全 文 ：核 农 学 报 2010，24(3):599 ～ 604
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)03-0599-06
圆褐固氮菌对春小麦产量和氮肥利用效率的影响
卢秉林 王文丽 李 娟 车宗贤
(甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070)
摘 要:利用盆栽和田间试验，探讨了圆褐固氮菌 Azotobacter chroococcum beijerinck N45 及用其研制的生
物氮肥对春小麦产量和氮肥利用效率的影响，旨在为生物氮肥的研制及其与化学氮肥的最佳配比用量
提供理论依据。结果表明，盆栽试验中供试菌株 N45 具有对春小麦的增产作用和对氮肥利用效率的促
进作用。将其研制为生物氮肥后，其效果在田间得到了很好的再现，盆栽与田间试验均是与半量化学氮
肥配施效果最佳，相比同量化肥处理分别提高春小麦秸秆产量 12. 70%和 16. 34%;籽粒产量 15. 31%和
11. 77%;氮素收获指数 0. 68% 和 0. 13%;氮肥农学利用率 30. 37% 和 59. 39%;氮素吸收利用率
26. 53%和 88. 66%;氮肥偏生产力 15. 27%和 11. 77%;氮肥生理利用率 12. 24%和 35. 24%，同时还能
够提高秸秆和籽粒中全氮、全磷和全钾的累积量。
关键词:春小麦;圆褐固氮菌;生物氮肥;氮肥利用效率
EFFECTS OF Azotobacter chroococcum BEIJERINCK ON YIELD AND
FERTILIZER N USE EFFICIENCY OF SPRING WHEAT
LU Bing-lin WANG Wen-li LI Juan CHE Zong-xian
(Institute of Soil，Fertilizer and Water Saving Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou，Gansu 730070)
Abstract:Pot and field trials were conducted to study effects of Azotobacter chroococcum beijerinck N45 and the
developed biological nitrogen fertilizer on the yield and fertilizer N use efficiency of spring wheat，and aimed to provide
a theoretical basis on developing biological nitrogen fertilizer and determine the best ratio of biological nitrogen fertilizer
with chemical nitrogen. Results showed that the developed Azotobacter chroococcum beijerinck N45 biological nitrogen
fertilizer could increase spring wheat yield and improve the ues efficiency of nitrogen fertilizer in the pot trial，and the
most significant effect was found at the application combined with half amount of chemical nitrogen in the pot and field
trials. Compared with the same amount of chemical nitrogen treatment，spring wheat straw yield 15. 31% and 11. 77%，
grain yield increased by 12. 70% and 16. 34%，nitrogen harvest index 0. 68% and 0. 13%，N agronomy efficiency
30. 37% and 59. 39%， fertilizer N use efficiency 26. 53% and 88. 66%，partial factor productivity from applied
N 15. 27% and 11. 77%，physiological efficiency of applied N 12. 24% and 35. 24% in the pot and field trials，
respectively. Meanwhile，it improved the in total nitrogen，total phosphorus and total potassium in spring wheat straw
and grain.
