含氨基酸铜基叶面肥对芹菜产量、品质和防病效果的影响

马金昭，张 民，刘之广，周 彬，邹 朋，漆奕辉，何 帅

（1 土肥资源高效利用国家工程实验室/山东农业大学资源与环境学院，山东泰安 271018；2 养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室/金正大生态工程集团股份有限公司，山东临沭 276700；3 滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室，山东滨州 256603）

铜既是植物生长发育必需的微量营养元素，又是体内多种酶(如超氧化物歧化酶、细胞色素酶等)和蛋白质的调节因子和组成成分，参与了植物体内呼吸作用和光合作用等多种生理生化过程[1-2]。此外，铜离子具有毒性，能够有效地抑制病菌细胞的生长，并且能够作为诱导因子引发植物的免疫反应[3-4]。以铜离子为主要成分的铜制剂因具有防效突出、杀菌广谱等特点，被广泛应用于葡萄、柑橘等霜霉病、白粉病、炭疽病和灰霉病病害的防治[5-6]。然而以传统波尔多液为代表的铜制剂存在配制繁琐、悬浮性能差、易产生药害等问题，过量的铜离子容易影响光合作用、细胞膜的渗透性和体内养分的平衡[7-8]。山东农业大学研发的铜基叶面肥是在传统波尔多液有效成分的基础上，配以多种助剂浓缩而成的新型铜基干悬浮剂，克服了波尔多液的缺点，已在苹果、辣椒和黄瓜等栽培上取得了良好的应用效果[9-12]。

氨基酸是构建生物机体的分子之一，不仅为植物提供氮源，还对维持植株正常的生理代谢有着不可低估的影响。氨基酸肥料作为新型绿色肥料，具有营养效果好、肥效快、清洁无污染等特点，可提高作物品质和抗逆能力[13]。氨基酸态氮被植株吸收后，可通过木质部和韧皮部的运输及转氨基、脱氨基等作用加以同化[14]。研究发现施用氨基酸肥料能够显著促进西瓜、砂梨等作物生长和光合作用，提高产量和改善品质[15-16]。但是高浓度的氨基酸往往伴随着其在土壤中的高矿化率，影响植物对氨基酸的吸收，且土壤微生物与植物对氨基酸的吸收存在一定的竞争关系[17]。植物可以通过叶片表面吸收利用多种养分，叶面喷施作为一种高效、直接的辅助措施，可有效提高氨基酸的利用率，改善作物生长状况。

芹菜因富含有益于心血管和消化道系统的类胡萝卜素、类黄酮和纤维蛋白等物质，是温室栽培中重要的绿色蔬菜之一，但在设施栽培条件下，病害、缺素和高残留等因素制约了芹菜种植面积的扩大[18]。目前，市场上已有氨基酸类杀菌剂、杀虫剂、植物生长调节剂等系列产品，但对于氨基酸在铜基叶面肥上的应用鲜有报道。本试验是在铜基叶面肥的基础上，加入植物所需的复合氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和丝氨酸)替代部分填料载体，经砂磨机充分研磨后喷雾干燥得到含氨基酸铜基叶面肥，并通过2年的芹菜盆栽试验探究含氨基酸铜基叶面肥对其产量、品质以及病害防治效果的影响，以阐明含氨基酸铜基叶面肥的施用效果与机理，为其推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

盆栽试验于2014年9月—2015年1月和2015年9月—2016年1月在山东省泰安市山东农业大学南校区“土肥资源高效利用国家工程实验室”中试基地(36°9′40″ N、117°9′48″ E)智能温室大棚(温度18℃～28℃，相对湿度 60%～80%)中进行[19]。

供试芹菜(Apium graveolensL.)品种为文图拉西芹。供试土壤为棕壤(普通简育湿润淋溶土，Typic Hapli-Udic Argosols)，其基本化学性质为pH 8.21(水土比为2.5∶1)、全氮1.03 g/kg、有机质12.53 g/kg、有效磷22.85 mg/kg、速效钾134.25 mg/kg、有效铜0.85 mg/kg。供试叶面肥为铜基叶面肥(CF，含铜39.1%)和含氨基酸铜基叶面肥(Cu-AA，含铜39.1%、氮3.3%)，均由土肥资源高效利用国家工程实验室自行研发。

