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此文于 1996 年 8 月 24 日收到。
混合固氮菌剂2水稻联合体系的固氮特性
林　凡　王正芳
(江苏省农业科学院原子能农业利用研究所　南京　210014)
王耀东　宋　未
(中国农业科学院原子能农业利用研究所　北京　100094)
应用15N 示踪技术研究了南京土壤条件下混合固氮菌剂2水稻联合体系的固氮
特性。结果表明 ,紫香糯稻接种混合菌剂后 ,稻株利用的固氮量为 1103kg/ 666. 7m2 ,
固氮率 6. 7 % ;拔节期 —齐穗期是固氮高峰期 ,日平均固氮量达 24131mg/ m2·d ,这阶
段固氮量占整个生育期固氮量的 4019 % ;拔节期 —成熟期的固氮量占整个生育期固
氮量的 70 %以上 ;节肥能力为每 66617m2 13. 3kg 硫铵 ;稻谷产量增加 4114 %。
关键词 :15N 示踪 　固氮 　固氮菌 　水稻
前 言
前已证实[1 ] , 耐铵型固氮工程菌株2水稻联合固氮系统固定的空气氮素是稻株生长所需
氮素养分的一个新来源。然而 ,水稻接种单一的耐铵型固氮工程菌株的效果往往随土壤环境、
水稻品种的变化而有所不同 ,这给推广应用带来不便。研究和应用适应于不同土壤、不同水稻
品种的混合固氮菌剂是推广应用固氮菌2水稻联合固氮新技术的一个重要环节。
由粪产碱菌 A1523、催娩克氏杆菌 N G1390 和阴沟肠杆菌 E2613 制备的耐铵型混合固氮
菌剂 ,综合互补性能良好 ,适应性较强。这一优越性能在 1993 年水稻接种固氮菌的试验研究
中已得到初步证实[7 ] 。本试验应用15 N 示踪技术进一步研究混合固氮菌剂2水稻联合体系的
固氮特性 ,为水稻生产中大面积推广应用混合固氮剂新技术提供科学依据。
材 料 与 方 法
试验设置　试验于 1994 年在江苏省农科院原子能所稻田进行。土壤为粘质壤土 ,有机质
1112 % ,全氮 0. 074 % , 碱解氮 70ppm , 全磷 0. 122mg/ g , p H6. 6。
试验设 2 个处理 :混合固氮菌剂接种和对照。每处理设 3 个微区 ,每微区 1m2 (用双层塑
料薄膜隔离) , 随机排列。试验用的标记肥料为15N2硫铵 (15 N 丰度为 2144 %) ,每微区施用量
为 63. 74g (折每 666. 7m2 8. 5kg 纯氮 , 其中 ,基肥占 50 % , 分蘖肥占 20 % , 穗肥占 30 %) 。
混合固氮菌剂的制备与接种　制备混合固氮菌剂用的粪产碱菌 A1523 由中国农科院原
子能所提供 ,所用催娩克氏杆菌 N G 1390 和阴沟肠杆菌 E2613 由中国科学院上海植物生理所
971　核 农 学 报　1997 ,11 (3) :179～183Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
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提供。混合菌剂生产工艺和技术由中国农科院原子能所提供。混合菌剂生产由北京三维生物
化工厂负责进行。接种方法为沾秧根。
水稻栽培、采样、分析与固氮量计算　供试水稻品种为紫香糯稻。于 5 月 16 日播种 ,6 月
14 日插秧 (每微区 36 株) 。基肥、分蘖肥、穗肥的施肥期分别是 6 月 14 日、6 月 23 日与 8 月 7
日。按常规方法管理 ,定期调查、记载生长情况。于分蘖盛期 (7 月 4 日) 、拔节期 (7 月 26 日) 、
齐穗期 (8 月 21 日) 、成熟期 (10 月 6 日)采样 ,每处理 3 重复 ,测定稻根、茎叶、稻谷的干物重及
稻株各部位与土壤的氮素含量、15N 丰度。固氮量用15N 示踪差值法[1 ,2 ,8 ]计算。
结 果
(一) 不同生育期的稻株含氮量
由表 1 可见 ,稻株含氮量随着生育期的推移不断增加。分蘖盛期 , 稻株营养器官生长旺
盛 ,稻株积累了一定的氮素含量。至拔节期 —齐穗期 ,稻株营养器官、生殖器官的生长更为迅
速 ,稻株总氮量增加显著。齐穗期 —成熟期总氮量增加势头减缓。由表 1 还可看出 ,用混合菌
剂接种的各生育期稻株总氮量均大于对照 ,分蘖盛期 —拔节期增加 619 %～10. 9 % , 但成熟期
增加甚少。这一情况可能与 8 月份干旱有关。
表 1 　稻株不同生育期的总氮量
Table 1 　Total nit rogen content in rice plant at different
growth stages (g/ miniplot)