Key words:spring wheat;Azotobacter chroococcum beijerinck;biological nitrogen fertilizer;fertilizer N use efficiency
收稿日期:2009-09-30 接受日期:2009-12-25
基金项目:国家绿色农业科学研究与示范项目(2007-12-2)，甘肃省农业科学院农业科技创新专项(2009GAAS27)
作者简介:卢秉林(1979-)，男，甘肃民勤人，助研，主要从事土壤和环境微生物的研究工作。Tel:13893333041;E-mail:lblhappy@ 163. com
固氮细菌是土壤生态系统中十分重要的功能群之
一，在土壤氮素循环中发挥着不可替代的作用［1］，将
其作为微生物肥料的接种剂，相比化肥具有成本低、使
用安全、持续效果好、增产稳定、非再生能源消耗少、对
995
核 农 学 报 24 卷
环境和食品安全、经济效益高等特点［2］。利用固氮菌
作为田间接种剂的研究在世界各地广泛开展［2，3］，并
取得了一些可喜的成绩。许多研究结果显示，接种联
合固氮菌对植物的生长具有促进作用，并伴随一定的
增产效应［4，5］，但由于菌株与寄主植物的专一性较强，
不同生境与植物固氮菌的种类和特性不同，因此，从特
定生境和植物根际分离获得高效固氮菌株以研制适合
不同生境和植物的专用生物菌肥具有十分重要的意
义。本文首先通过盆栽试验，在不同化学氮肥用量下，
接种本研究室从当地小麦根际分离所得的 Azotobacter
chroococcum beijerinck N45，研究其对春小麦产量及其
养分利用效率的影响，并在盆栽试验结束后，将其研制
成生物氮肥，结合盆栽试验所得的最佳化肥配比用量，
通过田间试验，对它于春小麦的肥效进行进一步验证，
旨在为生物氮肥的研制及其与化肥的最佳配比用量提
供理论依据。
1 材料与方法
1. 1 盆栽试验
试验在甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研
究所温室进行。供试土壤取自兰州市刘家堡农户大
田，取土时先除去 0 ～ 40cm 表层土壤，挖取 40 ～ 70cm
土层土壤，风干、混匀过筛。土壤肥力偏低，含有机质
2. 29 g·kg － 1，全氮 0. 24 g·kg － 1，全磷 0. 56g·kg － 1，全钾
24. 9g·kg － 1，速效氮 18. 2mg·kg － 1，速效磷(P2O5)15. 1
mg·kg － 1，速效钾(K2O)41. 0 mg·kg
－ 1，全盐 0. 43 g·
kg － 1，pH 为 8. 28。试验盆钵为直径 20cm，高 23cm 的
塑料花盆，播种前称取土样 4. 0kg 与肥料充分混匀后
装盆。供试作物为春小麦 3412，每盆播种 15 粒，出苗
后第 5 天定苗为 10 株。试验于 2007 年 9 月 17 日播
种，2008 年 1 月 30 日收获。收获时进行常规考种，并
在籽粒和秸秆风干后进行全氮、全磷和全钾含量测定。
菌液制备时采用固氮菌液体培养基:甘露醇
20. 0g、KH2PO4 0. 2g、K2HPO4 0. 8g、FeCl3 0. 01g、MgSO4
·7H2O 0. 2g、NaMoO4·2H2O 0. 03 g、K2SO4 0. 1g、
CaCO31. 0g、蒸馏水 1000ml，pH 为 7. 2。首先取 1 支供
试菌种的冻存管，在无菌操作条件下用接种环取一环
接种到预先制备好的无菌液体培养基中，然后放入恒
温震荡仪，30℃恒温，180r /min 摇培 3d 后接菌，接菌前
测得有效活菌数超过 1 × 109ml － 1。
试验在磷、钾化肥用量一致的条件下，设置不施氮
肥(N0)、施 1 /4 氮肥(N0. 25)、施 1 /2 氮肥(N0. 5)、施 3 /
4 氮肥(N0. 75)和施全量氮肥(N1)5 个施氮水平，每个
施氮水平下设置不接菌和接菌 2 个处理，另外设有 1
个不施肥也不接菌剂的对照处理 CK1，共 11 个处理，5
次重复。其中全量处理按施纯 N 0. 15g·kg 干土 － 1、
P2O5 0. 1g·kg 干土
－ 1、K2O 0. 1g·kg 干土
－ 1的常规用量
计算，氮肥用尿素，磷肥用重过磷酸钙，钾肥用氯化钾，
化肥作为基肥一次性施入。供试菌种 Azotobacter
chroococcum beijerinck N45(简称 N45)为本研究室从
甘肃春小麦根际土壤分离筛选所得，菌剂在小麦播种
和苗期分 2 次接入，每次每盆接种 50ml。
1. 2 田间试验
盆栽试验结束后，将 N45 用载体(Z)吸附，其中载
体为菌种吸附剂，制成固体生物氮肥(Nb)，其有效活
菌数超过 1 × 109 g － 1，结合盆栽试验所得的最佳化肥配
比用量，进一步通过田间试验对它在春小麦上的肥效
进行验证。试验设在甘肃省农业科学院土肥所白云试
验站。供试土壤为石灰性灌漠土，耕层(0 ～ 20cm)土
壤 pH 值为 8. 01，含有机质 20. 65g·kg － 1、全氮 1. 43g·
kg － 1、全磷 0. 69g·kg － 1、全钾 30. 20g·kg － 1、速效氮
70. 0mg·kg － 1、速效磷(P2O5)38. 6mg·kg
－ 1，速效钾
(K2O)139. 52mg·kg
－ 1。田间前茬作物为单作油葵。
试验在磷肥用量一致的条件下，设置半量(N0. 5)