1.2 试验设计

试验共设5个处理：1)喷清水(CK)；2)喷施浓度为1.0 g/L的铜基叶面肥(CF1)；3)喷施浓度为2.0 g/L的铜基叶面肥(CF2)；4)喷施浓度为1.0 g/L的含氨基酸铜基叶面肥(Cu-AA1)；5)喷施浓度为2.0 g/L的含氨基酸铜基叶面肥(Cu-AA2)。每个处理4次重复，每个重复为一盆(两株)芹菜，共20盆。试验用盆为陶土盆，上部直径30 cm、底部直径为20 cm、高32 cm。每盆底部装砂3 kg，称取12 kg风干土与肥料混匀后装入盆中，盆栽施肥用量按照N 0.167 g/kg，N∶P2O5∶K2O=21∶9∶16自配蔬菜掺混肥施入。将盆钵随机摆放，排间距离为40 cm，幼苗之间的距离为20 cm。

每年的7月份将芹菜种子在穴盘中进行育苗，于9月在每个陶土盆定植4株幼苗，7天后进行间苗，每盆留长势一致的2株幼苗培育。参考Zhu等[20]对铜基叶面肥的施用方式和芹菜的生物量增长规律，采用手动式小型喷雾器在定植后的15、45、75和105天的上午8:00—9:00喷施15、30、50和50 mL，每次喷施以叶片正反面全部湿润不下滴为宜。按常规高产栽培模式进行日常浇水、除虫和除草，整个试验期间各处理采取完全相同的管理措施。

1.3 测定方法

在定植120天后收获，收获当天测定芹菜的株高和茎粗，并将盆中的两株芹菜去掉根部，洗净，以地上部鲜重作为产量。在2015—2016季定植后的30、60、90和120天测定芹菜叶片的感病数、病级，计算病情指数，病情指数(%)=∑(各级病叶数×各级代表值)/(调查总叶数×最高级代表值)×100[9]。并通过叶绿素仪(SPAD-502, Minolta Co., Tokyo,Japan)测定叶片的SPAD值，用LI-6400XT便携式光合仪测定叶片光合特性指标。在2015—2016季收获时芹菜茎的可溶性固形物含量采用折光率仪(ATAGO RX-5000α)测定；维生素C含量采用2, 6-二氯苯酚靛酚滴定法测定；用水杨酸法测定硝酸盐含量[21]。

植株样品于收获期进行采集，将采集植株样品置于实验室烘箱105℃杀青30 min后，75℃烘干至恒重，然后将茎、叶分别使用植株磨样机磨碎储存。植株样品采用H2SO4-H2O2消煮，凯氏定氮法测定全氮含量，钼锑抗比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量[21]；全量铜、锌、铁、锰含量采用微波消解(Multiwave 3000, Antonpaar, Austria)—原子吸收法测定(AA7000, Shimadzu, Japan)[21]。在芹菜收获期采集土样，在盆中距离芹菜主茎5 cm处采用土钻(Φ=2 cm)采集0—15 cm深度的表层土，共取两钻土混匀，在阴凉通风处自然风干，分别过2 mm和0.25 mm筛保存。土壤有效态Fe、Mn、Cu、Zn采用DTPA(二乙基三胺五乙酸)浸提—原子吸收分光光度计(AA-7000, Shimadzu, Japan)测定[21]。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2010和SAS 8.0软件进行处理和统计分析，对各处理平均值采用Duncan's方法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对芹菜产量和生长性状的影响

两年的试验结果(图1)表明，喷施铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥较喷施清水处理显著提高了芹菜产量。在2015年，与CF2相比，CF1的产量显著增加了6.7%，Cu-AA1较CF1处理显著增加了10.9%，Cu-AA2处理较CF2处理显著增加了13.8%。在两年间，CF1处理芹菜产量较CK处理显著增加了10.8%～18.0%，而Cu-AA1和Cu-AA2处理之间的芹菜产量无显著差异。

