 大豆干物质与分配

在大豆四节期(V4)、盛花期(R2)、盛荚期(R4)、鼓粒期(R6)和成熟期(R8)，各处理选取长势一致且具有代表性的大豆6株，将植株分器官装袋，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定并计算其干物质积累与分配。干物质分配(%)：某一器官某时期干物质质量/同时期地上部总干物质质量×100。

1.4.3 大豆产量及其构成因素

在成熟期选取1 m2实收计产，每个处理选取长势一致且具有代表性的植株10株进行室内考种，测定大豆的株高、茎粗、主茎总节数、主茎结荚数、单株粒数等，大豆籽粒在65 ℃烘箱烘干至恒重，测定单株粒重、百粒重。

1.5 数据分析

Excel2010和DPS7.0.5软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 根瘤菌接种方式对复播大豆生育期结瘤的影响

2.1.1 根瘤数

接种方式对复播大豆结瘤数影响显著(图1)。就接种方式而言，拌种处理结瘤数显著高于做种肥和随水滴施处理；大豆接种不同根瘤菌后均能结瘤，说明3种根瘤菌均具有较好的适应性。从整体看，同一接种方式接种不同根瘤菌，同一根瘤菌采用不同接种方式，根瘤数均存在较大差异，说明大豆根瘤的形成是由接种方式与根瘤菌共同决定的。

不同接种方式条件下，大豆根瘤数均随生育期的推进逐渐增加，在鼓粒期达到峰值。从单株结瘤数分析，拌种方式在四节期至盛花期接种SN7-2大豆根瘤数最多，在盛花期至鼓粒期T6处理和SN7-2处理根瘤数均显著增加，且与清水拌种相比差异均达到显著水平，接种SMH12也能使根瘤数增加，相对于接种T6处理和SN7-2处理所结根瘤数较少。做种肥接种方式在四节期至盛花期以T6处理增幅最大；在盛荚期至鼓粒期SMH12处理和SN7-2处理大豆根瘤数增加显著，同时极著高于T6。随水滴施方式条件下，大豆在四节期至盛花期接种SMH12处理和SN7-2处理根瘤菌增幅较大，在鼓粒期SN7-2处理高于SMH12处理；T6处理在盛花期至盛荚期根瘤数明显增加，在鼓粒期达到最大值；3种根瘤菌处理大豆，根瘤数均显著高于清水对照。

与清水对照相比，根瘤菌不同接种方式均能促进大豆根系结瘤，且根瘤数最多的组合为T6拌种处理和SN7-2拌种处理、SMH12种肥处理和SN7-2种肥处理、SN7-2随水滴施处理。其中，根瘤菌SN7-2对3种接种方式均有较好的适应性。

2.1.2 根瘤干重

根瘤干重变化趋势与根瘤数变化趋势基本一致，随着生育时期的推进，根瘤干重逐渐增加，在鼓粒期达到最大值，不同接种方式与不同根瘤菌处理间根瘤菌干重差异显著(表1)。根瘤菌拌种，SN7-2处理根瘤干重最大，极显著高于其他处理，鼓粒期达1.610 g·株-1；在四节期至盛花期，SMH12处理根瘤干重略低于清水对照。做种肥方式接种根瘤菌，SMH12处理和SN7-2处理在盛荚期至鼓粒期根瘤干重最大，较清水对照分别增加50.75%、54.95%，T6处理在各生育时期，根瘤干重均低于清水对照，可能是接种T6所结根瘤较小，导致根瘤干重偏低。与其他接种方式相比，随水滴施方式接种根瘤菌大豆根瘤干重前期较高，在四节期、盛荚期和鼓粒期均以接种T6处理单株根瘤干重最高，虽然鼓粒期单株根瘤干重最高达到0.753 g·株-1，在鼓粒期根瘤干重较其他两种接种方式增幅较小，可能是液体菌剂保菌能力较差，在大豆生育期前期产生较为明显的影响[16]，导致生育期后期根瘤干重增幅较小。

