含氨基酸銅基葉面肥對芹菜產(chǎn)量、品質(zhì)和防病效果的影響

馬金昭，張 民，劉之廣，周 彬，鄒 朋，漆奕輝，何 帥

（1 土肥資源高效利用國家工程實驗室/山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東泰安 271018；2 養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室/金正大生態(tài)工程集團股份有限公司，山東臨沭 276700；3 濱州學(xué)院山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室，山東濱州 256603）

銅既是植物生長發(fā)育必需的微量營養(yǎng)元素，又是體內(nèi)多種酶(如超氧化物歧化酶、細(xì)胞色素酶等)和蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)因子和組成成分，參與了植物體內(nèi)呼吸作用和光合作用等多種生理生化過程[1-2]。此外，銅離子具有毒性，能夠有效地抑制病菌細(xì)胞的生長，并且能夠作為誘導(dǎo)因子引發(fā)植物的免疫反應(yīng)[3-4]。以銅離子為主要成分的銅制劑因具有防效突出、殺菌廣譜等特點，被廣泛應(yīng)用于葡萄、柑橘等霜霉病、白粉病、炭疽病和灰霉病病害的防治[5-6]。然而以傳統(tǒng)波爾多液為代表的銅制劑存在配制繁瑣、懸浮性能差、易產(chǎn)生藥害等問題，過量的銅離子容易影響光合作用、細(xì)胞膜的滲透性和體內(nèi)養(yǎng)分的平衡[7-8]。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的銅基葉面肥是在傳統(tǒng)波爾多液有效成分的基礎(chǔ)上，配以多種助劑濃縮而成的新型銅基干懸浮劑，克服了波爾多液的缺點，已在蘋果、辣椒和黃瓜等栽培上取得了良好的應(yīng)用效果[9-12]。

氨基酸是構(gòu)建生物機體的分子之一，不僅為植物提供氮源，還對維持植株正常的生理代謝有著不可低估的影響。氨基酸肥料作為新型綠色肥料，具有營養(yǎng)效果好、肥效快、清潔無污染等特點，可提高作物品質(zhì)和抗逆能力[13]。氨基酸態(tài)氮被植株吸收后，可通過木質(zhì)部和韌皮部的運輸及轉(zhuǎn)氨基、脫氨基等作用加以同化[14]。研究發(fā)現(xiàn)施用氨基酸肥料能夠顯著促進西瓜、砂梨等作物生長和光合作用，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)[15-16]。但是高濃度的氨基酸往往伴隨著其在土壤中的高礦化率，影響植物對氨基酸的吸收，且土壤微生物與植物對氨基酸的吸收存在一定的競爭關(guān)系[17]。植物可以通過葉片表面吸收利用多種養(yǎng)分，葉面噴施作為一種高效、直接的輔助措施，可有效提高氨基酸的利用率，改善作物生長狀況。

芹菜因富含有益于心血管和消化道系統(tǒng)的類胡蘿卜素、類黃酮和纖維蛋白等物質(zhì)，是溫室栽培中重要的綠色蔬菜之一，但在設(shè)施栽培條件下，病害、缺素和高殘留等因素制約了芹菜種植面積的擴大[18]。目前，市場上已有氨基酸類殺菌劑、殺蟲劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等系列產(chǎn)品，但對于氨基酸在銅基葉面肥上的應(yīng)用鮮有報道。本試驗是在銅基葉面肥的基礎(chǔ)上，加入植物所需的復(fù)合氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和絲氨酸)替代部分填料載體，經(jīng)砂磨機充分研磨后噴霧干燥得到含氨基酸銅基葉面肥，并通過2年的芹菜盆栽試驗探究含氨基酸銅基葉面肥對其產(chǎn)量、品質(zhì)以及病害防治效果的影響，以闡明含氨基酸銅基葉面肥的施用效果與機理，為其推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

