大豆共生固氮能力對土壤無機氮濃度的響應與調(diào)控

1、學術篇大豆科技專家視點中圖分類號：S158.3文獻標識碼：B文章編號：1674-3547(2010)01-0006-03學術篇大豆科技學術篇大豆科技大豆共生固氮能力對土壤無機氮*濃度的響應與調(diào)控韓曉增1,2作者介紹：韓曉增研究員，國家大豆產(chǎn)業(yè)技術體系海倫綜合試驗站站長, 壤與植物營養(yǎng)。6 No.1.2010© 1 * *94-2010 ChirKi Academic Journal Ekchonic Publishing I louse. All righ Ls reserved.Tidt，嚴君2,李曉慧2(1.國家大豆產(chǎn)業(yè)技術體系海倫綜合試驗站，海倫152300； 2.中國科學院東

2、北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱 150081學術篇大豆科技學術篇大豆科技摘要：通過對國內(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土壤無機氮濃度的響 應的綜述，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系，是 充分發(fā)揮大豆共生固氮潛力和提高產(chǎn)量的關鍵所在。關鍵詞：大豆；共生固氮；土壤環(huán)境氮濃度；無機態(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大豆生長發(fā)育所需要的氮素主要有三個來源： 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。土壤氮分為有機態(tài)氮和無機態(tài)氮，而大豆能夠吸收利用的主要是無機態(tài)氮，一般僅占土壤全氮的1%5%。如果僅靠土壤中有限的無機態(tài)氮和大豆 根瘤固氮來維持大豆的生長發(fā)育，常常會在大豆生 長發(fā)育某個時期會出現(xiàn)氮素營養(yǎng)不足，對大豆產(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 適時適量的施入化肥氮，化肥氮進入土壤后，

6、轉化成 大豆能夠直接吸收利用的無機態(tài)氮，與土壤中原有 的無機態(tài)氮統(tǒng)稱為土壤環(huán)境中的無機態(tài)氮，土壤環(huán) 境中的無機態(tài)氮濃度主要由外源肥料氮來決定?；实诠I(yè)上合成的過程需要消耗大量的能量，同時對環(huán)境造成嚴重的污染，而土壤無機態(tài)氮含量有 限，因此人們希望通過大豆共生固氮，來滿足大豆一生所需要的氮，而土壤環(huán)境中的高濃度氮對大豆固 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系，是充分發(fā)揮大豆共生固氮 潛力和提高產(chǎn)量的關鍵所在 。1大豆共生固氮量有關大豆共生固氮量的研究，國內(nèi)外不同科學學術篇大豆科技學術篇大豆科技中國科學院研究生院教授。主要研究方向，土學術篇專家視點大豆科技氏利 S

7、C.'FNCf A rECHMtOCT學術篇學術篇No.1.2010 7© 1V94-2010 China Academic Journal Eke Lion ic Publishing I Touse. All rights reserved.家報導的結果差距較大，主要是由于大豆生長環(huán)境 條件不同造成的。Weber用大豆等位基因系結瘤和 不結瘤地上干物質含氮量的差異，推算在開花接近 青豆期，根瘤固氮總量達 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結瘤和不結瘤等位基因系 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。綜合目前國內(nèi)研究資料，我們可以得出，在我國東北地區(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所處環(huán)境不同得出的 結果各異。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，比例關系變?yōu)?4:4:72。在

9、我國東北高肥力黑土上，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 這兩個生育期之間則以固氮為主，從整個生育期來 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， 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，及施用肥料的時期和數(shù) 量不同而有較大差異。同時表明大豆固氮量很難用 統(tǒng)一的方法，進行準確的數(shù)字表達。2大豆共生固氮能力對土壤環(huán)境中無機氮濃度的 響應大多研究者認為施用化肥氮對大豆共生固氮能力有抑制，而土壤環(huán)境中的無機態(tài)氮濃度對大豆共 生固氮能力有利而無害，其實這是一個誤區(qū)。土壤氮 主要分為有機態(tài)氮和無機態(tài)氮兩種，存在于土壤中 的有機態(tài)氮占土壤全氮的90%以上，在土壤中比較穩(wěn)定，它會隨著土壤溫度、水分的變化而緩慢釋放， 不會造成土壤環(huán)境中無