不同处理对芹菜的株高和茎粗影响显著，喷清水对照处理株高最低，喷施含氨基酸铜基叶面肥处理的株高较其他处理得到了显著提高(图2)。Cu-AA1处理的株高较CK、CF1和CF2处理分别显著增加了16.0%、4.9%和5.4%，而两个浓度的铜基叶面肥处理间和含氨基酸铜基叶面肥处理间均无显著差异。喷施铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥处理的茎粗显著高于清水处理，其中Cu-AA1、Cu-AA2处理的芹菜茎粗较CK显著增加了15.6%和16.7%。

2.2 不同处理对芹菜叶片光合特性的影响

在定植30天时，处理间的叶片SPAD值无显著差异；在定植60、90和120天时，CK处理的SPAD值均为最低(表1)。定植90天时，铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥处理之间的SPAD值无显著差异，但均较CK处理显著增加。定植120天时，Cu-AA1处理的SPAD值较CK显著增加了8.7%，Cu-AA2较CK显著增加了10.5%，而Cu-AA1 和Cu-AA2处理间无显著差异。

图1 不同处理芹菜产量Fig.1 Celery yield under different treatments

图2 2015—2016季收获期不同处理的芹菜的株高和茎粗Fig.2 Plant height and stem diameter of celery under different treatments at harvest of 2015-2016

表2表明，Cu-AA1处理显著提高了芹菜叶片的光合速率，较CK、CF1和CF2处理分别显著增加了25.7%、17.3%和26.8%。光合速率的提高会消耗更多的光、CO2和原料，因此CO2的浓度会随着光合速率的增大而相应减小[7]。对叶片胞间CO2浓度，Cu-AA1处理较CK和CF1处理分别显著降低了30.1%和18.9%，Cu-AA2处理较CK和CF2处理分别显著降低了28.2%和30.4%，CF2较CF1显著增加了19.6%，而Cu-AA1和Cu-AA2处理间无显著差异。

2.3 不同处理对芹菜品质的影响

表3表明，喷施铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥各处理的可溶性固形物含量均显著高于CK处理，而维生素C含量无显著差异。Cu-AA1和Cu-AA2处理较CK和CF2处理均显著提高了可溶性蛋白含量。芹菜茎中的硝酸盐含量以CF2处理最高，CK处理最低，CF1处理的硝酸盐含量较CF2处理显著降低了25.7%，Cu-AA2处理的硝酸盐含量较CF2处理显著减少9.9%，Cu-AA1较Cu-AA2处理显著减少了25.4%。

2.4 不同处理对芹菜病情指数的影响

在2015—2016季芹菜定植后30天时，各处理的病情指数无显著差异，但随着时间的推移，各处理的病情指数逐渐增加(表4)。在定植后60天时各处理的病情指数较CK显著降低了43.4%～71.7%，在定植90天时Cu-AA1处理的病情指数较CK和Cu-AA2处理分别减少了70.1%和37.0%，在120天时分别减少了68.8%和40.7%；而喷施相同浓度的铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥处理之间的病情指数无显著差异。

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

表2 2015—2016季收获期各处理芹菜光合特性Table 2 Photosynthetic characteristics of celery in each treatment at harvest of 2015-2016

表3 2015—2016季收获期不同处理芹菜茎品质Table 3 Quality of celery stems under different treatments at harvest of 2015-2016

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

2.5 不同处理对植株营养元素含量的影响

表5表明，Cu-AA1处理叶中全氮含量较CK处理显著增加了9.6%，与CK、CF1和CF2处理相比，Cu-AA2处理茎中全氮含量显著增加了12.2%～15.3%，叶中全氮含量显著增加了10.8%～15.4%；而Cu-AA1与Cu-AA2处理间茎、叶中的全氮含量差异不显著。Cu-AA1和Cu-AA2较CK、CF1和CF2处理显著增加了茎中全钾含量，Cu-AA1较CF1和CF2处理显著增加了叶中全钾含量。