盆栽試驗于2014年9月—2015年1月和2015年9月—2016年1月在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學(xué)南校區(qū)“土肥資源高效利用國家工程實驗室”中試基地(36°9′40″ N、117°9′48″ E)智能溫室大棚(溫度18℃～28℃，相對濕度 60%～80%)中進行[19]。

供試芹菜(Apium graveolensL.)品種為文圖拉西芹。供試土壤為棕壤(普通簡育濕潤淋溶土，Typic Hapli-Udic Argosols)，其基本化學(xué)性質(zhì)為pH 8.21(水土比為2.5∶1)、全氮1.03 g/kg、有機質(zhì)12.53 g/kg、有效磷22.85 mg/kg、速效鉀134.25 mg/kg、有效銅0.85 mg/kg。供試葉面肥為銅基葉面肥(CF，含銅39.1%)和含氨基酸銅基葉面肥(Cu-AA，含銅39.1%、氮3.3%)，均由土肥資源高效利用國家工程實驗室自行研發(fā)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理：1)噴清水(CK)；2)噴施濃度為1.0 g/L的銅基葉面肥(CF1)；3)噴施濃度為2.0 g/L的銅基葉面肥(CF2)；4)噴施濃度為1.0 g/L的含氨基酸銅基葉面肥(Cu-AA1)；5)噴施濃度為2.0 g/L的含氨基酸銅基葉面肥(Cu-AA2)。每個處理4次重復(fù)，每個重復(fù)為一盆(兩株)芹菜，共20盆。試驗用盆為陶土盆，上部直徑30 cm、底部直徑為20 cm、高32 cm。每盆底部裝砂3 kg，稱取12 kg風(fēng)干土與肥料混勻后裝入盆中，盆栽施肥用量按照N 0.167 g/kg，N∶P2O5∶K2O=21∶9∶16自配蔬菜摻混肥施入。將盆缽隨機擺放，排間距離為40 cm，幼苗之間的距離為20 cm。

每年的7月份將芹菜種子在穴盤中進行育苗，于9月在每個陶土盆定植4株幼苗，7天后進行間苗，每盆留長勢一致的2株幼苗培育。參考Zhu等[20]對銅基葉面肥的施用方式和芹菜的生物量增長規(guī)律，采用手動式小型噴霧器在定植后的15、45、75和105天的上午8:00—9:00噴施15、30、50和50 mL，每次噴施以葉片正反面全部濕潤不下滴為宜。按常規(guī)高產(chǎn)栽培模式進行日常澆水、除蟲和除草，整個試驗期間各處理采取完全相同的管理措施。

1.3 測定方法

在定植120天后收獲，收獲當(dāng)天測定芹菜的株高和莖粗，并將盆中的兩株芹菜去掉根部，洗凈，以地上部鮮重作為產(chǎn)量。在2015—2016季定植后的30、60、90和120天測定芹菜葉片的感病數(shù)、病級，計算病情指數(shù)，病情指數(shù)(%)=∑(各級病葉數(shù)×各級代表值)/(調(diào)查總?cè)~數(shù)×最高級代表值)×100[9]。并通過葉綠素儀(SPAD-502, Minolta Co., Tokyo,Japan)測定葉片的SPAD值，用LI-6400XT便攜式光合儀測定葉片光合特性指標(biāo)。在2015—2016季收獲時芹菜莖的可溶性固形物含量采用折光率儀(ATAGO RX-5000α)測定；維生素C含量采用2, 6-二氯苯酚靛酚滴定法測定；用水楊酸法測定硝酸鹽含量[21]。

