根瘤菌接种对减施氮肥条件下鹰嘴豆干物质积累及产量的影响

黄贵斌，关耀兵，牛永岐，周丽蕾，赵永峰

(宁夏农林科学院固原分院，宁夏固原 756000)

0 引 言

【研究意义】鹰嘴豆(CicerarietinumL)营养丰富[1-2]。鹰嘴豆多种植在气候干燥、土壤贫瘠的地区，其具有根系发达、根瘤多而大，固氮能力较强的特点[3]。根瘤固氮是自然界中最为高效的固氮体系，豆科植物接种根瘤菌可以显著提高产量与品质、减少氮肥用量的同时提高氮肥利用效率[4-5]，而根瘤菌的结瘤固氮能力受氮肥用量影响明显，研究减施氮肥条件下接种根瘤菌对鹰嘴豆生产的影响，对鹰嘴豆高效种植有重要意义。【前人研究进展】氮肥合理施用，能够增产增效[6]，过多施用氮肥会降低鹰嘴豆产量[7]。氮素对植物籽粒建成有重要作用[8-9]，同时根瘤菌的结瘤固氮能力也明显受氮肥用量的影响，已对苜蓿[10]、大豆[11]、豌豆[12]等豆科作物在接种根瘤菌下的适宜施氮量进行了研究，1/2氮+接种根瘤菌处理提高了大豆产量[13]。鹰嘴豆接种根瘤菌后，有效氮吸收和产量都明显提高[14-15]。【本研究切入点】国内外在大豆等其他作物上对接种根瘤菌下的适宜施氮量的研究较多，在鹰嘴豆上鲜有报道。需通过根瘤菌拌种的方式降低鹰嘴豆生产过程中的氮肥施用量，找到合适的施氮水平及对应菌种。【拟解决的关键问题】以木鹰1号为材料，设7个处理，测定各处理相关指标，研究接种根瘤菌对鹰嘴豆产量及其构成因素的影响，选择适合鹰嘴豆及当地气候的菌种，为鹰嘴豆实现绿色高效生产和根瘤菌接种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2019年在宁夏农林科学院头营基地(N 36°16′，E 106°44′)进行，该地区海拔1 550 m，年均降雨量420 mm，≥10℃积温2 691.9℃，年日照时数2 200～3 000 h，生育期日照1 030～1 120 h。试验地3年平均有机质12.35 g/kg，碱解氮66.0 mg/kg，有效磷17.92 mg/kg，速效钾203.67 mg/kg，pH值8.5。以木鹰1号为供试材料，根瘤菌剂A和B均由郑州轻工业大学提供。供试肥料：氮肥为尿素(含氮量46%)，磷肥为过磷酸钙(P205含量16%)，钾肥为硫酸钾(K2O含量52%)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

设7个处理，以当地施肥的水平为对照(CK1)，施肥量为纯氮肥103.50 kg/hm2，纯P2O5105 kg/hm2，纯K2O 75 kg/hm2，其他各处理在施磷、钾肥不变的基础上施用1/2氮肥或者不施用氮肥，并与不同根瘤菌菌种相配合使用。根瘤菌按一定比例与鹰嘴豆种子进行搅拌，保证拌种均匀，之后于室内风干后播种，肥料全部基施。采取随机区组设计，小区面积10 m2(长4 m×宽2.5 m)，行距30 cm，每行28穴，人工用手提式穴播器点播,每穴2粒，出苗后达2 片复叶时定苗,每小区留苗密度250株，播种深度4～5 cm，各处理重复3次。表1

表1 不同根瘤菌和施氮量处理Table 1 Experimental treatment of different rhizobia and nitrogen application rates

1.2.2 测定指标

鹰嘴豆开花期、结荚期、鼓粒期和成熟期于各小区随机挖取2株完整植株，每处理6株。

根瘤鲜重：于开花期、结荚期、鼓粒期和成熟期对各处理样株根部的根瘤进行清理，并测定其鲜重。

叶绿素含量：于开花期、结荚期、鼓粒期和成熟期对样株上、中、下部位叶片分别测定叶绿素含量(SPAD-502Plus)。

干物质：于开花期、结荚期、鼓粒期和成熟期对样株按茎秆、叶片和荚进行分解(开花期仅分解茎秆和叶片)，对样株各部位在105℃下杀青0.5 h后，在80℃下烘干至恒重并称量。

产量及其构成因素：鹰嘴豆完全成熟后进行产量及相关指标的测定，各小区随机拔取10 株测量：株高、主茎分枝数、主茎节数、单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重等指标，并随机划取1 m2测定各小区产量。

1.3 数据处理

试验数据用Excel 2010整理并制图，用SPSS 22.0进行方差分析，采用Duncan＇s新复极差法测验进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 减施氮肥和根瘤菌接种对根瘤鲜重的影响

