西北小麦与豆科绿肥间作体系箭筈豌豆和毛叶苕子生物固氮效率及氮素转移特性

【目的】箭筈豌豆、毛叶苕子与春小麦间作是西北地区推广的新型种植制度。利用15N自然丰度法,研究小麦间作对该系统中豆科绿肥的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,以期为该系统养分管理提供科学依据。【方法】在青海西宁和甘肃武威两地分别进行盆栽试验,供试绿肥包括箭筈豌豆和毛叶苕子,设置小麦单作、绿肥单作、小麦||绿肥间作等共5个处理,所有处理不施用氮肥,利用15N自然丰度技术,分析箭筈豌豆、毛叶苕子的生物固氮量及其向小麦的氮素转移量,调查了不同种植模式下小麦和绿肥作物的生物量,分析了影响绿肥生物固氮的因素。【结果】与单作相比,间作处理明显降低两地小麦和豆科绿肥的地上部干物质量,但间作系统中地上部干物质量土地当量比均大于1。间作后,小麦和箭筈豌豆、毛叶苕子的氮素积累量显著下降(西宁小麦除外),但绿肥单作、小麦||绿肥间作模式下总氮素积累量均明显高于小麦单作。与单作相比,间作豆科绿肥的生物固氮效率无明显改变,但固氮量显著降低(武威毛叶苕子除外),其中,西宁、武威两地间作箭筈豌豆的生物固氮量(0.24、0.48 g/pot)较单作(0.88、0.78 g/pot)分别显著降低了82.1%和38.5%,西宁间作毛叶苕子的生物固氮量(0.38 g/pot)较单作(0.81 g/pot)显著降低了51.2%。西宁毛叶苕子的生物固氮效率和生物固氮量均显著高于武威;两地箭筈豌豆的生物固氮效率差异不大,间作下的生物固氮量在武威较高。间作条件下,两种豆科绿肥生物固定的氮素均可向小麦转移,西宁、武威两地箭筈豌豆氮素转移量分别为0.13、0.19 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的31.6%和24.7%;毛叶苕子的氮素转移量分别为0.09、0.06 g/pot,分别占间作小麦吸氮量的23.8%和11.4%。路径分析结果表明,地上部干物质量是影响生物固氮量和氮素转移量的最主要因素。【结论】在不施氮肥条件下,间作小麦对豆科绿肥生物固氮效率无明显影响,但显著降低豆科绿肥的地上部生物量,进而降低总的生物固氮量。间作春小麦吸氮量的11.4%~31.6%来自于豆科绿肥,箭筈豌豆向小麦的氮素转移能力强于毛叶苕子。品种和生长环境都会影响豆科绿肥的总生物固氮量,因此,还需进一步研究与小麦间作的豆科绿肥的种类和品种,以提高间作绿肥对小麦的氮素转移效率。

