聚天門冬氨酸對(duì)紫花苜蓿生物學(xué)性狀及產(chǎn)量的影響

張小燕,馬暉玲,馬政生

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,甘肅蘭州 730070;2.草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅蘭州 730070;3.中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心,甘肅 蘭州730070;4.西北大學(xué)化工學(xué)院,陜西 西安710069)

紫花苜蓿(Medicago sativa)因產(chǎn)草量高、葉莖比高、富含蛋白質(zhì)、適應(yīng)性強(qiáng)、生物固氮能力強(qiáng)在促進(jìn)畜牧業(yè)和草業(yè)持續(xù)發(fā)展中有著不可替代的作用,現(xiàn)已是世界分布最廣的多年生牧草[1-4]。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,苜蓿逐漸被確立為我國北方首選的高蛋白飼草品種。苜蓿產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn),對(duì)農(nóng)民增加收入和生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[5-8]。關(guān)于施肥對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量及品質(zhì)的影響,國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究,但都集中在氮、磷、鉀等大量元素肥料的研究上,而近年來一些可降解、環(huán)境友好型的新型肥料逐漸受到關(guān)注[9-10]。

聚天門冬氨酸(Polyaspartic acid,PASP),是國際公認(rèn)的綠色化學(xué)品,自1985年首次人工合成以來,就逐漸受到世界各大化學(xué)公司的關(guān)注,其中以美國、德國、日本等國對(duì)PASP的研究最為活躍[11],對(duì)其在化工及農(nóng)業(yè)上的研究已取得很大進(jìn)展,而國內(nèi)則起步較晚,只是在近幾年才有一些研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行此方面的研究。PASP是氨基酸的聚合物,可生物降解,具有一定生物活性[12],中低分子量的PASP聚合物主要應(yīng)用于水處理、農(nóng)用肥料增效等方面;而高分子的聚合物可以將水分富集到農(nóng)作物根系的周圍,減少養(yǎng)分、水分的流失,并起到緩釋作用,從而促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分和水分的高效吸收,因此在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已引起廣泛作用。本研究以紫花苜蓿阿爾岡金為試驗(yàn)材料,分析PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿生長、產(chǎn)量等方面的影響,為苜蓿的高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于蘭州市永登縣,屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年平均日照時(shí)數(shù)為2 446 h,年均溫10.3℃,平均無霜期180 d以上,年平均降水量327 mm,年平均蒸發(fā)量1 664 mm。試驗(yàn)地0～30 cm土層土壤基礎(chǔ)理化性狀為:有機(jī)質(zhì)含量 8.27 g/kg,堿解氮含量 68.05 mg/kg,速效鉀含量 173.8 mg/kg,速效磷含量 7.35 mg/kg,p H值7.9。

1.2 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)材料為生長第2年的紫花苜蓿品種阿爾岡金(Algonquin)。

試驗(yàn)所用PASP由西北大學(xué)化工學(xué)院合成并提供,共500 g。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用葉面噴施的方法施用PASP,共設(shè) 5個(gè)質(zhì)量濃度水平,分別為 20、40、60、80、100 mg/L(分別以 P1 、P2、P3、P4、P5 表示),以純水為對(duì)照(CK),共6個(gè)處理,各處理重復(fù)3次。

試驗(yàn)地共18個(gè)小區(qū),小區(qū)面積為2 m×2 m,苜蓿生長期間,每茬從株高10 cm開始噴施PASP,每 7 d噴1次,每茬連噴 3次,1年共噴3茬,每小區(qū)噴施量為600 mL。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.4.1 苜蓿生物學(xué)性狀的測(cè)定

株高:每茬都在苜蓿初花期采樣,刈割前每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定20株垂直高度。

