李慧敏, 束維正, 汪秋云

(中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司 安徽合肥 231602)

0 前言

傳統(tǒng)肥料容易通過(guò)徑流、淋洗、揮發(fā)等方式流失到水體和大氣中,不僅肥料利用率低,還會(huì)造成資源的巨大浪費(fèi),并引發(fā)土壤酸化、板結(jié)、水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題[1]。施用新型肥料是保障作物產(chǎn)量,減少養(yǎng)分流失的有效手段之一。近年來(lái),在肥料中添加增效劑延緩養(yǎng)分釋放或增強(qiáng)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收成為提高肥料利用率、使肥料增值的一種重要手段,發(fā)展低成本、高成效的肥料減施增效技術(shù)是推進(jìn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1]。聚天門(mén)冬氨酸/鹽(PASP)是一種生物可降解的環(huán)境友好型材料,可通過(guò)與養(yǎng)分離子螯合提高肥料利用率,同時(shí)能增強(qiáng)養(yǎng)分在土壤中的固持能力,減少養(yǎng)分損失[2]。作為低成本、高效能的新型可降解肥料增效劑,聚天門(mén)冬氨酸近年來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用。多項(xiàng)研究表明,聚天門(mén)冬氨酸對(duì)玉米[3]、小麥[4]、水稻[5-6]等多種作物具有增產(chǎn)增收的功效。

聚天門(mén)冬氨酸是天然存在于軟體動(dòng)物和蝸牛殼內(nèi)的一種高分子有機(jī)聚合物,相對(duì)分子質(zhì)量為2 000～10 000,因其分子中含有豐富的羥基和羧基等活性基團(tuán),所以具有較好的親水性、水溶性和化學(xué)活性,并同時(shí)具有吸附、螯合和分散等功能[7]。聚天門(mén)冬氨酸分子鏈上的活性基團(tuán)使其在土壤中很容易進(jìn)入植物根部,從而在根系周?chē)胶透患喾N營(yíng)養(yǎng)元素,強(qiáng)化作物對(duì)氮、磷、鉀及中微量元素的全面吸收,有效提高肥料的利用效率,增強(qiáng)農(nóng)作物對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收能力,可獲得增產(chǎn)增收的效果[8]。

普通聚天門(mén)冬氨酸的性能有限,相對(duì)分子質(zhì)量基本為4 000～6 000,通過(guò)改性在聚天門(mén)冬氨酸分子鏈上引入官能團(tuán),使原來(lái)主鏈上無(wú)活性基團(tuán)的聚合物功能化,或改變聚天門(mén)冬氨酸分子鏈的空間分布,延長(zhǎng)分子鏈或形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將顯著增強(qiáng)聚天門(mén)冬氨酸的效能[6]。本文中添加的改性聚天門(mén)冬氨酸由中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司研制,產(chǎn)品技術(shù)來(lái)源于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題的成果轉(zhuǎn)化,技術(shù)達(dá)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。與常規(guī)的聚天門(mén)冬氨酸相比,改性聚天門(mén)冬氨酸的相對(duì)分子質(zhì)量更大,分子側(cè)鏈增長(zhǎng),螯合基團(tuán)增多,對(duì)氮素等養(yǎng)分的吸附能力更為突出。

近年來(lái),有研究者通過(guò)水培和盆栽試驗(yàn),證明改性聚天門(mén)冬氨酸對(duì)小麥、玉米具有顯著的促根、促生長(zhǎng)作用[9],且隨著聚天門(mén)冬氨酸相對(duì)分子質(zhì)量的增加,根系的促生效果更顯著[10]。然而這些研究多為其在糧食作物上的應(yīng)用效果驗(yàn)證,對(duì)經(jīng)濟(jì)作物的功效尚不明確。2005年,有學(xué)者將聚天門(mén)冬氨酸應(yīng)用在北方常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)作物中,證明其能較好地促進(jìn)各種經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育,提升相關(guān)經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量,增產(chǎn)效果顯著[11]。與普通聚天門(mén)冬氨酸相比,本研究中的改性聚天門(mén)冬氨酸相對(duì)分子質(zhì)量更高,對(duì)養(yǎng)分的螯合和富集作用更強(qiáng),在經(jīng)濟(jì)作物上應(yīng)用所帶來(lái)的效益可能會(huì)更高。因此,本文通過(guò)將含改性聚天門(mén)冬氨酸復(fù)合肥料施用于生菜、蘿卜上,研究其對(duì)經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響,為經(jīng)濟(jì)作物有效施肥、增產(chǎn)增收提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)時(shí)間:2022年1—12月。

試驗(yàn)地點(diǎn):安徽省合肥市肥東縣中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司園區(qū)實(shí)驗(yàn)室。