植株樣品于收獲期進行采集，將采集植株樣品置于實驗室烘箱105℃殺青30 min后，75℃烘干至恒重，然后將莖、葉分別使用植株磨樣機磨碎儲存。植株樣品采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰光度計法測定全鉀含量[21]；全量銅、鋅、鐵、錳含量采用微波消解(Multiwave 3000, Antonpaar, Austria)—原子吸收法測定(AA7000, Shimadzu, Japan)[21]。在芹菜收獲期采集土樣，在盆中距離芹菜主莖5 cm處采用土鉆(Φ=2 cm)采集0—15 cm深度的表層土，共取兩鉆土混勻，在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，分別過2 mm和0.25 mm篩保存。土壤有效態(tài)Fe、Mn、Cu、Zn采用DTPA(二乙基三胺五乙酸)浸提—原子吸收分光光度計(AA-7000, Shimadzu, Japan)測定[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SAS 8.0軟件進行處理和統(tǒng)計分析，對各處理平均值采用Duncan's方法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對芹菜產(chǎn)量和生長性狀的影響

兩年的試驗結(jié)果(圖1)表明，噴施銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥較噴施清水處理顯著提高了芹菜產(chǎn)量。在2015年，與CF2相比，CF1的產(chǎn)量顯著增加了6.7%，Cu-AA1較CF1處理顯著增加了10.9%，Cu-AA2處理較CF2處理顯著增加了13.8%。在兩年間，CF1處理芹菜產(chǎn)量較CK處理顯著增加了10.8%～18.0%，而Cu-AA1和Cu-AA2處理之間的芹菜產(chǎn)量無顯著差異。

不同處理對芹菜的株高和莖粗影響顯著，噴清水對照處理株高最低，噴施含氨基酸銅基葉面肥處理的株高較其他處理得到了顯著提高(圖2)。Cu-AA1處理的株高較CK、CF1和CF2處理分別顯著增加了16.0%、4.9%和5.4%，而兩個濃度的銅基葉面肥處理間和含氨基酸銅基葉面肥處理間均無顯著差異。噴施銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥處理的莖粗顯著高于清水處理，其中Cu-AA1、Cu-AA2處理的芹菜莖粗較CK顯著增加了15.6%和16.7%。

2.2 不同處理對芹菜葉片光合特性的影響

在定植30天時，處理間的葉片SPAD值無顯著差異；在定植60、90和120天時，CK處理的SPAD值均為最低(表1)。定植90天時，銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥處理之間的SPAD值無顯著差異，但均較CK處理顯著增加。定植120天時，Cu-AA1處理的SPAD值較CK顯著增加了8.7%，Cu-AA2較CK顯著增加了10.5%，而Cu-AA1 和Cu-AA2處理間無顯著差異。

圖1 不同處理芹菜產(chǎn)量Fig.1 Celery yield under different treatments

圖2 2015—2016季收獲期不同處理的芹菜的株高和莖粗Fig.2 Plant height and stem diameter of celery under different treatments at harvest of 2015-2016

表2表明，Cu-AA1處理顯著提高了芹菜葉片的光合速率，較CK、CF1和CF2處理分別顯著增加了25.7%、17.3%和26.8%。光合速率的提高會消耗更多的光、CO2和原料，因此CO2的濃度會隨著光合速率的增大而相應(yīng)減小[7]。對葉片胞間CO2濃度，Cu-AA1處理較CK和CF1處理分別顯著降低了30.1%和18.9%，Cu-AA2處理較CK和CF2處理分別顯著降低了28.2%和30.4%，CF2較CF1顯著增加了19.6%，而Cu-AA1和Cu-AA2處理間無顯著差異。

2.3 不同處理對芹菜品質(zhì)的影響

表3表明，噴施銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥各處理的可溶性固形物含量均顯著高于CK處理，而維生素C含量無顯著差異。Cu-AA1和Cu-AA2處理較CK和CF2處理均顯著提高了可溶性蛋白含量。芹菜莖中的硝酸鹽含量以CF2處理最高，CK處理最低，CF1處理的硝酸鹽含量較CF2處理顯著降低了25.7%，Cu-AA2處理的硝酸鹽含量較CF2處理顯著減少9.9%，Cu-AA1較Cu-AA2處理顯著減少了25.4%。

