无机复合肥料中添加聚谷氨酸对油麦菜生长及产量的影响

Effects of Polyglutamic Acid Addition to Inorganic Compound Fertilizer on Growth and Yield of <i>Lactuca sativa</i> var. <i>longifoliaf</i> Lam.

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.05.008

李东亚 Dongya LI , 樊志磊 Zhilei FAN , 韩伟豪 Weihao HAN , 张飞翔 Feixiang ZHANG , 李明 Ming LI , 杨庆 Qing YANG , 岳艳军 Yanjun YUE

河南心连心化学工业集团股份有限公司河南新乡 453731 Henan Xinlianxin Chemicals Group Co., Ltd., Xinxiang, Henan 453731, China

Author notes:

Correspondence to: 岳艳军(1975—)，男，硕士，高级农艺师，主要从事新型肥料研发与推广；yyj204@126.com

摘要：

为探讨无机复合肥料中添加聚谷氨酸对农作物生长及产量的影响，以油麦菜为试验对象，开展了盆栽试验。试验共设6个处理，以不添加聚谷氨酸的处理为对照(CK)，聚谷氨酸添加量分别设置为无机复合肥料质量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%，测定了油麦菜的株高、叶片数、叶片叶绿素相对含量(SPAD值)和产量指标。结果表明：无机复合肥料中添加聚谷氨酸对油麦菜的上述指标均有不同程度的促进作用；综合各项指标和成本，在油麦菜生产中，无机复合肥料中添加0.4%聚谷氨酸的效果较理想。

关键词：

复合肥料; 聚谷氨酸; 油麦菜; 生长; 产量;

Abstract：

To investigate the effect of polyglutamic acid added to inorganic compound fertilizer on crop growth and yield, a pot experiment is conducted with Lactuca sativa var. longifoliaf Lam. as the test object. The plant height, leaf number, leaf chlorophyll relative content (SPAD value) and yield of Lactuca sativa var. longifoliaf Lam. are measured in six treatments, with the treatment without polyglutamic acid as the control (CK), and the addition of polyglutamic acid is set at 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% and 1.0% of the mass of inorganic compound fertilizer, respectively. The results show that the addition of polyglutamic acid to inorganic compound fertilizer promoted the above indexes of Lactuca sativa var. longifoliaf Lam. to different degrees. The combined indexes and costs showed that the addition of 0.4% polyglutamic acid to inorganic compound fertilizer is more effective in Lactuca sativa var. longifoliaf Lam. production.

Keyword：

compound fertilizer; polyglutamic acid; Lactuca sativa var. longifoliaf Lam.; growth; yield;

肥料作为粮食的“粮食”，是保障粮食安全的重要物质基础。与传统肥料相比，新型功能性肥料是利用新方法、新工艺生产的复合高效、长效、对环境友好的肥料，如缓控释肥料、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进作物生长、提高作物产量、改善土壤养分状况等优势^[2-4]。因此，研发具有功能性的新型肥料，对农业可持续发展具有至关重要的作用。

聚谷氨酸(γ-PGA)是一种环境友好型高分子生物材料，具有良好的吸水性、缓释性，且其降解产物无毒、可食用，因此在化妆品、食品、医药卫生等领域已得到广泛应用^[5-8]。近年来的研究还证实，γ-PGA在农业领域也蕴藏着巨大的潜力和应用前景。石肖肖等^[9]通过一维土柱入渗试验发现，施用γ-PGA可以有效减少土壤中水分、铵态氮和硝态氮的淋失，提高水肥利用率。郝荣华等^[10]的试验证明，施用不同相对分子质量的γ-PGA可不同程度提升绿豆的发芽率，提高苗期根长、株高、鲜质量等指标。Bai等^[11]的研究发现，施用γ-PGA可显著提高作物对养分(氮、磷、钾等元素)的表观利用率。由此可见，研究开发具有聚谷氨酸增效功能的新型肥料，对农业减肥增效、绿色健康发展具有重要的意义。

