伊利诺伊大学香槟分校最近的一项研究中，研究人员测试了现代高产大豆是否受益于氮肥，结果表明添加氮肥基本上是不必要的。研究结果发表在《作物、饲料和草坪管理》杂志上。

大豆与寄居在植物根部的细菌形成天然的伙伴关系。作为糖的交换，细菌将大气中的氮转化为植物可利用的形式，为植物的生长和谷粒发育提供大量所需的氮。

历史上人们一直认为，这种供应加上土壤中的氮可以满足植物的氮需求，但作物科学系和伊利诺伊州推广部的研究人员表示，不断增加的产量潜力引发了一​​个问题：这种情况是否仍然如此;这两个部门都是伊利诺伊州农业、消费者和环境科学学院(ACES)的一部分。

高产大豆引发了对氮肥需求的质疑

大豆是一种高蛋白作物，而蛋白质并不便宜。氮是氨基酸的关键成分，而氨基酸是蛋白质的组成部分。随着大豆产量的增加，大豆需要生产更多的蛋白质，而这又需要更多的氮。因此，一些研究人员和农民认为添加氮肥有助于大豆满足这种增加的需求。

“持续的基因改良稳步提高了大豆的产量潜力和对氮的需求，这引发了关于补充肥料供应的问题，”作物科学名誉教授埃默森·纳夫齐格说。“人们想知道大豆是否无法提供高产所需的所有能量以及固定如此大量氮所需的能量。”

纳夫齐格说，这种观点是由广为宣传的“创纪录”产量所推动的，这些产量通常归因于包括氮肥在内的密集种植。这些传闻说法没有得到现有研究的支持，也是促使纳夫齐格和他的同事乔瓦尼·普雷扎·丰特斯和约书亚·冯克着手解决这个问题的部分原因。

田间试验表明施氮对产量的增幅很小

为了测试大豆是否对额外的氮有反应，伊利诺伊大学的研究小组在2014年至2017年期间在伊利诺伊州的四个地点进行了九次田间试验。他们研究了在种植、开花、结荚、种子灌浆四个生长阶段以及所有这四个阶段施用氮肥时大豆的产量。

研究人员发现，在作物的四个生长阶段施用氮肥在大多数情况下都能提高产量，但还不足以弥补肥料的成本。纳夫齐格强调，他们通过重复施用看到的产量提高并不建议农民效仿。

“虽然重复使用带来的增产效果很有趣，但任何花费两到三倍于额外产量的措施都肯定是赔钱的，”他说。“那些试图创下产量记录的人可能会这样做，但绝不应该在正常生产田地里这样做。”

在所有年份和地区，无论是否施用氮肥，大豆产量都非常好。在开花、结荚或结实期间单独施用氮肥并不能持续提高产量。

“我们发现，从开花到结实的各个生殖阶段对氮肥的施用反应不大，尽管这些阶段涵盖了豆荚形成和结实开始阶段作物对氮肥的需求量很大的时期。这表明，在产量形成的关键阶段，氮肥的供应并不是产量的重大限制，”作物科学助理教授PrezaFontes说。

特定土壤和种植条件下发现的例外情况

然而，有一个例外。在伊利诺伊州奇利科西附近的一个农民田地中，在壤土上种植时施用一次氮肥，三年中有两年显著提高了大豆产量。这是出乎意料的，因为其他研究发现，在种植期间施用氮肥，植物与固氮细菌的共生关系投入较少，有时会导致季节后期出现缺陷。

纳夫齐格将产量增加的部分原因归因于该地点土壤质地较轻且有机质含量较低，与其他地点相比，这可能不利于早期生长。在两年中的一年，单一氮处理似乎还减轻了猝综合症(一种土壤传播的真菌疾病)的症状。

“我们不能指望它能控制病害，但在这种情况下，它似乎是提高产量的原因之一，”纳夫齐格说。“在季节初期稍微增加一点可能就足以让植物和根部提前生长，并在整个季节保持这种状态。”

播种时施用一次氮肥可以帮助早期养分供应有限的土壤，但在大多数情况下，农民可以相信固氮细菌能够发挥作用。自由生活的土壤细菌也可以通过释放土壤有机质中的氮来促进早期生长，这也许可以解释为什么早期施用的氮肥对有机质较多的土壤几乎没有效果。

“只有在作物由于土壤因素而生长缓慢的地区才应该考虑施用氮肥。我们认为人们不应该仓促采用这种做法，”纳夫齐格说。“事实上，那些土壤较轻的地区可能会在一小块地上手工施用氮肥，然后观察那里的作物是否长得更好。如果没有，那么肥料就没有用处。”

“我们需要氮来提高玉米产量，但大豆之所以在伊利诺伊州大多数农场的轮作作物中占据如此重要的地位，原因之一是大豆产量高，而且不需要花费大量金钱和承担施用氮肥的环境后果。”