葉面積:在苜蓿現(xiàn)蕾初期,隨機(jī)抽取20株測(cè)定各株中部小葉的長和寬。葉面積[13]=葉長×葉寬×0.71。

節(jié)間數(shù):在苜蓿初花期每小區(qū)隨機(jī)取20株,逐株測(cè)定節(jié)間數(shù)。

莖粗:在苜蓿初花期每小區(qū)隨機(jī)取20株,用游標(biāo)卡尺逐株測(cè)定其莖粗。

一級(jí)分枝數(shù):刈割前在小區(qū)選取50 cm,以基部著生個(gè)數(shù)計(jì)其枝條數(shù),每小區(qū)重復(fù)3次。

1.4.2 草產(chǎn)量 每茬都在苜蓿初花期采樣,分別在2008年6月2日、2007年7月10日、2008年9月3日收割。采樣時(shí)在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取面積為1 m2的小區(qū)刈割取樣,以5 cm的留茬刈割,并立即測(cè)定鮮質(zhì)量,隨機(jī)稱取500 g鮮樣,陰干測(cè)其干質(zhì)量,然后折算成每公頃干草產(chǎn)量。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)分析采用SPSS12.0專業(yè)版軟件進(jìn)行分析,并采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴施PASP對(duì)紫花苜蓿生物學(xué)性狀的影響

2.1.1 對(duì)株高的影響 與CK相比,不同PASP處理均對(duì)株高產(chǎn)生一定的影響,其影響依質(zhì)量濃度不同而有所差異(圖1)。

圖1 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿株高的影響

在苜蓿生長期,1年3茬中第1茬株高總體為最高,第3茬次之,第2茬株高最低,由于第2茬生長期間氣候干旱,且病害發(fā)生嚴(yán)重。不同處理間差異不顯著(P＞0.05),與CK的差異不顯著。從3茬的平均數(shù)來看,P1處理對(duì)提高苜蓿株高的效果較好。

第1茬PASP各處理與CK相比株高均有提高,其中以 P1處理最高,顯著高于 CK(P＜0.05),而與其他處理相比差異不顯著(P＞0.05)。說明第1茬紫花苜蓿噴施PASP可以提高紫花苜蓿株高,但隨著質(zhì)量濃度的增加,株高呈先降低再升高的趨勢(shì)。

第2茬中除P4外其他4個(gè)處理,對(duì)株高均有增高作用,而且P2與CK差異顯著(P＜0.05),比CK提高11.88%。

第3茬與第 1茬相似,各處理株高均高于CK,P1處理的株高最高,為71.13 cm,顯著高于CK(P＜0.05)。

2.1.2 對(duì)葉面積的影響 由圖2可見,第1茬各處理葉面積均大于CK,但均未達(dá)顯著差異(P＞0.05)。說明噴施PASP對(duì)第1茬紫花苜蓿葉面積沒有顯著的影響。

第2茬P1處理葉面積最大,顯著高于P2與P5處理(P＜0.05),與P3、P4處理、CK之間差異不顯著(P＞0.05)。

第3茬各處理葉面積均高于CK,P1處理最高,與 CK差異顯著(P＜0.05),比 CK高11.10%,其他處理與CK差異不顯著(P＞0.05)。

圖2 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿葉面積的影響

從3茬的平均數(shù)綜合分析,P1處理后的葉面積最大,葉的生長直接影響光和面積與光能的利用,且營養(yǎng)價(jià)值比莖枝高[14],P1處理對(duì)葉面積的增長最有利,因此在培育優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿的過程中可以加以利用。

2.1.3 對(duì)節(jié)間數(shù)的影響 各處理對(duì)不同茬次紫花苜蓿的節(jié)間數(shù)影響不同(圖3)。第1茬節(jié)間數(shù)總體最大,第3茬次之,第2茬最小。在第1茬中,除P5外的各處理的節(jié)間數(shù)均大于CK,其中P1處理的最大,顯著大于P5及CK(P＜0.05),P2、P3與CK之間差異不顯著(P＞0.05),但都顯著高于P5(P＜0.05)。

第2茬節(jié)間數(shù)總體最小,原因可能是生長期間干旱、蟲害嚴(yán)重而抑制了苜蓿的生長,第2茬中各處理節(jié)間數(shù)均高于CK,其中P1最高,顯著高于CK(P＜0.05),比CK高10.55%,其他處理與CK差異不顯著(P＞0.05)。

圖3 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿節(jié)間數(shù)的影響

第3茬中以P3處理節(jié)間數(shù)最高,顯著高于P4、P5及CK(P ＜0.05),與 P1、P2無顯著差異(P＞0.05)。綜合1年3茬分析,對(duì)節(jié)間數(shù)促進(jìn)作用最好的是P1處理。

2.1.4 對(duì)莖粗的影響 施PASP對(duì)紫花苜蓿的莖粗有一定影響,總的趨勢(shì)是促進(jìn)莖粗變大(表1)。第1茬各個(gè)處理與CK無顯著差異(P＞0.05),但除P4處理外,各處理的莖粗均大于CK,其中P2最大,P3次之。