1.2 供試材料

供試作物:櫻桃蘿卜、意大利生菜王、北京高糖脆青蘿卜。

供試肥料:普通復(fù)合肥(27-5-8)、含改性聚天門(mén)冬氨酸復(fù)合肥(27-5-8),均由中鹽安徽紅四方肥業(yè)股份有限公司提供。

供試土壤:營(yíng)養(yǎng)土與蛭石體積比約為5∶1。

供試設(shè)備:TYS-B型葉綠素儀,浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司;MICROTEK型根系掃描儀,上海中晶科技有限公司;育苗盤(pán)、大白盆、光照培養(yǎng)箱、光照培養(yǎng)架。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分別在49.0 cm×37.5 cm×14.5 cm塑料大盆內(nèi)種植作物,共收獲三茬作物,為連茬種植。試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照組(CK,普通復(fù)合肥)和試驗(yàn)組(T,含改性聚天門(mén)冬氨酸復(fù)合肥)2個(gè)處理,肥料施用量按100 kg/畝(1畝=667 m2)進(jìn)行計(jì)算,見(jiàn)表1。

表1 盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)方法及測(cè)定指標(biāo)

在育苗盤(pán)內(nèi)進(jìn)行櫻桃蘿卜、生菜、青蘿卜育苗,待幼苗長(zhǎng)出5 cm左右進(jìn)行移栽。塑料大盆內(nèi)裝土量約8.5 kg(其中營(yíng)養(yǎng)土1.062 kg,蛭石0.2 kg左右),每次種植前將盆內(nèi)土壤與肥料充分混勻,表面平整后進(jìn)行移栽。根據(jù)生長(zhǎng)空間,每盆移栽5～6棵幼苗,移栽當(dāng)天澆透水,然后置于光照培養(yǎng)架培養(yǎng)(光照強(qiáng)度40 000 lx;3—6月光照時(shí)間為04:00-19:00,10—12月光照時(shí)間為06:00-17:00;室溫),每隔2天澆等量水。作物生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行葉片葉綠素相對(duì)含量等相關(guān)指標(biāo)測(cè)定,生長(zhǎng)1～2月后進(jìn)行采摘收獲,并測(cè)定作物根部、葉片生物量(鮮質(zhì)量)等相關(guān)指標(biāo)。

葉片葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)測(cè)定:選取外圍展開(kāi)的葉片中部,避開(kāi)葉脈和有損傷的部位(2個(gè)處理葉片選取位置保持基本一致),采用TYS-B型葉綠素儀測(cè)定,直接獲取葉片的SPAD值和氮含量,結(jié)果取平均值。

作物根莖長(zhǎng)、根莖直徑測(cè)定:取收獲清洗后的作物根系并平鋪于桌面,分別采用直尺(50 cm)、數(shù)顯簡(jiǎn)易卡尺(0～15 cm)測(cè)定根莖的長(zhǎng)和直徑。

根表面積的測(cè)定:取清洗后生菜根系放置于MICROTEK型根系掃描儀的根盤(pán)固定框內(nèi),通過(guò)根系掃描,采用萬(wàn)深LA-S系列植物圖像分析系統(tǒng)獲取根表面積數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)作物產(chǎn)量的影響

不同施肥處理的3種作物地上部和地下部生物量見(jiàn)表2。

表2 不同施肥處理的3種作物地上部和地下部生物量

由表2可知,與CK處理相比,T處理的櫻桃蘿卜、生菜和青蘿卜產(chǎn)量(鮮質(zhì)量)分別提高21.94%、35.97%和42.65%。陳秉翼[12]采用3種不同的聚天門(mén)冬氨酸鹽增效尿素開(kāi)展的生菜盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明,添加聚天門(mén)冬氨酸鹽能提高生菜產(chǎn)量20.51%～31.50%。這可能是聚天門(mén)冬氨酸鹽促進(jìn)了生菜對(duì)氮素的吸收,提高了氮肥利用率。丁俊洋等[13]、黃毅[14]、唐會(huì)會(huì)[3]在番茄、黃瓜、玉米等多種作物上應(yīng)用聚天門(mén)冬氨酸的試驗(yàn)結(jié)果也表明,聚天門(mén)冬氨酸通過(guò)提高植株根系對(duì)氮素的吸收利用,可促進(jìn)植株葉片的生長(zhǎng)發(fā)育,增強(qiáng)光合作用,從而提高作物產(chǎn)量。此外,改性聚天門(mén)冬氨酸具有極強(qiáng)的螯合、分散、吸附等作用,可富集土壤周?chē)牡?、磷、鉀及中微量元素供給植物,促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收,從而提高作物產(chǎn)量[2]。

試驗(yàn)表明,三茬作物均體現(xiàn)出較高的增產(chǎn)效果,且增產(chǎn)率逐漸提高,這可能與改性聚天門(mén)冬氨酸均衡施用,在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能保持較高的有效性有關(guān)。李建剛等[15]的研究也表明,根施聚天門(mén)冬氨酸不僅能夠增加前茬玉米產(chǎn)量,對(duì)后茬小麥也有明顯的增產(chǎn)效果,是一種長(zhǎng)效肥料增效劑。