11、機態(tài)氮濃度較大的變化，也因此對大豆共生固氮能力抑制不顯著；而無機態(tài)氮 一般僅占全氮很微小部分，則無法滿足大豆生長發(fā) 育的需要。通常所說的施氮肥以后抑制大豆共生固 氮，其實主要是由于化肥氮進入土壤以后，短時間內(nèi)即會在脲酶的作用下進行水解，從而迅速提升土壤 環(huán)境中無機態(tài)氮的濃度，使大豆共生固氮能力受抑 制。土壤無機態(tài)氮對大豆共生固氮能力有影響，早已被人們所證實，Weber通過田間試驗研究表明， 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%。竇新田報道，花期施用100 kg/hm2尿素，單株根瘤數(shù)量減少18%32%。 Uziakowa報道，化肥氮對根瘤形成抑制

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)境中的無機態(tài)氮濃度高，會對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，同時抑制根瘤菌對大豆 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)碳水化合物供應不足，固

13、氮能力下降，最終導致產(chǎn)量不高，甚至減產(chǎn)。可見協(xié)調(diào)好 土壤環(huán)境氮濃度與固氮之間的關系具有重要的研究 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，但僅靠土壤中的無機 態(tài)氮和大豆根瘤固定的氮，仍然無法達到大豆高產(chǎn) 的需要，所以生產(chǎn)上還需要施用氮肥。嚴君研究表專家視點鼻口 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%。田艷洪通過兩年的研究結果 表明，對于大豆而言，應該根據(jù)基礎費力確定合適的 施氮量，減少基肥氮的用量，這樣對于促進大豆前期 根系的生長，增加后期養(yǎng)分積累與干物質積累量有 積極的作用，且增加了肥料的利用率，減少氮肥過多 施用對環(huán)境造成的污染。3.2科學施用化肥氮“兩頭重，中間空”對大豆來說，應當有一套有別于其它作物的施 肥方法。這個方法應當保證既給大豆補充氮素營養(yǎng)， 又不會對大豆共生固氮產(chǎn)生抑制作用。大豆共生固氮量僅能滿足豆科作物50%左右的氮素需求，特別是在大豆生長過程中的生育前期和成熟期。大豆生育前期，當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，會暫時出現(xiàn)“氮素饑餓”；成熟 期根瘤菌活動能力已經(jīng)衰落，共生固氮系統(tǒng)則開始逐漸衰亡，也會出現(xiàn)缺氮現(xiàn)象。因此這兩個時期尚需 補充額外的氮源，也就是所說的“兩頭重，中間空”的 施氮模式。3.3多施有機肥和緩釋肥，培肥土壤，改善土壤物理特性有機肥腐熟后產(chǎn)生有機酸，能把土壤中各種不可給態(tài)養(yǎng)分溶解為可給態(tài)，及時供給大豆吸收利用。 同時，有機肥能改善土壤的物理性質，增加土壤疏松程度，使土壤蓄水、蓄肥并增強保溫能力形成大豆生 長的良好環(huán)境。緩釋肥能根據(jù)大豆不同生育時期對 各種營養(yǎng)元素的需要，在需要的時候供給大豆生長 發(fā)育所需養(yǎng)分，能及時補充大豆營養(yǎng)元素，有利于提 高大豆共生固氮能力。

16、參考文獻：1 陳昌斌，戴小密,俞冠翹，等.組成型nifA對大豆根瘤菌(Rhizobiumfredii) HN01lux結瘤固氮效率的促進作 用 J .科學通報,1999, 44(5):529- 533.2 戴建軍，程巖.應用15N示蹤技術對不同品種大豆的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 .科學通報，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大豆 產(chǎn)量的影響 Q.科學通報,2000,31(2):225-228.4 董鉆.大

17、豆產(chǎn)量生理M北京：中國農(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 .中國農(nóng)業(yè)科學，1989, 5: 62- 70.6 高金芳，王慶，赫崇巖，等.應用15N對大豆共生固氮 的研究J .大豆科學,1987, 1 :55- 61.7 李奇真，孫克用，盧增輝，等.夏大豆施肥生理基礎及高 產(chǎn)栽培技術研究.中國農(nóng)業(yè)科學,1989,4: 41-48.8 田艷洪.不同時期施用氮肥對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，2007.9 于振文.作物栽培學與耕作學M.北京：中國農(nóng)業(yè)岀 版

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