王慶彬 盧潔春 彭春娥 孟 慧 劉治國 王洪鳳 張 民

（1土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，271018，山東泰安；2山東蓬勃生物科技有限公司，271018，山東泰安；3作物生物學(xué)國家重點實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，271018，山東泰安）

施肥能有效提高作物產(chǎn)量[1-2]。施肥的目標(biāo)已從單純的提高產(chǎn)量轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)量與環(huán)境并重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迫切需要研發(fā)養(yǎng)分效率高和環(huán)境友好型肥料[3-4]。近年來，肥料養(yǎng)分濃度、養(yǎng)分形態(tài)、養(yǎng)分比例和肥料助劑創(chuàng)新越來越受到人們的重視。肥料助劑是肥料生產(chǎn)過程中添加的有利于改善和提高肥料效果的非肥料成分，可分為三大類，分別是改善肥料理化性狀、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和植物生長狀況的物質(zhì)，目前主要是植物生物刺激素[5]。目前，國際上把生物刺激素分為微生物制劑及提取物、水解和消化的動物殘體、腐植酸、海藻及植物提取物、無機(jī)及合成產(chǎn)品五大類[6]，其既能使化肥和農(nóng)藥提質(zhì)增效，又具有自然環(huán)保的屬性，還可實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益俱佳的多贏效果[7-8]。

沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉提取物又名智能聰（ZNC）[9-10]，是一種新型生物刺激素，含有較多的碳水化合物、氨基酸[11]、多肽、核糖嘧啶和烷基結(jié)構(gòu)[12]，具有理化性質(zhì)穩(wěn)定、活性超高和安全環(huán)保[13]等特點。研究[9]表明，ZNC可增強(qiáng)擬南芥氮和磷營養(yǎng)吸收相關(guān)基因和生長素生物合成基因的表達(dá)，促進(jìn)植物氮和磷的積累以及根尖生長素的生物合成。前人研究[14]表明，包膜磷酸二銨配施ZNC可提高玉米根際土壤磷酸酶活性，增強(qiáng)土壤磷素供應(yīng)強(qiáng)度，提高磷肥利用率，增產(chǎn)7.46%～16.30%。尿素配施 ZNC較尿素處理下氮肥利用率和小麥產(chǎn)量顯著提高10.10%和23.60%[15]。在3個水稻生長季中，控釋尿素配施ZNC（87.50mL/hm2）較控釋尿素處理顯著提高水稻產(chǎn)量 8.70%～12.10%，氮素利用率提高 15.00%～20.20%，平均凈回報率提高 10.90%～15.40%[11]。小白菜是葉菜類代表作物，作為四季蔬菜，是人們?nèi)粘＋@得維生素、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖分和礦物質(zhì)等多種有機(jī)和無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源[16]。施用氮肥是提高蔬菜產(chǎn)量的主要措施之一，但蔬菜生產(chǎn)過程中長期過量施用氮肥不僅造成氮肥利用率降低、肥料浪費[17]及經(jīng)濟(jì)效益降低，還會導(dǎo)致作物營養(yǎng)失調(diào)和體內(nèi)硝酸鹽含量升高[18-19]。因此研究生物源刺激素組合不同氮水平對葉菜類作物生長、氮肥利用率和經(jīng)濟(jì)效益的影響具有重要意義。本研究通過大田試驗，探討正常施氮、減氮1/3和增氮1/3這3種施氮水平下，配施ZNC對小白菜產(chǎn)量和氮素吸收的影響，為小白菜減肥增效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2020年4-5月在山東省泰安市天寶鎮(zhèn)天寶四村（117°21′20″ E、35°56′36″ N）進(jìn)行，該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)型氣候。供試土壤為棕壤土，土壤基本理化性質(zhì)為有機(jī)質(zhì)23.15g/kg、速效氮 94.22mg/kg、有效磷 46.57mg/kg、速效鉀66.24mg/kg、pH 6.69。供試小白菜品種為秀青。供試氮肥為尿素（N 46%），其他基肥為過磷酸鈣（P2O516%）和硫酸鉀（K2O 52%），購于濟(jì)南鑫奇劍化工科技有限公司，按農(nóng)民習(xí)慣施磷 150kg/hm2、鉀300kg/hm2。沙棘內(nèi)生菌宛氏擬青霉代謝產(chǎn)物（ZNC）提取物原液的干物質(zhì)含量為5mg/mL，由山東蓬勃生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共設(shè)7個處理，CK：氮空白；2/3 U：農(nóng)民習(xí)慣施肥減氮1/3；2/3 UZ：農(nóng)民習(xí)慣施肥減氮1/3配施ZNC；U：農(nóng)民習(xí)慣施肥；UZ：農(nóng)民習(xí)慣施肥配施ZNC；4/3 U：農(nóng)民習(xí)慣施肥增氮 1/3；4/3 UZ：農(nóng)民習(xí)慣施肥增氮 1/3配施ZNC。其中農(nóng)民習(xí)慣施氮量為360kg/hm2，施肥前，每千克氮肥噴涂 1.25mg ZNC，所有氮肥與磷鉀肥料均于播種前一次性基施[15]。小區(qū)面積 20m2（5m×4m），3次重復(fù)。4月3日播種，5月23日ZNC處理組用噴霧器勻速葉面噴施 25ng/mL（約600L/hm2）ZNC，CK勻速噴施清水，2020年5月31日收獲。

