大豆共生固氮能力對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮濃度的響應(yīng)與調(diào)控

1、學(xué)術(shù)篇大豆科技專家視點(diǎn)中圖分類號(hào)：S158.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1674-3547(2010)01-0006-03學(xué)術(shù)篇大豆科技學(xué)術(shù)篇大豆科技大豆共生固氮能力對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮*濃度的響應(yīng)與調(diào)控韓曉增1,2作者介紹：韓曉增研究員，國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系海倫綜合試驗(yàn)站站長(zhǎng), 壤與植物營(yíng)養(yǎng)。6 No.1.2010© 1 * *94-2010 ChirKi Academic Journal Ekchonic Publishing I louse. All righ Ls reserved.Tidt，嚴(yán)君2,李曉慧2(1.國(guó)家大豆產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系海倫綜合試驗(yàn)站，海倫152300； 2.中國(guó)科學(xué)院東

2、北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱 150081學(xué)術(shù)篇大豆科技學(xué)術(shù)篇大豆科技摘要：通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外大豆共生固氮總量及占大豆一生需氮 量的比例，以及大豆共生固氮能力對(duì)土壤無(wú)機(jī)氮濃度的響 應(yīng)的綜述，提岀了如何提高大豆共生固氮能力的途徑。明確了協(xié)調(diào)土壤環(huán)境氮濃度和大豆根瘤固氮之間的關(guān)系，是 充分發(fā)揮大豆共生固氮潛力和提高產(chǎn)量的關(guān)鍵所在。關(guān)鍵詞：大豆；共生固氮；土壤環(huán)境氮濃度；無(wú)機(jī)態(tài)氮Abstract： The paper analyzed the ratio of soybean symbiotic nitrogen fixation in the total lifetime need proportio

3、n of soybean nitrogen at home and abroad, and reveiwed the response of soybean symbiotic nitrogen -fixing ability on soil inorganic nitrogen concentration, and suggested the effective ways to improve the symbiotic nitrogen -fixing ability of soybean. Meanwhile, it clearly coordinated the relationshi

4、p between nitrogen concentration in soil environment and nitrogen-fixing nodules of soybean. Therefore, it is the key to fully exploit the potentiality of symbiotic nitrogen fixation and increase the production.Key words: Soybean; Symbiotic nitrogen fixation; Soil nitrogen concentration; Inorganic n

5、itrogen大豆生長(zhǎng)發(fā)育所需要的氮素主要有三個(gè)來(lái)源： 大豆根瘤固氮、土壤氮和化肥氮。生活在土壤中的根瘤菌，通過(guò)根毛侵入大豆根部皮層形成根瘤以后，根瘤中的類菌體攝取大豆的碳水化合物作為能量，在固氮酶的作用下把 N2合成NH3的過(guò)程稱作大豆共 生固氮，其中固氮量的多少稱為大豆共生固氮能 力。土壤氮分為有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)態(tài)氮，而大豆能夠吸收利用的主要是無(wú)機(jī)態(tài)氮，一般僅占土壤全氮的1%5%。如果僅靠土壤中有限的無(wú)機(jī)態(tài)氮和大豆 根瘤固氮來(lái)維持大豆的生長(zhǎng)發(fā)育，常常會(huì)在大豆生 長(zhǎng)發(fā)育某個(gè)時(shí)期會(huì)出現(xiàn)氮素營(yíng)養(yǎng)不足，對(duì)大豆產(chǎn)量 有影響。因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，往往根據(jù)需要向土壤中 適時(shí)適量的施入化肥氮，化肥氮進(jìn)入土壤后，

