大豆是人类食用植物油和蛋白质的重要来源^[1-3]，随着人口的持续增长和生活水平的逐步提高，我国对大豆的需求量不断增加。然而，我国大豆单产和总产量均较低，2020 年我国大豆单产为 1983.5 kg/hm²，仅为世界平均单产（2782.2 kg/hm²） 的 71.2%^[4]。影响大豆高产的因素包括环境条件、品种特性、土壤肥力和田间管理措施等^[5]。由于大豆单产和效益较其他作物低，且其能通过根瘤固氮，因此人们对大豆的种植和养分管理不够重视。氮素为植物必需的大量营养元素，对大豆产量及品质形成起重要作用^[6-7]。大豆可与根瘤菌形成共生固氮体系，其固氮量占大豆生育期氮素总吸收量的 60%～70%^[8-9]。但大豆高的籽粒蛋白含量导致其较高的氮需求，仅靠根瘤固氮不能满足大豆对氮素的需要，尤其在高产和环境胁迫条件下更无法达到要求^[10]。目前，养分供应不合理是限制我国大豆高产的重要因素^[3]。因此，如何根据我国大豆品种以及种植地域特点进行科学养分管理对大豆高产至关重要。

科学合理的施肥能够促进大豆高产^[11]。当前推荐施肥方法主要是基于土壤养分测试和作物营养诊断方面，存在测试成本高和时效性差等弊端^[12-13]。养分专家系统（Nutrient Expert，NE）是基于作物产量反应、农学效率和土壤养分供应等特征参数进行推荐施肥，在有无土壤测试条件下均可适用，是一种轻简化的推荐施肥方法^[14]。田间验证表明，基于 NE 的推荐施肥可以优化肥料用量、提高肥料利用率、促进养分平衡吸收和增加农民收益^[15-18]。

施用微生物菌剂能明显改善土壤环境和肥力，加强根系养分吸收，增加作物抗逆能力和提高产量^[19-20]。豆科植物-根瘤菌共生固氮体系能为大豆提供氮素营养，这就为氮肥的减施提供了有效途径^[21-22]。植物促生菌（PGPR）能够促进作物生长和养分吸收，抑制病原菌生长，同时具有溶磷解钾和提高根际养分有效性的作用^[23]。在大豆生产中，添加促生菌能有效抑制根际致病微生物（如紫青霉素）的生长，减轻因连作引起的土传病害，且对大豆有生长刺激作用^[24]。同时接种根瘤菌和促生菌，具有改善大豆结瘤固氮和促进生长的复合功效，较单接根瘤菌显著提高大豆产量和土壤速效磷钾含量^[25-26]。

目前我国大豆微生物菌剂接种面积较少，且与养分管理结合的研究较少，养分专家系统结合微生物菌剂在大豆生产中的减肥潜力更缺乏深入研究。因此，本试验通过研究养分专家系统推荐施肥配施根瘤菌、促生菌对大豆产量、养分吸收的影响，探讨大豆生产中进一步减施氮肥用量的可行性，以期为大豆高产高效的养分管理措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于 2019 年 5—10 月分别在黑龙江省农业科学院哈尔滨市民主试验基地（45°51′N，126°49′E） （春大豆）和河南省周口市聂堆镇（33°52′N， 114°34′E）（夏大豆）进行。哈尔滨试验点属于温带季风性气候，该区域年平均温度 3.5℃，年均降水量 569 mm，主要集中在 7—9 月，占全年降水量的 60%～70%，全年无霜期 147 d，土壤为粘质黑土。周口试验点属于暖温带半湿润季风气候，该区域年平均气温 14.5°C，年平均降水量约 745 mm，全年无霜期 204 d，土壤为壤质潮土。两个试验点大豆播前土壤（0～20 cm）基本理化性状见表1。

