文丨木木科普官

编辑丨木木科普官

氮和磷缺乏限制了全球农业的作物生长和谷物产量。虽然合成肥料可以提高土壤氮肥力，从而提高作物产量，但它们的持续使用会对土壤健康产生负面影响并造成环境污染，化肥价格昂贵，信贷有限的小农户无法获得。

N2南非普马兰加省农田取样的班巴拉花生植物的固定、水分利用效率、豆荚产量和净氮返土15N 和13C 天然丰度。这里介绍的报告是对班巴拉花生共生的更广泛研究的一部分，包括其在非洲的微共生生物多样性。

场地描述、工厂样品收集和处理

田地和植物的选择已经完成，正如Nyemba和Dakora所描述的那样。从每个农场随机抽取十株植物，从一个角落开始，以锯齿形的方式穿过田地，用铲子挖出植物，分成结节的根和芽加上豆荚。

抽样的农民田地数量因村庄而异，这取决于农民是否愿意允许从他们的农场收集植物，使用成对的豆科植物参考植物取样程序。

收获每个农场班巴拉花生植物附近生长的非豆科植物的枝条作为参考植物，用于估计豆科植物对土壤氮的吸收。将所有植物材料在60°C烘箱干燥48小时，称重，并研磨成细粉15N 和13C同位素分析。

土壤取样和分析，使用预兆在每个农场植物之间的宽阔空地上从0至20厘米深度取样块土壤。将土壤样品带到实验室，过筛，并在分析化学性质之前储存在冰箱中。

植物生长

对姆普马兰加省调查的26个田地之间班巴拉花生植物生长情况的比较显示，DM产量存在显著差异，Dikgwale的DM产量最高，其次是Skhwahlane，马莱库图， Skhwahlane和Skhwahlane，最低的DM是在马莱库图获得的。

每个村庄周围田间地间枝和豆荚干物质产量差异显著。例如，在Machipe工厂，DM产量在4号油田和最低的领域 5，而在Majakaneng，DM产量为81克植物−1在田间 6 与 20 g 植物的比较−1在字段 8 中。

同样，班巴拉花生在9号田的Dikgwale显示出更好的生长与 8 号田相比，Dikgwale的10号田同样显示出更大的植物生长。在马莱库图取样的9个农场中，12个农场生产了5.9克DM植物−1与生产 18.109 g DM 植物的 1 号农场相比−1。

在Phameni的枝条和豆荚的DM产量方面也发现了类似的显着差异。例如，芽加豆荚生物量产量范围为7.8克DM植物−1 至 53.4 g 植物−1在Phameloni工厂，而它的范围从73克DM工厂−1至 142 g DM 设备−1在Skhwahlane。

氮浓度和氮含量

普马兰加省采样的班巴拉花生植物的氮浓度和含量在田间也存在显著差异。在研究的1个农田中，枝和豆荚的氮浓度范围为7.3%至9.26%。由于氮浓度的这些差异，地田间和田间地间地上和豆荚的N含量也不同。

在Skhwahlane田地25中，班巴拉花生芽加豆荚的N含量要高得多，其次是迪克瓦勒9号田， 马莱库图田 18和Skhwahlane油田24，相比之下，马莱库图的DM产量最低。

δ15N 值和 %Ndfa，δ15在普马兰加省取样的班巴拉花生植物的N在调查的26个农民田地中显示出显着差异，从芽的-1.77到+1.92‰不等，芽加豆荚的-1.29到+2.61‰不等。最高δ15在Malekutu获得了N值，其次是Skhwahlane和Dikgwale。

相比之下，最低δ15在马莱库图和法梅尼记录了芽和豆荚的N个值。班巴拉花生枝加豆荚的%Ndfa在农民的田间也存在显着差异，在马莱库图从10%到12%不等。

除了Malekutu和Skhwahlane的豆科植物通过共生固定获得低于50%的N外，班巴拉花生能够在所有其他研究的田地中获得52%至98%的氮营养。

N-固定量，在接受调查的20个农场之间，班巴拉花生植物在农民田地上的N固定量差异很大，班巴拉花生在26个田地的共生氮贡献范围为4至200公斤公顷。最小值和最大值分别记录在马莱库图油田 12 和 18 中。