6、轉(zhuǎn)化成 大豆能夠直接吸收利用的無(wú)機(jī)態(tài)氮，與土壤中原有 的無(wú)機(jī)態(tài)氮統(tǒng)稱為土壤環(huán)境中的無(wú)機(jī)態(tài)氮，土壤環(huán) 境中的無(wú)機(jī)態(tài)氮濃度主要由外源肥料氮來(lái)決定。化肥氮在工業(yè)上合成的過(guò)程需要消耗大量的能量，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，而土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮含量有 限，因此人們希望通過(guò)大豆共生固氮，來(lái)滿足大豆一生所需要的氮，而土壤環(huán)境中的高濃度氮對(duì)大豆固 氮有抑制作用，所以如何協(xié)調(diào)土壤環(huán)境氮濃度和大 豆根瘤固氮之間的關(guān)系，是充分發(fā)揮大豆共生固氮 潛力和提高產(chǎn)量的關(guān)鍵所在 。1大豆共生固氮量有關(guān)大豆共生固氮量的研究，國(guó)內(nèi)外不同科學(xué)學(xué)術(shù)篇大豆科技學(xué)術(shù)篇大豆科技中國(guó)科學(xué)院研究生院教授。主要研究方向，土學(xué)術(shù)篇專家視點(diǎn)大豆科技氏利 S

7、C.'FNCf A rECHMtOCT學(xué)術(shù)篇學(xué)術(shù)篇No.1.2010 7© 1V94-2010 China Academic Journal Eke Lion ic Publishing I Touse. All rights reserved.家報(bào)導(dǎo)的結(jié)果差距較大，主要是由于大豆生長(zhǎng)環(huán)境 條件不同造成的。Weber用大豆等位基因系結(jié)瘤和 不結(jié)瘤地上干物質(zhì)含氮量的差異，推算在開花接近 青豆期，根瘤固氮總量達(dá) 84 kg/hm2。Hardy采用乙炔 還原法，得出大豆根瘤固氮量為 73.581 kg/hm2。高 金方和張宏等以 Horosoy結(jié)瘤和不結(jié)瘤等位基因系 為供試材料，采

8、用15N同位素方法估算，在每公頃 產(chǎn)大豆2 250 kg水平下，吉林省東部地區(qū)的白漿土 大豆固氮總量為 131.3 kg/hm2,而在中部黑土上為 145.5 kg/hm2。綜合目前國(guó)內(nèi)研究資料，我們可以得出，在我國(guó)東北地區(qū)，大豆與根瘤菌共生固氮量大致2在 45 163 kg/hm。共生固氮量占大豆一生需氮總量的比例，不同 研究者因研究方法和大豆生長(zhǎng)所處環(huán)境不同得出的 結(jié)果各異。Ohwaki等研究證明大豆根瘤共生固定的 氮占大豆一生需氮量的 50%60%。有研究表明，在 黑黏土條件下，大豆從土壤、肥料和根瘤所獲得的氮 素的比例為32:6:62,而在沖積土壤條件下，比例關(guān)系變?yōu)?4:4:72。在

9、我國(guó)東北高肥力黑土上，大豆根瘤的固氮量為 57124.5 kg/hm ,平均為90 kg/hm , 占大豆一生所需全氮的48%67%;在低肥力黑土上大豆共生固氮量為69151.5 kg/hm，平 均為105.9 kg/hm2,占大豆所需要全氮的71.3%84.8%。戴建軍研究表明，在較低氮水平下，供試的三種大豆 均以土壤氮為主要氮源，約占總需氮量的61%68%，其次為根瘤固氮，約占27%34%，而化肥氮 最少，只占3.70%4.50% ;在高氮水平下，三種大豆 在分枝期以前和鼓粒期之后均以土壤氮為主，而在 這兩個(gè)生育期之間則以固氮為主，從整個(gè)生育期來(lái) 看,它的所積累的土壤氮約占45.40%46

10、.20% ,固氮約占42.20%45.80%，固氮與土壤氮基本相當(dāng)， 化肥 氮仍為最少，僅約占8.80%9.70%。大豆共生固氮量 因土壤類型、土壤肥力高低，及施用肥料的時(shí)期和數(shù) 量不同而有較大差異。同時(shí)表明大豆固氮量很難用 統(tǒng)一的方法，進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字表達(dá)。2大豆共生固氮能力對(duì)土壤環(huán)境中無(wú)機(jī)氮濃度的 響應(yīng)大多研究者認(rèn)為施用化肥氮對(duì)大豆共生固氮能力有抑制，而土壤環(huán)境中的無(wú)機(jī)態(tài)氮濃度對(duì)大豆共 生固氮能力有利而無(wú)害，其實(shí)這是一個(gè)誤區(qū)。土壤氮 主要分為有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)態(tài)氮兩種，存在于土壤中 的有機(jī)態(tài)氮占土壤全氮的90%以上，在土壤中比較穩(wěn)定，它會(huì)隨著土壤溫度、水分的變化而緩慢釋放， 不會(huì)造成土壤環(huán)境中無(wú)

