李東亞, 樊志磊, 韓偉豪, 張飛翔, 李 明, 楊 慶, 岳艷軍

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731)

肥料作為糧食的“糧食”,是保障糧食安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)肥料相比,新型功能性肥料是利用新方法、新工藝生產(chǎn)的復(fù)合高效、長(zhǎng)效、對(duì)環(huán)境友好的肥料,如緩控釋肥料、含腐殖酸肥料、含氨基酸肥料等[1]。大量研究已表明,新型功能性肥料具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物產(chǎn)量、改善土壤養(yǎng)分狀況等優(yōu)勢(shì)[2-4]。因此,研發(fā)具有功能性的新型肥料,對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

聚谷氨酸(γ-PGA)是一種環(huán)境友好型高分子生物材料,具有良好的吸水性、緩釋性,且其降解產(chǎn)物無(wú)毒、可食用,因此在化妝品、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[5-8]。近年來(lái)的研究還證實(shí),γ-PGA在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也蘊(yùn)藏著巨大的潛力和應(yīng)用前景。石肖肖等[9]通過(guò)一維土柱入滲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),施用γ-PGA可以有效減少土壤中水分、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的淋失,提高水肥利用率。郝榮華等[10]的試驗(yàn)證明,施用不同相對(duì)分子質(zhì)量的γ-PGA可不同程度提升綠豆的發(fā)芽率,提高苗期根長(zhǎng)、株高、鮮質(zhì)量等指標(biāo)。Bai等[11]的研究發(fā)現(xiàn),施用γ-PGA可顯著提高作物對(duì)養(yǎng)分(氮、磷、鉀等元素)的表觀利用率。由此可見(jiàn),研究開(kāi)發(fā)具有聚谷氨酸增效功能的新型肥料,對(duì)農(nóng)業(yè)減肥增效、綠色健康發(fā)展具有重要的意義。

γ-PGA在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用研究相較于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的要晚,需要有更多的研究成果為其推廣提供依據(jù)。本文通過(guò)盆栽試驗(yàn),分析了在無(wú)機(jī)復(fù)合肥料中添加不同量的γ-PGA對(duì)油麥菜生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響,以期為新型肥料中γ-PGA適宜添加量的確定提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

γ-PGA,淡黃色,有淡氨味,pH為5.0～8.0,相對(duì)分子質(zhì)量為1 000～1 500 kDa,武漢博潤(rùn)科技有限公司;尿素,w(N)為46%,河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司;磷酸一銨,w(N)為12.17%,w(P2O5)為61.74%,云南云天化股份有限公司;氯化鉀,w(K2O)為62.67%,青海鹽湖工業(yè)股份有限公司。

供試土壤取自江西心連心化學(xué)工業(yè)有限公司高效農(nóng)業(yè)示范園試驗(yàn)田,采集深度為0～20 cm耕層土壤。采集的新鮮土壤樣品置于陰涼、干燥、無(wú)污染的環(huán)境中風(fēng)干,然后去除風(fēng)干土樣中的枯枝和殘留物,再過(guò)2 mm篩后備用。該土壤的基本理化性狀:w(有機(jī)質(zhì))為19.28 g/kg,w(全氮)為16 g/kg,w(有效磷)為18.43 mg/kg,w(速效鉀)為143.86 mg/kg,pH為8.28。

供試作物:四季香油麥(油麥菜),生長(zhǎng)周期為40～60 d,河北南極星種業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以尿素、磷酸一銨和氯化鉀為原料,配制成15-15-15的無(wú)機(jī)復(fù)合肥料作為盆栽試驗(yàn)底肥,施用量為 75 kg/畝(1畝=667 m2)。試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理,以不添加γ-PGA為對(duì)照(CK),T1～T5處理對(duì)應(yīng)γ-PGA用量分別為無(wú)機(jī)復(fù)合肥料用量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%,每個(gè)處理5次重復(fù)。

試驗(yàn)于2021年11月15日至2022年1月15日進(jìn)行。每盆裝4 kg風(fēng)干土,將無(wú)機(jī)復(fù)合肥料全部溶于30 L水中制成水肥溶液,γ-PGA采用二次稀釋法,按照各處理分別與1 L水肥溶液同時(shí)澆施于盆中。第二天,每盆移栽1株同等大小(兩葉一心)的油麥菜苗。根據(jù)土壤水分情況,每1～2 d澆水1次,保持每盆澆水量一致,并采用常規(guī)栽培管理措施(除草、防治病蟲(chóng)害等)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