表1 不同生育时期每株大豆根瘤干重

从接种方式看，拌种方式对大豆根瘤干重的增加优于随水滴施和做种肥方式，在盛花期至盛荚期以随水滴施的方式根瘤增重效果最好，做种肥方式增加根瘤干重稍差。从根瘤菌分析，3种根瘤菌均能促进大豆单株根瘤干重增加，增重效果表现为SN7-2处理>T6处理>SMH12处理>CK处理。不同根瘤菌适宜通过不同方式对大豆进行接种，根瘤菌间根瘤竞争压力存在差异。

2.2 根瘤菌接种方式对南疆复播大豆干物质积累的影响

2.2.1 不同生育时期大豆干物质积累

对根瘤菌不同接种方式与大豆不同生育时期干物质积累情况进行分析(图2)。不同接种方式对大豆接种不同根瘤菌其干物质积累量存在显著差异，说明不同根瘤菌与不同接种方式的适应性存在差异。从整体看，各接种方式处理供试大豆干物质积累量变化趋势基本一致，在四节期至盛花期干物质积累增加缓慢，在盛花期至成熟期干物质积累量迅速，在成熟期达到峰值。

拌种方式处理大豆干物质积累量最高，接种3种根瘤菌均能不同程度的提高干物质积累量，在大豆生育初期(四节期)3种根瘤菌处理大豆干物质积累量差异不显著，在盛花期SN7-2处理干物质积累量较高，比清水拌种增加21.39%，在中后阶段(鼓粒期—成熟期)，干物质积累量迅速增加，成熟期达到最大值，较清水拌种增加26.97%，SMH12处理和T6处理间差异不显著，但均高于清水拌种，比清水拌种分别增加9.47%、9.22%；SN7-2处理大豆整个生育期干物质积累量均保持在较高水平，为产量的增加提供了干物质基础。做种肥方式处理，大豆干物质积累量在生育前期(四节期—盛花期)增加缓慢，各处理间差异不明显，进入中期(盛花期—盛荚期)后迅速增长，在中后期(鼓粒期—成熟期)表现出平稳增加，3种根瘤菌处理大豆干物质积累量差异逐渐加大，且SN7-2处理>T6处理>SMH12处理>CK，3种根瘤菌处理与清水拌种差异达显著水平。随水滴施方式接种根瘤菌，3种根瘤菌处理大豆干物质积累量在整个生育时期均表现出显著差异，在四节期各处理干物质积累均低于清水对照，到盛花期各处理干物质积累量均有明显增加且高于清水对照，在盛荚期T6处理大豆干物质积累量低于清水对照，在成熟期却显著高于其他处理，可能是由于T6处理灌浆速率高于其他处理，导致在成熟期干物质积累量反超其他处理，比滴清水增加了37.22%，SMH12处理和SN7-2处理干物质积累量虽然不及T6处理，但分别高于滴清水14.13%、26.04%。

与清水对照相比，3种根瘤菌均能不同程度的增加大豆干物质积累量，T6在拌种和做种肥处理下能够增加干物质积累量，但增幅较低，随水滴施处理大豆的干物质积累量显著高于其他处理，在鼓粒期至成熟期尤为明显。在对根瘤菌SMH12、SN7-2分别进行拌种和做种肥方式处理，均能显著增加干物质积累量，2种接种方式下，接种SN7-2略优于SMH12，表明SN7-2适宜于拌种和做种肥方式接种，T6适宜于随水滴施的方式接种。

2.2.2 根瘤菌接种方式对复播大豆地上部器官干物质分配的影响

对不同接种方式处理复播大豆地上部各器官干物质分配进行分析(表2)表明，随着生育时期的推进，茎的干物质分配呈先增高后降低的趋势，而豆荚干物质分配则呈现持续增加的趋势，在成熟期达到峰值。从四节期至盛荚期，大豆的干物质主要集中在营养器官茎和叶片中，且叶片占比最多，鼓粒期开始，大豆植株茎和叶片的干物质分配比例大幅下降，豆荚干物质分配占比大幅度上升，到成熟期豆荚部位的干物质分配占植株总量的80%以上。