1.2 试验设计

试验设 5 个处理，分别为 NE（大豆养分专家系统推荐施肥量）；70% NE（NE 推荐施肥量基础上减施氮肥 30%，NR）；70% NE+ 促生菌剂 （RP）；70% NE+ 根瘤菌（RR）；70% NE+ 促生菌剂 + 根瘤菌（RPR）。周口和哈尔滨试验点的具体肥料用量见表2。试验小区为随机区组排列，每处理重复 3 次，小区面积均为 40 m²。两个试验点供试肥料均为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P₂O₅ 16%） 和氯化钾（K₂O 60%）；根瘤菌为快生型根瘤菌 （sinorhizobium fredii），由中国农业大学生物技术学院提供，有效活菌数≥50 亿 /mm；促生菌为有机物颗粒剂，主要菌种为哈茨木霉和拜赖青霉，由哈尔滨君龙实业有限公司提供。施肥方式均为一次性基施，促生菌与底肥一起施入，种子用根瘤菌菌剂拌种晾干后播种。周口试验点 6 月 10 日播种，9 月 28 日收获，大豆品种为中黄 13，种植密度 28 万株 /hm²，前茬作物为小麦；哈尔滨试验点 4 月 26 日播种，9 月 29 日收获，大豆品种为黑农 63，种植密度 23 万株 /hm² ，前茬作物为大豆。大豆生育期灌溉、栽培、除草和病虫害防治等均采用当地高产田管理措施。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 样品采集

在盛花期采集各个小区耕层（0～20 cm）土壤。每小区采 3 个土样后混合为一个土样，剔除根系和杂物后过 2 mm 筛，装入冰盒立刻运送至实验室。成熟期每个小区随机设置 3 个长势均匀的 1 m² 样方，取样收获。风干后分别对籽粒和秸秆称重，称取 100 g 籽粒于 65℃下烘干至恒重，计算含水量，以含水量 13% 的大豆作为大豆产量。秸秆同样在 65℃下烘干至恒重，测算出大豆秸秆重量。

1.3.2 植株氮磷钾养分全量测定

大豆籽粒和秸秆样品 65℃烘干后粉碎，经 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮，消煮液经定容后，分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法（Cole-Parmer 2655-00，Vernon Hills，IL）测定全氮、全磷、全钾浓度^[27]。

氮（磷、钾）吸收量（kg/hm² ）=[籽粒氮（磷、钾）含量（g/kg）× 籽粒产量（kg/hm²）+ 秸秆养分含量（g/kg）× 秸秆产量（kg/hm²）]/1000

1.3.3 土壤养分含量测定

土壤鲜样用于测定土壤铵态氮、硝态氮，部分风干后用于测定其他养分含量。土壤铵态氮和硝态氮用 0.01 mol/L 的 CaCl₂ 浸提、连续流动分析仪测定，土壤全氮用元素分析仪（Elementar，德国）测定，土壤全磷用 NaOH 熔融-钼锑抗比色法测定，土壤全钾用 NaOH 熔融-原子吸收法测定，有效磷采用 NaHCO₃ 浸提-钼锑抗比色法测定，土壤速效钾用 NH₄OAc 浸提-原子分光光度计测定^[27]。

1.4 数据处理

试验数据处理采用 Excel2016，统计分析采用 SPSS 25.0，多重比较采用 LSD 法，显著性水平取 P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对大豆产量的影响

两个试验点均以 RPR 处理大豆产量最高，NR 处理最低（表3）。在周口试验点，NR、RP 与 NE 处理产量无显著差异，RR 和 RPR 处理产量较 NR 处理增加了 32.4%～64.6%，RPR 处理产量较 NE 处理显著增加 40.9%。在哈尔滨试验点，RP、RR、 RPR 与 NE 处理间产量无显著差异，但 NR 处理产量较 NE 处理降低了 23.3%，而 RPR 处理产量较 NR 处理增加了 31.8%。

结果表明，在 NE 处理推荐施肥的基础上减施氮肥 30% 大豆表现出较大的减产趋势，减氮后单独添加促生菌在哈尔滨、添加根瘤菌在周口表现出较好的效果，而两种菌剂结合施用在两地均获得与 NE 处理相似或较高的产量（表3）。

