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为解决提升大豆（Glycine max L. (Merr.)）产量和种子蛋白质浓度的问题，研究人员开展了覆盖作物（CC）和种子生长阶段施氮（Nfert-R5）对大豆影响的研究。结果表明二者影响复杂且因环境而异，该研究为农业生产管理提供了参考。
在全球农业生产的大舞台上，大豆无疑是一颗耀眼的 “明星”。它作为世界上种植最为广泛的豆类作物，不仅是动物饲料中蛋白质的主要来源，还在食品加工、生物能源等多个领域发挥着关键作用。然而，随着全球人口的持续增长以及对大豆需求的不断攀升，大豆生产面临着诸多严峻挑战。一方面，从 2000 年到 2020 年，美国大豆产量虽有所增加，但种子和豆粕中的蛋白质浓度却在逐年下降，这无疑给饲料行业带来了巨大困扰，因为要想利用豆粕生产出符合家禽和家畜生长需求的优质饲料，大豆种子和豆粕的蛋白质含量必须达到一定标准。另一方面，大豆生长过程中对氮元素的需求量极大，尽管生物固氮（Biological Nitrogen Fixation，BNF）能够为其提供部分氮素，但随着大豆产量的不断提高，生物固氮能否满足大豆日益增长的氮需求，成为了众多学者关注和争论的焦点。
在这样的背景下，如何通过优化栽培管理措施，来提升大豆产量和蛋白质浓度，同时保障生物固氮的有效性，成为了农业领域亟待解决的重要课题。为此，来自美国的研究人员开展了一项深入研究，该研究成果发表在《Field Crops Research》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：在 2019 年和 2020 年，于美国的费耶特维尔（阿肯色州）、列克星敦（肯塔基州）和圣保罗（明尼苏达州）三个地点进行田间实验。在大豆生长的不同阶段，分别采集地上生物量和发育中的种子样本。通过分析样本中的总氮浓度、δ15N，并基于自然丰度技术估算氮来源于大气的比例（Percentage of Nitrogen Derived from the Atmosphere，pNDFA） ，以此来研究覆盖作物（Cover Crop，CC）和种子生长阶段施氮（Nfert-R5）对大豆的影响。
大豆地上生物量、地上部分氮浓度和氮含量
通过方差分析（ANOVA）发现，冬季覆盖作物和 Nfert在与地点或年份的交互作用中，对大豆地上生物量、地上部分氮浓度和氮含量有着显著影响。大豆地上生物量在不同品种（MGs）、地点和处理间差异显著，R2 阶段在 497 - 3295 kg?ha?1之间，R6 阶段则在 4618 - 14271 kg?ha?1之间。CC 使 R2 阶段大豆地上生物量降低了 10 - 50%（139 - 1331 kg?ha?1） 。
去除残茬的冬季谷类覆盖作物的影响
研究人员原本假设，在去除残茬的谷类作物之后种植大豆，能够增加生物固氮带来的氮输入。结果发现，这一假设仅在阿肯色州得到了验证，与休耕相比，CC 使收获种子中的生物固氮量（BNFR8）增加了 30 kg?N?ha?1 。虽然在大多数情况下，CC 提高了 R2 和 R6 阶段的 pNDFA，但生物固氮量（以 kg?N?ha?1为单位）并未受到影响。这是因为在 R2 和 R6 发育阶段，CC 显著降低了大豆的地上生物量和地上部分氮浓度。
Nfert-R5的影响
Nfert-R5在 R5.5 发育阶段，相较于未施肥对照，提高了种子氮浓度（Nseed） 。然而，在 12 个地点、年份和品种 MG 组合中的 6 个组合里，Nfert-R5使 R6 阶段的生物固氮量（BNFR6）降低了 51 - 88 kg?N?ha?1 ，仅在 2 个组合中使 BNFR6增加了 63 - 71 kg?N?ha?1 。在收获时，在 12 个组合中的 6 个组合里，Nfert-R5使 BNFR8降低了 23 - 96 kg?N?ha?1（p < 0.10），仅在 1 个组合中使 BNFR8增加了 30 kg?ha?1 。
研究结论显示，研究人员最初提出的假设仅得到了部分支持。CC 虽然提高了 pNDFA，但在大多数情况下并没有增强生物固氮。同样，Nfert-R5虽然提高了种子氮浓度，但在大多数情况下降低了 pNDFA 和生物固氮。这表明，CC 和 Nfert-R5对大豆生长季生物量、氮动态和产量的总体影响较为复杂，且具有环境特异性。
这项研究的意义重大。它深入揭示了覆盖作物和季末施氮对大豆生长及生物固氮的影响机制，为农业生产者在制定大豆种植管理策略时提供了科学依据。生产者可以根据不同的环境条件，合理选择是否种植覆盖作物以及确定最佳的施氮时间和用量，从而在保障大豆产量的同时，优化氮素利用效率，实现农业的可持续发展。此外，该研究也为后续相关领域的研究指明了方向，推动了大豆栽培管理技术的不断进步。
