氮肥和種植密度對蠶豆結瘤和生長影響

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在常見的豆科作物如蠶豆、大豆和豌豆中，蠶豆的結瘤固氮能力最強［1］。作為云南最重要的豆科作物，如何通過適當的措施，減少氮肥的施用量，保證蠶豆的高產是現代農業可持續發展的關鍵。在過去近百年內，豆科作物的結瘤固氮一直是農業科學研究的熱點。豆科作物結瘤和固氮的生理學和分子生物學的研究已經相當深入［2－3］，但由于田間狀況的復雜性，豆科作物結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瘤和生長的基本規律［1，4］。然而，在資源逐漸減少的今天，探明蠶豆結瘤和生長能力與土壤條件、栽培措施之間的關系，對于提高農業生產效率、減少投入等尤為重要。土壤條件包括很多方面如質地、有機質含量、土壤結構、通透性、養分等。這些因素相互作用影響著豆科作物的結瘤和生長［5］。前人曾研究了各種肥料不同組合對蠶豆生長的影響［6－7］，其中，有結果表明磷鉀肥促進結瘤，而施氮肥抑制結瘤［8］。然而，不同區域土壤狀況千差萬別，氮肥的施用對豆類作物的影響也應有差異，大多研究沒有考慮土壤狀況，也缺乏土壤差異的對比試驗，對指導生產的理論價值不強。農民在進行栽培時對種植密度的選擇是有差異的。植物因密度不同而導致的差異，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度，最終影響著豆類的生產力［9－11］。以往研究主要從單位面積上作物的產量來考慮作物的生產力狀況，結合作物的結瘤能力來研究作物的生產力還較少。本研究從栽培生理學的角度，探討不同土壤條件下，氮肥施用量和種植密度對蠶豆結瘤和生長的影響，以明確蠶豆種內互作在不同肥力和密度下對結瘤和生長的影響規律。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2010年10月～2011年4月在云南省澄江縣郊龍街鎮左所和右所村委會分別進行。該區位于玉溪撫仙湖，平均海拔1750.5m，年平均降水量789.6mm，年蒸發量1756.6mm，年均溫度11.9～17.5℃，全年無霜期224～274d，年日照時數2103h，兩塊試驗地分別為膠泥土和沙壤土質(具體指標見表1)。

1.2試驗設計與方法

供試品種:蠶豆為“玉溪大粒豆”。肥力梯度試驗處理:小區面積為2×5m，蠶豆株行距均為25cm，周圍挖40×40cm深溝。試驗按氮肥(尿素，N含量為46%)用量差異分為5個處理，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=1∶2∶3。區組內不同處理隨機排列，3次重復。密度試驗處理: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。

1.3數據收集方法

在蠶豆鼓粒期(2011年3月)進行蠶豆根瘤的收集與統計。待田間土壤水分適度時，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。每個小區邊行和中行分別取4株蠶豆，分別記錄各株數據。同時測定株高、分蘗數、有效莢數，測完后植株帶回實驗室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子粒產量。

1.4數據分析

所有數據用Sigmaplot11.0進行統計和方差分析。

2結果與分析

2.1氮肥和密度對蠶豆結瘤的影響

土壤條件對蠶豆結瘤的影響有差異，在不同土壤條件下蠶豆的結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瘤能力始終高于沙壤土(見圖1、2)。適量的氮肥施用促進蠶豆結瘤。當氮肥施用量從0增加到120kg/hm2時，沙壤土和膠泥土結瘤能力都增加，膠泥土邊行達到最高點。當肥力增加到240kg/hm2時，除膠泥土邊行外，其它處理蠶豆均達到最大結瘤量。當氮肥增加到480kg/hm2時，除膠泥土中行差異不大外，其它處理結瘤量銳減，結瘤量接近于不施肥的處理。膠泥土施肥最大增加結瘤113.73%(邊行、肥力240kg/hm2)，沙壤土增加209.77%(邊行、肥力240kg/hm2)。可見，適當增加土壤氮素供應有助于提高蠶豆結瘤能力。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瘤能力均高于沙壤土。在沙壤土中，行距為25cm時，結瘤能力最低。邊行蠶豆在行距為40cm時，結瘤能力最強，比行距為25cm的處理增加20.06%。而中行在50cm時結瘤量最高，增加38.32%。在50cm時，邊行和中行結瘤量幾乎沒有差異。在膠泥土中，邊行40cm時結瘤量最高，中行在50cm時結瘤量最低。在25cm時，邊行和中行根瘤量沒有差異。由此可見，土壤類型的差異影響著種植密度對蠶豆結瘤能力的調節作用。

2.2氮肥和密度對蠶豆生物量的影響

植株地上部干物質量(SDW)，是衡量物質積累能力的一個指標。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，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，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(圖4)。

