聚谷氨酸增效肥料對(duì)貴州黃壤區(qū)露天茄子生物效應(yīng)及肥料利用率的影響

魏全全，張 萌，芶久蘭，胡華群，何 池，盧宗云，劉 藜

（1. 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006；2. 息烽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 息烽 551100；3. 貴州天寶豐原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司，貴州 修文 550200；4. 中國(guó)科學(xué)院 沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110016）

黃壤是貴州喀斯特山區(qū)的主要土壤類型，受土層較淺、養(yǎng)分固持能力差等因素的影響，很容易出現(xiàn)肥料養(yǎng)分流失的現(xiàn)象，從而影響作物對(duì)肥料養(yǎng)分的吸收利用以及肥料利用率的提高，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量水平下降[1-2]。γ-聚谷氨酸是一種高分子聚合體，具有強(qiáng)螯合性、生物可降解性和環(huán)境友好性等特點(diǎn)[3-4]，目前作為新型肥料增效劑已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，并在實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)、肥料增效以及改善作物品質(zhì)和抗逆性等方面表現(xiàn)出了明顯優(yōu)勢(shì)[5-7]。曾路生等[8]研究發(fā)現(xiàn)，施用聚谷氨酸增效劑可使茄子和甘藍(lán)的產(chǎn)量分別提高3.1%～11.8%和2.5%～5.8%，而且可以促進(jìn)作物對(duì)土壤堿解氮和速效磷的吸收利用；鞏雪峰等[9]研究表明，葉面噴施γ-聚谷氨酸不僅可以促進(jìn)辣椒生長(zhǎng)、提高辣椒產(chǎn)量，而且能夠有效緩解Cd脅迫對(duì)辣椒的傷害；張靜靜等[10]研究了噴施γ-聚谷氨酸提高夏玉米產(chǎn)量和促進(jìn)養(yǎng)分吸收的機(jī)制，發(fā)現(xiàn)減氮30%水平下噴施低量γ-PGA（聚谷氨酸）能夠?qū)崿F(xiàn)減肥增效的目的，其增效機(jī)制是γ-聚谷氨酸分子起主要作用，并非其分解產(chǎn)物谷氨酸起作用；付文杰等[11]研究γ-聚谷氨酸磷肥增效劑對(duì)石灰性土壤有效磷的影響后發(fā)現(xiàn)，γ-聚谷氨酸能夠限制Ca2-P 快速向無效態(tài)磷轉(zhuǎn)化，從而減少磷的吸附位點(diǎn)是γ-聚谷氨酸提高石灰性土壤磷素有效性的主要途徑。由此可見，聚谷氨酸在當(dāng)前化肥零增長(zhǎng)條件下展現(xiàn)出的化肥減施增效、提升作物產(chǎn)量以及提高肥料利用率等優(yōu)勢(shì)，使其成為研究熱點(diǎn)。