11、機(jī)態(tài)氮濃度較大的變化，也因此對(duì)大豆共生固氮能力抑制不顯著；而無(wú)機(jī)態(tài)氮 一般僅占全氮很微小部分，則無(wú)法滿足大豆生長(zhǎng)發(fā) 育的需要。通常所說(shuō)的施氮肥以后抑制大豆共生固 氮，其實(shí)主要是由于化肥氮進(jìn)入土壤以后，短時(shí)間內(nèi)即會(huì)在脲酶的作用下進(jìn)行水解，從而迅速提升土壤 環(huán)境中無(wú)機(jī)態(tài)氮的濃度，使大豆共生固氮能力受抑 制。土壤無(wú)機(jī)態(tài)氮對(duì)大豆共生固氮能力有影響，早已被人們所證實(shí)，Weber通過(guò)田間試驗(yàn)研究表明， 每 公頃施化肥氮168 kg,根瘤鮮重降低50%，使大豆共 生固定的氮下降了 24%。竇新田報(bào)道，花期施用100 kg/hm2尿素，單株根瘤數(shù)量減少18%32%。 Uziakowa報(bào)道，化肥氮對(duì)根瘤形成抑制

12、大小為：NH4OH > NH4NO3 > CO(NH2)2,以根瘤固氮、施尿素和 施用NH4OH為氮源的植株所結(jié)的根瘤干重比例，在 開花期大約為2.5 :2:1,在成熟期則為 3:1.5:1 oLyon 和Earley指出在土壤中284 kg/hm2的硝酸銨 (43ppmN)就有35%的根瘤菌被抑制而未形成。生 產(chǎn)上大量施用氮肥，大豆根瘤固氮能力受到抑制。究 其原因，主要由于土壤環(huán)境中的無(wú)機(jī)態(tài)氮濃度高，會(huì)對(duì)大豆共生固氮體系產(chǎn)生抑制，在早期形成階段致 使土壤中根瘤菌活性降低，同時(shí)抑制根瘤菌對(duì)大豆 根毛的侵染，從而形成的根瘤數(shù)量減少，大豆植株內(nèi)碳氮的比降低，根系內(nèi)碳水化合物供應(yīng)不足，固

13、氮能力下降，最終導(dǎo)致產(chǎn)量不高，甚至減產(chǎn)?？梢妳f(xié)調(diào)好 土壤環(huán)境氮濃度與固氮之間的關(guān)系具有重要的研究 意義。3提高大豆共生固氮能力的有效途徑3.1減少化肥氮的施用量大豆具有共生固氮能力，但僅靠土壤中的無(wú)機(jī) 態(tài)氮和大豆根瘤固定的氮，仍然無(wú)法達(dá)到大豆高產(chǎn) 的需要，所以生產(chǎn)上還需要施用氮肥。嚴(yán)君研究表專家視點(diǎn)鼻口 TECiHNCMOCK明，花期非持續(xù)供氮方式下，各處理隨著施氮量的增 力口(0 kg/hm2,75 kg/hm2,150 kg/hm2,225 kg/hm)對(duì)固 氮酶活性的抑制逐漸降低，分別較CK下降了 12.9% ,14.2%，14.7%；在持續(xù)供氮方式下，減少基肥 及各追肥的施氮量，各處理