和全量(N1)2 个化学氮肥施用水平，每个施氮水平下
设置生物氮肥和载体 2 个配施处理，同时为了判断所
研制肥料对小麦的增产效果来自载体还是菌株，增设
1 个载体处理和 1 个不添加任何肥料的对照处理
(CK2)，共 6 个处理，3 次重复，采用随机区组排列，小
区面积为 18m2(4. 5m × 4m)。供试小麦品种为永良四
号，播量为 450kg·hm － 2。试验氮素用尿素、磷素用重
过磷酸钙，施肥全量按 N 150kg·hm － 2，P2O5 120kg·
hm － 2计算，其中磷肥和 70%氮肥作为基肥于播种前施
入，其余氮肥在第一次灌水时施入，生物氮肥和载体的
施用量均为 120kg·hm － 2，采用土施法随种子一起施入
播种沟，并及时覆土，避免阳光暴晒。试验于 2008 年
3 月 23 日播种，7 月 10 日收获。小麦成熟后，各小区
收获中央 3m × 3m，脱粒风干计产，并随机收获 20 株
进行常规考种。
1. 3 测定与计算方法
春小麦籽粒和秸秆中全氮、全磷和全钾含量分别
采用 H2SO4-H2O2 消煮，奈氏比色法、钒钼黄比色法和
火焰光度计法进行测定，有关养分累积量、氮素收获指
数和氮肥利用效率按照以下公式计算:
养分累积量 =干物质量 ×养分含量(N、P、K)［6］
氮素收获指数 NHI(%)= (籽粒吸氮量 /植株吸
氮量)× 100［7］
006
3 期 圆褐固氮菌对春小麦产量和氮肥利用效率的影响
氮肥农学利用率 NAE(kg·kg － 1)= (施氮处理产
量 －不施氮处理产量)/施氮量［7］
氮肥吸收利用率 NUR(%)=(施氮处理吸氮量 －
不施氮处理吸氮量)/施氮量 × 100［7］
氮肥偏生产力 PFP(kg·kg － 1)=施氮处理产量 /施
氮量［8］
氮素生理利用率 NPE(kg·kg － 1)= (施氮处理产
量 －不施氮处理产量)/吸氮量［8］
1. 4 数据处理
试验数据采用 Excel 2003 进行统计，DPS 3. 01 进
行方差分析。
2 结果
2. 1 盆栽试验
2. 1. 1 圆褐固氮菌对盆栽春小麦产量及构成因素的
影响 由表 1 看出，N45 与化学氮肥配施时对春小麦
籽粒和秸秆增产效果显著，其中与半量化学氮肥配施
时增幅最大，分别为 15. 31% 和 12. 70%，而且与全量
氮肥处理之间差异不显著，其增产作用主要表现在增
加千粒重、穗粒数和穗长，对株高无明显影响，其中
与半量化学氮肥配施时的千粒重、穗粒数和穗长显
著高于同量化肥处理 12. 31%、5. 29% 和 7. 29%，而
且千粒重和穗粒数与全量化学氮肥处理之间差异不
明显。
2. 1. 2 圆褐固氮菌对盆栽春小麦秸秆和籽粒中全氮、
全磷和全钾累积量的影响 从表 2 看出，接种 N45 能
够提高春小麦秸秆和籽粒中全氮、全磷和全钾的累积
量，与同量化肥处理相比，籽粒中全氮、全磷和全钾累
积量分别提高 6. 02% ～ 25. 13%、－ 4. 54% ～ 35. 23%
和 2. 74% ～ 32. 12%;秸秆中全氮、全磷和全钾累积量
分别提高 14. 29% ～ 40. 44%、－ 36. 25% ～ 88. 33% 和
9. 74% ～ 14. 33%;整个地上部分(秸秆 + 籽粒)的全
氮、全磷和全钾累积量分别提高 13. 75% ～ 25. 41%、
3. 73% ～ 39. 75%和 10. 17% ～ 18. 67%。
表 1 圆褐固氮菌对盆栽春小麦产量及构成因素的影响
Table 1 Effects of A. chroococcum beijerinck on yield and yield components of spring wheat in pot experiment
处理
treatment
千粒重
1000-grain weight(g)
穗粒数
grains per Panicle
籽粒产量
grain yield(g·pot － 1)
株高
plant height(cm)
穗长
panicle length(cm)
秸秆产量
straw yield(g·pot － 1)
CK1 29. 36 ± 0. 89e 16. 18 ± 0. 76f 4. 75 ± 0. 24g 56. 95 ± 2. 28bc 7. 29 ± 0. 25f 6. 52 ± 0. 12ef
N0 24. 32 ± 2. 96f 14. 04 ± 0. 65g 3. 41 ± 0. 49h 55. 42 ± 1. 79c 7. 28 ± 0. 52f 5. 93 ± 0. 48f
N0 N45 24. 16 ± 0. 72f 13. 92 ± 0. 69g 3. 36 ± 0. 31h 56. 94 ± 2. 84bc 7. 54 ± 0. 24f 6. 73 ± 0. 39e
N0. 25 30. 68 ± 1. 75de 19. 22 ± 1. 33e 5. 91 ± 0. 72f 57. 85 ± 1. 83abc 9. 51 ± 0. 26e 8. 40 ± 0. 42d
N0. 25 N45 32. 49 ± 0. 80cd 20. 62 ± 0. 69d 6. 70 ± 0. 29e 59. 84 ± 6. 68abc 9. 74 ± 0. 97de 9. 45 ± 1. 08c