γ-PGA在农业方面的应用研究相较于食品、医药等领域的要晚，需要有更多的研究成果为其推广提供依据。本文通过盆栽试验，分析了在无机复合肥料中添加不同量的γ-PGA对油麦菜生长发育及产量的影响，以期为新型肥料中γ-PGA适宜添加量的确定提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

γ-PGA，淡黄色，有淡氨味，pH为5.0~8.0，相对分子质量为1 000~1 500 kDa，武汉博润科技有限公司；尿素，w(N)为46%，河南心连心化学工业集团股份有限公司；磷酸一铵，w(N)为12.17%，w(P₂O₅)为61.74%，云南云天化股份有限公司；氯化钾，w(K₂O)为62.67%，青海盐湖工业股份有限公司。

供试土壤取自江西心连心化学工业有限公司高效农业示范园试验田，采集深度为0~20 cm耕层土壤。采集的新鲜土壤样品置于阴凉、干燥、无污染的环境中风干，然后去除风干土样中的枯枝和残留物，再过2 mm筛后备用。该土壤的基本理化性状：w(有机质)为19.28 g/kg，w(全氮)为16 g/kg，w(有效磷)为18.43 mg/kg，w(速效钾)为143.86 mg/kg，pH为8.28。

供试作物：四季香油麦(油麦菜)，生长周期为40~60 d，河北南极星种业有限公司。

1.2 试验设计

试验以尿素、磷酸一铵和氯化钾为原料，配制成15-15-15的无机复合肥料作为盆栽试验底肥，施用量为75 kg/亩(1亩=667 m²)。试验设置6个处理，以不添加γ-PGA为对照(CK)，T1~T5处理对应γ-PGA用量分别为无机复合肥料用量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%，每个处理5次重复。

试验于2021年11月15日至2022年1月15日进行。每盆装4 kg风干土，将无机复合肥料全部溶于30 L水中制成水肥溶液，γ-PGA采用二次稀释法，按照各处理分别与1 L水肥溶液同时浇施于盆中。第二天，每盆移栽1株同等大小(两叶一心)的油麦菜苗。根据土壤水分情况，每1~2 d浇水1次，保持每盆浇水量一致，并采用常规栽培管理措施(除草、防治病虫害等)。

1.3 指标测定

移栽后每隔15 d测量指标一次。用钢卷尺测量油麦菜的株高，计数法统计叶片数量，用日本生产的便携式SPAD-502型叶绿素仪测定油麦菜的叶绿素相对含量(SPAD值)，用力辰TD20002A型电子天平(感量0.01 mg)称量收获时油麦菜地上部鲜质量作为产量指标。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 25.0软件进行数据分析和差异显著性检验，Microsoft Excel 2016软件进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 不同γ-PGA用量对油麦菜株高的影响

测量各处理的样本植株株高，以5个测量值的平均值作为各处理油麦菜的株高，并进行统计分析，见表 1。

表 1

不同γ-PGA用量的油麦菜株高

处理	株高/cm
处理	移栽后15 d	移栽后30 d	移栽后45 d	移栽后60 d
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P＜0.05)，下同
CK	12.2±2.32 b	13.9±2.26 b	18.9±1.90 b	25.0±2.11 b
T1	12.5±1.32 ab	14.4±1.86 ab	21.2±1.65 a	30.4±2.24 a
T2	14.6±0.93 a	16.4±1.48 a	21.7±2.10 a	29.1±1.72 a
T3	12.8±0.69 ab	14.7±1.16 ab	20.8±1.58 ab	30.1±1.81 a
T4	13.6±2.07 ab	14.7±2.09 ab	19.6±1.52 ab	28.9±2.90 a
T5	13.5±1.76 ab	15.3±1.31 ab	20.5±0.73 ab	29.1±0.51 a