2.4 不同處理對芹菜病情指數(shù)的影響

在2015—2016季芹菜定植后30天時，各處理的病情指數(shù)無顯著差異，但隨著時間的推移，各處理的病情指數(shù)逐漸增加(表4)。在定植后60天時各處理的病情指數(shù)較CK顯著降低了43.4%～71.7%，在定植90天時Cu-AA1處理的病情指數(shù)較CK和Cu-AA2處理分別減少了70.1%和37.0%，在120天時分別減少了68.8%和40.7%；而噴施相同濃度的銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥處理之間的病情指數(shù)無顯著差異。

表1 2015—2016季定植后不同天數(shù)芹菜SPAD值Table 1 SPAD values of celery leaves at different days after transplanting of 2015-2016

表2 2015—2016季收獲期各處理芹菜光合特性Table 2 Photosynthetic characteristics of celery in each treatment at harvest of 2015-2016

表3 2015—2016季收獲期不同處理芹菜莖品質(zhì)Table 3 Quality of celery stems under different treatments at harvest of 2015-2016

表4 2015—2016季定植后不同天數(shù)芹菜病情指數(shù)(%)Table 4 Disease index of celery at different days after transplanting of 2015-2016

2.5 不同處理對植株營養(yǎng)元素含量的影響

表5表明，Cu-AA1處理葉中全氮含量較CK處理顯著增加了9.6%，與CK、CF1和CF2處理相比，Cu-AA2處理莖中全氮含量顯著增加了12.2%～15.3%，葉中全氮含量顯著增加了10.8%～15.4%；而Cu-AA1與Cu-AA2處理間莖、葉中的全氮含量差異不顯著。Cu-AA1和Cu-AA2較CK、CF1和CF2處理顯著增加了莖中全鉀含量，Cu-AA1較CF1和CF2處理顯著增加了葉中全鉀含量。

表5 2015—2016年收獲期芹菜莖、葉中氮、磷、鉀含量(%)Table 5 Contents of N, P and K in stems and leaves of celery at harvest of 2015-2016

表6可以看出，不同處理對芹菜莖、葉中的全銅含量影響顯著。莖的全銅含量以CF2和Cu-AA2處理最高，較CK處理分別顯著增加了1.7和1.6倍，葉中CF2的全銅含量最高，較CK顯著增加了2.3倍。與CF2處理相比，CF1處理莖中的全銅含量減少了32.1%，葉片中的全銅含量減少了37.7%，均差異顯著；Cu-AA1處理較Cu-AA2處理，莖中的全銅含量顯著減少了33.9%，葉片中的全銅含量顯著減少了20.9%；然而CF1和Cu-AA1處理之間的莖、葉全銅含量均無顯著差異。各處理在莖和葉中的全鐵、全鋅、全錳含量均無顯著差異。

2.6 不同處理對土壤有效態(tài)微量元素含量的影響

不同處理對兩季收獲期的土壤有效銅含量影響顯著，且除CK外各處理2016年土壤有效銅含量較2015年均有所增加(表7)。在2015年，CF2處理的有效銅含量較CK顯著提高了13.3%；CF2、Cu-AA1和Cu-AA2處理之間差異不顯著；2016年，土壤有效銅含量CF2較CF1處理、Cu-AA2較Cu-AA1處理分別顯著增加了8.8%、7.1%，然而相同濃度的CF和Cu-AA處理之間差異不顯著。兩季中不同處理間的土壤有效鋅、有效鐵含量差異不顯著。土壤錳含量2015年處理間無顯著差異，2016年CF2與Cu-AA2處理間差異顯著。

