無機復合肥料中添加聚谷氨酸對油麥菜生長及產量的影響

李東亞, 樊志磊, 韓偉豪, 張飛翔, 李 明, 楊 慶, 岳艷軍

(河南心連心化學工業集團股份有限公司 河南新鄉 453731)

肥料作為糧食的“糧食”,是保障糧食安全的重要物質基礎。與傳統肥料相比,新型功能性肥料是利用新方法、新工藝生產的復合高效、長效、對環境友好的肥料,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作物生長、提高作物產量、改善土壤養分狀況等優勢[2-4]。因此,研發具有功能性的新型肥料,對農業可持續發展具有至關重要的作用。

聚谷氨酸(γ-PGA)是一種環境友好型高分子生物材料,具有良好的吸水性、緩釋性,且其降解產物無毒、可食用,因此在化妝品、食品、醫藥衛生等領域已得到廣泛應用[5-8]。近年來的研究還證實,γ-PGA在農業領域也蘊藏著巨大的潛力和應用前景。石肖肖等[9]通過一維土柱入滲試驗發現,施用γ-PGA可以有效減少土壤中水分、銨態氮和硝態氮的淋失,提高水肥利用率。郝榮華等[10]的試驗證明,施用不同相對分子質量的γ-PGA可不同程度提升綠豆的發芽率,提高苗期根長、株高、鮮質量等指標。Bai等[11]的研究發現,施用γ-PGA可顯著提高作物對養分(氮、磷、鉀等元素)的表觀利用率。由此可見,研究開發具有聚谷氨酸增效功能的新型肥料,對農業減肥增效、綠色健康發展具有重要的意義。

γ-PGA在農業方面的應用研究相較于食品、醫藥等領域的要晚,需要有更多的研究成果為其推廣提供依據。本文通過盆栽試驗,分析了在無機復合肥料中添加不同量的γ-PGA對油麥菜生長發育及產量的影響,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 試驗材料

γ-PGA,淡黃色,有淡氨味,pH為5.0～8.0,相對分子質量為1 000～1 500 kDa,武漢博潤科技有限公司;尿素,w(N)為46%,河南心連心化學工業集團股份有限公司;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%,青海鹽湖工業股份有限公司。

供試土壤取自江西心連心化學工業有限公司高效農業示范園試驗田,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、無污染的環境中風干,然后去除風干土樣中的枯枝和殘留物,再過2 mm篩后備用。該土壤的基本理化性狀:w(有機質)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),生長周期為40～60 d,河北南極星種業有限公司。

1.2 試驗設計

試驗以尿素、磷酸一銨和氯化鉀為原料,配制成15-15-15的無機復合肥料作為盆栽試驗底肥,施用量為 75 kg/畝(1畝=667 m2)。試驗設置6個處理,以不添加γ-PGA為對照(CK),T1～T5處理對應γ-PGA用量分別為無機復合肥料用量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%,每個處理5次重復。

試驗于2021年11月15日至2022年1月15日進行。每盆裝4 kg風干土,將無機復合肥料全部溶于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,并采用常規栽培管理措施(除草、防治病蟲害等)。

1.3 指標測定

移栽后每隔15 d測量指標一次。用鋼卷尺測量油麥菜的株高,計數法統計葉片數量,用日本生產的便攜式SPAD-502型葉綠素儀測定油麥菜的葉綠素相對含量(SPAD值),用力辰TD20002A型電子天平(感量0.01 mg)稱量收獲時油麥菜地上部鮮質量作為產量指標。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 25.0軟件進行數據分析和差異顯著性檢驗,Microsoft Excel 2016軟件進行數據處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同γ-PGA用量對油麥菜株高的影響

測量各處理的樣本植株株高,以5個測量值的平均值作為各處理油麥菜的株高,并進行統計分析,見表1。

表1 不同γ-PGA用量的油麥菜株高

由表1可知:在整個生長階段,油麥菜株高隨著時間的推移不斷增長,且添加γ-PGA的處理(T1～T5處理)在各生長階段均不同程度地高于CK處理;移栽后15 d的株高表現為T2>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的油麥菜株高表現為T2>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對油麥菜的株高有促進作用,其中生長前45 d內以T2處理的效果較好。