2.3氮肥和密度對蠶豆有效莢數的影響

蠶豆的結莢率是衡量產量的一個重要指標。由圖5可知，土壤條件差異對莢數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莢數影響卻更大。適當提高氮肥施用量時，邊行蠶豆的結莢數明顯高于中行蠶豆。同時邊行蠶豆能承受高肥力對蠶豆結莢的促進作用。種植在膠泥土的中行和邊行蠶豆結莢最多時尿素施用量分別出現在60kg/hm2和120kg/hm2，結莢數分別為22.5個/株和27.1個/株;而種植在沙壤土的中行和邊行蠶豆結莢最多的施肥量分別出現在120kg/hm2和240kg/hm2，結莢數分別為17.28個/株和26.2個/株。480kg/hm2的氮肥用量強烈抑制蠶豆的結莢，在膠泥土中相對最高結莢量最多被抑制30.51%，沙壤土結莢量最多被抑制達73.38%。圖5不同氮肥施用量的蠶豆有效莢數種植密度對蠶豆結莢影響極為明顯(如圖6)，減少種植密度促進蠶豆結莢。除沙壤土邊行外，行距從25cm增大到50cm，莢數增加80%以上。相同密度沙壤土的蠶豆莢數略高于膠泥土的蠶豆莢數。在膠泥土中，行距為25cm時，邊行蠶豆莢數要高于圖6不同種植密度的蠶豆有效莢數中行的蠶豆莢數，行距為40cm時，中行蠶豆的莢數要高于邊行蠶豆莢數，而行距為50cm時，邊行蠶豆莢數又高于中行蠶豆莢數。沙壤土中，行距為50cm時，邊行蠶豆莢數要低于中行莢數;而在行距為40cm和25cm時，中行蠶豆的莢數要低于邊行蠶豆莢數。

2.4氮肥和密度對蠶豆子粒產量的影響

為評價栽培措施對植物生長的影響，單株子粒產量是一個重要指標。從圖7可以看出，盡管沙壤土子粒產量要高于膠泥土，但隨著氮肥施用量的增加，單株子粒產量持續上升;當施肥量增加到240kg/hm2時，子粒產量達到最大值。以后，隨著氮肥施用量增加，單株產量受到嚴重抑制。這種規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量的影響不同。對沙壤土子粒產量隨密度的降低持續增加;而膠泥土最高產量出現在行距為40cm。

2.5氮肥和密度對蠶豆株高的影響

株高是另外一個衡量植物長勢的指標。生長在不同土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，中行蠶豆要高于邊行蠶豆。在高施肥量如每小區施480kg/hm2氮肥時，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結論與討論

蠶豆是一種經濟價值高，用途廣的豆類作物。研究評價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瘤和生長情況，初步明確了施氮量和種植密度對蠶豆結瘤和生長的影響規律。研究考慮了土壤因素的差異對植物生長發育的影響，并對比分析了兩土壤條件對蠶豆結瘤和發育影響的差異。結瘤能力是研究豆科作物生長發育規律的一個重要內容。從田間水平上，以往的許多報道總是局限于施氮促進或抑制結瘤這樣一個簡單對立命題上研究氮肥對結瘤的作用，這種思路往往會造成研究結果的片面性;而土壤本身的供氮能力，氮肥的施用量、方式和時期及根瘤的取樣時間均應該作為考慮的因素。研究表明，不同時期分別施氮比一次性施氮對大豆的結瘤促進作用更強［13］。有大豆的試驗表明，100mg/kg的氮肥對根瘤的重量和數量的作用最為明顯，但沒有表明土壤肥力的結構狀況［14］，這樣就無法對試驗結果做出合理的解釋。本研究發現，土壤條件對蠶豆結瘤能力存在決定作用(如圖1)，并且少量施肥對蠶豆結瘤具有促進作用。在一定范圍內，不同土壤條件下，增加相同量的氮素對結瘤的增產能力是不一樣的。而且不論土壤狀況如何，當施肥量過大時，氮素明顯地抑制了蠶豆的結瘤能力。種植密度對豆科作物結瘤能力的影響，過去很少有文獻報道。從本研究可以發現，在膠泥土和沙壤土中，密度對蠶豆結瘤能力的作用剛好相反，前者減小密度抑制結瘤，后者減小密度促進結瘤。種植密度影響著作物不同個體間對自然資源的競爭能力，也會對個體的結瘤能力產生影響。土壤條件的不同，作物個體對自然資源競爭強度有別，在結瘤能力上的差異原因有待深入分析。植物的生物產量、經濟產量等指標是衡量作物生長能力的一般指標。從圖3、5、7、9可以看出，蠶豆的生物量、莢數、子粒產量、株高和蠶豆的結瘤能力對氮肥施用的影響規律相似，即適當的氮肥用量提高了蠶豆的生物量、莢數、子粒產量和株高，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、莢數和子粒產量得到提高，株高降低，這種結果表明蠶豆長得更加旺盛，但不同土壤條件對結瘤能力的影響差異較大。本研究由于缺乏土壤和空氣等指標因子的監測，而無法對試驗現象做出更加明確的解釋。長期以來，結瘤固氮能力和作物的生長潛力是豆科作物研究的兩個系統。從資源有效利用的角度來看，提高豆科作物的結瘤固氮能力無疑是未來農業的發展方向，但固氮效率的提高必須以作物的經濟產量得到保證為前提。因此，在實際工作中需根據各地特殊土壤和氣候條件，探索最大限度提高豆科作物結瘤固氮的施肥量和種植密度，以期獲得更高的肥料利用率和經濟產量。