表5 2015—2016年收获期芹菜茎、叶中氮、磷、钾含量(%)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，不同处理对芹菜茎、叶中的全铜含量影响显著。茎的全铜含量以CF2和Cu-AA2处理最高，较CK处理分别显著增加了1.7和1.6倍，叶中CF2的全铜含量最高，较CK显著增加了2.3倍。与CF2处理相比，CF1处理茎中的全铜含量减少了32.1%，叶片中的全铜含量减少了37.7%，均差异显著；Cu-AA1处理较Cu-AA2处理，茎中的全铜含量显著减少了33.9%，叶片中的全铜含量显著减少了20.9%；然而CF1和Cu-AA1处理之间的茎、叶全铜含量均无显著差异。各处理在茎和叶中的全铁、全锌、全锰含量均无显著差异。

2.6 不同处理对土壤有效态微量元素含量的影响

不同处理对两季收获期的土壤有效铜含量影响显著，且除CK外各处理2016年土壤有效铜含量较2015年均有所增加(表7)。在2015年，CF2处理的有效铜含量较CK显著提高了13.3%；CF2、Cu-AA1和Cu-AA2处理之间差异不显著；2016年，土壤有效铜含量CF2较CF1处理、Cu-AA2较Cu-AA1处理分别显著增加了8.8%、7.1%，然而相同浓度的CF和Cu-AA处理之间差异不显著。两季中不同处理间的土壤有效锌、有效铁含量差异不显著。土壤锰含量2015年处理间无显著差异，2016年CF2与Cu-AA2处理间差异显著。

3 讨论

3.1 不同处理对产量和病情指数的影响

铜是植物生长所必需的微量元素，在呼吸作用、光合作用和抗氧化活性等方面起着重要作用[22]。自19世纪末以来，为了控制各类真菌病害，铜制剂被广泛应用于蔬菜水果生产中[23-24]。铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥是根据传统波尔多液，由Cu(OH)2、营养元素和一些助剂(阴离子表面活性剂、润湿剂和分散剂等)配制而成。与普通Cu(OH)2相比，铜基叶面肥中加入的助剂附着在其表面，有效地避免了Cu(OH)2在溶液中沉淀，增大了悬浮率，并能够缓慢地释放铜离子，以较少的铜含量达到杀菌效果，进而降低作物的病情指数[22]。本试验中，喷施铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥的处理较清水对照显著降低了芹菜各时期的病情指数，在芹菜定植120天时，CF1和Cu-AA1处理的病情指数分别较CK显著降低76.0%和68.8%。这是因为铜离子从CF和Cu-AA中缓慢释放出来，与病原菌的蛋白质基团结合，导致细菌在酸性环境中死亡，进而有效控制病菌孢子萌发或菌丝生长[5,25]。然而相同浓度的CF和Cu-AA处理间病情指数无显著差异，主要因为两种产品的氢氧化铜成分及含量均相同，而加入的氨基酸并未影响氢氧化铜的杀菌性能。氨基酸态氮主要是指存在于土壤有机质中的蛋白质和多肽中被微生物降解成的小分子氨基酸，易被植物吸收，是植物可利用氮的潜在来源[26]。在2015年，相同浓度的含氨基酸铜基叶面肥处理的芹菜产量均较铜基叶面肥处理显著增加，主要是因为含氨基酸铜基叶面肥中的复合氨基酸被植物叶片吸收利用，促进了蛋白质的合成和植物的生长。进入植株体内的氨基酸态氮在不同器官间通过木质部和韧皮部运输，可以通过转氨基、脱氨基作用以及其他过程加以同化，进而促进作物的生长发育[27-28]，这与孙梅等[29]研究结果一致，表明本产品中的氨基酸能够与氢氧化铜稳定地结合在一起而不影响氨基酸的活性，进而被植物叶片吸收利用，从而起到促进芹菜生长和增产的作用。

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

表7 2015和2016年收获期不同处理土壤有效态微量元素含量(mg/kg)Table 7 Available microelement contents of soil under different treatments at harvest of 2015 and 2016