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异达 5% 显著水平。下同。

2.2 不同施肥处理对大豆收获期地上部养分吸收的影响

在周口试验点，RPR 处理的氮磷钾吸收量显著高于其他处理（表4）。与 NE 处理相比，NR 处理的氮吸收量降低了 15.0%，而 RP 和 RR 处理氮吸收量无显著变化。RR 和 RPR 处理的氮吸收量分别较 NR 处理增加了 34.9% 和 66.9%，RPR 处理较 NE 处理增加了 41.8%。NE、NR 和 RP 处理的磷钾吸收量相似，而 RPR 处理磷吸收量较 NE 处理增加 27.9%，RR 和 RPR 处理钾吸收量较 NE 处理增加了 34.2% 和 89.9%。在哈尔滨试验点，各处理间氮吸收量无显著差异，NE、RP 和 RPR 处理的磷吸收量无显著差异，NR、RR 处理磷吸收量分别较 NE 处理降低了 26.9%、19.7%（表4）。RPR 处理的钾吸收量较其他 4 个处理增加 12.8%～23.4%，且其他 4 个处理间无显著差异。

2.3 不同施肥处理对盛花期土壤养分含量的影响

2 个试验点不同处理的铵态氮含量无显著差异；在周口试验点，RR 处理硝态氮较 NE 处理显著降低，而 NE、RPR、NR 和 RP 处理间硝态氮含量无显著差异；在哈尔滨试验点，NE、NR 和 RP 处理的硝态氮含量相似，而 RR 和 RPR 处理硝态氮含量较 NE 处理显著降低（表5）。

在周口试验点，RPR 处理的有效磷含量较其他 4 个处理显著增加了 54.4%～89.8%，而其余 4 个处理间无显著性差异；哈尔滨试验点所有处理间有效磷含量无显著性差异（表6）。周口试验点各处理速效钾含量无显著性差异；在哈尔滨试验点，RPR 处理的速效钾含量较其他 4 个处理增加了 30.8%～37.5%，而其他 4 个处理间无显著性差异（表6）。

3 讨论

3.1 养分专家系统结合微生物菌剂对大豆产量和养分吸收的影响

氮素是作物生长的必需营养元素，氮素供应不足影响植物正常生长和产量。NE 处理的氮肥用量是利用大豆养分专家系统根据各试验点的产量潜力、土壤肥力和养分需求特征推荐的适宜氮肥用量。本研究中，在 NE 推荐施肥量基础上单独减氮 30% 减少了土壤的氮素供应量，抑制了大豆的生长发育，从而降低了大豆产量（表3）。在周口试验点，NE 推荐施肥基础上减氮 30% 后配施促生菌对大豆养分吸收和产量增加不显著，而减氮 30% 后配施根瘤菌能显著增加大豆的养分吸收和产量；在哈尔滨试验点，减氮 30% 后配施促生菌对大豆养分吸收和产量增加的幅度高于配施根瘤菌（表3、表4）。这是因为周口试验点为小麦-玉米轮作种植体系，不存在大豆连作障碍，并且未施用过根瘤菌，初次施用根瘤菌会表现出较好的效果，而促生菌的效果不显著。哈尔滨试验点因为大豆长期连作和施用根瘤菌，产生一定的连作障碍。本研究所用的促生菌为青霉菌和木霉菌，具有较强的杀菌和抗逆能力，添加后能缓解连作障碍，增加了大豆对氮磷钾养分尤其是磷的吸收，而施用根瘤菌效果不佳。隋世江等^[28]在辽宁省抚顺市的研究表明，施用微生物菌剂可增加大豆根瘤数和提高大豆产量。郑浩宇等^[29]在黑龙江省黑河市的研究发现，在接种根瘤菌的条件下，进行适当的减氮处理可以提高大豆的光合作用和干物质积累，进而提高大豆产量。