处　　理
Treatment
分蘖盛期
Profuse tillering
拔节期
Jointing
齐穗期
Complete heading
成熟期
Maturing
用混合固氮菌剂接种
Inoculation with mixed dizotrophs 6. 215 6. 719 22. 144 23. 050
对　　照
CK 5. 816 6. 058 21. 522 22. 983
(二) 联合共生固氮系统的固氮特性
在水稻接种混合菌剂后 ,根际形成混合菌剂 - 水稻联合共生固氮系统。系统的固氮量、固
氮率数据 ,本文是按稻株 (包括根与地上部) 利用的空气氮素量算出的 ,计算结果列于表 2 与
表 3。
由表 2 可见 , 混合固氮菌剂 - 水稻联合共生的固氮能力是逐渐增大的。分蘖盛期 , 系统
的固氮量达 170mg/ 微区 ,固氮率达 217 %。拔节期 ,系统固氮量增至 431mg/ 微区 , 固氮率增
至 614 %。此后 ,系统固氮量的增加更为明显 ,齐穗期固氮量达 1063mg/ 微区 (因施穗肥 ,稻株
吸收了较多的肥料氮素和土壤氮素 ,齐穗期固氮率降至 418 %) ; 成熟期 ,系统固氮量达
1544mg/ 微区 ,固氮率达 617 %。
由表 3 可见 , 固氮系统日固定的空气氮素量随着生育进程的推进逐渐增加。至拔节期 —
齐穗期 , 系统的固氮活性最为旺盛 , 日平均固定的空气氮素量处于峰值 ,达 24131mg/ 微区·
日。后因气温下降 ,固氮菌的固氮酶活性受到影响[3 ,9 ,10 ] ,固氮系统日平均固定的空气氮素量
降至 10146mg/ 微区·日。
081 核　农　学　报 11 卷
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表 2 　水稻联合固氮系统的联合固氮作用
Table 2 　The nit rogen2fixation in rice plant2diazotroph association
项　　目
Item
分蘖盛期
Profuse tillering
拔节期
Jointing
齐穗期
Complete heading
成熟期
Maturing
固氮量
Amount of nitrogen fixing
(mg/ miniplot)
170 431 1063 1544
固氮率
Rate of nitrogen2fixing( %) 2. 7 6. 4 4. 8 6. 7
表 3 　水稻联合固氮系统的日平均固氮量与相对固氮量
Table 3 　The daily average amount and the relative amount of
nit rogen fixation in rice platn2diazotroph association
生育阶段
Growth stage
起止日期
Durition
经历天数
Days
日平均固氮量
Daily average amount of
nitrogen fixation
(mg/ miniplot·day)
相对固氮量
Relative amount of
nitrogen fixation
( %)
移栽—分蘖盛期
Transplanting —profuse tillering 6/ 14～7/ 4 20 8. 50 11. 0
分蘖盛期—拔节期
Profuse tillering —jointing 7/ 4～7/ 26 22 11. 86 16. 9
拔节期—齐穗期
Jointing —complete heading 7/ 26～8/ 21 26 24. 31 40. 9
齐穗期—成熟期
Complete heading —maturing 8/ 21～10/ 6 46 10. 46 31. 2
由表 3 还可看出 ,拔节期 —齐穗期固定的空气氮素量占整个生育期固氮量的 4019 % , 拔
节期 —成熟期固氮量占整个生育期固氮量的 70 %以上。
(三) 稻株氮素养分的组成
由表 4 可见 , 不同生育期 , 用混合固氮菌剂接种 ,稻株利用的肥料氮量、土壤氮量和空气
氮量分别占总氮量的 2112 %～49. 8 %、46. 5 %～74. 0 %和 217 %～6. 7 % ;而对照处理稻株氮
素养分只来源于氮肥与土壤 ,它们分别占总氮量的 23. 8 %～49. 3 %与 50. 7 %～76. 2 %。在稻
株接种混合固氮菌剂后 ,空气中游离态氮素就成为稻株生长所需氮素养分的新来源。
(四) 稻株生长性状与稻谷产量
由表 5 可见 ,紫香糯稻接种混合固氮菌剂后 ,生殖器官生长良好 ,每穗总粒数、每穗实粒
