氮肥和种植密度对蚕豆结瘤和生长影响

在常见的豆科作物如蚕豆、大豆和豌豆中，蚕豆的结瘤固氮能力最强［1］。作为云南最重要的豆科作物，如何通过适当的措施，减少氮肥的施用量，保证蚕豆的高产是现代农业可持续发展的关键。在过去近百年内，豆科作物的结瘤固氮一直是农业科学研究的热点。豆科作物结瘤和固氮的生理学和分子生物学的研究已经相当深入［2－3］，但由于田间状况的复杂性，豆科作物结瘤和固氮的田间研究一直处于较低水平。前人就光照、温度、水分、CO2、肥料等因素对蚕豆的影响做过很多研究，得出这些因素对蚕豆结瘤和生长的基本规律［1，4］。然而，在资源逐渐减少的今天，探明蚕豆结瘤和生长能力与土壤条件、栽培措施之间的关系，对于提高农业生产效率、减少投入等尤为重要。土壤条件包括很多方面如质地、有机质含量、土壤结构、通透性、养分等。这些因素相互作用影响着豆科作物的结瘤和生长［5］。前人曾研究了各种肥料不同组合对蚕豆生长的影响［6－7］，其中，有结果表明磷钾肥促进结瘤，而施氮肥抑制结瘤［8］。然而，不同区域土壤状况千差万别，氮肥的施用对豆类作物的影响也应有差异，大多研究没有考虑土壤状况，也缺乏土壤差异的对比试验，对指导生产的理论价值不强。农民在进行栽培时对种植密度的选择是有差异的。植物因密度不同而导致的差异，不仅反映在植物对自然资源如光照、温度等利用上的差异，还影响植物对这些资源的竞争强度，最终影响着豆类的生产力［9－11］。以往研究主要从单位面积上作物的产量来考虑作物的生产力状况，结合作物的结瘤能力来研究作物的生产力还较少。本研究从栽培生理学的角度，探讨不同土壤条件下，氮肥施用量和种植密度对蚕豆结瘤和生长的影响，以明确蚕豆种内互作在不同肥力和密度下对结瘤和生长的影响规律。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2010年10月～2011年4月在云南省澄江县郊龙街镇左所和右所村委会分别进行。该区位于玉溪抚仙湖，平均海拔1750.5m，年平均降水量789.6mm，年蒸发量1756.6mm，年均温度11.9～17.5℃，全年无霜期224～274d，年日照时数2103h，两块试验地分别为胶泥土和沙壤土质(具体指标见表1)。

1.2试验设计与方法

供试品种:蚕豆为“玉溪大粒豆”。肥力梯度试验处理:小区面积为2×5m，蚕豆株行距均为25cm，周围挖40×40cm深沟。试验按氮肥(尿素，N含量为46%)用量差异分为5个处理，即处理I(0kg/hm2)、处理II(60kg/hm2)、处理III(120kg/hm2)、处理IV(240kg/hm2)和处理V(480kg/hm2);磷肥用普钙(P2O5含量为17%)360kg/hm2;钾肥用硫酸钾(K2O含量为50%)100kg/hm2;硼肥用硼砂10kg/hm2;均作为底肥施入。出苗后20d和50d分别追两次氮肥，氮肥施肥比例为基肥∶第一次追肥∶第二次追肥=1∶2∶3。区组内不同处理随机排列，3次重复。密度试验处理:蚕豆株距均为25cm，行距分别有25cm、40cm和50cm三种处理;氮肥施用水平为120kg/hm2;其它操作同肥力梯度试验。

1.3数据收集方法

在蚕豆鼓粒期(2011年3月)进行蚕豆根瘤的收集与统计。待田间土壤水分适度时，将蚕豆苗周围10cm2、深25cm的土壤全部挖出，用塑料袋装好带出田外，将土壤中的根瘤全部剥出，用电子天平立即称取根瘤鲜重。每个小区边行和中行分别取4株蚕豆，分别记录各株数据。同时测定株高、分蘖数、有效荚数，测完后植株带回实验室80℃烘干至恒重为止，再称取各株样品的干重。于2011年4月收获并测定各小区子粒产量。

