含改性聚天門冬氨酸復合肥在經濟作物上的應用效果評價*

李慧敏, 束維正, 汪秋云

(中鹽安徽紅四方肥業股份有限公司 安徽合肥 231602)

0 前言

傳統肥料容易通過徑流、淋洗、揮發等方式流失到水體和大氣中,不僅肥料利用率低,還會造成資源的巨大浪費,并引發土壤酸化、板結、水體富營養化等環境問題[1]。施用新型肥料是保障作物產量,減少養分流失的有效手段之一。近年來,在肥料中添加增效劑延緩養分釋放或增強作物對養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,發展低成本、高成效的肥料減施增效技術是推進農業提質增效、促進現代農業綠色可持續發展的關鍵[1]。聚天門冬氨酸/鹽(PASP)是一種生物可降解的環境友好型材料,可通過與養分離子螯合提高肥料利用率,同時能增強養分在土壤中的固持能力,減少養分損失[2]。作為低成本、高效能的新型可降解肥料增效劑,聚天門冬氨酸近年來在農業生產上得到了廣泛應用。多項研究表明,聚天門冬氨酸對玉米[3]、小麥[4]、水稻[5-6]等多種作物具有增產增收的功效。

聚天門冬氨酸是天然存在于軟體動物和蝸牛殼內的一種高分子有機聚合物,相對分子質量為2 000～10 000,因其分子中含有豐富的羥基和羧基等活性基團,所以具有較好的親水性、水溶性和化學活性,并同時具有吸附、螯合和分散等功能[7]。聚天門冬氨酸分子鏈上的活性基團使其在土壤中很容易進入植物根部,從而在根系周圍吸附和富集多種營養元素,強化作物對氮、磷、鉀及中微量元素的全面吸收,有效提高肥料的利用效率,增強農作物對養分和水分的吸收能力,可獲得增產增收的效果[8]。

普通聚天門冬氨酸的性能有限,相對分子質量基本為4 000～6 000,通過改性在聚天門冬氨酸分子鏈上引入官能團,使原來主鏈上無活性基團的聚合物功能化,或改變聚天門冬氨酸分子鏈的空間分布,延長分子鏈或形成三維網狀結構,將顯著增強聚天門冬氨酸的效能[6]。本文中添加的改性聚天門冬氨酸由中鹽安徽紅四方肥業股份有限公司研制,產品技術來源于國家重點研發計劃子課題的成果轉化,技術達國內先進水平。與常規的聚天門冬氨酸相比,改性聚天門冬氨酸的相對分子質量更大,分子側鏈增長,螯合基團增多,對氮素等養分的吸附能力更為突出。

近年來,有研究者通過水培和盆栽試驗,證明改性聚天門冬氨酸對小麥、玉米具有顯著的促根、促生長作用[9],且隨著聚天門冬氨酸相對分子質量的增加,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用效果驗證,對經濟作物的功效尚不明確。2005年,有學者將聚天門冬氨酸應用在北方常見的經濟作物中,證明其能較好地促進各種經濟作物的生長發育,提升相關經濟作物的產量,增產效果顯著[11]。與普通聚天門冬氨酸相比,本研究中的改性聚天門冬氨酸相對分子質量更高,對養分的螯合和富集作用更強,在經濟作物上應用所帶來的效益可能會更高。因此,本文通過將含改性聚天門冬氨酸復合肥料施用于生菜、蘿卜上,研究其對經濟作物生長及產量的影響,為經濟作物有效施肥、增產增收提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗時間:2022年1—12月。

試驗地點:安徽省合肥市肥東縣中鹽安徽紅四方肥業股份有限公司園區實驗室。

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

供試土壤:營養土與蛭石體積比約為5∶1。

供試設備:TYS-B型葉綠素儀,浙江托普云農科技股份有限公司;MICROTEK型根系掃描儀,上海中晶科技有限公司;育苗盤、大白盆、光照培養箱、光照培養架。

1.3 試驗設計

試驗分別在49.0 cm×37.5 cm×14.5 cm塑料大盆內種植作物,共收獲三茬作物,為連茬種植。試驗設置對照組(CK,普通復合肥)和試驗組(T,含改性聚天門冬氨酸復合肥)2個處理,肥料施用量按100 kg/畝(1畝=667 m2)進行計算,見表1。

表1 盆栽試驗設計

1.4 試驗方法及測定指標

在育苗盤內進行櫻桃蘿卜、生菜、青蘿卜育苗,待幼苗長出5 cm左右進行移栽。塑料大盆內裝土量約8.5 kg(其中營養土1.062 kg,蛭石0.2 kg左右),每次種植前將盆內土壤與肥料充分混勻,表面平整后進行移栽。根據生長空間,每盆移栽5～6棵幼苗,移栽當天澆透水,然后置于光照培養架培養(光照強度40 000 lx;3—6月光照時間為04:00-19:00,10—12月光照時間為06:00-17:00;室溫),每隔2天澆等量水。作物生長期內進行葉片葉綠素相對含量等相關指標測定,生長1～2月后進行采摘收獲,并測定作物根部、葉片生物量(鮮質量)等相關指標。