有研究表明，植物对接种根瘤菌的响应程度很大程度上取决于土壤性质、作物产量潜力及当地根瘤菌的丰度和有效性^[30]。豆科植物同时接种促生菌与根瘤菌，能进一步促进根瘤固氮，并通过两者的协同作用提高土壤养分有效性和籽粒产量^[31]。李艳萍等^[26]研究表明，同时接种根瘤菌和促生菌处理的大豆产量较不接种处理增产 2.5～3.0 倍。本研究中，在 NE 推荐施肥量减氮 30% 的基础上根瘤菌和促生菌结合施用的增产效果最显著；RPR 处理在哈尔滨试验点与 NE 处理产量相似，在周口试验点较 NE 处理增产 40.9%（表3）。这是因为周口试验点播前土壤矿质态氮（NH₄ ⁺-N、NO₃^--N）含量与哈尔滨试验点相比较低，周口试验点 NE 处理的大豆产量也较哈尔滨试验点低，其大豆有较大的增产潜力；且周口试验点未施用过根瘤菌，土壤根瘤菌丰度较低。同时，促生菌和根瘤菌配施通过生物固氮增加土壤氮素供应能力、促生菌能解磷解钾而提高土壤磷钾供应能力，特别是有效磷，盛花期根瘤菌和促生菌结合处理的含量较 NE 处理增加8 9.8%，而磷对于根瘤菌在豆科作物根系的定殖和根瘤形成至关重要。此外，促生菌又可抑制土壤病原菌活性和增强作物抗逆能力，二者的结合为大豆的健康生长提供强大的保障，促进大豆养分吸收和提高产量^[25，31]。

3.2 养分专家系统结合微生物菌剂对土壤速效养分的影响

土壤养分含量是影响作物生长和高产的重要原因。在两个试验点，NE 处理土壤速效氮含量较高， RR 处理较低，在 NE 基础上减氮 30% 配施微生物菌剂相较于 NE 处理没有增加土壤速效氮含量，而大豆获得了较高的养分积累和产量，可能是增加的根瘤固氮保证了其氮素供应，同时促进对土壤氮素的吸收（表5）。在周口试验点，RPR 处理土壤有效磷含量显著高于其他 4 个处理，而各处理间土壤速效钾含量无显著差异；在哈尔滨试验点，各处理间土壤有效磷含量无显著差异，而 RPR 处理速效钾含量显著高于其他 4 个处理（表6）。因为两个试验点土壤总磷含量相似（表1），而同期周口试验点的温度通常高于哈尔滨试验点，高的温度能提高土壤磷的有效性^[32]；其次，哈茨木霉菌生长的适宜温度为 32.5℃^[33]，周口试验点显然更适于木霉菌的生长及其解磷功能的发挥，能增加土壤有效磷含量；同时哈尔滨试验点土壤偏酸也可增加对磷的固定，降低磷的有效性^[34]。哈尔滨试验点土壤全钾含量显著高于、而土壤 pH 低于周口试验点 （表1）。高的总钾量可矿化释放较多的速效钾，同时酸性条件下钾的选择结合位点易被 Al3+ 等占据，土壤的固钾能力降低，土壤溶液中 K+ 增加，增加了速效钾含量。此外，施用根瘤菌和促生菌均能促进大豆根系分泌有机酸降低根际 pH，进而较单施一种菌剂促进土壤中难溶性磷钾养分的溶解与释放，提高速效养分含量^[35-36]。

4 结论

在 NE 推荐施肥的基础上减施氮肥 30% 显著影响了大豆的养分吸收和产量形成，促生菌施用在哈尔滨、根瘤菌施用在周口试验点分别表现出较好增产和培肥效果，而促生菌和根瘤菌结合施用在两个试验点的效果均最佳，获得了与 NE 处理相似或更高的产量。NE 处理推荐施肥系统结合微生物菌剂能在保证大豆高产条件下进一步减肥增效。

参考文献