表2 不同时期大豆地上部干物质分配

拌种方式接种根瘤菌，大豆茎的干物质分配在生育期前期根瘤菌处理间差异不大，从鼓粒期开始茎干物质分配比例明显降低，在成熟期分配比例不到12%。在四节期至盛花期，各处理对大豆叶片的干物质分配比例影响不大，从盛荚期开始，随着豆荚干物质的增加，叶片干物质分配急剧下降，在鼓粒期叶片干物质分配比例最低，在20.94%～29.57%。成熟期豆荚干物质比例分配最高，各处理均高于88.71%。做种肥方式接种根瘤菌，大豆茎干物质分配比例呈先增高后降低的趋势，且均在盛花期分配比例达到最高，叶干物质分配随着生育进程的推进逐渐降低，成熟期豆荚干物质分配比例在89.77%～91.83%。随水滴施方式接种根瘤菌，四节期至盛荚期大豆茎和叶片干物质分配比例根瘤菌处理间差异不明显，进入盛荚期，随着豆荚干物质的增加，茎叶干物质比例逐渐降低，成熟期的根瘤菌SMH12、T6、SN7-2分别处理豆荚干物质分配比例分别为90.28%、90.42%、88.68%。

与清水对照比较，接种根瘤菌处理均能不同程度的促进干物质向生殖器官的分配比例，促进程度为SN7-2处理>T6处理>SMH12处理>CK处理，根瘤菌与接种方式较好的组合为SN7-2拌种处理、SN7-2做种肥处理、T6随水滴施处理。

2.3 根瘤菌接种方式对复播大豆产量与产量构成因素的影响

根瘤菌不同接种方式下复播大豆产量与产量构成因素结果见表3。由结果可知，同一接种方式接种不同根瘤菌，同一根瘤菌不同接种方式处理，其产量及其构成因素均存在一定差异。

表3 不同处理大豆的产量及其构成因素

根瘤菌以拌种方式处理后，大豆主茎节数与清水拌种差异不显著，SN7-2拌种能够显著增加单株荚数、单株粒数，根瘤菌拌种能增加大豆百粒重，SMH12拌种增加最明显，SN7-2拌种大豆产量最高，达到5 946.0 kg·hm-2，极显著高于其他处理，SMH12拌种和T6拌种也能起到增产效果，且大小为SN7-2处理>T6处理>SMH12处理>CK处理。通过做种肥的方式接种根瘤菌，各处理主茎节数无显著差异，SN7-2做种肥大豆单株荚数和单株粒数极显著高于其他处理，SMH12做种肥能够极显著增加百粒重，SMH12和SN7-2做种肥处理大豆产量差异不明显，均极显著高于清水对照，分别增产27.34%、27.54%，表明SMH12做种肥通过增加百粒重提高产量，SN7-2做种肥通过增加单株荚数和单株粒数增加产量，T6做种肥大豆单株荚数、单株粒数略高于清水对照，但差异不显著，百粒重与产量显著低于清水对照。SMH12和SN7-2分别随水滴施，大豆主茎节数、单株荚数和单株粒数差异不显著，单株粒数显著高于滴清水，T6随水滴施，大豆主茎节数、单株荚数与单株粒数均最高，极显著高于其他处理，根瘤菌随水滴施能有效增加籽粒百粒重，但SMH12随水滴施百粒重增加不显著，接种根瘤菌能极显著增加籽粒产量，产量增幅在13.60%～30.46%。