1.4数据分析

所有数据用Sigmaplot11.0进行统计和方差分析。

2结果与分析

2.1氮肥和密度对蚕豆结瘤的影响

土壤条件对蚕豆结瘤的影响有差异，在不同土壤条件下蚕豆的结瘤能力因氮肥施用量或种植密度不同而有差异。而且，蚕豆在胶泥土条件下结瘤能力始终高于沙壤土(见图1、2)。适量的氮肥施用促进蚕豆结瘤。当氮肥施用量从0增加到120kg/hm2时，沙壤土和胶泥土结瘤能力都增加，胶泥土边行达到最高点。当肥力增加到240kg/hm2时，除胶泥土边行外，其它处理蚕豆均达到最大结瘤量。当氮肥增加到480kg/hm2时，除胶泥土中行差异不大外，其它处理结瘤量锐减，结瘤量接近于不施肥的处理。胶泥土施肥最大增加结瘤113.73%(边行、肥力240kg/hm2)，沙壤土增加209.77%(边行、肥力240kg/hm2)。可见，适当增加土壤氮素供应有助于提高蚕豆结瘤能力。增大行距减少植株的种植密度(如图2所示)，在不同土壤条件下，处于田间不同方位的蚕豆的结瘤量是不一样的。同样，不论种植密度如何变化，胶泥土中种植的蚕豆的结瘤能力均高于沙壤土。在沙壤土中，行距为25cm时，结瘤能力最低。边行蚕豆在行距为40cm时，结瘤能力最强，比行距为25cm的处理增加20.06%。而中行在50cm时结瘤量最高，增加38.32%。在50cm时，边行和中行结瘤量几乎没有差异。在胶泥土中，边行40cm时结瘤量最高，中行在50cm时结瘤量最低。在25cm时，边行和中行根瘤量没有差异。由此可见，土壤类型的差异影响着种植密度对蚕豆结瘤能力的调节作用。

2.2氮肥和密度对蚕豆生物量的影响

植株地上部干物质量(SDW)，是衡量物质积累能力的一个指标。由图3可知，不论是沙壤土还是胶泥土，适量的氮肥施入增加植物的SDW，且沙壤土的SDW高于胶泥土。中行蚕豆在120kg/hm2时，作物的SDW最大，比未施氮素的增加17.01%(胶泥土)和30.47%(沙壤土);而边行在240kg/hm2时，SDW最大，比未施氮素的增加50.08%(胶泥土)和23.38%(沙壤土)。种植密度对植物生物量的影响比较一致，即当行距增大后，尽管不同土壤类型SDW有差异，但均随着种植密度而增大(图4)。

2.3氮肥和密度对蚕豆有效荚数的影响

蚕豆的结荚率是衡量产量的一个重要指标。由图5可知，土壤条件差异对荚数的影响并不如对根瘤鲜重和植株生物量大。而蚕豆在田间分布方位对结荚数影响却更大。适当提高氮肥施用量时，边行蚕豆的结荚数明显高于中行蚕豆。同时边行蚕豆能承受高肥力对蚕豆结荚的促进作用。种植在胶泥土的中行和边行蚕豆结荚最多时尿素施用量分别出现在60kg/hm2和120kg/hm2，结荚数分别为22.5个/株和27.1个/株;而种植在沙壤土的中行和边行蚕豆结荚最多的施肥量分别出现在120kg/hm2和240kg/hm2，结荚数分别为17.28个/株和26.2个/株。480kg/hm2的氮肥用量强烈抑制蚕豆的结荚，在胶泥土中相对最高结荚量最多被抑制30.51%，沙壤土结荚量最多被抑制达73.38%。图5不同氮肥施用量的蚕豆有效荚数种植密度对蚕豆结荚影响极为明显(如图6)，减少种植密度促进蚕豆结荚。除沙壤土边行外，行距从25cm增大到50cm，荚数增加80%以上。相同密度沙壤土的蚕豆荚数略高于胶泥土的蚕豆荚数。在胶泥土中，行距为25cm时，边行蚕豆荚数要高于图6不同种植密度的蚕豆有效荚数中行的蚕豆荚数，行距为40cm时，中行蚕豆的荚数要高于边行蚕豆荚数，而行距为50cm时，边行蚕豆荚数又高于中行蚕豆荚数。沙壤土中，行距为50cm时，边行蚕豆荚数要低于中行荚数;而在行距为40cm和25cm时，中行蚕豆的荚数要低于边行蚕豆荚数。