N0. 5 31. 02 ± 2. 26de 21. 54 ± 0. 46d 6. 86 ± 0. 42de 60. 87 ± 4. 80ab 10. 49 ± 0. 33cd 9. 53 ± 0. 52c
N0. 5 N45 34. 84 ± 1. 01ab 22. 68 ± 0. 83c 7. 91 ± 0. 49b 60. 21 ± 3. 52ab 11. 04 ± 0. 34ab 10. 74 ± 0. 56ab
N0. 75 32. 32 ± 1. 52cd 22. 74 ± 1. 11c 7. 34 ± 0. 36cd 57. 89 ± 4. 41abc 10. 60 ± 0. 30bc 9. 79 ± 0. 54c
N0. 75 N45 35. 43 ± 0. 50a 23. 86 ± 0. 59ab 8. 45 ± 0. 25a 61. 29 ± 4. 48ab 11. 21 ± 0. 35a 10. 76 ± 0. 41ab
N1 33. 54 ± 0. 51bc 22. 80 ± 0. 86bc 7. 65 ± 0. 33bc 60. 49 ± 3. 22ab 10. 26 ± 0. 55cd 10. 57 ± 0. 51b
N1 N45 35. 87 ± 0. 55a 24. 22 ± 0. 88a 8. 68 ± 0. 19a 62. 29 ± 2. 04a 11. 28 ± 0. 24a 11. 42 ± 0. 69a
注:CK1:不施肥料;N0:不施化学氮肥;N0. 25:施 1 /4 化学氮肥;N0. 5:施 1 /2 化学氮肥;N0. 75:施 3 /4 化学氮肥;N1:施全量化学氮肥;N45:供试圆褐
固氮菌。同列不同字母表示处理间差异显著(P < 0. 05)。下同。
Note:CK1:No fertilizer;N0:No chemical nitrogen fertilizer;N0. 25:A quarter of chemical nitrogen fertilizer application;N0. 5:An half of chemical nitrogen
fertilizer application;N0. 75:Three quarters of chemical nitrogen fertilizer application;N1:Full of chemical nitrogen fertilizer application;N45:Azotobacter
chroococcum beijerinck N45 . Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0. 05 level. The same as following tables.
2. 1. 3 圆褐固氮菌对盆栽春小麦氮素收获指数和氮
素利用效率的影响 从表 3 看出，无论是否接菌，氮素
收获指数均随施氮水平的提高而降低，但是接种 N45
可以提高春小麦的氮素收获指数，说明接种 N45 能促
使更多的氮素在籽粒中累积。氮素生理利用率随施氮
量的增加而增加，接种 N45 可提高春小麦氮素生理利
用率 2. 57% ～ 17. 56%，其中在低氮水平(N0. 25和 N0. 5)
下的提高幅度相对较大，分别为 17. 56% 和 12. 24%。
而氮肥农学利用率、氮素吸收利用率和氮肥偏生产力
均随施氮水平的提高而降低，但是接种 N45 能提高氮
肥农学利用率 24. 50% ～ 30. 37%，其中与 1 /2 化学氮
肥配施时增幅最高;提高氮肥吸收利用率 21. 44% ～
32. 55%，其中与 3 /4 化学氮肥配施时增幅最高;提高
氮肥偏生产力 13. 26% ～ 15. 27%，其中与 1 /2 化学氮
肥配施时增幅最高。
2. 2 田间试验
106
核 农 学 报 24 卷
2. 2. 1 生物氮肥对田间春小麦产量及构成因素的影
响 在盆栽试验结束后，将 N45 研制成固体生物氮
肥，并结合盆栽试验所得的最佳化肥配比用量(半量
化学氮肥)，进一步通过田间试验对它在春小麦上的
肥效进行验证，结果表明(表 4)，生物氮肥与半量化学
氮肥配施(N0. 5 P1Nb)时，春小麦籽粒和秸秆产量显著
高于同量化肥与载体配施处理(N0. 5 P1 Z)11. 77% 和
16. 34%，而且其秸秆产量与全量化肥处理(N1P1 Z)之
间差异不显著，其中增产效果主要表现在增加穗粒数
和穗长，显著高于同量化肥处理(N0. 5 P1 Z)13. 82% 和
6. 20%，而对春小麦的穗数、千粒重和株高无明显影
响。在与全量化学氮肥配施(N1P1Nb)时，对春小麦籽
粒和秸秆产量的影响不明显。而且从表 4 还可看出，
单独以载体处理(Z)的籽粒和秸秆产量均要显著高于
不施肥处理(CK2)，说明固体生物氮肥研制时所选用
的载体在一定程度上能够增强供试菌株的肥效。
表 2 圆褐固氮菌对盆栽春小麦养分累积量的影响
Table 2 Effects of A. chroococcum beijerinck on nutrients accumulation of spring wheat
in pot experiments (mg·pot － 1)
处理
treatment