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

作物根莖長、根莖直徑測定: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)、數顯簡易卡尺(0～15 cm)測定根莖的長和直徑。

根表面積的測定:取清洗后生菜根系放置于MICROTEK型根系掃描儀的根盤固定框內,通過根系掃描,采用萬深LA-S系列植物圖像分析系統獲取根表面積數據。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對作物產量的影響

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、生菜和青蘿卜產量(鮮質量)分別提高21.94%、35.97%和42.65%。陳秉翼[12]采用3種不同的聚天門冬氨酸鹽增效尿素開展的生菜盆栽試驗結果表明,添加聚天門冬氨酸鹽能提高生菜產量20.51%～31.50%。這可能是聚天門冬氨酸鹽促進了生菜對氮素的吸收,提高了氮肥利用率。丁俊洋等[13]、黃毅[14]、唐會會[3]在番茄、黃瓜、玉米等多種作物上應用聚天門冬氨酸的試驗結果也表明,聚天門冬氨酸通過提高植株根系對氮素的吸收利用,可促進植株葉片的生長發育,增強光合作用,從而提高作物產量。此外,改性聚天門冬氨酸具有極強的螯合、分散、吸附等作用,可富集土壤周圍的氮、磷、鉀及中微量元素供給植物,促進植物對養分的吸收,從而提高作物產量[2]。

試驗表明,三茬作物均體現出較高的增產效果,且增產率逐漸提高,這可能與改性聚天門冬氨酸均衡施用,在較長時間內能保持較高的有效性有關。李建剛等[15]的研究也表明,根施聚天門冬氨酸不僅能夠增加前茬玉米產量,對后茬小麥也有明顯的增產效果,是一種長效肥料增效劑。

2.2 不同施肥處理對作物根系的影響

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%,見圖1、圖2。不同施肥處理的生菜根系指標見圖3,與CK處理相比,T處理的生菜根質量增加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

圖2 不同施肥處理的青蘿卜根系指標

圖3 不同施肥處理的生菜根系指標

試驗結果與汪秋云等[10]研究的復合肥中添加聚天門冬氨酸能有效促進玉米根長、根系直徑等結果一致。李夢露等[16]發現在基質中添加聚天門冬氨酸能顯著提高番茄根系表面積和根系活力,增強根系吸收能力,從而促進幼苗生長。這與試驗中添加聚天門冬氨酸的3種經濟作物根系粗壯,能提高養分吸收轉運能力,從而提高作物產量的結果一致。

2.3 不同施肥處理對作物葉片SPAD值的影響

不同施肥處理的3種經濟作物的葉片SPAD值及氮含量見表3。

表3 不同施肥處理的3種經濟作物的葉片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,能促進植株生長,提高葉片光合作用,從而達到增產增效的目的。

李夢露等[16]研究了聚天門冬氨酸對番茄幼苗生長的影響,結果表明基質中添加聚天門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,促進了光合產物的積累,其主要原因可能是聚天門冬氨酸增強了根系對土壤養分的吸收能力,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3種作物經濟效益的影響

2個處理除了施肥成本不同外,人工費用及其他投入均相同(不列入計算)。按試驗用普通復合肥價格3.05元/kg、含改性聚天門冬氨酸復合肥3.16元/kg,櫻桃蘿卜、生菜、青蘿卜售賣價格分別為7、3、2元/kg,計算2個處理3種作物的經濟效益,見表4。其中產值根據實驗室盆栽產量數據推算,與實際田間栽培可能存在一定差異。

表4 不同施肥處理的3種作物經濟效益 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冬氨酸對烤煙氮素代謝及吸收利用的影響,發現減氮配施聚天門冬氨酸處理的各項經濟性狀指標均優于CK處理的,產量與產值分別提高5.18%和8.35%,表明聚天門冬氨酸不僅可以彌補因減少氮肥施用產生的不利影響,還能取得增產增收的效果,具有極高的經濟價值。許焱煒等[8]的研究結果也表明,施用含聚天門冬氨酸尿素能提高水稻有效成穗數、結實率和籽粒飽滿度,與普通尿素相比,同等施肥量時凈增效益105.6元/畝;施肥總量減10%時,凈增效益仍達4.4元/畝。

3 結語

改性聚天門冬氨酸增效劑具有相對分子質量大、分子結構側鏈長、肽鍵穩定、螯合吸附和傳導能力強等特點,在櫻桃蘿卜、生菜和青蘿卜上連茬施用含改性聚天門冬氨酸復合肥,與等養分普通復合肥相比,作物根系粗壯,葉片光合作用強,產量分別提高21.94%、35.97%和42.65%,每畝凈增收益661.7、1 068.1、1 353.8元,具有較好的經濟、社會和環境效益。