當(dāng)前我國(guó)肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，各類新型肥料不斷涌現(xiàn)，γ-聚谷氨酸作為肥料增效劑和添加劑，已經(jīng)在新型肥料行業(yè)中嶄露頭角[12-13]。聚谷氨酸增效肥料是在肥料生產(chǎn)過程中通過一定的工藝加入聚合氨基酸形成的增效肥料。許多研究均表明，聚谷氨酸增效肥料與傳統(tǒng)肥料相比增產(chǎn)效果明顯，肥料利用率提高效果顯著[14-16]。目前，聚谷氨酸增效肥料在貴州黃壤區(qū)作物種植中應(yīng)用的研究較少，無法有效指導(dǎo)農(nóng)民實(shí)際生產(chǎn)。因此，擬針對(duì)貴州黃壤區(qū)露天茄子種植過程中存在的肥料利用率低、品質(zhì)差、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益不高等問題，以聚谷氨酸增效肥料作為供試肥料，研究不同聚谷氨酸增效肥料施用量對(duì)貴州黃壤區(qū)露天茄子產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分積累、肥料利用率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期明確聚谷氨酸增效肥料在貴州黃壤區(qū)露天茄子栽培中的最佳施肥量，并為其在貴州黃壤區(qū)茄果類蔬菜生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年5—10月在貴州省貴陽(yáng)市息烽縣西山鎮(zhèn)進(jìn)行。供試土壤為貴州地帶性黃壤，基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH 值5.95、有機(jī)質(zhì)46.6 g/kg、全氮0.31 g/kg、有效磷32.1 mg/kg、速效鉀108.5 mg/kg。供試肥料：聚谷氨酸增效肥料（N-P2O5-K2O=15-6-25，γ-聚谷氨酸增效劑添加量為7‰，由貴州天寶豐原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）、西洋復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15，由貴州西洋肥業(yè)有限公司生產(chǎn)）、商品有機(jī)肥（由貴州天寶豐原生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)）。供試茄子品種為瑞寶3號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)6 個(gè)處理：不施肥（CK）、常規(guī)施肥（FP）、聚 谷 氨 酸 增 效 肥 料（PAF）1 875 kg/hm2（PAF1）、聚谷氨酸增效肥料2 250 kg/hm2（PAF2）、聚谷氨酸增效肥料2 625 kg/hm2（PAF3）、聚谷氨酸增效肥料3 000 kg/hm2（PAF4）。除FP 處理采用基施和追施外，其他處理肥料均作為基肥一次性施入，各處理具體肥料施用量如表1 所示。茄子移栽前先將復(fù)合肥和商品有機(jī)肥均勻撒施在土壤表層，用鋤頭翻耕混勻，保證肥料與土壤混合均勻。采用單壟雙行覆膜的栽培模式種植茄子，壟寬0.9 m、溝寬0.3 m。在起壟覆膜后14 d對(duì)茄子幼苗進(jìn)行移栽，移栽密度為1.8 萬(wàn)株/hm2。每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，試驗(yàn)小區(qū)面積為28.8 m2（長(zhǎng)8.0 m×寬3.6 m）。其他田間管理與當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣保持一致。

表1 不同施肥處理的肥料施用量Tab.1 Fertilizer application of different fertilization treatments

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 試驗(yàn)前在整個(gè)田塊按照S形取樣法采集0～20 cm 的土壤樣品，采用pH 計(jì)法測(cè)定pH 值，采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，采用半微量凱氏法測(cè)定全氮含量，采用鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷含量，采用火焰光度法測(cè)定速效鉀含量[17]。

1.3.2 植株樣品 在茄子收獲前，每小區(qū)采集6 株長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的茄子植株，用于測(cè)定植株養(yǎng)分指標(biāo)。將茄子植株分為莖葉和果實(shí)兩部分，分別于105 ℃殺青30 min 后，60 ℃恒溫烘干稱量。然后將植物樣品磨碎過篩后，采用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮，以凱氏定氮法測(cè)定全氮含量，采用鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量，采用火焰光度法測(cè)定全鉀含量[17]，并計(jì)算植株氮磷鉀積累量及比例。

1.3.3 品質(zhì)指標(biāo) 收獲前采集部分茄子果實(shí)鮮樣測(cè)定茄子果實(shí)品質(zhì)，采用紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽含量，采用原子吸收分光光度法測(cè)定維生素C（Vc）含量，采用蒽酮試劑法測(cè)定可溶性糖含量[17]。

1.3.4 產(chǎn)量 分批采收茄子，于收獲期計(jì)算其最終產(chǎn)量。

1.4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式

氮肥農(nóng)學(xué)效率=（施氮處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量）/施氮量；

氮肥表觀利用率=（施氮處理吸氮總量-不施肥處理吸氮總量）/施氮量×100%。

式中，產(chǎn)量按照茄子干質(zhì)量計(jì)算。

磷鉀肥相關(guān)參數(shù)計(jì)算同上。

產(chǎn)值=鮮質(zhì)量×單價(jià)。

本研究不計(jì)人工和種苗成本，純收入=產(chǎn)值-肥料成本。

計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，茄子價(jià)格按3.00 元/kg 計(jì)算，聚谷氨酸增效肥料、西洋復(fù)合肥和商品有機(jī)肥價(jià)格分別按3.00、2.00、1.00元/kg計(jì)算。