从大豆产量及其构成因素分析，根瘤菌SMH12做种肥和随水滴施方式有较好的接种效果，其中以做种肥方式效果最好；T6以拌种和随水滴施方式接种效果较好，以随水滴施方式效果最好，以做种肥方式接种效果最差； SN7-2以拌种和做种肥方式接种效果较好，其中，以拌种方式效果最好。

3 讨论

根瘤菌剂在田间能否有效的发挥固氮效果，不仅与根瘤菌自身固氮能力有关，还与大豆品种间的匹配性以与不同接种方式的接种效果有关[17-19]。诸多研究表明，受接种方式的影响，不同根瘤菌菌株选用同一方式接种到大豆根系，其固氮性能、结瘤能力以及占瘤率差异较大；同一根瘤菌菌株选用不同方式接种到大豆根系，其根瘤数量、生物量增量和产量也存在较大差异[16，20-21]。

接种根瘤菌能有效增加大豆单株结瘤数量，提高大豆根瘤干重[22]。本研究中，随着生育进程推进，3种接种方式处理根瘤菌，大豆结瘤量均在鼓粒期达到最高值，且结瘤数、根瘤干重均高于对照，但T6做种肥的接种方式根瘤干重略低于清水对照，表明做种肥方式不适于根瘤菌T6结瘤，接种方式整体效果表现为拌种>随水滴施>做种肥。根瘤菌SMH12、SN7-2均能增加单株结瘤数和根瘤干重，SN7-2处理结瘤效果较好，其次是T6，SMH12稍差。

大豆植株干物质积累量及其向各器官的分配比例直接影响大豆的经济产量[23]。马家斌等[24]研究表明，接种根瘤菌可增加大豆地上部生物量。本研究中大豆干物质积累量随生育进程推进持续增长，成熟期达到最大值；茎和叶片干物质随生育进程呈先增高后降低的趋势；在生育前期叶片干物质分配比例高于茎，盛荚期后，荚干物质分配比例迅速上升，这与庞婷等[25]研究得出的大豆干物质量随生育时期的推进呈现先增后降的规律有所不同。但与清水对照比较，不同接种方式处理根瘤菌均能有效改善大豆结瘤效果和各器官干物质分配，提高豆荚干物质分配所占比例。

接种方式是根瘤菌接种过程中的重要环节，在一定程度上影响着接种效果[26]。不同接种方式对大豆产量影响不同，李涛等[27]在黄淮海地区研究表明，拌种方式更适宜大豆产量的提高，郑浩宇等[28]通过减施氮肥与接种根瘤菌，研究根瘤菌对大豆产量的影响，发现根瘤菌拌种较土壤施用更能提高大豆产量，但 Lanier 等[29]研究认为，土壤施用更能提高作物产量。本研究表明，根瘤菌拌种大豆产量较高，较做种肥方式增产8.81%。李涛等[27]研究认为，不同根瘤菌用不同接种方式接种同一大豆品种其增产效果不同。本研究中，做种肥方式处理SN7-2和随水滴施方式处理T6接种效果较好，产量较清水对照增产27.54%、30.46%，SN7-2拌种方式处理产量最高，高达5 946.0 kg·hm-2。

4 结论

根瘤菌不同接种方式对大豆结瘤效果、干物质与产量影响显著，接种根瘤菌能显著促进大豆根系结瘤，增加根瘤干重和大豆地上部干物质积累，但在不同接种方式下，不同根瘤菌增幅存在一定差异。SMH12拌种、随水滴施SN7-2能够有效促进大豆根系结瘤，显著增加根瘤干重和地上部干物质积累；SMH12、SN7-2做种肥能促进大豆根系结瘤，增加根瘤干重和地上部干物质积累量，SMH12促进效果主要表现在生育前期，鼓粒期以后大豆根瘤数、干物质积累促进效果SN7-2较显著。接种根瘤菌通过增加主茎节数、单株荚数、单株粒数和百粒重来提高大豆产量，其中，增产效果最好的组合为SN7-2拌种处理、SN7-2做种肥处理、T6随水滴施处理。