数、千粒重、谷草比、稻谷产量均优于对照 ,稻谷产量比对照高 4111 %。
181　3 期 混合固氮菌剂2水稻联合体系的固氮特性
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表 4 　不同生育期稻株氮素养分的组成
Table 4 　The nit rogen component of rice plant at different growth stages
生育期
Growth stage
用混合固氮菌剂接种
Inoculation with mixed diazotrophs
对　　照
CK
肥料氮
Fertilizer nitrogen
mg/ miniplot 　%
土壤氮
Soil nitrogen
mg/ miniplot 　%
空气氮
Air nitrogen
mg/ miniplot 　%
肥料氮
Fertilizer nitrogen
mg/ miniplot 　%
土壤氮
Soil nitrogen
mg/ miniplot 　%
分蘖盛期　
Profuse tillering 　 3097 49. 8 2948 47. 5 170 2. 7 2868 49. 3 2948 50. 7
拔节期　
Jointing 　 3163 47. 1 3125 46. 5 431 6. 4 2933 48. 4 3125 51. 6
齐穗期　
Complete heading 　 4692 21. 2 16389 74. 0 1063 4. 8 5133 23. 8 16389 76. 2
成熟期　
Maturing 　 4898 21. 2 16608 72. 1 1544 6. 7 6375 27. 7 16608 72. 3
表 5 　各处理稻株生长状况与稻谷产量
Table 5 　The properties of rice growth and yield in different t reatment
处　　理
Treatment
稻株地上部重
Total weight of
plant above
ground
(kg/ miniplot)
稻谷重
Grain
weight
(kg/
miniplot)
稻草重
Straw
weight
(kg/
miniplot)
谷草比
Rate of
grain and
straw
( %)
每穗总粒数
Total grain
number
per ear
每穗实粒数
Solid grain
number
per ear
千粒重
Weight
of 1000
grain (g)
稻谷产量
Rice grain
yield
(kg/
666. 7m2)
增产
Yield
increment
( %)
用混合固氮菌剂接种
Inoculation with
mixed diazotrophs
1. 90 0. 76 1. 14 66. 7 76. 41 73. 00 27. 79 506. 6 4. 11
对　照
CK 2. 05 0. 73 1. 32 55. 3 71. 29 66. 65 27. 76 486. 6
讨 论
11 混合固氮菌剂由粪产碱菌 A1523、催娩克氏杆菌 N G1390 与阴沟肠杆菌 E2613 构成。
由于各个单一的耐铵型固氮工程菌株的性能可互为补充 , 所以对不同土壤与不同水稻品种的
适应性较强。在南京地区土壤环境下 ,紫香糯稻接种混合菌剂后 ,稻株成熟期的固氮量为
1103kg/ 666. 7m2 , 固氮率为 6. 7 %。这些试验数据较低[4～6 ] ,可能与水稻生长中、后期气候干
旱、水分不足有关。
21 在水稻整个生长期间 ,拔节期 —齐穗期稻株固定空气氮素量处于峰值 ,达 24. 31mg/ 微
区·日 ,该阶段固氮量占整个生 育期固氮量的 40. 9 % ;拔节期 —成熟期固氮量占整个生育期固
氮量的 70 %以上。这一特性正好与紫香糯稻 (相当于中稻) 中、后期生长对氮素养分的旺盛需
求相适应。
281 核　农　学　报 11 卷
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31 紫香糯稻接种混合固氮菌剂后 ,每 66617m2 稻田可增产稻谷 20kg , 每 666. 7m2 稻田可
节省约 13. 3kg 的硫铵。在水稻生产中 ,大面积推广应用混合固氮菌剂 ,将节省大量工业氮肥 ,
减少环境污染并增加稻谷产量 ,从而显示出明显的经济效益和社会效益。
参 考 文 献