采用線性加平臺(tái)模型擬合最佳施肥量：y=ax+b（x≤C）；y=P（x＞C）。

式中，Y為產(chǎn)量（kg/hm2），x為施肥量（kg/hm2），a為回歸系數(shù)，b為截距，C 為直線與平臺(tái)的交點(diǎn)，P為平臺(tái)產(chǎn)量（kg/hm2）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003 及SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，以LSD法檢驗(yàn)P＜0.05 水平上的差異顯著性；采用Origin 8.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，與CK 處理相比，施肥處理茄子產(chǎn)量顯著提高了4 905～9 081 kg/hm2，增幅為19.29%～35.71%。與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料的茄子產(chǎn)量顯著提高了1 109～4 176 kg/hm2，增幅為3.65%～13.76%。其中，以PAF2 處理的茄子產(chǎn)量最高，達(dá) 到34 514 kg/hm2，且 顯 著 高 于FP、PAF1、PAF3、PAF4 處理；PAF3、PAF4 處理產(chǎn)量次之，分別為32 164、32 535 kg/hm2，均顯著高于FP 處理。利用線性加平臺(tái)模型計(jì)算聚谷氨酸增效肥料的最佳施用量，結(jié)果（圖2）表明，聚谷氨酸增效肥料施用量在2 250 kg/hm2（PAF2）時(shí)能夠獲得最大產(chǎn)量。

圖1 不同施肥處理茄子產(chǎn)量Fig.1 Yield of eggplant of different fertilizationtreatments

圖2 不同施肥處理肥效模型Fig.2 Fertilizer efficiency models of different fertilization treatments

2.2 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子品質(zhì)的影響

氨酸增效肥料茄子的硝酸鹽含量顯著降低了12.14～14.60 mg/kg，降 幅 為12.37%～14.88%，但PAF1、PAF2、PAF3 和PAF4 處理之間無顯著差異。從Vc含量來看，與FP處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料茄子的Vc 含量顯著提高了14.68～23.66 mg/kg，增幅為13.97%～22.52%，以PAF3 處理的Vc 含量最高。從可溶性糖含量來看，施用聚谷氨酸增效肥料茄子的可溶性糖含量顯著提高了12.77～22.30 mg/kg，增幅為7.77%～13.57%，以PAF2和PAF3處理的可溶性糖含量較高，且顯著高于PAF1處理。

表2 不同施肥處理茄子品質(zhì)Tab.2 Quality of eggplant of different fertilization treatments

2.3 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子養(yǎng)分積累的影響

由圖3 可知，施用聚谷氨酸增效肥料可以顯著提高茄子氮磷鉀養(yǎng)分積累量。從氮素積累量來看，與FP處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料茄子的氮素積累量顯著提高了42.46～78.95 kg/hm2，增幅為36.32%～67.54%，以PAF3和PAF4處理較高，分別為195.84、193.95 kg/hm2，且 顯 著 高 于FP、PAF1 和PAF2處理。從磷素積累量來看，與FP處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料茄子的P2O5積累量顯著提高了11.15～24.89 kg/hm2，增 幅 為24.09%～53.80%，以PAF3 和PAF4 處理較高，分別為70.77、71.15 kg/hm2，且顯著高于FP、PAF1和PAF2處理。從鉀素積累量來看，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料茄子的K2O 積累量顯著提高了35.48～96.79 kg/hm2，增幅為18.61%～50.77%，以PAF2 和PAF3 處理較高，分別為287.42、287.24 kg/hm2，且顯著高于FP、PAF1 和PAF4處理。

圖3 不同施肥處理茄子養(yǎng)分積累量Fig.3 Nutrient accumulation of eggplant of different fertilization treatments

2.4 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子養(yǎng)分分配的影響

由圖4 可知，從氮素分配來看，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料處理茄子的莖葉氮素比例降低了3.41～8.03個(gè)百分點(diǎn)，果實(shí)中氮素比例則提高了3.41～8.03 個(gè)百分點(diǎn)，其中以PAF2 處理的果實(shí)氮素比例最高，且顯著高于FP、PAF1、PAF3 和PAF4處理。從磷素分配來看，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料處理茄子的莖葉磷素比例提高了0.84～11.72 個(gè)百分點(diǎn)，果實(shí)中磷素比例則下降了0.84～11.72 個(gè)百分點(diǎn)，其中PAF2、PAF3 和PAF4 處理的果實(shí)磷素比例均顯著低于FP 處理。從鉀素分配來看，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料處理茄子的莖葉鉀素比例降低了0.46～0.69個(gè)百分點(diǎn)，果實(shí)中鉀素比例則提高了0.46～0.69個(gè)百分點(diǎn)，其中PAF2、PAF3 和PAF4 處理的果實(shí)鉀素比例較高，均顯著高于FP和PAF1處理。

圖4 不同施肥處理茄子不同器官中的養(yǎng)分分配比例Fig.4 Proportion of nutrients accumulation in different organs of eggplant of different fertilization treatments