2.4氮肥和密度对蚕豆子粒产量的影响

为评价栽培措施对植物生长的影响，单株子粒产量是一个重要指标。从图7可以看出，尽管沙壤土子粒产量要高于胶泥土，但随着氮肥施用量的增加，单株子粒产量持续上升;当施肥量增加到240kg/hm2时，子粒产量达到最大值。以后，随着氮肥施用量增加，单株产量受到严重抑制。这种规律性与高小华的研究具有一定的相似性［12］。不同土壤条件下，种植密度对蚕豆子粒产量的影响不同。对沙壤土子粒产量随密度的降低持续增加;而胶泥土最高产量出现在行距为40cm。

2.5氮肥和密度对蚕豆株高的影响

株高是另外一个衡量植物长势的指标。生长在不同土壤条件下的蚕豆株高相差较大，平均差距在40cm以上(如图9、图10)。在氮肥施用量偏低的条件下，增加氮肥施用量可增加株高。不论在沙壤土还是胶泥土，在氮肥施用量较低时，中行蚕豆要高于边行蚕豆。在高施肥量如每小区施480kg/hm2氮肥时，边行蚕豆株高要高于中行蚕豆。种植密度对蚕豆株高的影响相对一致。密度越低，植株越矮。同样，中行蚕豆略高于边行蚕豆。

3结论与讨论

蚕豆是一种经济价值高，用途广的豆类作物。研究评价了氮肥施用水平和种植密度两种栽培因素在不同土壤条件下对蚕豆结瘤和生长情况，初步明确了施氮量和种植密度对蚕豆结瘤和生长的影响规律。研究考虑了土壤因素的差异对植物生长发育的影响，并对比分析了两土壤条件对蚕豆结瘤和发育影响的差异。结瘤能力是研究豆科作物生长发育规律的一个重要内容。从田间水平上，以往的许多报道总是局限于施氮促进或抑制结瘤这样一个简单对立命题上研究氮肥对结瘤的作用，这种思路往往会造成研究结果的片面性;而土壤本身的供氮能力，氮肥的施用量、方式和时期及根瘤的取样时间均应该作为考虑的因素。研究表明，不同时期分别施氮比一次性施氮对大豆的结瘤促进作用更强［13］。有大豆的试验表明，100mg/kg的氮肥对根瘤的重量和数量的作用最为明显，但没有表明土壤肥力的结构状况［14］，这样就无法对试验结果做出合理的解释。本研究发现，土壤条件对蚕豆结瘤能力存在决定作用(如图1)，并且少量施肥对蚕豆结瘤具有促进作用。在一定范围内，不同土壤条件下，增加相同量的氮素对结瘤的增产能力是不一样的。而且不论土壤状况如何，当施肥量过大时，氮素明显地抑制了蚕豆的结瘤能力。种植密度对豆科作物结瘤能力的影响，过去很少有文献报道。从本研究可以发现，在胶泥土和沙壤土中，密度对蚕豆结瘤能力的作用刚好相反，前者减小密度抑制结瘤，后者减小密度促进结瘤。种植密度影响着作物不同个体间对自然资源的竞争能力，也会对个体的结瘤能力产生影响。土壤条件的不同，作物个体对自然资源竞争强度有别，在结瘤能力上的差异原因有待深入分析。植物的生物产量、经济产量等指标是衡量作物生长能力的一般指标。从图3、5、7、9可以看出，蚕豆的生物量、荚数、子粒产量、株高和蚕豆的结瘤能力对氮肥施用的影响规律相似，即适当的氮肥用量提高了蚕豆的生物量、荚数、子粒产量和株高，但氮肥使用量过大以后，蚕豆的生长受到明显抑制。从图4、6、8和10可以看出，蚕豆行距变大后，蚕豆的生物量、荚数和子粒产量得到提高，株高降低，这种结果表明蚕豆长得更加旺盛，但不同土壤条件对结瘤能力的影响差异较大。本研究由于缺乏土壤和空气等指标因子的监测，而无法对试验现象做出更加明确的解释。长期以来，结瘤固氮能力和作物的生长潜力是豆科作物研究的两个系统。从资源有效利用的角度来看，提高豆科作物的结瘤固氮能力无疑是未来农业的发展方向，但固氮效率的提高必须以作物的经济产量得到保证为前提。因此，在实际工作中需根据各地特殊土壤和气候条件，探索最大限度提高豆科作物结瘤固氮的施肥量和种植密度，以期获得更高的肥料利用率和经济产量。