氮肥和種植密度對蠶豆結(jié)瘤和生長影響

1、氮肥和種植密度對蠶豆結(jié)瘤和生長影響 在常見的豆科作物如蠶豆、大豆和豌豆中，蠶豆的結(jié)瘤固氮能力最強(qiáng)1。作為云南最重要的豆科作物，如何通過適當(dāng)?shù)拇胧瑴p少氮肥的施用量，保證蠶豆的高產(chǎn)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。在過去近百年內(nèi)，豆科作物的結(jié)瘤固氮一直是農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。豆科作物結(jié)瘤和固氮的生理學(xué)和分子生物學(xué)的研究已經(jīng)相當(dāng)深入23，但由于田間狀況的復(fù)雜性，豆科作物結(jié)瘤和固氮的田間研究一直處于較低水平。前人就光照、溫度、水分、co2、肥料等因素對蠶豆的影響做過很多研究，得出這些因素對蠶豆結(jié)瘤和生長的基本規(guī)律1，4。然而，在資源逐漸減少的今天，探明蠶豆結(jié)瘤和生長能力與土壤條件、栽培措施之間的關(guān)系，對于提

2、高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、減少投入等尤為重要。土壤條件包括很多方面如質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量、土壤結(jié)構(gòu)、通透性、養(yǎng)分等。這些因素相互作用影響著豆科作物的結(jié)瘤和生長5。前人曾研究了各種肥料不同組合對蠶豆生長的影響67，其中，有結(jié)果表明磷鉀肥促進(jìn)結(jié)瘤，而施氮肥抑制結(jié)瘤8。然而，不同區(qū)域土壤狀況千差萬別，氮肥的施用對豆類作物的影響也應(yīng)有差異，大多研究沒有考慮土壤狀況，也缺乏土壤差異的對比試驗(yàn)，對指導(dǎo)生產(chǎn)的理論價(jià)值不強(qiáng)。農(nóng)民在進(jìn)行栽培時(shí)對種植密度的選擇是有差異的。植物因密度不同而導(dǎo)致的差異，不僅反映在植物對自然資源如光照、溫度等利用上的差異，還影響植物對這些資源的競爭強(qiáng)度，最終影響著豆類的生產(chǎn)力911。以往研究主要從單

3、位面積上作物的產(chǎn)量來考慮作物的生產(chǎn)力狀況，結(jié)合作物的結(jié)瘤能力來研究作物的生產(chǎn)力還較少。本研究從栽培生理學(xué)的角度，探討不同土壤條件下，氮肥施用量和種植密度對蠶豆結(jié)瘤和生長的影響，以明確蠶豆種內(nèi)互作在不同肥力和密度下對結(jié)瘤和生長的影響規(guī)律。 1材料與方法 1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2010年10月2011年4月在云南省澄江縣郊龍街鎮(zhèn)左所和右所村委會(huì)分別進(jìn)行。該區(qū)位于玉溪撫仙湖，平均海拔1750.5m，年平均降水量789.6mm，年蒸發(fā)量1756.6mm，年均溫度11.917.5，全年無霜期224274d，年日照時(shí)數(shù)2103h，兩塊試驗(yàn)地分別為膠泥土和沙壤土質(zhì)(具體指標(biāo)見表1)。 1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

4、 供試品種:蠶豆為“玉溪大粒豆”。肥力梯度試驗(yàn)處理:小區(qū)面積為25m，蠶豆株行距均為25cm，周圍挖4040cm深溝。試驗(yàn)按氮肥(尿素，n含量為46%)用量差異分為5個(gè)處理，即處理i(0kg/hm2)、處理ii(60kg/hm2)、處理iii(120kg/hm2)、處理iv(240kg/hm2)和處理v(480kg/hm2);磷肥用普鈣(p2o5含量為17%)360kg/hm2;鉀肥用硫酸鉀(k2o含量為50%)100kg/hm2;硼肥用硼砂10kg/hm2;均作為底肥施入。出苗后20d和50d分別追兩次氮肥，氮肥施肥比例為基肥第一次追肥第二次追肥=123。區(qū)組內(nèi)不同處理隨機(jī)排列，3次重復(fù)。密