2.5 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子肥料利用率的影響

率分別提高了0.96～2.03、3.83～6.51、0.26～0.90 kg/kg，增幅分別為120.00%～253.75%、671.93%～1 142.11%、32.50%～112.50%。其中，PAF2處理的氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率最高，分別為2.83、7.08、1.70 kg/kg。從表觀利用率來看，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料使氮、磷、鉀肥的表觀利用率分別增加了17.13～22.77、13.25～18.28、1.94～12.95 個(gè)百分點(diǎn)，增幅分別為260.33%～346.05%、1 840.28%～2 538.89%、9.12%～60.88%。其中，以PAF2 處理的氮、磷、鉀肥表觀利用率最高，分別為29.35%、19.00%、34.22%。

表3 不同施肥處理肥料利用率Tab.3 Fertilizer utilization of different fertilization treatments rate

2.6 聚谷氨酸增效肥料對(duì)茄子經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表4 可知，與FP 處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料的茄子產(chǎn)值增加了3 326～12 528 元/hm2，增幅為3.65%～13.76%?？鄢鄳?yīng)的肥料成本后，施用聚谷氨酸增效肥料處理的純收入較FP 處理增加了2 090～10 278 元/hm2，增幅為2.46%～12.09%，其中以PAF2處理的經(jīng)濟(jì)效益最高，為95 292元/hm2。

表4 不同施肥處理茄子經(jīng)濟(jì)效益Tab.4 Economic benefit of eggplant of different fertilization treatments

3 結(jié)論與討論

γ-聚谷氨酸是由L-谷氨酸和D-谷氨酸通過酰胺鍵縮合后形成的一種多肽聚合物，具有無毒可降解、親水性強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以提高作物產(chǎn)量和肥料利用率、增強(qiáng)土壤保水保肥能力等[5-6，10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥（FP）處理相比，施用聚谷氨酸增效肥料能夠使露天茄子產(chǎn)量提高3.65%～13.76%，而且可以顯著降低茄子果實(shí)中硝酸鹽含量，同時(shí)提高茄子果實(shí)中Vc和可溶性糖含量，能夠顯著改善茄果類蔬菜果實(shí)品質(zhì)，這與前人[8，14]的研究結(jié)果類似。有研究指出，施用聚谷氨酸可以提高作物葉片中葉綠素含量，改善作物葉片熒光參數(shù)和光合參數(shù)，進(jìn)而通過增強(qiáng)作物凈光合速率的方式促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成[12，18]，尤其是在露天栽培干旱少雨條件下，能夠通過促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)發(fā)育和提高體內(nèi)超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性，進(jìn)而提高作物的抗旱性和抗逆性[19-21]。并且，聚谷氨酸具有很強(qiáng)的吸水性和絡(luò)合鈣、鎂、鐵等陽(yáng)離子的能力，施入土壤后能夠增強(qiáng)作物抗旱保水能力和提高土壤中微量元素有效性，從而提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)[10，22-23]。此外，施用聚谷氨酸或聚谷氨酸增效肥料還能夠改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)[24-26]，提高土壤微生物碳氮含量和微生物活性，促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，提高作物吸收養(yǎng)分的效率[6，27]，這也是聚谷氨酸能夠促進(jìn)作物增產(chǎn)提質(zhì)的重要原因。

與此同時(shí)，從肥料利用率角度來看，本研究中施用聚谷氨酸增效肥料處理的肥料農(nóng)學(xué)效率和表觀利用率均得到顯著提升，尤其是PAF2 處理的氮、磷、鉀肥表觀利用率分別達(dá)到29.35%、19.00%、34.22%，這說明聚谷氨酸具有明顯的肥料增效作用，這也與前人[11，28]的研究結(jié)果相似。分析原因，一方面聚谷氨酸不僅能夠增強(qiáng)土壤固氮微生物的活性，提高土壤固氮能力[11，29]，而且可以促進(jìn)Ca10-P 向Al-P、Fe-P、Ca2-P、Ca8-P 的轉(zhuǎn)化，增加土壤有效磷含量，進(jìn)而提高土壤養(yǎng)分有效性[30]。另一方面，聚谷氨酸能夠有效降低土壤中的水分和養(yǎng)分向土壤下層遷移轉(zhuǎn)運(yùn)，提高表層土壤或根系周圍的水肥含量，有效減少肥料淋失，從而提高肥料利用效率[31-32]。