全氮累积量
total nitrogen accumulation
全磷累积量
total phosphorus accumulation
全钾累积量
total potassium accumulation
秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum 秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum 秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum
CK2
38. 36
± 0. 70hi
92. 13
± 4. 60f
130. 49
± 4. 49g
1. 17
± 0. 02g
42. 45
± 2. 12e
43. 63
± 2. 12h
340. 55
± 6. 24f
21. 84
± 1. 09e
362. 40
± 6. 08f
N0
33. 20
± 2. 68i
72. 23
± 10. 42g
105. 43
± 12. 94h
6. 22
± 0. 51e
31. 60
± 2. 95f
37. 82
± 2. 91i
345. 00
± 27. 86f
15. 70
± 1. 47f
360. 69
± 27. 66f
N0 N45
43. 34
± 2. 53h
76. 58
± 7. 14g
119. 93
± 9. 59gh
7. 54
± 0. 44d
31. 69
± 2. 95f
39. 23
± 3. 38hi
411. 90
± 24. 00e
16. 13
± 1. 50f
428. 03
± 25. 44e
N0. 25
73. 47
± 3. 61g
129. 83
± 15. 87e
203. 30
± 18. 69f
10. 58
± 0. 52b
52. 70
± 6. 44bcd
63. 28
± 6. 83ef
539. 04
± 26. 50d
28. 39
± 3. 47d
567. 43
± 29. 15d
N0. 25 N45
84. 69
± 9. 68f
148. 58
± 6. 42d
233. 27
± 14. 81e
19. 85
± 2. 27a
50. 31
± 2. 17d
70. 16
± 4. 07cd
616. 26
± 70. 47c
37. 51
± 1. 62b
653. 77
± 71. 58c
N0. 5
95. 30
± 5. 22e
155. 98
± 9. 62cd
251. 28
± 12. 88d
5. 62
± 0. 31ef
54. 46
± 3. 36bc
60. 09
± 3. 51fg
611. 83
± 33. 52c
32. 93
± 2. 03c
644. 75
± 34. 50c
N0. 5 N45
133. 84
± 5. 68d
181. 28
± 11. 25b
315. 12
± 11. 16c
6. 02
± 0. 31ef
69. 10
± 4. 29a
75. 11
± 4. 21ab
689. 62
± 35. 99b
40. 32
± 2. 50a
729. 94
± 35. 41b
N0. 75
137. 08
± 7. 52c
165. 50
± 8. 15c
302. 58
± 9. 67c
4. 80
± 0. 26f
51. 32
± 2. 52cd
56. 12
± 2. 48g
609. 03
± 33. 42c
33. 78
± 1. 66c
642. 80
± 33. 06c
N0. 75 N45
159. 65
± 6. 13b
207. 09
± 6. 22a
366. 74
± 10. 20a
9. 04
± 0. 35c
69. 40
± 2. 09a
78. 43
± 2. 23a
679. 91
± 26. 11b
40. 57
± 1. 22a
720. 48
± 26. 58b
N1
153. 93
± 7. 50b
166. 40
± 7. 18c
320. 34
± 13. 49b
10. 04
± 0. 49b
56. 74
± 2. 45b
66. 79
± 2. 81de
678. 75
± 33. 05b
35. 18
± 1. 52bc
713. 93
± 34. 12b
N1 N45
175. 93
± 10. 66a
190. 51
± 4. 27b
366. 44
± 13. 86a
6. 40
± 0. 39e
66. 77
± 1. 50a
73. 17
± 1. 78bc
744. 86
± 45. 11a
41. 68
± 0. 94a
786. 54
± 45. 74a
注:CK2:不施肥料;Z:载体;P1:施全量化学磷肥;Nb:供试固体生物氮肥。下同。
Note:CK2:No fertilizer;Z:Carrier;P1:Full of chemical phosphate fertilizer application;Nb:Solid biological nitrogen fertilizer was developed by Azotobacter
chroococcum beijerinck N45. The same blow.