1.3 樣品采集及指標(biāo)測定

于小白菜蓮座期（播種后41d）和收獲期（播種后58d），每小區(qū)隨機(jī)取3株，用直尺測量小白菜株高（從露出土壤根部至頂端距離）和植株頂部向下數(shù)第4片長勢一致的功能葉的最大葉長和葉寬，小白菜葉面積=葉長×葉寬×0.66[20]；統(tǒng)計小白菜伸展葉數(shù)量；將單株小白菜地上部分用自來水沖洗干凈，用吸水紙吸干后用天平稱量鮮重，計為單株產(chǎn)量；然后105℃殺青30min后，75℃烘干至恒重，稱地上部生物量，粉碎后過0.5mm篩，采用H2SO4-H2O2消煮，用凱氏定氮儀測定全氮含量[21]，并計算相關(guān)指標(biāo)[22]，產(chǎn)量（t/hm2）=每株鮮重（g）×小區(qū)小白菜株數(shù)×500/106；植株氮素積累量（kg/hm2）=成熟期單株干重×每公頃植株數(shù)×成熟期單株含氮量；氮素農(nóng)學(xué)效率（kg/kg）=（施肥區(qū)產(chǎn)量-氮空白區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；氮肥偏生產(chǎn)力（kg/kg）=產(chǎn)量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析相對誤差和差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 配施ZNC對小白菜形態(tài)指標(biāo)的影響

在正常施氮、減氮1/3水平下，配施ZNC對小白菜形態(tài)指標(biāo)和產(chǎn)量存在不同程度的影響（圖1）。在蓮座期，與2/3 U處理相比，2/3 UZ處理的株高、單株葉片數(shù)、單株葉面積和單株鮮重分別顯著增高15.66%、10.50%、13.93%和17.09%；UZ較U處理株高、單株葉面積和單株鮮重顯著增加 13.61%、23.95%和27.75%；與U處理相比，2/3 UZ處理的株高和單株葉面積顯著增高10.13%和14.41%，單株鮮重增加4.69%；4/3 UZ處理的株高、單株葉面積和單株鮮重較 4/3 U分別增加 2.30%、5.83%和1.80%，未達(dá)到顯著差異水平。在收獲期，2/3 UZ較2/3 U處理的單株葉面積和單株鮮重分別顯著提高13.09%和10.49%；與U處理相比，UZ處理株高和單株鮮重顯著增加7.46%和19.63%。說明氮肥配施ZNC能促進(jìn)小白菜生長，增加小白菜株高、單株葉片數(shù)、單株葉面積和單株鮮重等指標(biāo)，尤其在減施1/3氮和農(nóng)民習(xí)慣施氮條件下。

圖1 配施ZNC對小白菜形態(tài)指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of combined application of ZNC on morphological indexes of pakchoi

