大豆是重要的粮油兼用作物,因其能够与根瘤菌共生进行生物固氮,在维持农田土壤氮素平衡上起着重要的作用。我国黄淮海地区是保障国家粮食安全的重要“粮仓”之一,冬小麦-夏大豆(简称麦豆)作为该区的主要轮作制度之一,在维持土壤肥力方面发挥重要作用,对区域粮食产能提升和农业生产有重要意义。但该地区小麦季的高施肥量导致氮肥残留率高达40%,这不仅增加区域内环境污染的风险,还可能影响后茬大豆的根瘤和根系发育,进而影响其产量。深入研究土壤残留氮对大豆生长发育的影响,能提升麦豆轮作周年氮肥利用效率、实现麦茬大豆绿色增产,对落实“大力提升大豆和油料单产”国家战略部署有重要意义。近期,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室尧水红课题组完成的题为“麦茬土壤残留氮对夏大豆根瘤、根系发育及产量的影响”在《中国农业科学》2024年第57卷23期正式发表。
该研究根据黄淮海一年两熟区麦茬土壤残留氮水平,设置土壤硝态氮含量为5.25 mg·kg-1(N5)、10.00 mg·kg-1(N10)、20.00 mg·kg-1(N20)、40.00 mg·kg-1(N40)和60.00 mg·kg-1(N60)共5个残留氮水平,于2021—2022年连续两年开展田间微区模拟试验。于大豆播前、六叶期、盛花期和鼓粒初期测定根层(0—40 cm)土壤硝态氮含量,六叶期和鼓粒初期分析大豆地上部和地下部生物量、根瘤干重以及根系构型指标,收获季全小区测产计算大豆产量。结果表明,残留氮增加大豆季土壤硝态氮含量,且随降雨迅速下移,2021和2022年处理间根层土壤硝态氮含量差异分别延续至鼓粒初期和六叶期。2021年大豆六叶期各处理根层土壤硝态氮含量分别为23.44—24.42、24.98—28.07、16.99—28.21、23.81—45.34、33.37—53.78 mg·kg-1;2022年分别为7.63—7.84、8.02—8.86、8.32—8.71、9.43—10.01、15.40—17.92 mg·kg-1。在大豆生育期内,六叶期的根层土壤硝态氮含量与大豆产量显著相关,土壤硝态氮含量17.83—40.33 mg·kg-1时大豆产量随其升高而增加;7.63—17.83或40.33—53.78 mg·kg-1时产量随其升高而降低;7.63或40.33 mg·kg-1时产量最高。六叶期,根层土壤硝态氮含量增加提高地上部生物量、根系面积和根系宽度,但降低地下部生物量、根瘤干重、侧根数和根尖数。大豆生物量、根瘤及根系构型与六叶期根层土壤硝态氮含量的关系鼓粒初期,地上部生物量、根表面积、根系宽度和根尖数仍受六叶期根层土壤硝态氮含量的影响,随其升高而呈现先降低后升高再降低的变化趋势。受六叶期根层土壤硝态氮含量显著影响的根瘤和根系指标中,根瘤干重、根表面积、根系宽度和根尖数是影响大豆产量的主要因素。综上,麦茬土壤残留氮在时间和空间上持续影响后茬大豆季土壤氮水平,并通过影响大豆关键生育时期(六叶期)的根层土壤硝态氮含量调节大豆根瘤和根系发育,进而影响其地上部生物量及产量。建议根据残留氮水平适量、适期施氮,控制麦茬大豆苗期根层硝态氮含量7.63或40.33 mg·kg-1,以提升氮肥利用效率、获得较高产量。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所尧水红和王天舒为该研究的共同通信作者,王晶为该文第一作者。
该研究获得国家大豆产业技术体系(CARS-04)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(1610132023001)的资助。
王晶, 王天舒, 王丽, 周新雨, 李庭宇, 孟熠黎, 黄新阳, 尧水红. 麦茬土壤残留氮对夏大豆根瘤、根系发育及产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(23): 4712-4724.
WANG Jing, WANG TianShu, WANG Li, ZHOU XinYu, LI TingYu, MENG YiLi, HUANG XinYang, YAO ShuiHong. The Effects of Soil Residual Nitrogen from Wheat Season on Summer Soybean Root Nodules, Root System and Yield[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(23): 4712-4724.
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