表 3 圆褐固氮菌对盆栽春小麦氮素收获指数和氮素利用效率的影响
Table 3 Effects of A. chroococcum beijerinck on nitrogen harvest index and
fertilizer N use efficiency of spring wheat in pot experiments
处理
treatment
氮素收获指数
NHI (%)
氮肥农学利用率
NAE(kg·kg － 1)
氮肥吸收利用率
NUR (%)
氮肥偏生产力
PFP(kg·kg － 1)
氮素生理利用率
NPE(kg·kg － 1)
N0. 25 63. 71 ± 2. 31a 16. 69 ± 6. 11b 65. 25 ± 13. 62b 39. 43 ± 4. 82b 18. 79 ± 5. 64c
N0. 25 N45 63. 78 ± 2. 02a 21. 91 ± 2. 82a 85. 23 ± 13. 05a 44. 66 ± 1. 93a 22. 09 ± 2. 29bc
N0. 5 62. 06 ± 1. 50a 11. 49 ± 2. 15cd 48. 62 ± 5. 06cd 22. 86 ± 1. 41d 21. 97 ± 3. 20bc
N0. 5 N45 62. 48 ± 2. 11a 14. 98 ± 2. 62bc 61. 52 ± 5. 86b 26. 35 ± 1. 64c 24. 66 ± 2. 77ab
N0. 75 54. 70 ± 2. 00b 8. 73 ± 1. 03de 43. 81 ± 2. 28de 16. 32 ± 0. 80ef 23. 72 ± 2. 13b
N0. 75 N45 56. 47 ± 0. 95b 11. 20 ± 0. 92d 58. 07 ± 2. 18bc 18. 78 ± 0. 57e 24. 33 ± 1. 63ab
N1 51. 95 ± 0. 93c 7. 06 ± 0. 79e 35. 82 ± 2. 14e 12. 75 ± 0. 55g 25. 42 ± 2. 21ab
N1 N45 52. 02 ± 1. 21c 8. 79 ± 0. 77de 43. 50 ± 3. 30de 14. 47 ± 0. 33fg 27. 64 ± 1. 90a
206
3 期 圆褐固氮菌对春小麦产量和氮肥利用效率的影响
2. 2. 2 生物氮肥对田间春小麦养分积累的影响 从
表 5 可以看出，供试生物氮肥(Nb)能够促进春小麦中
全氮、全磷和全钾的累积，而且与半量化学氮肥配施时
的促进效果要优于与全量化学氮肥配施(N1P1Nb)。
其中和半量化学氮肥配施时，与同量化肥和载体的配
施处理(N0. 5 P1 Z)相比，秸秆中全氮、全磷和全钾累积
量提高 16. 83%、25. 00% 和 24. 39%，籽粒中全氮、全
磷和全钾累积量提高 17. 84%、14. 36%和 11. 78%，整
个地上部分全氮、全磷和全钾累积量提高 19. 51%、
15. 99%和 22. 95%。和全量化学氮肥配施(N1P1Nb)
时，与同量化肥和载体的配施(N1P1 Z)处理相比，秸秆
中全氮、全磷和全钾累积量提高 6. 51%、12. 91% 和
10. 57%，籽 粒 中 全 氮、全 磷 和 全 钾 累 积 量 提 高
15. 76%、3. 74% 和 3. 77%，整个地上部分全氮、全磷
和全钾累积量提高 14. 30%、5. 17%和 9. 84%。
表 4 生物氮肥对田间春小麦产量及构成因素的影响
Table 4 Effects of biological nitrogen fertilizer on yield and yield components of spring wheat in field experiments
处理
treatment
穗数
spike No.
(104·hm － 2)
穗粒数
grains No.
千粒重
1000-grain
weight(g)
株高
plant height
(cm)
穗长
panicle length
(cm)
籽粒产量
grainyield
(kg·hm － 2)
秸秆产量
straw yield
(kg·hm － 2)
CK2 530. 83 ± 145. 84a 19. 27 ± 2. 84c 44. 83 ± 8. 94a 65. 55 ± 5. 03ab 5. 51 ± 0. 27e 4114. 81 ± 195. 73e 3953. 45 ± 330. 11d
Z 558. 89 ± 121. 18a 22. 23 ± 0. 64bc 45. 72 ± 0. 81a 60. 46 ± 5. 00b 6. 13 ± 0. 40d 5170. 37 ± 373. 89d 4967. 61 ± 111. 14c
N0. 5 P1 Z 572. 50 ± 114. 88a 24. 75 ± 2. 81b 47. 35 ± 1. 47a 69. 83 ± 7. 39a 7. 26 ± 0. 15c 6448. 15 ± 344. 50c 6195. 28 ± 251. 80b
N1 P1 Z 639. 17 ± 68. 57a 29. 28 ± 0. 46a 48. 05 ± 2. 20a 72. 62 ± 5. 37a 7. 86 ± 0. 04b 7896. 30 ± 191. 27a 7586. 64 ± 464. 32a
