种子接种与水分状况对大豆生长、产量及水分利用效率的影响

《Discover Agriculture》：Influence of seed inoculation and water regimes on soybean growth, yield, and water use efficiency

　　

巴西是全球最大的大豆生产国，但产量受水分亏缺条件的严重限制。微生物接种和联合接种（coinoculation）等策略可能增强植物对干旱的耐受性并提高水分利用效率（water use efficiency, WUE）。本研究评估了大豆在不同水分状况下对种子接种和联合接种策略的响应，旨在评估其缓解水分限制影响的潜力。在巴西Cachoeira do Sul开展了一项田间试验，采用五种接种处理（未接种对照、慢生型大豆根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）、巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）和哈茨木霉（Trichoderma harzianum）的联合菌群，以及所有微生物的联合接种）和两种水分状况（雨养和补充灌溉）。使用品种Brasmax Zeus IPRO。评估了株高、千粒重（thousand grain mass, TGM）、植株倒伏、籽粒含水率、籽粒产量和水分利用效率。水分状况显著影响所有变量，而接种显著影响倒伏、籽粒产量和水分利用效率。仅在倒伏上观察到因子间的显著交互作用。雨养条件下的平均籽粒产量为68.81袋/公顷，而补充灌溉使产量提高到102.00袋/公顷，增加了33.18袋/公顷（48%）。所有微生物联合接种在灌溉条件下产量为110.08袋/公顷，对照为96.10袋/公顷（增加14.5%）。雨养条件下，联合接种产量为72.39袋/公顷，对照为59.69袋/公顷（增加21.27%）。雨养植株的千粒重（243 g）高于灌溉植株（228 g）。雨养接种处理的水分利用效率达到12.36 kg mm^-1，对照为10.06 kg mm^-1。多种有益微生物与补充灌溉的联合使用可在水分条件多变的情况下提高大豆生产力和水分利用效率。

**论文解读：种子接种与水分状况对大豆生长、产量及水分利用效率的影响**

**研究背景与问题**
大豆是全球重要的粮食和油料作物，巴西作为世界最大生产国，其大豆产量严重受限于水分亏缺，尤其是在雨养农业主导的产区。干旱胁迫通过影响光合作用、养分吸收和生殖发育，导致产量大幅波动。传统上，大豆通过生物固氮（biological nitrogen fixation, BNF）满足氮素需求，但水分限制会抑制根瘤菌活性。近年来，植物生长促进微生物（plant growth-promoting microorganisms, PGPM）如慢生型大豆根瘤菌（Bradyrhizobium japonicum）、巴西固氮螺菌（Azospirillum brasilense）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）及哈茨木霉（Trichoderma harzianum）被证实能增强植物耐旱性、促进养分吸收和改善水分利用效率（water use efficiency, WUE）。然而，这些微生物在不同水分状况下的协同效应尚不明确。为此，研究人员开展本研究，旨在评估不同种子接种和联合接种策略在雨养和补充灌溉条件下对大豆农艺性状、产量及水分利用效率的影响，以探索缓解干旱胁迫的可持续管理途径。该研究发表于《Discover Agriculture》。

**关键技术与方法**
本研究于2024–2025生长季在巴西Cachoeira do Sul的南里奥格兰德州立大学农学试验站（29°53′11.5″S, 53°00′44.2″W，海拔125 m）进行田间试验。采用完全随机裂区设计，三重复，主区为五种接种处理（未接种对照、单独接种Bradyrhizobium japonicum、单独接种Azospirillum brasilense、Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens和Trichoderma harzianum的联合菌群、以及所有微生物的联合接种），副区为两种水分状况（雨养和补充灌溉）。大豆品种为Brasmax Zeus IPRO，播种密度为30万粒/公顷，行距0.50 m。灌溉管理基于参考蒸散量（FAO Penman-Monteith法），当0–35 cm土壤层水分储备接近总有效水分的50%时，启动固定灌溉量为25 mm的移动式喷灌系统。收获时测定株高、倒伏率（倾斜>50%的植株比例）、千粒重、籽粒含水率，产量校正至14%水分并换算为袋/公顷；水分利用效率计算为籽粒产量（kg/ha）除以总用水量（mm，雨养仅计降雨，灌溉计降雨+灌溉）。采用Sisvar软件进行方差分析，Tukey检验（p<0.05）比较均值。

**研究结果**
**3.1 株高**：补充灌溉下株高达130 cm，雨养仅70 cm。接种处理对株高无显著影响，表明水分可用性是限制株高的主要因素，水分胁迫导致气孔关闭和光合速率下降，抑制茎秆伸长。

**3.2 倒伏**：倒伏仅在灌溉条件下发生，雨养下无倒伏。接种Azospirillum brasilense及Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens和Trichoderma harzianum联合菌群的处理倒伏率最低（5%），与对照（10%）无显著差异；而接种Bradyrhizobium japonicum（20%）和全部联合接种（30%）显著高于对照，且两者间差异显著（Tukey检验，p<0.05）。倒伏差异与田间植株倒伏数量的生物学变异有关。

**3.3 籽粒含水率与千粒重**：雨养条件下籽粒含水率（21%）高于灌溉（19%），千粒重也更高（243 g vs 228 g）。这种反常现象归因于雨养条件下植株发育周期延长、叶片衰老延迟及籽粒成熟不均匀，且由于每株荚数减少，形成籽粒间同化物补偿分配，导致单粒重增加。

**3.4 灰分、脂质、蛋白质、产量与水分利用效率**：方差分析显示水分状况和接种处理对灰分、蛋白质、脂质含量、产量及水分利用效率均有显著影响（p<0.05）。灌溉条件下，全部联合接种处理的灰分含量最高（5.75%），显著高于对照（5.13%）；雨养条件下，接种Azospirillum brasilense的灰分含量最高（5.67%）。蛋白质含量在雨养条件下普遍较高，归因于氨基酸积累用于渗透调节。产量方面，雨养平均为68.81袋/公顷，灌溉为102.00袋/公顷，增幅48%。全部联合接种在灌溉下产量达110.08袋/公顷（比对照提高14.5%），雨养下达72.39袋/公顷（比对照提高21.27%）。水分利用效率在灌溉处理间无显著差异（平均10.10 kg/mm），但雨养条件下，接种处理显著高于对照（12.36 vs 10.06 kg/mm），表明接种增强了植物在干旱下的水分转化效率。

**讨论与结论**
补充灌溉显著缓解了水分限制，平均增产48%，而联合接种在两种水分状况下均有效提升产量，尤其雨养条件下增幅达21.27%，表明微生物协同作用对干旱胁迫具有缓冲效应。Bacillus subtilis与Trichoderma harzianum的联合菌群在雨养下提高了蛋白质含量（36.53%），与其养分增溶能力相关。结论如下：种子接种显著影响倒伏和产量，水分状况显著影响所有变量；雨养平均产量68.81袋/公顷，灌溉102.00袋/公顷；联合接种在灌溉下产量110.08袋/公顷（增14.5%），雨养下72.39袋/公顷（增21.27%）。补充灌溉是缓解拉尼娜现象等降雨不均年份产量损失的关键策略，而接种多种有益微生物与补充灌溉的联合使用，可在大豆生产中提高资源利用效率和逆境恢复力，支持在降雨变率高的地区推广可持续生产体系。