表1 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿莖粗的影響 mm

第2茬各處理的莖粗均大于CK,其中P2處理最大,顯著高于CK(P＜0.05),比CK高8.41%,其他各處理與CK差異不顯著(P＞0.05)。

第3茬中以P3處理的莖粗最大,與CK差異不顯著(P＞0.05),但顯著高于P5處理(P＜0.05),其他各處理與CK差異不顯著。

綜合3茬分析,施用PASP對(duì)紫花苜蓿的莖粗有促進(jìn)作用,其中P2處理作用最明顯。

2.1.5 對(duì)一級(jí)分枝數(shù)的影響 不同質(zhì)量濃度PASP溶液葉面噴施對(duì)紫花苜蓿的一級(jí)分枝數(shù)具有明顯影響(圖4)。第1茬P3處理的分枝數(shù)最高,顯著高于 CK(P＜0.05),比 CK高32.64%,其他處理與對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)。

第2茬P3處理一級(jí)分枝數(shù)最高,為1 028.7枝/m2,與其他處理及CK都達(dá)差異顯著(P＜0.05)。P1、P2、P5 與 CK 間無顯著差異,但都與P3存在顯著差異。

第3茬各處理與CK相比均有提高趨勢(shì),其中P3處理一級(jí)分枝數(shù)最高,其次為P2,都顯著高于CK(P＜0.05)。P1、P4、P5處理與CK 無顯著差異。經(jīng)分析可知,P3處理對(duì)促進(jìn)紫花苜蓿的一級(jí)分枝數(shù)效果最明顯。

圖4 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿分枝數(shù)的影響

2.2 噴施PASP對(duì)紫花苜蓿草產(chǎn)量的影響各處理對(duì)苜蓿干草產(chǎn)量的影響不同(圖5)。一年中以第1茬產(chǎn)量最高,第3茬次之,第2茬最低,這可能是由于第2茬生長周期短,而且蟲害嚴(yán)重,抑制了紫花苜蓿的生長。

第1茬中,以P1處理的產(chǎn)量最高,為6 290.35 kg/hm2,顯著高于 P4、P5及 CK(P ＜0.05),而與P2、P3處理差異不顯著(P＞0.05)。說明第1茬紫花苜蓿噴施PASP可以影響產(chǎn)量,但隨著質(zhì)量濃度的增加,產(chǎn)量呈降低的趨勢(shì),以P1處理(20 mg/L)效果最好,比對(duì)照增產(chǎn)16.23%。

第2茬中,以P3處理的產(chǎn)量最高,與CK差異不顯著(P＞0.05),但顯著高于P5處理(P＜0.05),其他處理與CK間差異不顯著。

第3茬中,P1處理的產(chǎn)量最高,除與P2處理未達(dá)差異顯著外(P＞0.05),與其他處理及CK差異顯著(P＜0.05)。

綜合分析,年總產(chǎn)量以P1處理最高,比CK高13.68%,P1、P2、P3處理間差異不顯著(P＞0.05),且與P4、P5及CK間均達(dá)差異顯著(P＜0.05)。由此可得,質(zhì)量濃度較低的 P1、P2、P3可以顯著提高紫花苜蓿的干草產(chǎn)量。

3 討論

由于PASP是氨基酸的聚合物、可降解、無污染,對(duì)作物施PASP可以提高產(chǎn)量,同時(shí)可解決現(xiàn)存的農(nóng)業(yè)化肥污染問題,減輕農(nóng)業(yè)環(huán)境所承受的壓力[11]。雷全奎等[15]研究表明,使用PASP對(duì)花生(Arachis hypogaea)的生長有明顯的促進(jìn)作用,可以有效地提高花生的單株分枝數(shù)、單株果數(shù)、單株飽果數(shù)、百果質(zhì)量,特別是對(duì)單株分枝數(shù)和單株果數(shù)的影響,比對(duì)照提高了17.52%和13.25%,百果仁質(zhì)量較對(duì)照增加6.33%。與此相似,本研究中對(duì)紫花苜蓿施適宜濃度的PASP,年內(nèi)每茬次的產(chǎn)量及年總產(chǎn)量均顯著高于CK(P＜0.05),年干草產(chǎn)量比CK提高13.68%,對(duì)株高、葉面積、分枝數(shù)等性狀也具有明顯的促進(jìn)作用。研究還表明,施用PASP對(duì)紫花苜蓿的葉面積有顯著影響,CK的年內(nèi)平均葉面積比PASP處理的都小,而葉面積的增加有利于苜蓿產(chǎn)量的提高。另外,PASP對(duì)莖粗有明顯的促進(jìn)作用,從而可提高作物的抗倒伏能力。