2.2 不同γ-PGA用量對油麥菜葉片數的影響

記錄各處理的樣本植株葉片數,以5個測量值的平均值作為各處理油麥菜的葉片數,并進行統計分析,見表2。

表2 不同γ-PGA用量的油麥菜葉片數

由表2可知:在整個生育期內,油麥菜的葉片數隨著時間的推移而增加;移栽后30 d和45 d,除T1處理的葉片數少于CK處理的,其余添加γ-PGA處理的葉片數在各生長階段均不少于CK處理的;首次(移栽后15 d)測定結果顯示,葉片數表現為T5=T3=T4>T2=T1=CK,其中T5處理的葉片數顯著多于T1、CK處理的,T3處理的葉片數顯著多于CK處理的,其余各處理間差異不顯著;移栽后30 d,油麥菜葉片數表現為T3=T5=T2>T4=CK>T1,其中T3、T5處理的葉片數顯著多于T1處理的,其余各處理間差異均未達到顯著水平;移栽后45 d的葉片數表現為T5=T3>T4=T2>CK>T1,其中T5處理的葉片數顯著多于CK、T1處理的,T3處理的葉片數顯著多于T1處理的,其余各處理間差異均不顯著;收獲期的葉片數表現為T5>T3=T2>T4>T1=CK,其中T5處理的葉片數顯著多于T1、CK處理的,T3處理的葉片數顯著多于CK處理的,其余各處理間差異均未達到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA可以不同程度地增加油麥菜葉片數,其中無機復合肥料中添加質量分數1.0%的γ-PGA效果較顯著。

2.3 不同γ-PGA用量對油麥菜葉片SPAD值的影響

測定各處理的樣本植株最長葉片的SPAD值,以5個測定值的平均值作為各處理油麥菜葉片的SPAD值,并進行統計分析,見表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對提高油麥菜葉片SPAD值具有促進作用;第一次(移栽后15 d)測定數據顯示,葉片SPAD值為T5>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到顯著水平;移栽后30 d油麥菜葉片SPAD值表現為T5>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到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA在油麥菜生長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值上的表現較好。

2.4 不同γ-PGA用量對油麥菜產量的影響

稱取各處理的樣本植株的鮮質量,以5個稱量值的平均值作為各處理油麥菜的產量,并進行統計分析,見圖1。

圖1 不同γ-PGA用量的油麥菜產量

從圖1可以看出:隨著γ-PGA用量的增加,油麥菜產量表現為先增加后減小的趨勢,且添加γ-PGA處理(T1～T5處理)的產量均高于CK處理的;T2處理的產量最大,達到了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處理間差異未達到顯著水平。綜上所述,添加γ-PGA后油麥菜產量顯著增加,且以T2處理的效果較佳。

3 討論

近年來,一種新型的、環境友好的綠色環保型高分子物質——γ-PGA受到了研究者們的高度重視。γ-PGA是谷氨酸通過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具有超強的吸水性、良好的吸附性以及生物可降解性,還可發生螯合、吸附、衍生、交聯、離子交換等反應[12]。基于以上特性,γ-PGA已在食品、醫療、日用品等領域獲得了廣泛應用[6-8],且表現出極大的社會價值和商業價值。此外,γ-PGA具有的螯合和吸附作用,也得到農業領域越來越多研究者的關注,他們將γ-PGA與化肥結合施入土壤,探究γ-PGA對作物吸收水肥的影響[13-14],旨在為γ-PGA在農業生產中的推廣應用提供理論基礎。

本研究采用盆栽試驗,在無機復合肥料施用量相同的條件下,分別添加不同量的γ-PGA,探究油麥菜生長過程中株高、葉片數、SPAD值以及產量的變化,結果表明無機化肥中外源添加γ-PGA對油麥菜的生長和產量有促進作用,這與已報道的研究結果一致[10-11,15]。分析原因可能是γ-PGA施入土壤后,改善了土壤結構[16]、增強了土壤持水能力[17]、促進了根際微生物群的生長[18]、降低了土壤養分的流失[19];此外,γ-PGA在土壤中對肥料起到很強的保肥、節肥和增效的作用[5],進而滿足了作物生長對養分的需求,促進了作物生長發育。本試驗研究表明,γ-PGA添加量為無機復合肥料質量的0.4%(T2處理)時,提高產量的效果較好;γ-PGA添加量為無機復合肥料質量的1.0%(T5處理)時,增加葉片數和提高SPAD值的效果較好。

4 結語

在傳統無機化肥中添加γ-PGA,對油麥菜的生長及產量增加有促進作用。在本試驗的條件下,結合投入成本,建議γ-PGA的添加量為無機復合肥料質量的0.4%。