由表 1可知：在整个生长阶段，油麦菜株高随着时间的推移不断增长，且添加γ-PGA的处理(T1~T5处理)在各生长阶段均不同程度地高于CK处理；移栽后15 d的株高表现为T2＞T4＞T5＞T3＞T1＞CK，其中T2处理的株高显著高于CK处理的，其余各处理间差异不显著；移栽后30 d的油麦菜株高表现为T2＞T5＞T4=T3＞T1＞CK，其中T2处理的株高显著高于CK处理的，其余各处理间差异未达到显著水平；移栽后45 d，株高最高的是T2处理，其次是T1处理，且T1、T2处理的株高显著高于CK处理的，其余各处理间差异未达到显著水平；移栽后60 d(收获期)，T1~T5处理的株高差异不显著，但添加γ-PGA的处理(T1~T5处理)均显著高于CK处理。综上所述，添加γ-PGA对油麦菜的株高有促进作用，其中生长前45 d内以T2处理的效果较好。

2.2 不同γ-PGA用量对油麦菜叶片数的影响

记录各处理的样本植株叶片数，以5个测量值的平均值作为各处理油麦菜的叶片数，并进行统计分析，见表 2。

表 2

不同γ-PGA用量的油麦菜叶片数

处理	叶片数/(片·株^-1)
处理	移栽后15 d	移栽后30 d	移栽后45 d	移栽后60 d
CK	8±0.84 c	12±2.12 ab	19±2.30 bc	23±3.08 c
T1	8±0.71 bc	11±1.52 b	18±2.39 c	23±3.36 bc
T2	8±0.45 abc	13±1.14 ab	20±1.22 abc	26±1.95 abc
T3	9±0.71 ab	13±1.14 a	21±0.89 ab	26±1.14 ab
T4	9±1.10 abc	12±1.30 ab	20±1.64 abc	25±2.79 abc
T5	9±0.84 a	13±0.55 a	21±0.55 a	27±1.00 a

由表 2可知：在整个生育期内，油麦菜的叶片数随着时间的推移而增加；移栽后30 d和45 d，除T1处理的叶片数少于CK处理的，其余添加γ-PGA处理的叶片数在各生长阶段均不少于CK处理的；首次(移栽后15 d)测定结果显示，叶片数表现为T5=T3=T4＞T2=T1=CK，其中T5处理的叶片数显著多于T1、CK处理的，T3处理的叶片数显著多于CK处理的，其余各处理间差异不显著；移栽后30 d，油麦菜叶片数表现为T3=T5=T2＞T4=CK＞T1，其中T3、T5处理的叶片数显著多于T1处理的，其余各处理间差异均未达到显著水平；移栽后45 d的叶片数表现为T5=T3＞T4=T2＞CK＞T1，其中T5处理的叶片数显著多于CK、T1处理的，T3处理的叶片数显著多于T1处理的，其余各处理间差异均不显著；收获期的叶片数表现为T5＞T3=T2＞T4＞T1=CK，其中T5处理的叶片数显著多于T1、CK处理的，T3处理的叶片数显著多于CK处理的，其余各处理间差异均未达到显著水平。综上所述，添加γ-PGA可以不同程度地增加油麦菜叶片数，其中无机复合肥料中添加质量分数1.0%的γ-PGA效果较显著。

2.3 不同γ-PGA用量对油麦菜叶片SPAD值的影响

测定各处理的样本植株最长叶片的SPAD值，以5个测定值的平均值作为各处理油麦菜叶片的SPAD值，并进行统计分析，见表 3。

表 3

不同γ-PGA用量的油麦菜叶片SPAD值

处理	SPAD值
处理	移栽后15 d	移栽后30 d	移栽后45 d	移栽后60 d
CK	37.1±2.27 c	37.0±3.96 c	28.3±1.64 a	30.9±2.70 a
T1	38.8±3.06 abc	39.9±1.65 abc	28.8±2.42 a	30.7±3.46 a
T2	40.7±2.81 ab	38.3±3.04 bc	29.7±0.74 a	31.8±2.95 a
T3	41.4±0.74 ab	42.0±3.08 ab	28.1±0.78 a	31.6±0.98 a
T4	38.6±1.80 bc	38.8±3.89 bc	28.7±2.36 a	30.1±1.83 a
T5	41.6±1.75 a	43.6±1.73 a	30.1±2.07 a	32.0±1.68 a