3 討論

3.1 不同處理對產(chǎn)量和病情指數(shù)的影響

銅是植物生長所必需的微量元素，在呼吸作用、光合作用和抗氧化活性等方面起著重要作用[22]。自19世紀(jì)末以來，為了控制各類真菌病害，銅制劑被廣泛應(yīng)用于蔬菜水果生產(chǎn)中[23-24]。銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥是根據(jù)傳統(tǒng)波爾多液，由Cu(OH)2、營養(yǎng)元素和一些助劑(陰離子表面活性劑、潤濕劑和分散劑等)配制而成。與普通Cu(OH)2相比，銅基葉面肥中加入的助劑附著在其表面，有效地避免了Cu(OH)2在溶液中沉淀，增大了懸浮率，并能夠緩慢地釋放銅離子，以較少的銅含量達到殺菌效果，進而降低作物的病情指數(shù)[22]。本試驗中，噴施銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥的處理較清水對照顯著降低了芹菜各時期的病情指數(shù)，在芹菜定植120天時，CF1和Cu-AA1處理的病情指數(shù)分別較CK顯著降低76.0%和68.8%。這是因為銅離子從CF和Cu-AA中緩慢釋放出來，與病原菌的蛋白質(zhì)基團結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)菌在酸性環(huán)境中死亡，進而有效控制病菌孢子萌發(fā)或菌絲生長[5,25]。然而相同濃度的CF和Cu-AA處理間病情指數(shù)無顯著差異，主要因為兩種產(chǎn)品的氫氧化銅成分及含量均相同，而加入的氨基酸并未影響氫氧化銅的殺菌性能。氨基酸態(tài)氮主要是指存在于土壤有機質(zhì)中的蛋白質(zhì)和多肽中被微生物降解成的小分子氨基酸，易被植物吸收，是植物可利用氮的潛在來源[26]。在2015年，相同濃度的含氨基酸銅基葉面肥處理的芹菜產(chǎn)量均較銅基葉面肥處理顯著增加，主要是因為含氨基酸銅基葉面肥中的復(fù)合氨基酸被植物葉片吸收利用，促進了蛋白質(zhì)的合成和植物的生長。進入植株體內(nèi)的氨基酸態(tài)氮在不同器官間通過木質(zhì)部和韌皮部運輸，可以通過轉(zhuǎn)氨基、脫氨基作用以及其他過程加以同化，進而促進作物的生長發(fā)育[27-28]，這與孫梅等[29]研究結(jié)果一致，表明本產(chǎn)品中的氨基酸能夠與氫氧化銅穩(wěn)定地結(jié)合在一起而不影響氨基酸的活性，進而被植物葉片吸收利用，從而起到促進芹菜生長和增產(chǎn)的作用。

表6 2015—2016季收獲期芹菜莖、葉中微量元素含量(mg/kg)Table 6 Contents of microelements in stems and leaves of celery at harvest of 2015-2016

表7 2015和2016年收獲期不同處理土壤有效態(tài)微量元素含量(mg/kg)Table 7 Available microelement contents of soil under different treatments at harvest of 2015 and 2016

3.2 不同處理對植株品質(zhì)和光合性能的影響

銅在植株體內(nèi)缺乏和過量均會產(chǎn)生不利影響，確定作物的全銅含量及其生物有效性對于評估作物對陸地生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響至關(guān)重要[30]。在本試驗中，除清水處理外，各處理(銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥處理)的芹菜莖、葉中Cu含量均顯著增加。其中，CF2處理的葉片Cu含量最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了作物的承受范圍，增大了作物銅毒害的概率；然而CF1和Cu-AA1由于其較低的噴施濃度，顯著降低了植株中Cu的含量。適量的銅可以促進植株葉片葉綠素的合成，提高光合效率，進而促進作物的生長發(fā)育[9]。本試驗中CF1處理的SPAD值在90和120天時均較CK得到了顯著增加，但CF2處理在收獲期葉片的胞間CO2濃度較CF1顯著增加，可能是由于植株吸收過量的銅后開始抑制葉片的光合作用。Cu-AA1處理較CK顯著增加了葉片的SPAD值和光合速率，主要是因為施用氨基酸可被植物直接吸收利用，能夠促進作物葉片的光合作用，研究發(fā)現(xiàn)葉面噴施氨基酸可以顯著增加大豆、小油菜的葉片SPAD值，增加光合作用，并能促進小油菜對N、P、K的吸收[31-32]。