N0. 5 P1 Nb 626. 11 ± 88. 33a 28. 17 ± 0. 45a 47. 76 ± 0. 50a 71. 26 ± 4. 14a 7. 71 ± 0. 21bc 7207. 41 ± 367. 56b 7207. 41 ± 99. 80a
N1 P1 Nb 646. 11 ± 77. 62a 30. 70 ± 0. 85a 48. 16 ± 1. 40a 73. 18 ± 3. 32a 8. 37 ± 0. 29a 8192. 59 ± 273. 15a 7562. 39 ± 287. 03a
表 5 生物氮肥对田间春小麦秸秆和籽粒养分累积量的影响
Table 5 Effects of biological nitrogen fertilizer on nutrients accumulation of
spring wheat straw and grain in field experiments (kg·hm － 2)
处理
treatment
全氮累积量
total nitrogen accumulation
全磷累积量
total phosphorus accumulation
全钾累积量
total potassium accumulation
秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum 秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum 秸秆 straw 籽粒 grain 总和 sum
CK2
8. 46
± 0. 70f
59. 34
± 2. 82f
67. 80
± 2. 97f
1. 66
± 0. 14e
9. 30
± 0. 44e
10. 96
± 0. 48e
116. 59
± 8. 61f
14. 81
± 0. 70e
131. 40
± 8. 82f
Z
12. 77
± 0. 28e
79. 00
± 5. 71e
91. 77
± 5. 46e
2. 24
± 0. 05d
12. 77
± 0. 92d
15. 01
± 0. 88d
161. 62
± 4. 01e
19. 65
± 1. 42d
181. 27
± 3. 75e
N0. 5 P1 Z
15. 92
± 0. 65d
98. 72
± 5. 28d
114. 64
± 5. 21d
3. 00
± 0. 13c
16. 64
± 0. 89c
19. 64
± 1. 01c
210. 86
± 1. 40d
27. 08
± 1. 45c
237. 94
± 1. 99d
N1 P1 Z
24. 28
± 1. 49b
130. 37
± 3. 16b
154. 65
± 3. 58b
3. 95
± 0. 24b
21. 40
± 0. 52a
25. 35
± 0. 67a
278. 51
± 15. 01b
33. 16
± 0. 80a
311. 67
± 14. 47b
N0. 5 P1 Nb
18. 60
± 0. 26c
116. 33
± 5. 93c
137. 01
± 5. 75c
3. 75
± 0. 06b
19. 03
± 0. 97b
22. 78
± 0. 96b
262. 28
± 1. 78c
30. 27
± 1. 55b
292. 55
± 2. 73c
N1 P1 Nb
25. 86
± 0. 99a
150. 91
± 5. 03a
176. 77
± 4. 71a
4. 46
± 0. 17a
22. 20
± 0. 74a
26. 66
± 0. 91a
307. 94
± 6. 51a
34. 41
± 1. 15a
342. 35
± 7. 56a
2. 2. 3 生物氮肥对田间春小麦氮素收获指数和氮素
利用效率的影响 从表 6 可以看出，生物氮肥与半量
化学氮肥配施时，能够显著提高春小麦氮肥农学利用
率 59. 39%、氮肥吸收利用率 88. 66%、氮肥偏生产力
11. 77%、氮肥生理利用率 35. 24%，其增幅均高于与
全量化学氮肥配施。虽然生物氮肥与半量化学氮肥配
施时春小麦的氮素收获指数与同量化肥处理之间差异
不显著，但数值上仍高于同量化肥处理。
表 6 生物氮肥对田间春小麦氮素收获指数和氮素利用效率的影响
Table 6 Effects of biological nitrogen fertilizer on nitrogen harvest index and fertilizer N use
efficiency of spring wheat in field experiments
处理
treatment
氮素收获指数
NHI (%)
氮肥农学利用率
NAE(kg·kg － 1)
氮肥吸收利用率
NUR (%)
氮肥偏生产力
PFP(kg·kg － 1)
氮肥生理利用率
NPE(kg·kg － 1)
N0. 5 P1 Z 86. 09 ± 0. 89a 17. 04 ± 1. 67c 30. 50 ± 3. 13c 85. 98 ± 4. 60b 12. 97 ± 1. 52c
N1 P1 Z 84. 30 ± 0. 86b 18. 17 ± 1. 67bc 41. 92 ± 3. 22b 52. 64 ± 1. 27c 20. 93 ± 2. 20a
N0. 5 P1 Nb 86. 20 ± 0. 75a 27. 16 ± 0. 09a 57. 54 ± 0. 40a 96. 10 ± 4. 90a 17. 54 ± 0. 97b