1 　王正芳 ,林　凡. 粪产碱菌属工程菌株2水稻植物联合共生的固氮能力 1 江苏农业学报 ,1996 ,12 (4) :50～52
2 　王福钧等 1 农学中同位素示踪技术 1 北京 :农业出版社 ,1989
3 　丘元盛等 1 水稻耐铵固氮菌的应用技术及增产效益 1 广东农业科学 ,1992 ,增刊 :8～12
4 　张春生 ,李继平等 1 水稻接种联合固氮菌的效应 1 尤崇杓主编 ,水稻根际联合固氮 ,北京 :农业出版社 ,1990 ,355～361
5 　宋　未 1 根际联合固氮中植物与细菌的互相作用 1 尤崇杓主编 ,水稻根际联合固氮 ,北京 :农业出版社 ,1990 ,273～283
6 　李继平 , 尤崇杓 1 水稻根际的联合固氮作用 1 尤崇杓主编 ,水稻根际联合固氮 ,北京 :农业出版社 ,1990 ,1～12
7 　林　凡 ,王正芳 1 南京粘壤土区水稻接种联合固氮菌研究简报 1 江苏农业科学 ,1995 , (4) :55～57
8 　姚允寅 1 共生固氮研究中的 AN 值法 1 核农学通报 ,1989 ,10 (4) :179～182
9 　莫文英等 1 水稻根际固氮量及根系不同部位的固氮活性 1 土壤学报 ,1985 ,22 (1) :377～382
10 　Vlassak K , Paul E , Harris RE. Assessment of biological nitrogen fixation in grassland and associated sites. Plant and Soil ,
1973 , 38 :637～649
CHARACTERISTICS OF NITROGEN FIXATION OF
MIXED DIAZOTROPHS ASSOCIATED WITH RICE PLANT
Ling Fan 　Wang Zhengfang
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Jiangsu Academy of A gricult ural Sciences , Nanjing 210014)
Wang Yaodong 　Song Wei
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Chinese Academy of A gricult ural Sciences , Beiji ng 100094)
ABSTRACT
　　Characteristics of N2 f ixation of diazotrophs associated with rice plant in paddy soils in
Nanjing was studied by 15 N tracing technique. The results showed that amount of N f ixed by rice
plant was 1. 03kg/ 666. 7m2 and the rate of f ixed N was 6. 7 %. The maximum N f ixed was oc2
cured during jointing —complete heading stage. The daily average amount of N f ixed reached to
24. 31mg/ miniplot·day. The f ixed N of jointing —complete heading stage was 40. 9 % of that
whole rice growth stage. The amount of f ixed N during jointing —maturing stage was over 70 %
of whole rice growth stage. The economic benef its for fertil izer saving was 13. 3kg/ 666. 7m2 of
ammounium sulphate. The yield of rice grain was increased by 4. 14 %after inoculation with the
mixed diazotrophs.
　　 Key words : 15N tracing , nit rgen2fixation , diazotroph , rice
381Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1997 ,11 (3) :179～183