移栽后每隔15 d測(cè)量指標(biāo)一次。用鋼卷尺測(cè)量油麥菜的株高,計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)量,用日本生產(chǎn)的便攜式SPAD-502型葉綠素儀測(cè)定油麥菜的葉綠素相對(duì)含量(SPAD值),用力辰TD20002A型電子天平(感量0.01 mg)稱量收獲時(shí)油麥菜地上部鮮質(zhì)量作為產(chǎn)量指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn),Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同γ-PGA用量對(duì)油麥菜株高的影響

測(cè)量各處理的樣本植株株高,以5個(gè)測(cè)量值的平均值作為各處理油麥菜的株高,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,見(jiàn)表1。

表1 不同γ-PGA用量的油麥菜株高

由表1可知:在整個(gè)生長(zhǎng)階段,油麥菜株高隨著時(shí)間的推移不斷增長(zhǎng),且添加γ-PGA的處理(T1～T5處理)在各生長(zhǎng)階段均不同程度地高于CK處理;移栽后15 d的株高表現(xiàn)為T(mén)2>T4>T5>T3>T1>CK,其中T2處理的株高顯著高于CK處理的,其余各處理間差異不顯著;移栽后30 d的油麥菜株高表現(xiàn)為T(mén)2>T5>T4=T3>T1>CK,其中T2處理的株高顯著高于CK處理的,其余各處理間差異未達(dá)到顯著水平;移栽后45 d,株高最高的是T2處理,其次是T1處理,且T1、T2處理的株高顯著高于CK處理的,其余各處理間差異未達(dá)到顯著水平;移栽后60 d(收獲期),T1～T5處理的株高差異不顯著,但添加γ-PGA的處理(T1～T5處理)均顯著高于CK處理。綜上所述,添加γ-PGA對(duì)油麥菜的株高有促進(jìn)作用,其中生長(zhǎng)前45 d內(nèi)以T2處理的效果較好。

2.2 不同γ-PGA用量對(duì)油麥菜葉片數(shù)的影響

記錄各處理的樣本植株葉片數(shù),以5個(gè)測(cè)量值的平均值作為各處理油麥菜的葉片數(shù),并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,見(jiàn)表2。

表2 不同γ-PGA用量的油麥菜葉片數(shù)

由表2可知:在整個(gè)生育期內(nèi),油麥菜的葉片數(shù)隨著時(shí)間的推移而增加;移栽后30 d和45 d,除T1處理的葉片數(shù)少于CK處理的,其余添加γ-PGA處理的葉片數(shù)在各生長(zhǎng)階段均不少于CK處理的;首次(移栽后15 d)測(cè)定結(jié)果顯示,葉片數(shù)表現(xiàn)為T(mén)5=T3=T4>T2=T1=CK,其中T5處理的葉片數(shù)顯著多于T1、CK處理的,T3處理的葉片數(shù)顯著多于CK處理的,其余各處理間差異不顯著;移栽后30 d,油麥菜葉片數(shù)表現(xiàn)為T(mén)3=T5=T2>T4=CK>T1,其中T3、T5處理的葉片數(shù)顯著多于T1處理的,其余各處理間差異均未達(dá)到顯著水平;移栽后45 d的葉片數(shù)表現(xiàn)為T(mén)5=T3>T4=T2>CK>T1,其中T5處理的葉片數(shù)顯著多于CK、T1處理的,T3處理的葉片數(shù)顯著多于T1處理的,其余各處理間差異均不顯著;收獲期的葉片數(shù)表現(xiàn)為T(mén)5>T3=T2>T4>T1=CK,其中T5處理的葉片數(shù)顯著多于T1、CK處理的,T3處理的葉片數(shù)顯著多于CK處理的,其余各處理間差異均未達(dá)到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA可以不同程度地增加油麥菜葉片數(shù),其中無(wú)機(jī)復(fù)合肥料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的γ-PGA效果較顯著。

2.3 不同γ-PGA用量對(duì)油麥菜葉片SPAD值的影響

測(cè)定各處理的樣本植株最長(zhǎng)葉片的SPAD值,以5個(gè)測(cè)定值的平均值作為各處理油麥菜葉片的SPAD值,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,見(jiàn)表3。