2.2 配施ZNC對小白菜產(chǎn)量和氮素吸收的影響

正常施氮和減氮1/3水平下，配施ZNC后小白菜產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高（表1）。隨施氮量增加，小白菜產(chǎn)量提高37.19%～111.00%。與2/3 U處理相比，2/3 UZ產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著增高 10.51%、38.72%和 10.49%。與U處理相比，UZ處理的產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高19.63%、54.62%和19.62%，氮素積累量增加4.67%；2/3 UZ處理氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高37.75%和45.59%，產(chǎn)量未顯著降低。4/3 UZ較4/3 U處理產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮素偏生產(chǎn)力分別顯著降低8.16%、15.51%和8.16%。說明減施1/3氮和農(nóng)民習(xí)慣施肥條件下，配施ZNC更有利于提高小白菜產(chǎn)量和氮素吸收，達(dá)到減肥穩(wěn)產(chǎn)的效果。

表1 配施ZNC對小白菜產(chǎn)量和氮素吸收的影響Table 1 Effects of combined application of ZNC on yield and nitrogen uptake of pakchoi

2.3 氮水平和ZNC耦合對小白菜各指標(biāo)的綜合影響

方差分析結(jié)果（表2和表3）表明，除收獲期小白菜單株葉片數(shù)之外，施氮量對小白菜形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量、氮素吸收和凈收益有極顯著的影響；ZNC對小白菜蓮座期株高、單株葉面積、單株鮮重以及收獲期株高、單株鮮重、產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力和凈收益有顯著或極顯著的影響。施氮量和ZNC互作對小白菜蓮座期株高、葉片數(shù)、葉面積、鮮重以及收獲期單株葉面積、單株鮮重、產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力、凈收益存在著顯著或極顯著的影響。說明施氮量是影響小白菜各指標(biāo)的主要因素；小白菜生產(chǎn)中合理調(diào)控施氮量和ZNC對促進(jìn)小白菜生長具有協(xié)同作用。

表2 配施ZNC對小白菜形態(tài)指標(biāo)方差分析（F值）Table 2 Analysis of variance (F-value) of morphological indexes of pakchoi under combined application of ZNC

表3 配施ZNC對小白菜產(chǎn)量、氮素吸收和凈收益方差分析（F值）Table 3 Analysis of variance (F value) of yield, nitrogen absorption and net income of pakchoi under combined application of ZNC

2.4 配施ZNC對小白菜經(jīng)濟(jì)效益的影響

配施ZNC后，小白菜經(jīng)濟(jì)效益增加（表4）。隨氮肥施用量增加，小白菜凈收益顯著增加0.97～2.99萬元/hm2，提高45.97%～1.71%。2/3 UZ較2/3 U處理的凈收益顯著增加 0.42萬元/hm2，提高13.64%。與U處理相比，UZ處理的凈收益顯著增加0.90萬元/hm2，提高25.14%。表明正常施氮和減氮1/3水平下，配施ZNC可顯著提高小白菜經(jīng)濟(jì)效益。

表4 配施ZNC對小白菜經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 4 Effects of combined application of ZNC on economic benefits of pakchoi

3 討論

生物刺激素和植物生長調(diào)節(jié)劑等肥料增效劑物質(zhì)調(diào)控作物的生長發(fā)育[6]，改善了作物養(yǎng)分的吸收、轉(zhuǎn)運、同化和利用，進(jìn)而提高了作物氮肥利用率[23-24]，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)減肥增效的有效材料。本試驗研究表明，正常施氮水平下，配施ZNC后，小白菜株高和單株鮮重分別顯著增加 7.46%～13.61%和19.63%～27.75%，產(chǎn)量和凈收益分別顯著增加19.63%和0.90萬元/hm2，氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別顯著提高54.62%和19.62%。這與ZNC可提高水稻、玉米[25]、煙草和小麥等多種作物的產(chǎn)量和氮素利用率的結(jié)果一致，說明ZNC對多種作物有增產(chǎn)增效作用。