我国大豆的生物固氮潜力研究

【目的】根瘤菌与大豆共生结瘤固氮是大豆的重要氮素来源之一,而我国在大豆生产中普遍过量使用化学氮肥,不仅增加了生产成本,而且严重抑制了大豆的生物固氮效率。因此在生产中充分发挥生物固氮作用、合理施用化学氮肥、降低大豆生产成本是我国发展大豆产业的重要措施,本文对我国大豆主产区生物固氮潜力及其分布特征进行了研究,旨在了解不施氮肥条件下不同大豆产区生物固氮的最大供氮能力,为大豆的合理施肥和充分发挥生物固氮作用提供理论依据。【方法】采用15N自然丰度法,在2011年和2012年测定了在不施用氮肥条件下我国4个大豆主产区包括黑河、大庆、长春、铁岭、济宁、延安、南宁等7个试验点在内的大豆生物固氮效率、生物固氮量及其对产量的贡献。15N自然丰度法的原理是利用非固氮参照作物从土壤中吸收的15N丰度高于固氮植物,根据两者的15N自然丰度差异估算出固氮植物的生物固氮率。所选的非固氮参照作物必须同大豆生长季一致,并且各试验点选用同一种非固氮植物以保证各地数据的可比性。通过查阅文献,有研究使用玉米作为参照作物,并且符合上述要求,因此本研究选择玉米作为非固氮参照作物。【结果】在不施氮肥条件下,我国大豆在正常降水年份的生物固氮效率为47%70%,其中铁岭最高为60%70%,黑河最低为47%54%;大豆的生物固氮量在N 92150 kg/hm2之间变化,其中籽粒中的生物固氮量占总固氮量的65%81%,生物固氮量最高的试验点为长春,最低的试验点为延安;生物固氮对产量的贡献在1039 1867 kg/hm2之间,其中最高的试验点为长春,最低的试验点为延安;在延安试验点苗期开花期极度干旱的2011年,大豆缺水严重抑制了根瘤菌的数量和固氮酶的活性,其生物固氮效率、固氮量及对产量的贡献均达极低水平,分别为15%和N 24 kg/hm2和245 kg/hm2。【结论】我国大豆不同主产区的生物固氮潜力存在较大差异,并且具有明显的分布规律。生物固氮效率以温带的铁岭为最高,向北至寒温带的黑河、向南到亚热带的南宁均呈现逐渐降低的趋势。受种植密度等因素的影响,大豆生物固氮量及其对产量贡献的分布规律与生物固氮效率不完全一致,其中东北地区最高,其次是济宁和南宁,延安最低。

施氏假单胞菌在玉米根际的固氮效率和促生效果研究

非豆科植物根际联合固氮作用广泛存在于水稻、玉米等根际,在农作物节肥增产方面具有巨大的应用潜力。施氏假单胞菌A1501是一株分离自水稻根际的模式联合固氮菌,接种该菌对水稻和玉米均具有良好的促生效果。为了进一步研究根际固氮与促生效果的关系,利用突变型泌铵固氮菌株(1568/pVA3)和转基因氮高效利用玉米品系共同构建高效固氮体系,并在温室条件下进行促生及生物固氮量评价。播种60 d后对玉米生长量和微生物固氮量进行分析,结果表明:固氮施氏假单胞菌接种后氮高效利用和对照玉米品系的地上和地下部生物量都显著高于不接种对照,但是固氮菌接种对氮高效利用玉米和对照玉米的总生物量没有显著影响。氮高效利用玉米接种1568/pVA3菌株后,植株生物量较施肥处理提高25.5%,全氮含量较不接种对照增加39%,15N同位素稀释法测定生物固氮量为0.8 g·株^(-1);接种野生型后植株生物量较施肥处理提高24.8%,生物固氮量为0.64 g·株^(-1)。研究结果表明,通过将固氮菌尤其是泌铵工程菌与氮高效利用玉米建立联合固氮体系可以显著提高根际固氮量和植株生物量,据估算每公顷可节省化肥约23%,而对照体系为7.5%。

根瘤菌-根系构型-丛枝菌根真菌对混播草地氮素固定与转移效率的影响

通过豆禾牧草不同混播比例下牧草根系构型、结瘤和土壤丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)特征对多年生豆禾混播草地生物固氮和转氮效率的影响,探究三者在生物固氮和转氮过程中起到的作用,为减氮增效的豆禾混播草地建植与管理提供依据。结果表明:随着混播豆科牧草的比例增加,氮产量和氮素利用效率均呈增加趋势,根系阻隔处理使氮素利用效率显著降低。与单播豆科牧草相比,混播豆科牧草根系的根长、根表面积、比根长、比根面积显著增加;不同混播比例间根系构型特征差异不显著。随着混播豆科牧草比例的逐渐递增,固氮酶活性虽未出现显著变化,但豆科牧草根系结瘤在数量、重量上逐渐减小;根系阻隔处理显著降低了固氮酶活性。与单播豆/禾牧草相比,混播草地土壤AMF属水平的类型更丰富;随着混播豆科牧草的比例增加,混播草地土壤AMF主导科和属的相对丰度呈增加趋势。混播牧草根系表面积、体积、直径和拓扑指数与牧草生物固氮、转氮能力呈正相关;混播牧草转氮能力和土壤AMF的物种类型与其根系侵染率、侵染强度密切相关。