含氨基酸銅基葉面肥不僅可以緩慢地釋放銅離子避免銅毒害，還能提供氨基酸氮肥促進芹菜葉片的葉綠素合成和光合作用等生理活動，進而顯著增加了芹菜的可溶性蛋白和全氮含量。噴施含銅葉面肥顯著提高了芹菜體內(nèi)的硝酸鹽含量，其中以CF2處理的硝酸鹽含量最高。這是因為過量的銅能夠抑制植株體內(nèi)硝酸還原酶的活性，阻礙了作物吸收的NO3-向NO2-轉(zhuǎn)化，增加了硝酸鹽在植株體內(nèi)的積累[33]。通過蔬菜的攝取，過多的硝酸鹽在人體被還原為亞硝酸鹽，進而會危害人體健康。與CF2處理相比，噴施1.0 g/L的CF和Cu-AA均可顯著降低芹菜的硝酸鹽含量，并且Cu-AA2處理較CF2處理的硝酸鹽含量顯著降低，這與前人[34-35]研究發(fā)現(xiàn)施用氨基酸態(tài)氮能夠降低植株硝酸鹽含量、提高蔬菜品質(zhì)的結(jié)果相似，可能是因為氨基酸作為硝態(tài)氮的還原產(chǎn)物對氮代謝系統(tǒng)具有反饋調(diào)節(jié)作用，在有充足的還原態(tài)氮的時候反饋給植株，使其減緩硝態(tài)氮的吸收與還原[36]。

3.3 不同處理對土壤微量元素含量的影響

長期和過量使用銅制劑，會導(dǎo)致大量的銅進入到土壤中，并主要積聚在植物根系分布的土壤表層[23,36]。大量研究發(fā)現(xiàn)，在許多國家的葡萄園土壤中，銅含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤的自然背景值[24]，土壤中的銅積累，導(dǎo)致了嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng)，并對土壤肥力產(chǎn)生不利影響[25]，可以改變土壤微生物、酶活性和由微生物參與的生命過程[24]，這對土壤的質(zhì)量、生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)都會造成很大的損害。本試驗中CF2處理的土壤有效銅含量在兩季中較CK顯著增加了13.3%～17.7%，在2016年收獲時，CF1處理的土壤有效銅含量比CF2處理顯著降低8.1%，Cu-AA1處理較Cu-AA2處理顯著減少6.6%。這主要因為低濃度的銅基葉面肥和含氨基酸銅基葉面肥的噴施液銅含量本身就比高濃度的銅含量低，并且它們因加入潤濕劑和分散劑等助劑，在砂磨機研磨的作用下，降低了平均粒徑，增大了其比表面積，使得溶液的表面張力減小，進而降低了與作物葉片的接觸角度[22]。CF和Cu-AA可以更好地分散和附著在葉片上，避免過多的銅溶液進入土壤中。因此，在本試驗中，噴施1.0 g/L的含氨基酸銅基葉面肥在有效地控制芹菜病害、提高其產(chǎn)量和品質(zhì)的同時，降低了土壤污染和生態(tài)毒性的風(fēng)險。

4 結(jié)論

本試驗條件下，在銅基葉面肥中配伍氨基酸可進一步提高芹菜的產(chǎn)量、品質(zhì)，降低病情指數(shù)和芹菜莖中的硝酸鹽含量。添加氨基酸還有效提高了葉片的光合效率，增加芹菜莖葉中的全氮含量和莖的可溶性固形物含量。含氨基酸銅基葉面肥作為一種具有殺菌防病和提供氨基酸營養(yǎng)的新型肥料，可在芹菜上推廣應(yīng)用，推薦噴施濃度為1.0 g/L。