不同氮量处理配施宛氏拟青霉提取物对小白菜生长和氮素吸收的影响

王庆彬 卢洁春 彭春娥 孟 慧 刘治国 王洪凤 张 民

（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，271018，山东泰安；2山东蓬勃生物科技有限公司，271018，山东泰安；3作物生物学国家重点实验室/山东农业大学生命科学学院，271018，山东泰安）

施肥能有效提高作物产量[1-2]。施肥的目标已从单纯的提高产量转变为产量与环境并重，农业生产迫切需要研发养分效率高和环境友好型肥料[3-4]。近年来，肥料养分浓度、养分形态、养分比例和肥料助剂创新越来越受到人们的重视。肥料助剂是肥料生产过程中添加的有利于改善和提高肥料效果的非肥料成分，可分为三大类，分别是改善肥料理化性状、养分转化和植物生长状况的物质，目前主要是植物生物刺激素[5]。目前，国际上把生物刺激素分为微生物制剂及提取物、水解和消化的动物残体、腐植酸、海藻及植物提取物、无机及合成产品五大类[6]，其既能使化肥和农药提质增效，又具有自然环保的属性，还可实现经济效益、社会效益和环境效益俱佳的多赢效果[7-8]。

沙棘内生菌宛氏拟青霉提取物又名智能聪（ZNC）[9-10]，是一种新型生物刺激素，含有较多的碳水化合物、氨基酸[11]、多肽、核糖嘧啶和烷基结构[12]，具有理化性质稳定、活性超高和安全环保[13]等特点。研究[9]表明，ZNC可增强拟南芥氮和磷营养吸收相关基因和生长素生物合成基因的表达，促进植物氮和磷的积累以及根尖生长素的生物合成。前人研究[14]表明，包膜磷酸二铵配施ZNC可提高玉米根际土壤磷酸酶活性，增强土壤磷素供应强度，提高磷肥利用率，增产7.46%～16.30%。尿素配施 ZNC较尿素处理下氮肥利用率和小麦产量显著提高10.10%和23.60%[15]。在3个水稻生长季中，控释尿素配施ZNC（87.50mL/hm2）较控释尿素处理显著提高水稻产量 8.70%～12.10%，氮素利用率提高 15.00%～20.20%，平均净回报率提高 10.90%～15.40%[11]。小白菜是叶菜类代表作物，作为四季蔬菜，是人们日常获得维生素、蛋白质、氨基酸、糖分和矿物质等多种有机和无机营养物质的重要来源[16]。施用氮肥是提高蔬菜产量的主要措施之一，但蔬菜生产过程中长期过量施用氮肥不仅造成氮肥利用率降低、肥料浪费[17]及经济效益降低，还会导致作物营养失调和体内硝酸盐含量升高[18-19]。因此研究生物源刺激素组合不同氮水平对叶菜类作物生长、氮肥利用率和经济效益的影响具有重要意义。本研究通过大田试验，探讨正常施氮、减氮1/3和增氮1/3这3种施氮水平下，配施ZNC对小白菜产量和氮素吸收的影响，为小白菜减肥增效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2020年4-5月在山东省泰安市天宝镇天宝四村（117°21′20″ E、35°56′36″ N）进行，该地区属暖温带半湿润大陆性季风型气候。供试土壤为棕壤土，土壤基本理化性质为有机质23.15g/kg、速效氮 94.22mg/kg、有效磷 46.57mg/kg、速效钾66.24mg/kg、pH 6.69。供试小白菜品种为秀青。供试氮肥为尿素（N 46%），其他基肥为过磷酸钙（P2O516%）和硫酸钾（K2O 52%），购于济南鑫奇剑化工科技有限公司，按农民习惯施磷 150kg/hm2、钾300kg/hm2。沙棘内生菌宛氏拟青霉代谢产物（ZNC）提取物原液的干物质含量为5mg/mL，由山东蓬勃生物科技有限公司生产。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，共设7个处理，CK：氮空白；2/3 U：农民习惯施肥减氮1/3；2/3 UZ：农民习惯施肥减氮1/3配施ZNC；U：农民习惯施肥；UZ：农民习惯施肥配施ZNC；4/3 U：农民习惯施肥增氮 1/3；4/3 UZ：农民习惯施肥增氮 1/3配施ZNC。其中农民习惯施氮量为360kg/hm2，施肥前，每千克氮肥喷涂 1.25mg ZNC，所有氮肥与磷钾肥料均于播种前一次性基施[15]。小区面积 20m2（5m×4m），3次重复。4月3日播种，5月23日ZNC处理组用喷雾器匀速叶面喷施 25ng/mL（约600L/hm2）ZNC，CK匀速喷施清水，2020年5月31日收获。

