含改性聚天门冬氨酸复合肥在经济作物上的应用效果评价*

李慧敏, 束维正, 汪秋云

(中盐安徽红四方肥业股份有限公司 安徽合肥 231602)

0 前言

传统肥料容易通过径流、淋洗、挥发等方式流失到水体和大气中,不仅肥料利用率低,还会造成资源的巨大浪费,并引发土壤酸化、板结、水体富营养化等环境问题[1]。施用新型肥料是保障作物产量,减少养分流失的有效手段之一。近年来,在肥料中添加增效剂延缓养分释放或增强作物对养分的吸收成为提高肥料利用率、使肥料增值的一种重要手段,发展低成本、高成效的肥料减施增效技术是推进农业提质增效、促进现代农业绿色可持续发展的关键[1]。聚天门冬氨酸/盐(PASP)是一种生物可降解的环境友好型材料,可通过与养分离子螯合提高肥料利用率,同时能增强养分在土壤中的固持能力,减少养分损失[2]。作为低成本、高效能的新型可降解肥料增效剂,聚天门冬氨酸近年来在农业生产上得到了广泛应用。多项研究表明,聚天门冬氨酸对玉米[3]、小麦[4]、水稻[5-6]等多种作物具有增产增收的功效。

聚天门冬氨酸是天然存在于软体动物和蜗牛壳内的一种高分子有机聚合物,相对分子质量为2 000～10 000,因其分子中含有丰富的羟基和羧基等活性基团,所以具有较好的亲水性、水溶性和化学活性,并同时具有吸附、螯合和分散等功能[7]。聚天门冬氨酸分子链上的活性基团使其在土壤中很容易进入植物根部,从而在根系周围吸附和富集多种营养元素,强化作物对氮、磷、钾及中微量元素的全面吸收,有效提高肥料的利用效率,增强农作物对养分和水分的吸收能力,可获得增产增收的效果[8]。

普通聚天门冬氨酸的性能有限,相对分子质量基本为4 000～6 000,通过改性在聚天门冬氨酸分子链上引入官能团,使原来主链上无活性基团的聚合物功能化,或改变聚天门冬氨酸分子链的空间分布,延长分子链或形成三维网状结构,将显著增强聚天门冬氨酸的效能[6]。本文中添加的改性聚天门冬氨酸由中盐安徽红四方肥业股份有限公司研制,产品技术来源于国家重点研发计划子课题的成果转化,技术达国内先进水平。与常规的聚天门冬氨酸相比,改性聚天门冬氨酸的相对分子质量更大,分子侧链增长,螯合基团增多,对氮素等养分的吸附能力更为突出。

近年来,有研究者通过水培和盆栽试验,证明改性聚天门冬氨酸对小麦、玉米具有显著的促根、促生长作用[9],且随着聚天门冬氨酸相对分子质量的增加,根系的促生效果更显著[10]。然而这些研究多为其在粮食作物上的应用效果验证,对经济作物的功效尚不明确。2005年,有学者将聚天门冬氨酸应用在北方常见的经济作物中,证明其能较好地促进各种经济作物的生长发育,提升相关经济作物的产量,增产效果显著[11]。与普通聚天门冬氨酸相比,本研究中的改性聚天门冬氨酸相对分子质量更高,对养分的螯合和富集作用更强,在经济作物上应用所带来的效益可能会更高。因此,本文通过将含改性聚天门冬氨酸复合肥料施用于生菜、萝卜上,研究其对经济作物生长及产量的影响,为经济作物有效施肥、增产增收提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验时间:2022年1—12月。