班巴拉花生植物氮贡献较大的地点到种植系统的N经济包括Malekutu，Skhwahlane和Machipe。相比之下，氮贡献非常低的地区是马莱库图和法梅尼。

土壤矿质氮吸收，从26个农田取样的班巴拉花生植株之间土壤氮吸收量差异显著，范围为0.01千克氮公顷。−1在马莱库图至173公斤N 公顷−1在斯赫瓦兰。其他土壤氮吸收量高的地点包括Skhwahlane，马莱库图和斯赫瓦兰。

班巴拉花生植物密度存在很大差异，相对于其他地点，马莱库图的植物密度最高。事实上，在接受调查的15个油田中，有26个油田的植物密度非常低，在3到6个油田之间。

有证据表明，低植株密度影响DM产量，从而影响氮素2固定。因此，在豆科植物密度高的地方，植物生物量增加， 然而，在种植系统中班巴拉花生密度较高的地方，N-固定物的量也大得多。

C/N比和光合固定氮利用效率，C/N比是植物中C和N关系的量度，因此是光合氮利用效率的估计值。与其他参数一样，对班巴拉花生取样的所有26个油田的碳氮比存在显著差异，总体而言，C/N比范围为10.7 g g−1在视场 13 至 26.6 g g−1在马莱库图的12号领域。

光合固氮利用效率也随田间种植的班巴拉花生植物积累的共生氮和碳量而变化，从马莱库图取样的班巴拉花生材料表现出最高的光合固定氮利用效率，光合N固定利用效率最低的班巴拉花生枝条分别记录了5.0、5.9、6.5和6.1 g C g−1N-固定。

δ13C 值，δ的单因素方差分析13来自班巴拉花生芽的C显示，不同研究地点农民的田间和农民之间有显著差异。δ13与其他地点/田地相比，Skhwahlan23和24田，分别为-26.20和-26.68‰班巴拉花生芽的C值要大得多。

但是，显示更低或更负面的字段δ13班巴拉花生枝条的C值，包括Phamelini第28田中的-24.21 ‰、马莱库图第28条田中的-06.13 ‰和迪克瓦尔第28条田中的-01.9 ‰。因此，δ13在研究的28个农民田地中，班巴拉花生芽的C值范围为-24.26至-20.26‰。

相关分析，农民田地中的班巴拉花生植物密度，与N固定r = 0.15*、%Nr = 0.31比较*和δ呈正相关15N ，δ13班巴拉花生枝条和豆荚的C也与干物质r = 0.14*、C含量r = 0.15*、N含量r = 0.14*和N固定r = 0.15*呈正相关。

班巴拉花生碳同化与光合固定氮利用效率

植物物种中的碳积累都与光合作用活动直接相关。在这项研究中，班巴拉花生中的C浓度在40%至49%之间，与共生豆科植物报告的浓度相当。表现出较高C含量的班巴拉花生植物总是积累较高的DM，这一发现与光合C积累占植物总生物量的大量报告一致。

植物光合C积累水平受氮营养调节。因此，C/N比是衡量植物中氮状态的良好指标，并表明组织中的C--N关系。因为共生豆科植物根瘤中的拟杆菌会减少大气中的氮2到新罕布什尔州3， N2-固定物种的 C/N 值往往小于 24 g g−1和非豆类超过 24 克克−1。

除了两个 C/N 值高于 24 g g 的字段−1，所有其他磁场的C/N比均低于24 g g−1，与共生豆科植物一致。在所有情况下，C/N值随着δ的降低而增加15N值，表明光合C供应量因氮水平升高而增加2固定在班巴拉花生。

此外，从马莱库图取样的班巴拉花生植株的光合固定氮利用效率最高，其次是马莱库图田 12，马亚卡宁田6和法美尼场22。相比之下，Skhwahlane田24、Dikgwale田8和9以及Skhwahlane田23的班巴拉花生枝条光合固定氮利用效率最低。