N1 P1 Nb 85. 36 ± 0. 76ab 20. 15 ± 1. 15b 56. 67 ± 2. 09a 54. 62 ± 1. 82c 20. 05 ± 1. 55ab
306
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2010，24(3):599 ～ 604
3 讨论
试验 结 果 表 明，盆 栽 试 验 中 圆 褐 固 氮 菌
(Azotobacter chroococcum beijerinck N45)对春小麦的增
产作用和对氮肥利用效率的促进作用在其研制为生物
氮肥后，在田间得到了很好的再现。这与韩文星［5］、
姚拓［9］、席琳乔［10］等人关于固氮菌能够促进作物生长
的研究结果相一致。但也有相当多的研究报道固氮菌
对作物的增产效果不显著，施振云等［11］对 2 年 3 个试
验点产量进行多年多点试验结果联合分析发现，联合
固氮菌在习惯用肥量下能有效提高玉米苗期品质，提
高玉米产量，但在不施化肥的条件下，增产效果不显
著。方萍等［12］在红壤性水稻上接种固氮螺菌 NO40
后，发现水稻新展开叶的叶绿素含量、株高及秸秆重有
显著提高，但水稻增产作用未达到显著水平。由此可
见，接种固氮菌剂对植物生长具有促进作用，并伴随一
定的增产效应，但这种增产效果不稳定，究其原因，主
要是由于联合固氮菌与宿主植物根系之间只是一种松
散的联合关系，没有分化出有形结构，从而固氮效率易
受植物生长状况、土壤、肥力、气候、土著菌竞争及铵和
氧浓度等因素的影响，因此从特定的生境和作物根际
分离获得广谱高效固氮菌株，进而研制出适合特定生
境和作物的生物氮肥将是一个长期不懈的工作。
本研究发现，供试菌株 N45 和生物氮肥在半量施
氮水平下对春小麦的增产效果最优，过高或过低的施
氮水平对其肥效的发挥都有一定的抑制作用，这主要
是因为结合态氮(氨、亚硝酸盐、硝酸盐等)会阻碍固
氮酶的合成，抑制某些细菌固氮酶的活性，因此，氮源
充足的情况下，固氮菌优先利用环境中的氮，从而抑制
或消除接种后土壤的固氮酶活性，这与 Galal［13］和郝
晶等［14］人的研究结果相一致。张丽梅等［15］统计多年
来关于接种联合固氮菌对植物生长促进作用的研究报
道后发现，联合固氮菌在中低肥力下对植物的增产率
在 5% ～ 8%之间，但在高肥水平下接种增产效应不明
显或增产低于正常施肥接种。
作物地上部分养分累积量反映了作物对土壤和肥
料养分的吸收利用情况。本试验结果显示，供试菌株
N45 和生物氮肥能显著提高春小麦秸秆和籽粒中的全
氮累积量，而且与低量化学氮肥(N0. 25和 N0. 5)配施时
的促进效果要优于与全量化肥配施，说明过高的施氮
水平会抑制春小麦秸秆和籽粒中养分的累积，席琳乔
等［10］在燕麦上的研究结果也证实了这一点。供试菌
株 N45 和生物氮肥还可增加春小麦秸秆和籽粒中全
磷和全钾的累积量，这与姚拓［9］、张国霞［16］等的研究
结果相符。究其解磷机理，是因为这些联合固氮菌具
有分泌有机酸(如甲酸、醋酸、丙酸、乙醇酸、延胡索
酸、乳酸和丁二酸等)的能力，而这些酸可使土壤中不
溶性磷素转变为可溶性磷素，同时一些羟酸可与钙、
铁等形成螯合物，使磷有效地溶解和被植物吸收［17］。
赵记军等［18］从海南省陵水普通野生稻中分离所得的
固氮菌 Whr50 不仅具有较强的固氮能力，而且还具有
促进水稻植株吸收磷、钾的特性，这进一步验证了本研
究中固氮菌可以同时提高春小麦中全磷和全钾累积量
的结果。
过量施用氮肥，不仅浪费资源，而且造成环境污
染，因此提高作物氮肥利用效率已刻不容缓。从生产
及养分资源管理的角度考虑，小麦高产应具有较高的
氮素利用效率，较强的氮素吸收能力及收获期较低的
秸秆含氮量。氮素收获指数是反映作物氮素利用效率
的重要参数，本试验供试菌株 N45 和生物氮肥在与中
量化学氮肥(N0. 5)配施时能显著提高春小麦的氮素收
获指数，优化氮素分配，增加籽粒含氮量，为春小麦的
增产和改善品质创造了条件。而氮肥农学利用率的大
小可评价氮肥的增产效果;氮肥吸收利用率的大小可
反映氮肥的利用程度;氮肥偏生产力的大小反映了单
位投入的肥料氮所能生产的作物籽粒产量;氮肥生理
利用率的大小可评价因施氮增加的吸氮量转化为产量
或干物质的效率，本研究所供试的菌株 N45 和生物氮
肥在与半量化学氮肥(N0. 5)配施时能显著提高春小麦
的氮肥农学利用率、氮素吸收利用率、氮肥偏生产力和
氮肥生产利用率，说明它们能显著提高春小麦对化学
氮肥的利用程度和氮肥的增产效益，而且在与半量化
学氮肥配施时效果最佳。
在同样有效的产量构成情况下，供试菌株 N45 和
生物氮肥有减少化肥施用量的效果，这不仅具有经济
意义，还有生态学价值，对环境保护也大有益处，而且
均是与半量化学氮肥配施时对春小麦的增产幅度最
大，但是由于盆栽和田间试验本身所具有的一些局限
性，若要将其投产推广还需要对它的肥效进一步研究
验证，进而提出更为可靠的依据。
参考文献:
［1 ］ Edwards S E，Loder C S，Wu G H，et al. Mutation of cytochrome bd
quinol oxidase results in reduced stationary phase survival，iron
deprivation，metal toxicity and oxidative stress in Azotobacter
vinelandii［J］. FEMS Microbiology Letters，2000，185(1):71 － 77
(下转第 536 页)
406