1.3 样品采集及指标测定

于小白菜莲座期（播种后41d）和收获期（播种后58d），每小区随机取3株，用直尺测量小白菜株高（从露出土壤根部至顶端距离）和植株顶部向下数第4片长势一致的功能叶的最大叶长和叶宽，小白菜叶面积=叶长×叶宽×0.66[20]；统计小白菜伸展叶数量；将单株小白菜地上部分用自来水冲洗干净，用吸水纸吸干后用天平称量鲜重，计为单株产量；然后105℃杀青30min后，75℃烘干至恒重，称地上部生物量，粉碎后过0.5mm筛，采用H2SO4-H2O2消煮，用凯氏定氮仪测定全氮含量[21]，并计算相关指标[22]，产量（t/hm2）=每株鲜重（g）×小区小白菜株数×500/106；植株氮素积累量（kg/hm2）=成熟期单株干重×每公顷植株数×成熟期单株含氮量；氮素农学效率（kg/kg）=（施肥区产量-氮空白区产量）/施氮量；氮肥偏生产力（kg/kg）=产量/施氮量。

1.4 数据处理

采用WPS 2019和SPSS 22.0软件进行数据处理和统计分析相对误差和差异显著性。

2 结果与分析

2.1 配施ZNC对小白菜形态指标的影响

在正常施氮、减氮1/3水平下，配施ZNC对小白菜形态指标和产量存在不同程度的影响（图1）。在莲座期，与2/3 U处理相比，2/3 UZ处理的株高、单株叶片数、单株叶面积和单株鲜重分别显著增高15.66%、10.50%、13.93%和17.09%；UZ较U处理株高、单株叶面积和单株鲜重显著增加 13.61%、23.95%和27.75%；与U处理相比，2/3 UZ处理的株高和单株叶面积显著增高10.13%和14.41%，单株鲜重增加4.69%；4/3 UZ处理的株高、单株叶面积和单株鲜重较 4/3 U分别增加 2.30%、5.83%和1.80%，未达到显著差异水平。在收获期，2/3 UZ较2/3 U处理的单株叶面积和单株鲜重分别显著提高13.09%和10.49%；与U处理相比，UZ处理株高和单株鲜重显著增加7.46%和19.63%。说明氮肥配施ZNC能促进小白菜生长，增加小白菜株高、单株叶片数、单株叶面积和单株鲜重等指标，尤其在减施1/3氮和农民习惯施氮条件下。

图1 配施ZNC对小白菜形态指标的影响Fig.1 Effects of combined application of ZNC on morphological indexes of pakchoi

2.2 配施ZNC对小白菜产量和氮素吸收的影响

正常施氮和减氮1/3水平下，配施ZNC后小白菜产量、氮素农学效率和氮肥偏生产力显著提高（表1）。随施氮量增加，小白菜产量提高37.19%～111.00%。与2/3 U处理相比，2/3 UZ产量、氮素农学效率和氮肥偏生产力分别显著增高 10.51%、38.72%和 10.49%。与U处理相比，UZ处理的产量、氮素农学效率和氮肥偏生产力分别显著提高19.63%、54.62%和19.62%，氮素积累量增加4.67%；2/3 UZ处理氮素农学效率和氮肥偏生产力分别显著提高37.75%和45.59%，产量未显著降低。4/3 UZ较4/3 U处理产量、氮素农学效率和氮素偏生产力分别显著降低8.16%、15.51%和8.16%。说明减施1/3氮和农民习惯施肥条件下，配施ZNC更有利于提高小白菜产量和氮素吸收，达到减肥稳产的效果。

表1 配施ZNC对小白菜产量和氮素吸收的影响Table 1 Effects of combined application of ZNC on yield and nitrogen uptake of pakchoi

2.3 氮水平和ZNC耦合对小白菜各指标的综合影响

方差分析结果（表2和表3）表明，除收获期小白菜单株叶片数之外，施氮量对小白菜形态指标、产量、氮素吸收和净收益有极显著的影响；ZNC对小白菜莲座期株高、单株叶面积、单株鲜重以及收获期株高、单株鲜重、产量、氮素农学效率、氮肥偏生产力和净收益有显著或极显著的影响。施氮量和ZNC互作对小白菜莲座期株高、叶片数、叶面积、鲜重以及收获期单株叶面积、单株鲜重、产量、氮素农学效率、氮肥偏生产力、净收益存在着显著或极显著的影响。说明施氮量是影响小白菜各指标的主要因素；小白菜生产中合理调控施氮量和ZNC对促进小白菜生长具有协同作用。

表2 配施ZNC对小白菜形态指标方差分析（F值）Table 2 Analysis of variance (F-value) of morphological indexes of pakchoi under combined application of ZNC

表3 配施ZNC对小白菜产量、氮素吸收和净收益方差分析（F值）Table 3 Analysis of variance (F value) of yield, nitrogen absorption and net income of pakchoi under combined application of ZNC

2.4 配施ZNC对小白菜经济效益的影响

配施ZNC后，小白菜经济效益增加（表4）。随氮肥施用量增加，小白菜净收益显著增加0.97～2.99万元/hm2，提高45.97%～1.71%。2/3 UZ较2/3 U处理的净收益显著增加 0.42万元/hm2，提高13.64%。与U处理相比，UZ处理的净收益显著增加0.90万元/hm2，提高25.14%。表明正常施氮和减氮1/3水平下，配施ZNC可显著提高小白菜经济效益。

