γ-聚谷氨酸对水稻、玉米、大豆生长及产量的影响

刁倩 王斌 曹辉 赵飞 徐晗 闫红玲 龙力刚 杨振军

摘   要   以水稻、玉米、大豆为试验材料，探究γ-聚谷氨酸作为肥料增效剂在作物种植的作用。结果表明：施用γ-聚谷氨酸对水稻、玉米、大豆的生长及产量均有一定的促进作用，其中添加2%γ-聚谷氨酸肥料的效果最好，水稻品种创优31与松粳2号分别增产4.1%和17%，玉米品种宏硕313增产6.4%，大豆品种垦农18增产5.1%。

关键词   肥料增效剂;γ-聚谷氨酸;水稻;玉米;大豆;产量

中图分类号：S143  文献标志码：A    DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.28.014

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）是一种新型高分子聚合材料，由L-谷氨酸和D-谷氨酸通过α-氨基和γ-羧基脱水缩合形成酰胺键连接而成[1-2]。γ-聚谷氨酸具有富集营养成分、提高化肥利用率、促进作物根系生长和合成蛋白质等功能[3-5]。生物可降解的高分子材料γ-聚谷氨酸[6]，还具有易降解、水溶性高、生物相容性好[3]、对环境无毒、对作物无害等优点[7]。γ-聚谷氨酸属于纯天然的生物制剂[8]，随肥料施入土壤中可自然分解，生成氨基酸，最终被植物吸收利用，不会造成二次污染[9]。

肥料增效因子作为热点问题备受各方关注[10]。北京化工大学生命科学与技术学院科研团队研发的γ-聚谷氨酸，其100%发酵原液中γ-聚谷氨酸净含量≥35 g·L-1，分子量在10万～70万道尔顿且可适当调节，pH值6～7符合植物生长需求;原液中的枯草芽孢杆菌含量超5亿·g-1，并含有维生素、氨基酸、酶、多糖、多肽、辅酶等多种微生物分泌的活性成分。为验证γ-聚谷氨酸肥料增效剂和增效肥的施用效果，本试验在黑龙江省齐齐哈尔市双河农场试验中国-阿拉伯化肥有限公司生产的添加不同含量γ-聚谷氨酸的复合肥料对水稻、玉米和大豆种植生长及产量的影响，以期为以后的示范推广提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 试验时间及地点

试验时间为2019年3月25日至10月25日。试验地点选在黑龙江省齐齐哈尔市双河农场。

1.2 试验材料

1.2.1 肥料

1）γ-聚谷氨酸，由北京化工大学秦皇岛环渤海生物产业研究院提供。2）54%撒可富（18-18-18）XL型复合肥，由中国-阿拉伯化肥有限公司生产。

1.2.2 品种

1）水稻品种为长粒品种创优31、圆粒品种松粳2号;2）玉米品种为宏硕313;3）大豆品种为垦农18。

1.3 试验方法

本试验为大田肥料效应对比试验，不设重复。水稻分为长粒品种和圆粒品种，玉米、大豆均使用3种配方，每个肥料配方处理面积0.67 hm2。配方复合肥均作为底肥一次施入。试验处理设置情况见表1。

1）水稻。长粒品种创优31在4月22日施入底肥，20 kg/667 m2，5月15日插秧，5月25日施入返青肥，硫铵6.67 kg/667 m2，6月10日施入分蘖肥，尿素6.67 kg/667 m2;水稻圆粒品种松粳2号在4月24日施入底肥，20 kg/667 m2，5月24日插秧，5月28日施入返青肥，硫铵6.67 kg/667 m2，6月13日施入分蘖肥，尿素5.33 kg/667 m2，復合肥（硫酸型）3.33 kg/667 m2。

2）玉米。宏硕313在5月7日播种，试验肥料随种子下地，7月1日追肥，尿素15 kg/667 m2。

3）大豆。垦农18在4月28日播种，试验肥料随种子下地，7月1日追肥，10 kg/667 m2氮钾追肥。

2 结果与分析

2.1 田间生长

2019年8月29日试验阶段性调查，对作物进行生长测量，各处理对作物生长的影响见表2、表3、表4、表5。

2.1.1 各处理对水稻的影响

由表2可知，长粒水稻创优31株高增高7 cm和6 cm、根长增加8 cm和11 cm、叶绿素值增加4.5 mg·g-1FW和4.9 mg·g-1FW，使用添加2%γ-聚谷氨酸复合肥较对照早2 d返青。

由表3可知，在使用γ-聚谷氨酸后圆粒水稻松粳2号株高降低6 cm，穗长分别缩短0.4 cm，1 cm，分蘖数增加3个，茎宽增加0.1 cm，0.2 cm，根长增加6 cm，4 cm。由此可知，施用γ-聚谷氨酸对水稻根系和茎宽的生长发育影响较显著，有利于水稻对土壤中养分的吸收利用和提高光合作用效率，为增产、提质打下良好基础[11]。