试验地点:安徽省合肥市肥东县中盐安徽红四方肥业股份有限公司园区实验室。

1.2 供试材料

供试作物:樱桃萝卜、意大利生菜王、北京高糖脆青萝卜。

供试肥料:普通复合肥(27-5-8)、含改性聚天门冬氨酸复合肥(27-5-8),均由中盐安徽红四方肥业股份有限公司提供。

供试土壤:营养土与蛭石体积比约为5∶1。

供试设备:TYS-B型叶绿素仪,浙江托普云农科技股份有限公司;MICROTEK型根系扫描仪,上海中晶科技有限公司;育苗盘、大白盆、光照培养箱、光照培养架。

1.3 试验设计

试验分别在49.0 cm×37.5 cm×14.5 cm塑料大盆内种植作物,共收获三茬作物,为连茬种植。试验设置对照组(CK,普通复合肥)和试验组(T,含改性聚天门冬氨酸复合肥)2个处理,肥料施用量按100 kg/亩(1亩=667 m2)进行计算,见表1。

表1 盆栽试验设计

1.4 试验方法及测定指标

在育苗盘内进行樱桃萝卜、生菜、青萝卜育苗,待幼苗长出5 cm左右进行移栽。塑料大盆内装土量约8.5 kg(其中营养土1.062 kg,蛭石0.2 kg左右),每次种植前将盆内土壤与肥料充分混匀,表面平整后进行移栽。根据生长空间,每盆移栽5～6棵幼苗,移栽当天浇透水,然后置于光照培养架培养(光照强度40 000 lx;3—6月光照时间为04:00-19:00,10—12月光照时间为06:00-17:00;室温),每隔2天浇等量水。作物生长期内进行叶片叶绿素相对含量等相关指标测定,生长1～2月后进行采摘收获,并测定作物根部、叶片生物量(鲜质量)等相关指标。

叶片叶绿素相对含量(SPAD值)测定:选取外围展开的叶片中部,避开叶脉和有损伤的部位(2个处理叶片选取位置保持基本一致),采用TYS-B型叶绿素仪测定,直接获取叶片的SPAD值和氮含量,结果取平均值。

作物根茎长、根茎直径测定:取收获清洗后的作物根系并平铺于桌面,分别采用直尺(50 cm)、数显简易卡尺(0～15 cm)测定根茎的长和直径。

根表面积的测定:取清洗后生菜根系放置于MICROTEK型根系扫描仪的根盘固定框内,通过根系扫描,采用万深LA-S系列植物图像分析系统获取根表面积数据。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对作物产量的影响

不同施肥处理的3种作物地上部和地下部生物量见表2。

表2 不同施肥处理的3种作物地上部和地下部生物量

由表2可知,与CK处理相比,T处理的樱桃萝卜、生菜和青萝卜产量(鲜质量)分别提高21.94%、35.97%和42.65%。陈秉翼[12]采用3种不同的聚天门冬氨酸盐增效尿素开展的生菜盆栽试验结果表明,添加聚天门冬氨酸盐能提高生菜产量20.51%～31.50%。这可能是聚天门冬氨酸盐促进了生菜对氮素的吸收,提高了氮肥利用率。丁俊洋等[13]、黄毅[14]、唐会会[3]在番茄、黄瓜、玉米等多种作物上应用聚天门冬氨酸的试验结果也表明,聚天门冬氨酸通过提高植株根系对氮素的吸收利用,可促进植株叶片的生长发育,增强光合作用,从而提高作物产量。此外,改性聚天门冬氨酸具有极强的螯合、分散、吸附等作用,可富集土壤周围的氮、磷、钾及中微量元素供给植物,促进植物对养分的吸收,从而提高作物产量[2]。

试验表明,三茬作物均体现出较高的增产效果,且增产率逐渐提高,这可能与改性聚天门冬氨酸均衡施用,在较长时间内能保持较高的有效性有关。李建刚等[15]的研究也表明,根施聚天门冬氨酸不仅能够增加前茬玉米产量,对后茬小麦也有明显的增产效果,是一种长效肥料增效剂。

