孫旭剛，王文斌

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧沈陽110161）

近年來，為了追求作物產(chǎn)量的提高，化肥使用量逐年增加，但因長期使用化肥導(dǎo)致的土壤肥力降低、土壤板結(jié)和環(huán)境污染等諸多短板逐漸放大[1-3]。為滿足農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新形勢，采用生物菌肥替代化肥日益受到關(guān)注[4-5]。生物菌肥是由有益微生物經(jīng)過人工處理加工而成的生物肥料，內(nèi)含多種活體微生物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能增加土壤有效態(tài)氮、有效態(tài)磷或有效態(tài)鉀等養(yǎng)分含量，促進作物生長與發(fā)育[6-7]。研究表明，施用生物菌肥能減少化肥用量，提高玉米的氮磷肥料利用率和籽粒產(chǎn)量[8-9]。施用復(fù)合微生物菌肥M-14，能使小麥增產(chǎn)14.3%，同時減少胞囊線蟲侵染率[10]。花生在施用生物菌肥后，產(chǎn)量相比對照提高了9.93%～11.56%[11]。關(guān)于生物菌肥影響大豆生長發(fā)育的研究較少，且以往研究重點在生物菌肥對大豆地上部產(chǎn)量的影響[12]，而忽視了其對根系性狀的影響。該研究以遼寧省大豆主栽品種遼豆15作為試材，探討新型生物肥料碳能復(fù)合益生菌對其根系形態(tài)、根瘤數(shù)量、根瘤干重以及根冠比的影響，從而為生物肥料在大豆生產(chǎn)中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試品種

選擇遼寧地區(qū)主栽大豆品種遼豆15作為試材。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院西試驗地進行，土壤種類為棕壤土，耕層30 cm，肥力中低等，前茬為高粱。土壤的化學(xué)特性為：有機質(zhì)含量為22.4 g/kg，總氮量為1.31 g/kg，總磷量為1.5 g/kg，總鉀量為24.2 g/kg，速效氮含量為105 mg/kg，速效磷含量為79 mg/kg，速效鉀含量為148 mg/kg，pH 6.0。

田間設(shè)置3個施肥處理：不施肥（CK）、復(fù)合肥處理（T1）和復(fù)合益生菌處理（T2）。其中，T1處理按當(dāng)?shù)厥┓柿渴┓剩∟∶P∶K=15∶15∶15復(fù)合肥）300 kg/hm2；T2處理為在不施肥基礎(chǔ)上施用碳能復(fù)合益生菌。碳能復(fù)合益生菌（乾元坤生）是微生物菌劑，有效活菌數(shù)達(dá)5×108/mL以上，由遼寧后金集團生產(chǎn)和提供。施用方法詳見產(chǎn)品說明書。田間試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，行長10 m，10行區(qū)，行距60 cm，等距穴播，每穴保苗2株，穴距20 cm。田間管理參照當(dāng)?shù)卣４蠖固镩g管理（病蟲害防治、灌溉等）執(zhí)行。

1.3 測定項目

分別于分枝期、開花期和鼓粒期，每個小區(qū)選取具有代表性的連續(xù)5株進行根系性狀測定。參照董鉆[15]報道的取根方法。按0.44 m×1.2 m×0.5 m（長×寬×高）挖根，然后清水浸泡沖洗根部，洗根部時下面放置100目的篩子收集脫落根系。利用根系掃描系統(tǒng)WinRHIZO Pro 2012b（Regent Instruments，Inc.，Quebec，Canada）測定根長、根系直徑、根系表面積、根系體積和根毛數(shù)。最后，將根系和地上部植株置于烘箱中進行105℃殺青30 min，85℃烘至恒重。根冠比=根系干重/地上部干重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行。多重比較采用最小顯著差異法（LSD），P＜0.05為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理下遼豆15根系形態(tài)的比較

從表1可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系體積、根毛數(shù)量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使大豆的根系體積提高了14%，使根長、根系表面積和根毛數(shù)量分別降低了18%、3%和13%；復(fù)合益生菌處理T2使大豆的根長、根系表面積、根系體積和根毛數(shù)量分別提高了59%、87%、118%和81%。

在開花期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系直徑、根系體積、根毛數(shù)量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使大豆的根系表面積、根系直徑、根系體積和根毛數(shù)量分別提高了26%、28%、59%和56%，使根長降低了1%；復(fù)合益生菌處理T2使大豆的根長、根系表面積和根毛數(shù)量分別提高了118%、34%和93%，使根系直徑和根系體積分別降低了39%和18%。

在鼓粒期，不同處理下大豆的根長、根系表面積、根系體積、根毛數(shù)量存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使根長、根系表面積、根系體積和根毛數(shù)量分別降低了45%、37%、30%和47%；復(fù)合益生菌處理T2使根長、根系表面積、根系體積和根毛數(shù)量分別降低了38%、29%、20%和16%。