研究表明，随着生育期的推进，接种根瘤菌后，根瘤鲜重增长较快，各个时期的根瘤鲜重表现为C3> C4> C1> C2，而未进行接种的处理则没有根瘤。在开花期，C3处理下的根瘤鲜重显著高于其它处理；在结荚期，C3处理下的根瘤鲜重显著高于C2处理；在鼓粒期，C3处理下的根瘤鲜重显著高于C1、C2处理。各个时期C3处理都高于C1，C4显著高于C2处理；接种菌种A的C1和C3都分别高于相同条件下接种菌种B的C2和C4。图1

注：不同字母表示处理间差异达到0.05显著水平。下同

2.2 减施氮肥和根瘤菌接种对鹰嘴豆叶绿素含量的影响

研究表明，减施氮肥条件下鹰嘴豆接种根瘤菌后在开花期、结荚期的叶绿素含量仍低于全氮处理，但随着生育进程的推进，成熟期根瘤菌+1/2氮肥处理的叶绿素含量高于其他处理。在开花期和鼓粒期，CK1、CK2、C1、C2、CK3、C3、C4处理间叶绿素含量无显著性差异。在结荚期，CK1、CK2、C1、C2、C3、C4处理间叶绿素含量无显著性差异；CK1、C1、C23个处理下的叶绿素含量显著高于CK3处理。在成熟期，C1处理下的叶绿素含量最高，其次是C2处理；CK1、CK2、C1、C2、C3、C4处理间叶绿素含量无显著性差异，但都显著高于CK3处理。表2

2.3 减施氮肥和根瘤菌接种对鹰嘴豆干物质积累的影响

研究表明，茎秆部位干物质含量随着生育期推进逐渐增加，成熟期含量最高，在开花期和鼓粒期，各处理间干物质含量没有显著性差异。结荚期，C1处理下的干物质含量显著高于CK2、C3，成熟期，CK1、CK2、C1、C2处理间无显著性差异，C1干物质含量最高，其次是CK1处理且C1、CK1的干物质积累量显著高于CK3、C3、C4处理。表3

在开花期和鼓粒期，各处理间叶片干物质含量无显著性差异。结荚期，C1处理下干物质含量增长显著。成熟期，C1处理下叶片的干物质积累量最高，CK1、C1、C23个处理间干物质含量无显著性差异且均显著高于CK3、C4处理。表4

C1处理的荚果干物质积累量在各个时期均为最高。成熟期，CK1、C1、C2这 3个处理下的荚干物质含量显著高于CK2、CK3、C3、C4处理；干物质含量表现为：C1> C2> CK1> CK2> C3> C4> CK3。表5

表2 减施氮肥和根瘤菌接种下鹰嘴豆叶绿素含量变化Table 2 Effects of reduced nitrogen fertilizer and rhizobia inoculation on chlorophyll content of chickpea

表3 减施氮肥和根瘤菌接种下鹰嘴豆干物质(茎秆)积累变化Table 3 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of dry matter (stem) of chickpea

表4 减施氮肥和根瘤菌接种下鹰嘴豆干物质(叶片)积累变化Table 4 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of dry matter (leaves) of chickpea

表5 减施氮肥和根瘤菌接种下鹰嘴豆干物质(荚果)积累变化Table 5 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on the accumulation of chickpea dry matter (pod) in vitro

2.4 减施氮肥和根瘤菌接种对鹰嘴豆产量及其相关指标的影响

研究表明，根瘤菌+1/2氮肥处理对株高的影响不显著，但不施氮+根瘤菌处理会显著降低鹰嘴豆的株高，CK1、CK3、C1、C2处理间株高无显著性差异，但与CK2、C3、C4处理间差异显著。接种根瘤菌对主茎分枝、主茎节数、单株粒重无显著影响。C1处理下的单株荚数最多，并且与CK1、C2处理无显著性差异，但显著高于CK2、CK3、C3、C4处理，其他处理间单株荚数无显著性差异。C1处理下的单株粒数最多，C1处理下的单株粒数显著高于CK1、CK2、C2、CK3、C3、C4处理，C2处理下的单株粒数与CK1、CK2、C4处理无显著性差异，但C2处理下的单株粒数显著高于CK3、C3处理。C1处理下的百粒重最高，显著高于CK3处理，与其他处理间百粒重无显著性差异。各处理下的产量表现为：C1> C2> CK1> C3> CK2> C4> CK3，C1处理下的产量最高，高达1 928.84 kg/hm2，CK1、C1、C2处理间产量无显著性差异，但CK1、C1和C2这3个处理下的产量均显著高于CK2、CK3、C3、C4处理。表6