14、分別較CK處理下降了14.0% ,19.8%和21.4%。田艷洪通過(guò)兩年的研究結(jié)果 表明，對(duì)于大豆而言，應(yīng)該根據(jù)基礎(chǔ)費(fèi)力確定合適的 施氮量，減少基肥氮的用量，這樣對(duì)于促進(jìn)大豆前期 根系的生長(zhǎng)，增加后期養(yǎng)分積累與干物質(zhì)積累量有 積極的作用，且增加了肥料的利用率，減少氮肥過(guò)多 施用對(duì)環(huán)境造成的污染。3.2科學(xué)施用化肥氮“兩頭重，中間空”對(duì)大豆來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)有一套有別于其它作物的施 肥方法。這個(gè)方法應(yīng)當(dāng)保證既給大豆補(bǔ)充氮素營(yíng)養(yǎng)， 又不會(huì)對(duì)大豆共生固氮產(chǎn)生抑制作用。大豆共生固氮量?jī)H能滿足豆科作物50%左右的氮素需求，特別是在大豆生長(zhǎng)過(guò)程中的生育前期和成熟期。大豆生育前期，當(dāng)子葉所含的氮素已經(jīng)耗盡而根瘤菌的

15、固 氮作用尚未完全建立，會(huì)暫時(shí)出現(xiàn)“氮素饑餓”；成熟 期根瘤菌活動(dòng)能力已經(jīng)衰落，共生固氮系統(tǒng)則開始逐漸衰亡，也會(huì)出現(xiàn)缺氮現(xiàn)象。因此這兩個(gè)時(shí)期尚需 補(bǔ)充額外的氮源，也就是所說(shuō)的“兩頭重，中間空”的 施氮模式。3.3多施有機(jī)肥和緩釋肥，培肥土壤，改善土壤物理特性有機(jī)肥腐熟后產(chǎn)生有機(jī)酸，能把土壤中各種不可給態(tài)養(yǎng)分溶解為可給態(tài)，及時(shí)供給大豆吸收利用。 同時(shí)，有機(jī)肥能改善土壤的物理性質(zhì)，增加土壤疏松程度，使土壤蓄水、蓄肥并增強(qiáng)保溫能力形成大豆生 長(zhǎng)的良好環(huán)境。緩釋肥能根據(jù)大豆不同生育時(shí)期對(duì) 各種營(yíng)養(yǎng)元素的需要，在需要的時(shí)候供給大豆生長(zhǎng) 發(fā)育所需養(yǎng)分，能及時(shí)補(bǔ)充大豆?fàn)I養(yǎng)元素，有利于提 高大豆共生固氮能力。

16、參考文獻(xiàn)：1 陳昌斌，戴小密,俞冠翹，等.組成型nifA對(duì)大豆根瘤菌(Rhizobiumfredii) HN01lux結(jié)瘤固氮效率的促進(jìn)作 用 J .科學(xué)通報(bào),1999, 44(5):529- 533.2 戴建軍，程巖.應(yīng)用15N示蹤技術(shù)對(duì)不同品種大豆的8 No.1.2010©Chinti Academic Journal Eke ironic Pub li shill w 三種氮源吸收利用的研究J .科學(xué)通報(bào)，1999, 30(3): 225- 229.3 戴建軍，程巖.黑龍江省南部黑土不同施氮水平對(duì)大豆 產(chǎn)量的影響 Q.科學(xué)通報(bào),2000,31(2):225-228.4 董鉆.大

17、豆產(chǎn)量生理M北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000.5 竇新田，李樹藩，李曉鳴，等.大豆根瘤菌(Bradyrhizobiumjaponicuum在黑龍江省接種效果與接種有效性的研究J .中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，1989, 5: 62- 70.6 高金芳，王慶，赫崇巖，等.應(yīng)用15N對(duì)大豆共生固氮 的研究J .大豆科學(xué),1987, 1 :55- 61.7 李奇真，孫克用，盧增輝，等.夏大豆施肥生理基礎(chǔ)及高 產(chǎn)栽培技術(shù)研究.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),1989,4: 41-48.8 田艷洪.不同時(shí)期施用氮肥對(duì)大豆根瘤固氮酶活性及 產(chǎn)量的影響M.哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.9 于振文.作物栽培學(xué)與耕作學(xué)M.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)岀 版

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