5、度試驗(yàn)處理:蠶豆株距均為25cm，行距分別有25cm、40cm和50cm三種處理;氮肥施用水平為120kg/hm2;其它操作同肥力梯度試驗(yàn)。 1.3數(shù)據(jù)收集方法 在蠶豆鼓粒期(2011年3月)進(jìn)行蠶豆根瘤的收集與統(tǒng)計(jì)。待田間土壤水分適度時(shí)，將蠶豆苗周圍10cm2、深25cm的土壤全部挖出，用塑料袋裝好帶出田外，將土壤中的根瘤全部剝出，用電子天平立即稱取根瘤鮮重。每個(gè)小區(qū)邊行和中行分別取4株蠶豆，分別記錄各株數(shù)據(jù)。同時(shí)測定株高、分蘗數(shù)、有效莢數(shù)，測完后植株帶回實(shí)驗(yàn)室80烘干至恒重為止，再稱取各株樣品的干重。于2011年4月收獲并測定各小區(qū)子粒產(chǎn)量。 1.4數(shù)據(jù)分析 所有數(shù)據(jù)用sigmaplot1

6、1.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和方差分析。 2結(jié)果與分析 2.1氮肥和密度對蠶豆結(jié)瘤的影響 土壤條件對蠶豆結(jié)瘤的影響有差異，在不同土壤條件下蠶豆的結(jié)瘤能力因氮肥施用量或種植密度不同而有差異。而且，蠶豆在膠泥土條件下結(jié)瘤能力始終高于沙壤土(見圖1、2)。適量的氮肥施用促進(jìn)蠶豆結(jié)瘤。當(dāng)?shù)适┯昧繌?增加到120kg/hm2時(shí)，沙壤土和膠泥土結(jié)瘤能力都增加，膠泥土邊行達(dá)到最高點(diǎn)。當(dāng)肥力增加到240kg/hm2時(shí)，除膠泥土邊行外，其它處理蠶豆均達(dá)到最大結(jié)瘤量。當(dāng)?shù)试黾拥?80kg/hm2時(shí)，除膠泥土中行差異不大外，其它處理結(jié)瘤量銳減，結(jié)瘤量接近于不施肥的處理。膠泥土施肥最大增加結(jié)瘤113.73%(邊行、肥力240k

7、g/hm2)，沙壤土增加209.77%(邊行、肥力240kg/hm2)。可見，適當(dāng)增加土壤氮素供應(yīng)有助于提高蠶豆結(jié)瘤能力。增大行距減少植株的種植密度(如圖2所示)，在不同土壤條件下，處于田間不同方位的蠶豆的結(jié)瘤量是不一樣的。同樣，不論種植密度如何變化，膠泥土中種植的蠶豆的結(jié)瘤能力均高于沙壤土。在沙壤土中，行距為25cm時(shí)，結(jié)瘤能力最低。邊行蠶豆在行距為40cm時(shí)，結(jié)瘤能力最強(qiáng)，比行距為25cm的處理增加20.06%。而中行在50cm時(shí)結(jié)瘤量最高，增加38.32%。在50cm時(shí)，邊行和中行結(jié)瘤量幾乎沒有差異。在膠泥土中，邊行40cm時(shí)結(jié)瘤量最高，中行在50cm時(shí)結(jié)瘤量最低。在25cm時(shí)，邊行和中

8、行根瘤量沒有差異。由此可見，土壤類型的差異影響著種植密度對蠶豆結(jié)瘤能力的調(diào)節(jié)作用。 2.2氮肥和密度對蠶豆生物量的影響 植株地上部干物質(zhì)量(sdw)，是衡量物質(zhì)積累能力的一個(gè)指標(biāo)。由圖3可知，不論是沙壤土還是膠泥土，適量的氮肥施入增加植物的sdw，且沙壤土的sdw高于膠泥土。中行蠶豆在120kg/hm2時(shí)，作物的sdw最大，比未施氮素的增加17.01%(膠泥土)和30.47%(沙壤土);而邊行在240kg/hm2時(shí)，sdw最大，比未施氮素的增加50.08%(膠泥土)和23.38%(沙壤土)。種植密度對植物生物量的影響比較一致，即當(dāng)行距增大后，盡管不同土壤類型sdw有差異，但均隨著種植密度而增大