3.2 不同处理对植株品质和光合性能的影响

铜在植株体内缺乏和过量均会产生不利影响，确定作物的全铜含量及其生物有效性对于评估作物对陆地生态系统的负面影响至关重要[30]。在本试验中，除清水处理外，各处理(铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥处理)的芹菜茎、叶中Cu含量均显著增加。其中，CF2处理的叶片Cu含量最高，远远超出了作物的承受范围，增大了作物铜毒害的概率；然而CF1和Cu-AA1由于其较低的喷施浓度，显著降低了植株中Cu的含量。适量的铜可以促进植株叶片叶绿素的合成，提高光合效率，进而促进作物的生长发育[9]。本试验中CF1处理的SPAD值在90和120天时均较CK得到了显著增加，但CF2处理在收获期叶片的胞间CO2浓度较CF1显著增加，可能是由于植株吸收过量的铜后开始抑制叶片的光合作用。Cu-AA1处理较CK显著增加了叶片的SPAD值和光合速率，主要是因为施用氨基酸可被植物直接吸收利用，能够促进作物叶片的光合作用，研究发现叶面喷施氨基酸可以显著增加大豆、小油菜的叶片SPAD值，增加光合作用，并能促进小油菜对N、P、K的吸收[31-32]。

含氨基酸铜基叶面肥不仅可以缓慢地释放铜离子避免铜毒害，还能提供氨基酸氮肥促进芹菜叶片的叶绿素合成和光合作用等生理活动，进而显著增加了芹菜的可溶性蛋白和全氮含量。喷施含铜叶面肥显著提高了芹菜体内的硝酸盐含量，其中以CF2处理的硝酸盐含量最高。这是因为过量的铜能够抑制植株体内硝酸还原酶的活性，阻碍了作物吸收的NO3-向NO2-转化，增加了硝酸盐在植株体内的积累[33]。通过蔬菜的摄取，过多的硝酸盐在人体被还原为亚硝酸盐，进而会危害人体健康。与CF2处理相比，喷施1.0 g/L的CF和Cu-AA均可显著降低芹菜的硝酸盐含量，并且Cu-AA2处理较CF2处理的硝酸盐含量显著降低，这与前人[34-35]研究发现施用氨基酸态氮能够降低植株硝酸盐含量、提高蔬菜品质的结果相似，可能是因为氨基酸作为硝态氮的还原产物对氮代谢系统具有反馈调节作用，在有充足的还原态氮的时候反馈给植株，使其减缓硝态氮的吸收与还原[36]。

3.3 不同处理对土壤微量元素含量的影响

长期和过量使用铜制剂，会导致大量的铜进入到土壤中，并主要积聚在植物根系分布的土壤表层[23,36]。大量研究发现，在许多国家的葡萄园土壤中，铜含量远远超过土壤的自然背景值[24]，土壤中的铜积累，导致了严重的生态效应，并对土壤肥力产生不利影响[25]，可以改变土壤微生物、酶活性和由微生物参与的生命过程[24]，这对土壤的质量、生产力和生态系统都会造成很大的损害。本试验中CF2处理的土壤有效铜含量在两季中较CK显著增加了13.3%～17.7%，在2016年收获时，CF1处理的土壤有效铜含量比CF2处理显著降低8.1%，Cu-AA1处理较Cu-AA2处理显著减少6.6%。这主要因为低浓度的铜基叶面肥和含氨基酸铜基叶面肥的喷施液铜含量本身就比高浓度的铜含量低，并且它们因加入润湿剂和分散剂等助剂，在砂磨机研磨的作用下，降低了平均粒径，增大了其比表面积，使得溶液的表面张力减小，进而降低了与作物叶片的接触角度[22]。CF和Cu-AA可以更好地分散和附着在叶片上，避免过多的铜溶液进入土壤中。因此，在本试验中，喷施1.0 g/L的含氨基酸铜基叶面肥在有效地控制芹菜病害、提高其产量和品质的同时，降低了土壤污染和生态毒性的风险。

4 结论

本试验条件下，在铜基叶面肥中配伍氨基酸可进一步提高芹菜的产量、品质，降低病情指数和芹菜茎中的硝酸盐含量。添加氨基酸还有效提高了叶片的光合效率，增加芹菜茎叶中的全氮含量和茎的可溶性固形物含量。含氨基酸铜基叶面肥作为一种具有杀菌防病和提供氨基酸营养的新型肥料，可在芹菜上推广应用，推荐喷施浓度为1.0 g/L。