表6 减施氮肥和根瘤菌接种下鹰嘴豆产量及相关指标变化Table 6 Effects of nitrogen fertilizer reduction and rhizobia inoculation on yield and related indexes of chickpea

3 讨 论

根瘤菌接种会提高花生[16]、大豆[17]、红小豆[18]的产量，而且接种根瘤菌后可以在根部产生大量的有效根瘤菌，增加作物氮素供给，减少对化肥的依赖，提高生产的经济和生态效益[17]。

接种根瘤菌会使根部根瘤鲜重增高，且高于只施肥不接种根瘤菌的处理[19]。Alam等[20]研究表明，大豆不施氮肥+接种根瘤菌(BARIR Gm901)能显著增加大豆的根瘤数、有效荚数以及产量，实验中C3处理下的鹰嘴豆根瘤鲜重最高，其次是C4处理与前人对豆科作物的研究一致，不施用氮肥会刺激鹰嘴豆等作物根瘤的生长。接种根瘤菌在生育早期对叶绿素含量的影响并不显著，但随着生育期的推进，根瘤菌接种显著增加了鹰嘴豆的叶绿素含量，且根瘤菌+1/2氮肥处理的叶绿素含量直到成熟期都显著高于其它处理延长了光合作用时间。郑浩宇等[13]研究表明，减施1/2氮肥+接种根瘤菌的条件下，大豆可以维持比较高的叶绿素含量，Rafaela等[21]研究发现，接种根瘤菌对共生固氮和光合作用有促进作用，与试验研究基本一致。实验中根瘤菌+1/2氮肥处理下的叶绿素含量高于不施氮+根瘤菌处理与 CK 处理。C1处理下的叶绿素含量最高，其次是C2处理，1/2氮肥+根瘤菌的条件下，根瘤菌A对叶绿素的影响比根瘤菌B好。叶绿素含量没有因为减施1/2氮肥严重下降，因为接种根瘤菌为鹰嘴豆提供了更多的氮源，在一定程度上提高并改善了鹰嘴豆的光合作用。

实验中在鹰嘴豆生育早期尤其是开花期，只减施氮肥或只接种根瘤菌对干物质积累量影响不大，甚至略低于对照，干物质含量相对上升。根瘤菌+1/2氮肥处理下的干物质含量高于CK2、CK3，C1处理的干物质含量略高于CK1,C2处理略低于CK1，C1处理下的干物质含量显著高于CK3、C3、C4处理。根瘤菌+不施氮肥处理下的干物质积累量与施全氮相比显著降低，研究表明只有氮肥和根瘤菌配合施用才能提高干物质的积累，与姬月梅等[22]和梁福琴等[23]氮肥与根瘤菌的结合施用有助于大豆生长发育并提高产量的结果一致。

以豇豆[24]、紫花苜蓿[25]、大豆[26-27]为材料，证实接种根瘤菌能增加豆类作物的产量。研究表明，根瘤菌+1/2氮肥处理基本上都能提高鹰嘴豆的单株荚数、单株粒数、单株粒重以及产量，这与前人的研究结果基本一致[15]。其中以根瘤菌A的效果最好。研究表明C3、C4、CK2、CK3处理的产量显著低于CK1、C1、C2处理，产量表现为：C1> C2> CK1> C3> CK2> C4> CK3。根瘤菌+1/2氮肥会提高产量，单施1/2氮肥或者只接种根瘤菌效果并不好，无法提供足够的 N 给鹰嘴豆生长，必须进行适当结合以保证鹰嘴豆高产。在施1/2氮肥条件下，2种根瘤菌均能提高鹰嘴豆的产量及单株荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重这些产量指标，以根瘤菌A的效果最佳。与施全氮对照的产量相比，接种根瘤菌A+1/2氮肥处理下产量最高，为1 928.84 kg/hm2，可增产8.83%，接种根瘤菌B+1/2氮肥处理下产量为1 827.59 kg/hm2， 可增产3.11%。

4 结 论

接种根瘤菌不施氮肥条件下对鹰嘴豆叶绿素、茎秆干重、叶片干重和荚果干重起抑制作用，但在鹰嘴豆生育后期适量减施1/2氮肥量接种根瘤菌可起促进作用，且与施全部氮肥对照相比均未呈现显著差异。接种根瘤菌减施1/2氮肥量条件下，鹰嘴豆的单株荚数、单株粒数、百粒重和产量最高，且接种根瘤菌A的处理C1(根瘤菌A拌种+1/2氮肥)的产量(较施全部氮肥对照CK1提高8.83%)高于接种根瘤菌B的处理C2(根瘤菌B拌种+1/2氮肥)(较施全部氮肥对照CK1提高3.11%)。