9、(圖4)。 2.3氮肥和密度對蠶豆有效莢數(shù)的影響 蠶豆的結(jié)莢率是衡量產(chǎn)量的一個(gè)重要指標(biāo)。由圖5可知，土壤條件差異對莢數(shù)的影響并不如對根瘤鮮重和植株生物量大。而蠶豆在田間分布方位對結(jié)莢數(shù)影響卻更大。適當(dāng)提高氮肥施用量時(shí)，邊行蠶豆的結(jié)莢數(shù)明顯高于中行蠶豆。同時(shí)邊行蠶豆能承受高肥力對蠶豆結(jié)莢的促進(jìn)作用。種植在膠泥土的中行和邊行蠶豆結(jié)莢最多時(shí)尿素施用量分別出現(xiàn)在60kg/hm2和120kg/hm2，結(jié)莢數(shù)分別為22.5個(gè)/株和27.1個(gè)/株;而種植在沙壤土的中行和邊行蠶豆結(jié)莢最多的施肥量分別出現(xiàn)在120kg/hm2和240kg/hm2，結(jié)莢數(shù)分別為17.28個(gè)/株和26.2個(gè)/株。480kg/hm2的

10、氮肥用量強(qiáng)烈抑制蠶豆的結(jié)莢，在膠泥土中相對最高結(jié)莢量最多被抑制30.51%，沙壤土結(jié)莢量最多被抑制達(dá)73.38%。圖5不同氮肥施用量的蠶豆有效莢數(shù)種植密度對蠶豆結(jié)莢影響極為明顯(如圖6)，減少種植密度促進(jìn)蠶豆結(jié)莢。除沙壤土邊行外，行距從25cm增大到50cm，莢數(shù)增加80%以上。相同密度沙壤土的蠶豆莢數(shù)略高于膠泥土的蠶豆莢數(shù)。在膠泥土中，行距為25cm時(shí)，邊行蠶豆莢數(shù)要高于圖6不同種植密度的蠶豆有效莢數(shù)中行的蠶豆莢數(shù)，行距為40cm時(shí)，中行蠶豆的莢數(shù)要高于邊行蠶豆莢數(shù)，而行距為50cm時(shí)，邊行蠶豆莢數(shù)又高于中行蠶豆莢數(shù)。沙壤土中，行距為50cm時(shí)，邊行蠶豆莢數(shù)要低于中行莢數(shù);而在行距為40cm

11、和25cm時(shí)，中行蠶豆的莢數(shù)要低于邊行蠶豆莢數(shù)。 2.4氮肥和密度對蠶豆子粒產(chǎn)量的影響 為評價(jià)栽培措施對植物生長的影響，單株子粒產(chǎn)量是一個(gè)重要指標(biāo)。從圖7可以看出，盡管沙壤土子粒產(chǎn)量要高于膠泥土，但隨著氮肥施用量的增加，單株子粒產(chǎn)量持續(xù)上升;當(dāng)施肥量增加到240kg/hm2時(shí)，子粒產(chǎn)量達(dá)到最大值。以后，隨著氮肥施用量增加，單株產(chǎn)量受到嚴(yán)重抑制。這種規(guī)律性與高小華的研究具有一定的相似性12。不同土壤條件下，種植密度對蠶豆子粒產(chǎn)量的影響不同。對沙壤土子粒產(chǎn)量隨密度的降低持續(xù)增加;而膠泥土最高產(chǎn)量出現(xiàn)在行距為40cm。 2.5氮肥和密度對蠶豆株高的影響 株高是另外一個(gè)衡量植物長勢的指標(biāo)。生長在不同土