作物在不同氮水平下啟動的氮響應(yīng)路徑是不同的，這些氮素響應(yīng)路徑又受作物本身激素調(diào)控的影響，而生物刺激素和植物生長調(diào)節(jié)劑類物質(zhì)改變了植物內(nèi)的激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[24]。因此研究外源施加肥料增效劑與氮素互作的關(guān)系，對科學(xué)選擇氮肥用量和增效劑種類進(jìn)而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)減肥增效具有重要指導(dǎo)意義。本試驗中，在減氮1/3水平下，配施ZNC后，小白菜在蓮座期和收獲期產(chǎn)量、氮素偏農(nóng)學(xué)效率和氮素偏生產(chǎn)力分別顯著增加 10.51%、38.72%和10.49%；而在增氮1/3水平下，4/3 UZ較4/3 U處理的產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率和氮素偏生產(chǎn)力分別顯著降低8.16%、15.51%和8.16%；說明ZNC使用效果與氮素用量密切相關(guān)。施氮量和ZNC互作耦合綜合分析表明，二者互作顯著或者極顯著影響了小白菜蓮座期株高、單株葉片數(shù)、單株葉面積和單株鮮重，進(jìn)而對收獲期單株葉面積、單株鮮重、產(chǎn)量、氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力和凈收益形成顯著或極顯著的影響，其中施氮量是影響小白菜各指標(biāo)的主要因素，ZNC為次要因素；在減氮1/3和正常施氮水平下，ZNC和氮肥協(xié)同增效，可能是由于該條件下ZNC誘導(dǎo)了小白菜生長素生物合成、促進(jìn)植株根系生長、提高養(yǎng)分吸收和運輸能力[9]；增加光合面積，提高光能利用率；加強(qiáng)葉片氮素吸收[14]，最終提高了小白菜株高、葉片數(shù)和產(chǎn)量；但在高氮水平下，ZNC和氮肥存在拮抗作用，可能是由于該處理下，小白菜所處營養(yǎng)環(huán)境養(yǎng)分豐富，作物吸收營養(yǎng)過剩反而造成生長抑制現(xiàn)象[26]。李歡等[27]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)氮處理相比，減氮20%下增施腐殖酸更有利于提高玉米產(chǎn)量和氮肥利用率；但是減氮40%條件下添加腐植酸，玉米的產(chǎn)量和氮素利用率反而大幅度降低。王慶彬等[28]研究發(fā)現(xiàn)，蕓苔素內(nèi)酯·吲哚乙酸·赤霉酸在中氮水平下調(diào)控了小白菜內(nèi)源激素含量，進(jìn)而提高小白菜營養(yǎng)元素的積累和利用，顯著增產(chǎn)提質(zhì)；但是低氮和高氮水平下均不利于小白菜的生長。李文等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在低氮水平，蕓苔素內(nèi)酯和乙烯利均與氮肥對甜菜產(chǎn)量和質(zhì)量有協(xié)同增效的作用，但是在高氮水平下，則存在拮抗作用。這些研究與本研究結(jié)果一致，說明肥料增效劑對肥料的協(xié)同增效必須建立在合理施用肥料的基礎(chǔ)上。

此外，與U處理相比，2/3 UZ處理下氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別提高37.75%和45.59%，產(chǎn)量和凈收益未顯著降低。這說明ZNC不僅實現(xiàn)了協(xié)同增效氮肥的作用，還能為減肥穩(wěn)產(chǎn)提供可靠技術(shù)手段。而ZNC和氮肥耦合關(guān)系的深入研究也可為ZNC與肥料的科學(xué)配施提供理論依據(jù)。胡田田等[30]研究發(fā)現(xiàn)，脲酶抑制劑和雙效抑制劑與氮水平對冬小麥產(chǎn)量存在極顯著的交互作用，并以此通過模型推算出，施用脲酶抑制劑后，冬小麥最佳施氮區(qū)間為 139～183kg/hm2，最大理論產(chǎn)量值為7409kg/hm2；施用雙效抑制劑后，最佳施氮區(qū)間為149～185kg/hm2，最大理論產(chǎn)量值為 8329kg/hm2。因此，肥料與ZNC配合施用模型的建立和推算也將是未來ZNC在大田應(yīng)用中細(xì)化深入研究的方向。

4 結(jié)論

ZNC對小白菜具有顯著的增產(chǎn)作用，且與氮肥存在顯著的耦合作用，是減肥增效的有效手段；在減氮1/3和正常施氮水平下，配施ZNC可提高氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力，增產(chǎn)10.51%～19.63%，增加凈收益0.42萬～0.90萬元/hm2；減氮1/3下配施 ZNC處理較農(nóng)民常規(guī)施氮的產(chǎn)量和凈收益未達(dá)到顯著差異，氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力顯著提高37.75%和45.59%，實現(xiàn)減肥穩(wěn)產(chǎn)。