2.2 不同施肥处理对作物根系的影响

T处理的樱桃萝卜和青萝卜的平均根茎长比CK处理的分别提高13.25%和26.14%,平均根茎粗增加11.41%和12.89%,见图1、图2。不同施肥处理的生菜根系指标见图3,与CK处理相比,T处理的生菜根质量增加19.94%,根粗增加32.14%,根表面积增加53.62%。

图1 不同施肥处理的樱桃萝卜根系指标

图2 不同施肥处理的青萝卜根系指标

图3 不同施肥处理的生菜根系指标

试验结果与汪秋云等[10]研究的复合肥中添加聚天门冬氨酸能有效促进玉米根长、根系直径等结果一致。李梦露等[16]发现在基质中添加聚天门冬氨酸能显著提高番茄根系表面积和根系活力,增强根系吸收能力,从而促进幼苗生长。这与试验中添加聚天门冬氨酸的3种经济作物根系粗壮,能提高养分吸收转运能力,从而提高作物产量的结果一致。

2.3 不同施肥处理对作物叶片SPAD值的影响

不同施肥处理的3种经济作物的叶片SPAD值及氮含量见表3。

表3 不同施肥处理的3种经济作物的叶片SPAD值及氮含量

由表3可知,与CK处理相比,T处理的樱桃萝卜和生菜叶片SPAD值分别提高5.9%和18.1%。大量研究显示,肥料中添加聚天门冬氨酸可有效提高谷子[17]、玉米[18]、烤烟[19]等作物氮素的利用效率,能促进植株生长,提高叶片光合作用,从而达到增产增效的目的。

李梦露等[16]研究了聚天门冬氨酸对番茄幼苗生长的影响,结果表明基质中添加聚天门冬氨酸显著提高了番茄幼苗叶片净光合速率和叶绿素等含量,促进了光合产物的积累,其主要原因可能是聚天门冬氨酸增强了根系对土壤养分的吸收能力,增加了镁、锰、锌等有益于植株光合作用的元素积累量,从而提高了叶片的SPAD值。

2.4 不同施肥处理对3种作物经济效益的影响

2个处理除了施肥成本不同外,人工费用及其他投入均相同(不列入计算)。按试验用普通复合肥价格3.05元/kg、含改性聚天门冬氨酸复合肥3.16元/kg,樱桃萝卜、生菜、青萝卜售卖价格分别为7、3、2元/kg,计算2个处理3种作物的经济效益,见表4。其中产值根据实验室盆栽产量数据推算,与实际田间栽培可能存在一定差异。

表4 不同施肥处理的3种作物经济效益 元/亩

由表4可知,与CK处理相比,T处理的樱桃萝卜、生菜、青萝卜每亩增收661.7、1 068.1、1 353.8元,增收幅度为23.96%～46.76%。

杨启航等[19]研究了减氮配施聚天门冬氨酸对烤烟氮素代谢及吸收利用的影响,发现减氮配施聚天门冬氨酸处理的各项经济性状指标均优于CK处理的,产量与产值分别提高5.18%和8.35%,表明聚天门冬氨酸不仅可以弥补因减少氮肥施用产生的不利影响,还能取得增产增收的效果,具有极高的经济价值。许焱炜等[8]的研究结果也表明,施用含聚天门冬氨酸尿素能提高水稻有效成穗数、结实率和籽粒饱满度,与普通尿素相比,同等施肥量时净增效益105.6元/亩;施肥总量减10%时,净增效益仍达4.4元/亩。

3 结语

改性聚天门冬氨酸增效剂具有相对分子质量大、分子结构侧链长、肽键稳定、螯合吸附和传导能力强等特点,在樱桃萝卜、生菜和青萝卜上连茬施用含改性聚天门冬氨酸复合肥,与等养分普通复合肥相比,作物根系粗壮,叶片光合作用强,产量分别提高21.94%、35.97%和42.65%,每亩净增收益661.7、1 068.1、1 353.8元,具有较好的经济、社会和环境效益。