表3 不同γ-PGA用量的油麥菜葉片SPAD值

由表3可知:添加γ-PGA對(duì)提高油麥菜葉片SPAD值具有促進(jìn)作用;第一次(移栽后15 d)測(cè)定數(shù)據(jù)顯示,葉片SPAD值為T(mén)5>T3>T2>T1>T4>CK,其中T5處理的葉片SPAD值顯著高于T4、CK處理的,T2、T3處理的葉片SPAD值顯著高于CK處理的,其余各處理間差異未達(dá)到顯著水平;移栽后30 d油麥菜葉片SPAD值表現(xiàn)為T(mén)5>T3>T1>T4>T2>CK,其中T5處理的葉片SPAD值顯著高于T4、T2、CK處理的,T3處理的葉片SPAD值顯著高于CK處理的,其余各處理間差異不顯著;移栽后45 d和60 d,油麥菜葉片的SPAD值仍以T5處理的最大,但各處理間的差異均未達(dá)到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA在油麥菜生長(zhǎng)前期可以提高葉片的SPAD值,但中后期提升效果不顯著;T5處理在提高油麥菜葉片SPAD值上的表現(xiàn)較好。

2.4 不同γ-PGA用量對(duì)油麥菜產(chǎn)量的影響

稱取各處理的樣本植株的鮮質(zhì)量,以5個(gè)稱量值的平均值作為各處理油麥菜的產(chǎn)量,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,見(jiàn)圖1。

圖1 不同γ-PGA用量的油麥菜產(chǎn)量

從圖1可以看出:隨著γ-PGA用量的增加,油麥菜產(chǎn)量表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢(shì),且添加γ-PGA處理(T1～T5處理)的產(chǎn)量均高于CK處理的;T2處理的產(chǎn)量最大,達(dá)到了89.75 g/株,顯著高于CK處理的(64.50 g/株);T1、T3、T4、T5處理的產(chǎn)量分別為81.75、81.00、84.00、80.20 g/株,也顯著高于CK處理的;T1～T5處理間差異未達(dá)到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA后油麥菜產(chǎn)量顯著增加,且以T2處理的效果較佳。

3 討論

近年來(lái),一種新型的、環(huán)境友好的綠色環(huán)保型高分子物質(zhì)——γ-PGA受到了研究者們的高度重視。γ-PGA是谷氨酸通過(guò)聚合形成的一種陰離子聚合物,其分子主鏈上含有許多親水性肽鍵和羧基,因此γ-PGA具有超強(qiáng)的吸水性、良好的吸附性以及生物可降解性,還可發(fā)生螯合、吸附、衍生、交聯(lián)、離子交換等反應(yīng)[12]?；谝陨咸匦?γ-PGA已在食品、醫(yī)療、日用品等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[6-8],且表現(xiàn)出極大的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。此外,γ-PGA具有的螯合和吸附作用,也得到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域越來(lái)越多研究者的關(guān)注,他們將γ-PGA與化肥結(jié)合施入土壤,探究γ-PGA對(duì)作物吸收水肥的影響[13-14],旨在為γ-PGA在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

本研究采用盆栽試驗(yàn),在無(wú)機(jī)復(fù)合肥料施用量相同的條件下,分別添加不同量的γ-PGA,探究油麥菜生長(zhǎng)過(guò)程中株高、葉片數(shù)、SPAD值以及產(chǎn)量的變化,結(jié)果表明無(wú)機(jī)化肥中外源添加γ-PGA對(duì)油麥菜的生長(zhǎng)和產(chǎn)量有促進(jìn)作用,這與已報(bào)道的研究結(jié)果一致[10-11,15]。分析原因可能是γ-PGA施入土壤后,改善了土壤結(jié)構(gòu)[16]、增強(qiáng)了土壤持水能力[17]、促進(jìn)了根際微生物群的生長(zhǎng)[18]、降低了土壤養(yǎng)分的流失[19];此外,γ-PGA在土壤中對(duì)肥料起到很強(qiáng)的保肥、節(jié)肥和增效的作用[5],進(jìn)而滿足了作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求,促進(jìn)了作物生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)研究表明,γ-PGA添加量為無(wú)機(jī)復(fù)合肥料質(zhì)量的0.4%(T2處理)時(shí),提高產(chǎn)量的效果較好;γ-PGA添加量為無(wú)機(jī)復(fù)合肥料質(zhì)量的1.0%(T5處理)時(shí),增加葉片數(shù)和提高SPAD值的效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

在傳統(tǒng)無(wú)機(jī)化肥中添加γ-PGA,對(duì)油麥菜的生長(zhǎng)及產(chǎn)量增加有促進(jìn)作用。在本試驗(yàn)的條件下,結(jié)合投入成本,建議γ-PGA的添加量為無(wú)機(jī)復(fù)合肥料質(zhì)量的0.4%。