2.2 不同施肥處理對(duì)作物根系的影響

T處理的櫻桃蘿卜和青蘿卜的平均根莖長(zhǎng)比CK處理的分別提高13.25%和26.14%,平均根莖粗增加11.41%和12.89%,見(jiàn)圖1、圖2。不同施肥處理的生菜根系指標(biāo)見(jiàn)圖3,與CK處理相比,T處理的生菜根質(zhì)量增加19.94%,根粗增加32.14%,根表面積增加53.62%。

圖1 不同施肥處理的櫻桃蘿卜根系指標(biāo)

圖2 不同施肥處理的青蘿卜根系指標(biāo)

圖3 不同施肥處理的生菜根系指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)果與汪秋云等[10]研究的復(fù)合肥中添加聚天門(mén)冬氨酸能有效促進(jìn)玉米根長(zhǎng)、根系直徑等結(jié)果一致。李夢(mèng)露等[16]發(fā)現(xiàn)在基質(zhì)中添加聚天門(mén)冬氨酸能顯著提高番茄根系表面積和根系活力,增強(qiáng)根系吸收能力,從而促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)。這與試驗(yàn)中添加聚天門(mén)冬氨酸的3種經(jīng)濟(jì)作物根系粗壯,能提高養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力,從而提高作物產(chǎn)量的結(jié)果一致。

2.3 不同施肥處理對(duì)作物葉片SPAD值的影響

不同施肥處理的3種經(jīng)濟(jì)作物的葉片SPAD值及氮含量見(jiàn)表3。

表3 不同施肥處理的3種經(jīng)濟(jì)作物的葉片SPAD值及氮含量

由表3可知,與CK處理相比,T處理的櫻桃蘿卜和生菜葉片SPAD值分別提高5.9%和18.1%。大量研究顯示,肥料中添加聚天門(mén)冬氨酸可有效提高谷子[17]、玉米[18]、烤煙[19]等作物氮素的利用效率,能促進(jìn)植株生長(zhǎng),提高葉片光合作用,從而達(dá)到增產(chǎn)增效的目的。

李夢(mèng)露等[16]研究了聚天門(mén)冬氨酸對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響,結(jié)果表明基質(zhì)中添加聚天門(mén)冬氨酸顯著提高了番茄幼苗葉片凈光合速率和葉綠素等含量,促進(jìn)了光合產(chǎn)物的積累,其主要原因可能是聚天門(mén)冬氨酸增強(qiáng)了根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力,增加了鎂、錳、鋅等有益于植株光合作用的元素積累量,從而提高了葉片的SPAD值。

2.4 不同施肥處理對(duì)3種作物經(jīng)濟(jì)效益的影響

2個(gè)處理除了施肥成本不同外,人工費(fèi)用及其他投入均相同(不列入計(jì)算)。按試驗(yàn)用普通復(fù)合肥價(jià)格3.05元/kg、含改性聚天門(mén)冬氨酸復(fù)合肥3.16元/kg,櫻桃蘿卜、生菜、青蘿卜售賣(mài)價(jià)格分別為7、3、2元/kg,計(jì)算2個(gè)處理3種作物的經(jīng)濟(jì)效益,見(jiàn)表4。其中產(chǎn)值根據(jù)實(shí)驗(yàn)室盆栽產(chǎn)量數(shù)據(jù)推算,與實(shí)際田間栽培可能存在一定差異。

表4 不同施肥處理的3種作物經(jīng)濟(jì)效益 元/畝

由表4可知,與CK處理相比,T處理的櫻桃蘿卜、生菜、青蘿卜每畝增收661.7、1 068.1、1 353.8元,增收幅度為23.96%～46.76%。

楊啟航等[19]研究了減氮配施聚天門(mén)冬氨酸對(duì)烤煙氮素代謝及吸收利用的影響,發(fā)現(xiàn)減氮配施聚天門(mén)冬氨酸處理的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)均優(yōu)于CK處理的,產(chǎn)量與產(chǎn)值分別提高5.18%和8.35%,表明聚天門(mén)冬氨酸不僅可以彌補(bǔ)因減少氮肥施用產(chǎn)生的不利影響,還能取得增產(chǎn)增收的效果,具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。許焱煒等[8]的研究結(jié)果也表明,施用含聚天門(mén)冬氨酸尿素能提高水稻有效成穗數(shù)、結(jié)實(shí)率和籽粒飽滿(mǎn)度,與普通尿素相比,同等施肥量時(shí)凈增效益105.6元/畝;施肥總量減10%時(shí),凈增效益仍達(dá)4.4元/畝。

3 結(jié)語(yǔ)

改性聚天門(mén)冬氨酸增效劑具有相對(duì)分子質(zhì)量大、分子結(jié)構(gòu)側(cè)鏈長(zhǎng)、肽鍵穩(wěn)定、螯合吸附和傳導(dǎo)能力強(qiáng)等特點(diǎn),在櫻桃蘿卜、生菜和青蘿卜上連茬施用含改性聚天門(mén)冬氨酸復(fù)合肥,與等養(yǎng)分普通復(fù)合肥相比,作物根系粗壯,葉片光合作用強(qiáng),產(chǎn)量分別提高21.94%、35.97%和42.65%,每畝凈增收益661.7、1 068.1、1 353.8元,具有較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。