表4 配施ZNC对小白菜经济效益的影响Table 4 Effects of combined application of ZNC on economic benefits of pakchoi

3 讨论

生物刺激素和植物生长调节剂等肥料增效剂物质调控作物的生长发育[6]，改善了作物养分的吸收、转运、同化和利用，进而提高了作物氮肥利用率[23-24]，是实现农业减肥增效的有效材料。本试验研究表明，正常施氮水平下，配施ZNC后，小白菜株高和单株鲜重分别显著增加 7.46%～13.61%和19.63%～27.75%，产量和净收益分别显著增加19.63%和0.90万元/hm2，氮素农学效率和氮肥偏生产力分别显著提高54.62%和19.62%。这与ZNC可提高水稻、玉米[25]、烟草和小麦等多种作物的产量和氮素利用率的结果一致，说明ZNC对多种作物有增产增效作用。

作物在不同氮水平下启动的氮响应路径是不同的，这些氮素响应路径又受作物本身激素调控的影响，而生物刺激素和植物生长调节剂类物质改变了植物内的激素调控网络[24]。因此研究外源施加肥料增效剂与氮素互作的关系，对科学选择氮肥用量和增效剂种类进而实现农业减肥增效具有重要指导意义。本试验中，在减氮1/3水平下，配施ZNC后，小白菜在莲座期和收获期产量、氮素偏农学效率和氮素偏生产力分别显著增加 10.51%、38.72%和10.49%；而在增氮1/3水平下，4/3 UZ较4/3 U处理的产量、氮素农学效率和氮素偏生产力分别显著降低8.16%、15.51%和8.16%；说明ZNC使用效果与氮素用量密切相关。施氮量和ZNC互作耦合综合分析表明，二者互作显著或者极显著影响了小白菜莲座期株高、单株叶片数、单株叶面积和单株鲜重，进而对收获期单株叶面积、单株鲜重、产量、氮素农学效率、氮肥偏生产力和净收益形成显著或极显著的影响，其中施氮量是影响小白菜各指标的主要因素，ZNC为次要因素；在减氮1/3和正常施氮水平下，ZNC和氮肥协同增效，可能是由于该条件下ZNC诱导了小白菜生长素生物合成、促进植株根系生长、提高养分吸收和运输能力[9]；增加光合面积，提高光能利用率；加强叶片氮素吸收[14]，最终提高了小白菜株高、叶片数和产量；但在高氮水平下，ZNC和氮肥存在拮抗作用，可能是由于该处理下，小白菜所处营养环境养分丰富，作物吸收营养过剩反而造成生长抑制现象[26]。李欢等[27]研究发现，与常规氮处理相比，减氮20%下增施腐殖酸更有利于提高玉米产量和氮肥利用率；但是减氮40%条件下添加腐植酸，玉米的产量和氮素利用率反而大幅度降低。王庆彬等[28]研究发现，芸苔素内酯·吲哚乙酸·赤霉酸在中氮水平下调控了小白菜内源激素含量，进而提高小白菜营养元素的积累和利用，显著增产提质；但是低氮和高氮水平下均不利于小白菜的生长。李文等[29]研究发现，在低氮水平，芸苔素内酯和乙烯利均与氮肥对甜菜产量和质量有协同增效的作用，但是在高氮水平下，则存在拮抗作用。这些研究与本研究结果一致，说明肥料增效剂对肥料的协同增效必须建立在合理施用肥料的基础上。

此外，与U处理相比，2/3 UZ处理下氮素农学效率和氮肥偏生产力分别提高37.75%和45.59%，产量和净收益未显著降低。这说明ZNC不仅实现了协同增效氮肥的作用，还能为减肥稳产提供可靠技术手段。而ZNC和氮肥耦合关系的深入研究也可为ZNC与肥料的科学配施提供理论依据。胡田田等[30]研究发现，脲酶抑制剂和双效抑制剂与氮水平对冬小麦产量存在极显著的交互作用，并以此通过模型推算出，施用脲酶抑制剂后，冬小麦最佳施氮区间为 139～183kg/hm2，最大理论产量值为7409kg/hm2；施用双效抑制剂后，最佳施氮区间为149～185kg/hm2，最大理论产量值为 8329kg/hm2。因此，肥料与ZNC配合施用模型的建立和推算也将是未来ZNC在大田应用中细化深入研究的方向。

4 结论

ZNC对小白菜具有显著的增产作用，且与氮肥存在显著的耦合作用，是减肥增效的有效手段；在减氮1/3和正常施氮水平下，配施ZNC可提高氮素农学效率和氮肥偏生产力，增产10.51%～19.63%，增加净收益0.42万～0.90万元/hm2；减氮1/3下配施 ZNC处理较农民常规施氮的产量和净收益未达到显著差异，氮素农学效率和氮肥偏生产力显著提高37.75%和45.59%，实现减肥稳产。