这些发现似乎支持了这样一种观点，即班巴拉花生的光合作用活动，受到共生氮营养的刺激，因为产生低C / N固定比率的地点产生高共生氮。

δ13C及其与结节班巴拉花生氮、碳营养的关系

δ13C3植物的C是这些物种水分利用效率的已知衡量标准。在这项研究中，δ的变化1328个田地的班巴拉花生植株C在-24.26至-20.26‰之间，表明农民田间和农民田间水分利用效率的差异。

来自Skhwahlane的班巴拉花生显示出相对较大的δ13C值对种植系统的氮贡献最大，而Phalmeni的氮贡献最低δ13C，贡献最少N。

这可以解释为植物水分利用效率与共生氮之间存在功能关系，以及结瘤豆类中水利用量的改善支持结节功能。这一论点得到了以下发现的支持：δ13C与N含量正相关r = 0.14*，同样δ13C也与N-固定量相关r = 0.15*。

此外，δ13C 和 DM 产量 r = 0.14*，δ13C 和 C 含量 r = 0.15*，δ15氮和DM产率r = 0.24比较*;N含量和DM产率r = 0.99比较，N-固定和DM产率r = 0.76比较以及N-固定和C含量r = 0.76比较。

这些结果表明共生氮营养与植物水分利用效率之间存在功能关系，在氮之间2固定和光合作用，以及班巴拉花生水分利用效率和植物生长之间的关系。

C3植物物种增加其δ13C或水利用效率与干旱事件，就像它们增加δ13经历土壤缺水时的C值，因此，高δ13从Skhwahlane周围和其他地方的田地收获的班巴拉花生植物的C值或更高的水分利用效率是由于这些研究地点降雨量低或不均匀导致土壤水分减少。

结论

使用15N 和13C 自然丰度，用于评估农民田间种植的班巴拉花生的共生功能和植物水分关系。数据显示，约33%至98%的共生N依赖性2固定物种的氮营养，氮贡献4至200公斤N-固定公顷−1到种植系统，净氮回报7至177公斤固定氮公顷−1。

本研究对班巴拉花生的共生氮产量有时很小，这是由于植物密度低，而不是农民田地中的共生功能差。通过对植物密度的适当管理，这种豆科植物有可能成为非洲资源贫乏农民种植系统中重要的粮食安全作物和生物肥料。

此外，重要的是要筛选和识别具有卓越共生性和提高用水效率的班巴拉花生地方品种，以提高气候变化情景下的粮食安全。

参考文献

【1】Angus AA， Lee A， Lun MR， Shehayeb M， Hessabi R， Fujishige NA， Yerrapragada S， Kano S， Song N， Yang P， De la Santos PE， De Faria SM， Dakora FD， Weinstock G， Hirsch A （2013） 结节伯克霍尔德菌（一种促进β-变形杆菌的结瘤和植物生长）对马曲霉菌（siratro）的结瘤和有效固氮受环境因素的影响。植物土壤369：543-562。doi：10.1007s11104.013.1590.7。

【2】Ayisi KK，Nkgapele RJ，Dakora FD（2000）在南非富含氮的田间土壤中生长的六个品种豇豆（Vigna unguiculata L. Walp）的结核形成和功能。共生 28：17-31。

【3】Azam-Ali SN，Sesay A，Karikari SK，Massawe FJ，Aguitar-Manjarrez J，Bannayan M，Hampson KJ （2001）评估未充分利用作物的潜力，使用班巴拉花生的案例研究。农业经验 37：433-472。

【4】Basu SM， Roberts JA， Davey MR， Azam-Ali SN， Mithen RF （2003） 走向班巴拉花生的遗传连锁图谱。在：Proc. 国际班巴拉花生研讨会，哈博罗内博茨瓦纳农业学院，第 211-222 页。

【5】Basu SM，Mayes S，Davey M （2007）班巴拉花生（Vigna subterranea L. Verdc.）“驯化”性状的遗传。Euphytica 157：59-68。