圖5 不同質(zhì)量濃度PASP葉面噴施對(duì)紫花苜蓿草產(chǎn)量的影響

有研究報(bào)道,PASP對(duì)植物增產(chǎn)作用主要是通過提高作物對(duì)肥料的利用率來實(shí)現(xiàn)的,PASP具有一定的生物活性,對(duì)金屬離子具有鰲合作用,一定分子量的PASP可以富集土壤中的N、P、K及 Ca、Mg 、S 、Mn、Cu、Fe、B 等元素給植物,使植物更有效地利用肥料[11]。同時(shí)由于PASP良好的離子吸附性和生物可降解性,降解產(chǎn)物又可以被植物吸收利用從而促進(jìn)植物生長[16]。至于PASP在紫花苜蓿中的進(jìn)一步作用及其機(jī)理的探索正在進(jìn)行中。

[1]于林清,何茂秦,王照蘭,等.多葉型苜蓿材料的穩(wěn)定性及其農(nóng)藝性狀[J].中國草地,1998(3):6-8.

[2]魯鴻佩,孫愛華.臨夏地區(qū)紫花苜蓿病蟲害發(fā)生現(xiàn)狀調(diào)查及其防治對(duì)策[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(7):130-133.

[3]高永革,李黎,劉祥,等.黃河灘區(qū)紫花苜蓿生產(chǎn)性能比較研究[J].草業(yè)科學(xué),2008,25(7):59-64.

[4]胡守林,王漢全,趙淑珍.12個(gè)紫花苜蓿品種應(yīng)用價(jià)值分析[J].草業(yè)科學(xué),2005,22(4):22-25.

[5]賈恒義,彭祥林,雍紹平,等.沙打旺、紫花苜蓿對(duì)氮磷鉀的效應(yīng)[J].草業(yè)科學(xué),1994,11(5):42-45.

[6]楊恒山,曹敏建,李春龍,等.紫花苜蓿施用磷、鉀肥效應(yīng)的研究[J].草業(yè)科學(xué),2003,20(11):19-22.

[7]周學(xué)東,沈景林,高宏偉.葉面施肥對(duì)高寒草地產(chǎn)量及牧草營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2000,9(3):14-23.

[8]成紅,杜峰,趙克學(xué),等.寧南山區(qū)苜蓿生產(chǎn)現(xiàn)狀與產(chǎn)草量提高途徑[J].草地學(xué)報(bào),2002,10(3):231-236.

[9]Sions R G,Grant C A.Effect of fertilizer placement on yield of established alfalfa stands[J].Canada Journal of Plant Science,1995,75:883-887.

[10]劉世亮,化黨領(lǐng),張炳運(yùn),等.鋅、鐵、鉬配施對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)草量和品質(zhì)的影響[J].草地學(xué)報(bào),2008,3(2):176-180.

[11]方莉,譚天偉.聚天門冬氨酸的合成及其應(yīng)用[J].化工進(jìn)展,2001(3):24-28.

[12]譚天偉,方莉,曹輝.聚天門冬氨酸的合成方法[J].化工進(jìn)展,2003(3):25-28.

[13]曹亦芬,曹致中,師尚禮.苜蓿葉面積簡(jiǎn)易測(cè)定方法的研究[J].草業(yè)科學(xué),1990,7(3):60-62.

[14]孫建華,王彥榮,余玲.紫花苜蓿品種間產(chǎn)量性狀評(píng)價(jià)[J].西北植物學(xué)報(bào),2004,24(10):1837-1844.

[15]雷全奎,郭建秋,楊小蘭,等.聚天門冬氨酸作為肥料增效劑的效果[J].土壤肥料,2006(6):50-52.

[16]柳建良,崔英德,尹國強(qiáng),等.聚天門冬氨酸的合成及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,21(2):52-56.