由表 3可知：添加γ-PGA对提高油麦菜叶片SPAD值具有促进作用；第一次(移栽后15 d)测定数据显示，叶片SPAD值为T5＞T3＞T2＞T1＞T4＞CK，其中T5处理的叶片SPAD值显著高于T4、CK处理的，T2、T3处理的叶片SPAD值显著高于CK处理的，其余各处理间差异未达到显著水平；移栽后30 d油麦菜叶片SPAD值表现为T5＞T3＞T1＞T4＞T2＞CK，其中T5处理的叶片SPAD值显著高于T4、T2、CK处理的，T3处理的叶片SPAD值显著高于CK处理的，其余各处理间差异不显著；移栽后45 d和60 d，油麦菜叶片的SPAD值仍以T5处理的最大，但各处理间的差异均未达到显著水平。综上所述，添加γ-PGA在油麦菜生长前期可以提高叶片的SPAD值，但中后期提升效果不显著；T5处理在提高油麦菜叶片SPAD值上的表现较好。

2.4 不同γ-PGA用量对油麦菜产量的影响

称取各处理的样本植株的鲜质量，以5个称量值的平均值作为各处理油麦菜的产量，并进行统计分析，见图 1。

图 1

不同γ-PGA用量的油麦菜产量

从图 1可以看出：随着γ-PGA用量的增加，油麦菜产量表现为先增加后减小的趋势，且添加γ-PGA处理(T1~T5处理)的产量均高于CK处理的；T2处理的产量最大，达到了89.75 g/株，显著高于CK处理的(64.50 g/株)；T1、T3、T4、T5处理的产量分别为81.75、81.00、84.00、80.20 g/株，也显著高于CK处理的；T1~T5处理间差异未达到显著水平。综上所述，添加γ-PGA后油麦菜产量显著增加，且以T2处理的效果较佳。

3 讨论

近年来，一种新型的、环境友好的绿色环保型高分子物质——γ-PGA受到了研究者们的高度重视。γ-PGA是谷氨酸通过聚合形成的一种阴离子聚合物，其分子主链上含有许多亲水性肽键和羧基，因此γ-PGA具有超强的吸水性、良好的吸附性以及生物可降解性，还可发生螯合、吸附、衍生、交联、离子交换等反应^[12]。基于以上特性，γ-PGA已在食品、医疗、日用品等领域获得了广泛应用^[6-8]，且表现出极大的社会价值和商业价值。此外，γ-PGA具有的螯合和吸附作用，也得到农业领域越来越多研究者的关注，他们将γ-PGA与化肥结合施入土壤，探究γ-PGA对作物吸收水肥的影响^[13-14]，旨在为γ-PGA在农业生产中的推广应用提供理论基础。

本研究采用盆栽试验，在无机复合肥料施用量相同的条件下，分别添加不同量的γ-PGA，探究油麦菜生长过程中株高、叶片数、SPAD值以及产量的变化，结果表明无机化肥中外源添加γ-PGA对油麦菜的生长和产量有促进作用，这与已报道的研究结果一致^{[10-11, 15]}。分析原因可能是γ-PGA施入土壤后，改善了土壤结构^[16]、增强了土壤持水能力^[17]、促进了根际微生物群的生长^[18]、降低了土壤养分的流失^[19]；此外，γ-PGA在土壤中对肥料起到很强的保肥、节肥和增效的作用^[5]，进而满足了作物生长对养分的需求，促进了作物生长发育。本试验研究表明，γ-PGA添加量为无机复合肥料质量的0.4%(T2处理)时，提高产量的效果较好；γ-PGA添加量为无机复合肥料质量的1.0%(T5处理)时，增加叶片数和提高SPAD值的效果较好。

4 结语

在传统无机化肥中添加γ-PGA，对油麦菜的生长及产量增加有促进作用。在本试验的条件下，结合投入成本，建议γ-PGA的添加量为无机复合肥料质量的0.4%。

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