2.1.2 各处理对玉米宏硕313的影响

由表4可知，施用添加γ-聚谷氨酸复合肥玉米株高降低1 cm和3 cm，穗位降低11 cm和18 cm。在玉米产量方面，株高不是主要影响因素，玉米丰产的基础是棒三叶。添加1%γ-聚谷氨酸复合肥的棒三叶优于处理组，为玉米增产提质打下强有力的基础。使用添加2%γ-聚谷氨酸复合肥较对照早3 d抽雄。

2.1.3 各处理对大豆垦农18的影响

通过对大豆进行调查发现（表5），施用添加γ-聚谷氨酸复合肥大豆株高增高21 cm和12 cm，茎粗增加0.1 cm和0.4 cm，节数增加4个。由此可知，施用γ-聚谷氨酸对大豆根系、茎宽和节数的生长影响效果显著，可增加植物对养分的吸收，提高作物产量。

2.2 考种及测产

2.2.1 各处理对水稻的影响

由表6可知，施用γ-聚谷氨酸，创优31分蘖，穗长，有效粒数，折合667 m2产都有所增长，无效粒数，空瘪率有所下降。添加2%γ-聚谷氨酸的处理组在株高和千粒重方面，都高于对照组。创优31号产量以添加2%γ-聚谷氨酸处理最高，折合667 m2产量601.4 kg，比对照组增产4.1%，并且随着γ-聚谷氨酸掺入量的增加，产量增加效果显著（P<0.05）。

由表7可知，施用γ-聚谷氨酸，松粳2号分蘖数、穗长、有效粒数、千粒重、折合每667 m2产量都有所增长，无效粒数，空瘪率随着γ-聚谷氨酸添加量上升而下降。松粳2号产量以添加2%γ-聚谷氨酸处理最高，折合每667 m2产量577.2 kg，比对照组增产17.7%。掺入γ-聚谷氨酸处理较对照产量增加效果显著（P<0.05）。

2.2.2 各处理对玉米宏硕313的影响

由表8可知，施用γ-聚谷氨酸，宏硕313穗长增加，百粒重增加，突尖降低。宏硕313产量以添加2%γ-聚谷氨酸处理最高，折合每667 m2产量663.3 kg，比对照组增产6.4%，并且随着γ-聚谷氨酸掺入量的增加，产量增加效果显著（P<0.05）。

2.2.3 各处理对大豆垦农18的影响

由表9可知，施用γ-PGA后垦农18结荚高增高，主茎有效荚增加，百粒重增加，其中掺入1%γ-聚谷氨酸处理较对照产量降低17.3%且差异显著（P<0.05），掺入2%γ-聚谷氨酸处理较对照产量增产5.1%，差异显著（P<0.05）。

3 小结与讨论

γ-聚谷氨酸用于不同作物均可明显观察到促进作物生长的效果，尤其是水稻的分蘖、根长，玉米的棒三叶，大豆的株高和茎粗这些方面[12]。通过试验发现：施用γ-聚谷氨酸的水稻创优31较对照组早返青2 d，玉米宏硕313较对照组早抽雄3 d，由此可知γ-聚谷氨酸可能具有促进作物提早成熟的作用。γ-聚谷氨酸处理组水稻的千粒重、玉米和大豆的百粒重都有所增加，这可能是由于γ-聚谷氨酸在生长前期促进了植物根系发育，从而促进了作物对营养成分的吸收，达到提质早熟的效果。

本试验结果表明，施用γ-聚谷氨酸对作物生长和产量有一定的促进作用。其中：水稻施用效果最好的处理组为添加2%γ-聚谷氨酸，较对照增产4.1%和17%效果显著，玉米施用效果最好的处理组为添加2%γ-聚谷氨酸，较对照增产6.4%，大豆施用效果最好的处理组也为添加2%γ-聚谷氨酸，较对照增产5.1%。李金明研究发现，γ-聚谷氨酸肥料施用处理和γ-聚谷氨酸肥料减量处理的水稻产量均高于常规施肥产量，每667 m2分别增加21.2 kg、10.9 kg，比常规施肥分别增产3.41%、1.75%[13]。张静静研究表明在夏玉米种植喷施γ-聚谷氨酸可提高氮、磷、钾吸收量，提高干物质积累量，在营养积累阶段效果明显[2]。

总之，施用γ-聚谷氨酸复合肥可提高农作物发育期对养分的吸收利用率，同时能促进作物叶片生长和根茎的发育，促进作物光合作用，提高作物品质，最终达到提高作物产量的效果。

参考文献：

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（责任编辑：敬廷桃）