2.2 不同施肥處理下遼豆15根瘤數(shù)量和根瘤干重的比較

從圖1可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的根瘤數(shù)量存在顯著差異（P＜0.05），而根瘤干重差異不顯著（P＞0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使根瘤數(shù)量降低20%；復(fù)合益生菌處理T2使根瘤數(shù)量提高了30%。

在開花期，不同處理下大豆的根瘤數(shù)量和根瘤干重均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使根瘤數(shù)量和根瘤干重分別降低了8%和11%；復(fù)合益生菌處理T2使根瘤數(shù)量和根瘤干重分別提高了11%和34%。

在鼓粒期，不同處理下大豆的根瘤數(shù)量和根瘤干重均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使根瘤數(shù)量和根瘤干重分別降低了2%和6%；復(fù)合益生菌處理T2使根瘤數(shù)量和根瘤干重分別提高了129%和196%。

2.3 不同施肥處理下遼豆15根冠比的比較

從表2可以看出，在分枝期，不同處理下大豆的地上部干重和根系干重?zé)o顯著差異（P＞0.05），但根冠比差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使根冠比降低了13%；復(fù)合益生菌處理T2使根冠比降低了3%。

在開花期，不同處理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均無顯著差異（P＞0.05）。

在鼓粒期，不同處理下大豆的地上部干重、根系干重和根冠比均存在顯著差異（P＜0.05）。與不施肥處理CK相比，復(fù)合肥處理T1使地上部干重提高了10%，使根系干重和根冠比分別降低了36%和42%；復(fù)合益生菌處理T2使地上部干重提高了4%，使根系干重和根冠比分別降低了33%和35%。

表1 不同施肥處理下遼豆15的根系形態(tài)

圖1 不同施肥處理下遼豆15根瘤數(shù)量和根瘤干重

表2 不同施肥處理下遼豆15的根冠比

3 結(jié)論與討論

前人研究表明，大豆根系性狀與產(chǎn)量間呈正相關(guān)[16]。張含彬等[17]研究表明，根系性狀在不同施肥量下表現(xiàn)出較大差異，造成根系對地上部供養(yǎng)能力的不同，最終影響大豆籽粒產(chǎn)量。適量施氮肥可以增加大豆根長、根系表面積、根系體積和大豆根冠比，但氮肥施用量過大則對其有抑制作用[18]。吳俊江等[19]研究表明，具有較長的根長、較大的根系總表面積和較多的根毛數(shù)量將有利于提高大豆根系對土壤中磷素的吸收。大豆的生長發(fā)育過程，其顯著特征是根系與根瘤菌形成根瘤固氮體。根瘤的共生固氮作用是大豆生長所需氮素的重要來源，對籽粒產(chǎn)量和化學(xué)品質(zhì)的提升具有重要作用[20]。該研究表明，施用復(fù)合肥降低了遼豆15分枝期、開花期和鼓粒期的根瘤數(shù)量和根瘤干重。這與Streeter[21]的觀點一致，大量施用化肥抑制了根瘤菌的侵染、根瘤的形成和固氮活性。然而，該研究發(fā)現(xiàn)，施用碳能復(fù)合益生菌使遼豆15分枝期、開花期和鼓粒期的根瘤數(shù)量和根瘤干重得到了提高。由此說明，施用碳能復(fù)合益生菌能夠有效提高大豆根瘤的代謝活性和固氮效率。

研究發(fā)現(xiàn)，施用復(fù)合肥和碳能復(fù)合益生菌均降低遼豆15鼓粒期的根冠比，根冠比降低主要得益于地上部干重的提高和根系干重的降低。其中，碳能復(fù)合益生菌處理下根系干重、地上部干重和根冠比的變化幅度要低于復(fù)合肥處理。原因是在大豆生育后期，同化物更多地積累于地上部器官中，從而促進了籽粒中物質(zhì)累積與轉(zhuǎn)化。采用T1處理的復(fù)合肥施用量300 kg/hm2為目前大豆生產(chǎn)中常規(guī)施用量，折合生產(chǎn)成本平均為750元/hm2，而依據(jù)碳能復(fù)合益生菌的說明書確定的施用方法和施用量，折合生產(chǎn)成本也為750元/hm2。由此說明，在生產(chǎn)成本比較中，復(fù)合肥處理和碳能復(fù)合益生菌無明顯差異?？紤]到碳能復(fù)合益生菌處理在增加大豆產(chǎn)量帶來經(jīng)濟效益的同時，具有顯著的生態(tài)效益。因此，未來應(yīng)對不同施用量和施用模式的優(yōu)化進行深入系統(tǒng)研究，從而為大豆優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、綠色栽培技術(shù)提供理論指導(dǎo)。