12、壤條件下的蠶豆株高相差較大，平均差距在40cm以上(如圖9、圖10)。在氮肥施用量偏低的條件下，增加氮肥施用量可增加株高。不論在沙壤土還是膠泥土，在氮肥施用量較低時(shí)，中行蠶豆要高于邊行蠶豆。在高施肥量如每小區(qū)施480kg/hm2氮肥時(shí)，邊行蠶豆株高要高于中行蠶豆。種植密度對蠶豆株高的影響相對一致。密度越低，植株越矮。同樣，中行蠶豆略高于邊行蠶豆。 3結(jié)論與討論 蠶豆是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，用途廣的豆類作物。研究評價(jià)了氮肥施用水平和種植密度兩種栽培因素在不同土壤條件下對蠶豆結(jié)瘤和生長情況，初步明確了施氮量和種植密度對蠶豆結(jié)瘤和生長的影響規(guī)律。研究考慮了土壤因素的差異對植物生長發(fā)育的影響，并對比分析了兩

13、土壤條件對蠶豆結(jié)瘤和發(fā)育影響的差異。結(jié)瘤能力是研究豆科作物生長發(fā)育規(guī)律的一個(gè)重要內(nèi)容。從田間水平上，以往的許多報(bào)道總是局限于施氮促進(jìn)或抑制結(jié)瘤這樣一個(gè)簡單對立命題上研究氮肥對結(jié)瘤的作用，這種思路往往會(huì)造成研究結(jié)果的片面性;而土壤本身的供氮能力，氮肥的施用量、方式和時(shí)期及根瘤的取樣時(shí)間均應(yīng)該作為考慮的因素。研究表明，不同時(shí)期分別施氮比一次性施氮對大豆的結(jié)瘤促進(jìn)作用更強(qiáng)13。有大豆的試驗(yàn)表明，100mg/kg的氮肥對根瘤的重量和數(shù)量的作用最為明顯，但沒有表明土壤肥力的結(jié)構(gòu)狀況14，這樣就無法對試驗(yàn)結(jié)果做出合理的解釋。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤條件對蠶豆結(jié)瘤能力存在決定作用(如圖1)，并且少量施肥對蠶豆結(jié)瘤具

14、有促進(jìn)作用。在一定范圍內(nèi)，不同土壤條件下，增加相同量的氮素對結(jié)瘤的增產(chǎn)能力是不一樣的。而且不論土壤狀況如何，當(dāng)施肥量過大時(shí)，氮素明顯地抑制了蠶豆的結(jié)瘤能力。種植密度對豆科作物結(jié)瘤能力的影響，過去很少有文獻(xiàn)報(bào)道。從本研究可以發(fā)現(xiàn)，在膠泥土和沙壤土中，密度對蠶豆結(jié)瘤能力的作用剛好相反，前者減小密度抑制結(jié)瘤，后者減小密度促進(jìn)結(jié)瘤。種植密度影響著作物不同個(gè)體間對自然資源的競爭能力，也會(huì)對個(gè)體的結(jié)瘤能力產(chǎn)生影響。土壤條件的不同，作物個(gè)體對自然資源競爭強(qiáng)度有別，在結(jié)瘤能力上的差異原因有待深入分析。植物的生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量等指標(biāo)是衡量作物生長能力的一般指標(biāo)。從圖3、5、7、9可以看出，蠶豆的生物量、莢數(shù)、子粒產(chǎn)量、株高和蠶豆的結(jié)瘤能力對氮肥施用的影響規(guī)律相似，即適當(dāng)?shù)牡视昧刻岣吡诵Q豆的生物量、莢數(shù)、子粒產(chǎn)量和株高，但氮肥使用量過大以后，蠶豆的生長受到明顯抑制。從圖4、6、8和10可以看出，蠶豆行距變大后，蠶豆的生物量、莢數(shù)和子粒產(chǎn)量得到提高，株高降低，這種結(jié)果表明蠶豆長得更加旺盛，但不同土壤條件