γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性及肥效研究

揣峻峰，肖 艷，莊鐘娟，王 磊，徐志文

(1.領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司，河北秦皇島 066004；2.河北省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)工程技術(shù)研究中心，河北秦皇島 066004)

γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性及肥效研究

揣峻峰1，2，肖 艷1，2，莊鐘娟1，2，王 磊1，2，徐志文1

(1.領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司，河北秦皇島 066004；2.河北省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)工程技術(shù)研究中心，河北秦皇島 066004)

[目的]研究γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性及肥料效果。[方法]以制備的γ-聚谷氨酸增效尿素和常規(guī)尿素為氮肥，通過(guò)淋溶試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，測(cè)定其對(duì)氮素淋失和小白菜生長(zhǎng)的影響。[結(jié)果]淋溶試驗(yàn)表明，γ-聚谷氨酸增效尿素能使氮素緩慢釋放，減緩氮的流失。盆栽試驗(yàn)顯示，γ-聚谷氨酸增效尿素能顯著提高小白菜的單株鮮重、單株干重和根長(zhǎng)，分別提高了33.6%、48.4%和23.1%；能提高小白菜對(duì)氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素的累積，小白菜的氮、磷、鉀含量分別提高了16.7%、12.0%和9.9%；能提高土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。[結(jié)論]γ-聚谷氨酸增效尿素的保肥效果和在小白菜上的應(yīng)用效果顯著，值得在小白菜種植中推廣應(yīng)用。

γ-聚谷氨酸；尿素；小白菜；淋溶特性；肥效

施用氮肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵，而普通氮肥施入土壤后經(jīng)揮發(fā)、淋溶和反硝化，損失率高達(dá)70%，這種巨大的浪費(fèi)及其對(duì)環(huán)境、水質(zhì)的污染已引起普遍關(guān)注[1-2]。尿素是一種含氮量高、肥效較快的優(yōu)質(zhì)氮肥，是我國(guó)主要的化學(xué)氮肥品種，占氮肥消耗總量的65%左右。但尿素?fù)p失途徑多，施入土壤的尿素經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后，除被作物吸收和土壤固持外，相當(dāng)部分氮素通過(guò)揮發(fā)、硝化、反硝化、徑流和淋溶等途徑損失，我國(guó)氮肥利用效率一直處于較低水平，全國(guó)大田作物氮肥平均利用率僅為30%左右[3-5]。因此，提高氮素的利用率，減少淋溶損失，延長(zhǎng)肥效期，減少環(huán)境污染已成為我國(guó)氮肥研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

提高化肥氮素利用率有多種途徑，通常是添加硝化抑制劑和脲酶抑制劑，以及應(yīng)用包膜技術(shù)制造控釋氮肥等[6-10]。筆者利用γ-聚谷氨酸對(duì)尿素進(jìn)行改性，制成γ-聚谷氨酸增效尿素。γ-聚谷氨酸是通過(guò)微生物發(fā)酵得到的可降解型綠色生物大分子材料，其分子鏈上含有大量活性官能團(tuán)，具有親水性、離子絡(luò)合性、空間結(jié)構(gòu)性等特性，進(jìn)而影響肥料養(yǎng)分的存在，降低養(yǎng)分流失，實(shí)現(xiàn)作物對(duì)養(yǎng)分的快速、高效吸收，提高肥料利用率[11]。另有研究證明，γ-聚谷氨酸作為肥料增效劑，具有促進(jìn)作物養(yǎng)分吸收、減少肥料使用、增加作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)和提高作物抗病能力等功效[12]。因此，γ-聚谷氨酸增效尿素是一種極具應(yīng)用潛力的生物環(huán)保型肥料。筆者通過(guò)淋溶試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，研究了γ-聚谷氨酸對(duì)氮素淋失和小白菜生長(zhǎng)的影響，旨在為γ-聚谷氨酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 γ-聚谷氨酸：領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。γ-聚谷氨酸增效尿素：在普通尿素的生產(chǎn)工藝中加入0.6%γ-聚谷氨酸制得，顆粒狀。供試作物：小白菜，品種為綠冠。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 淋溶試驗(yàn)。采用間歇淋溶法，共設(shè)3個(gè)處理。T1為不施肥的對(duì)照處理(CK1)；T2為加入與γ-聚谷氨酸增效尿素等質(zhì)量的常規(guī)尿素的對(duì)照處理(CK2)；T3稱(chēng)取1.00 g γ-聚谷氨酸增效尿素，與500 g風(fēng)干土(與盆栽用土相同)充分混勻后裝入PVC管中(管高30 cm，內(nèi)徑5 cm，試驗(yàn)前用200目濾布封住底部)。土壤表層用濾布覆蓋，上鋪50 g薄層石英砂防止土壤龜裂。首先用200 mL去離子水將石英砂及土壤濕潤(rùn)，然后每次用100 mL去離子水淋溶，1 d后收集淋溶液，用堿解法測(cè)定氮濃度。淋溶結(jié)束后，測(cè)定土壤堿解氮含量。每處理2次重復(fù)，前后2次間隔3 d。

1.2.2 盆栽試驗(yàn)。盆栽試驗(yàn)于2014年8—10月在河北省秦皇島市領(lǐng)先生物農(nóng)業(yè)股份有限公司溫室大棚進(jìn)行。每盆裝風(fēng)干土2 kg。供試土壤采自溫室大棚外空地，養(yǎng)分狀況：土壤有機(jī)質(zhì)17.1 g/kg，堿解氮119 mg/kg、有效磷110 mg/kg、速效鉀107 mg/kg，pH為7.3。

共設(shè)置3個(gè)處理：W1常規(guī)尿素，用量為0.65 g/盆(CK)；W2γ-聚谷氨酸增效尿素，用量為0.65 g/盆；W3γ-聚谷氨酸增效尿素減量15%，用量為0.55 g/盆。磷酸二氫鉀的用量為0.38 g/盆，氧化鉀用量為0.14 g/盆。每處理4次重復(fù)，隨機(jī)排列。

盆栽作物為小白菜，于2014年8月5日播種，每盆種植6株，待齊苗后定植到3株，測(cè)定葉綠素含量、株高，收獲期稱(chēng)重計(jì)每盆小白菜的鮮重，烘干后稱(chēng)干物質(zhì)重之后粉碎，檢測(cè)氮、磷、鉀含量。收獲期一并采集土樣，測(cè)定pH、土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及繪圖；采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)及多重比較(Duncan 法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 淋溶試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同處理對(duì)淋溶液氮濃度的影響。從圖1可知，CK1淋溶曲線(xiàn)較為平緩，隨著淋溶次數(shù)的增加，淋溶液的氮濃度逐漸降低，最后趨近于0。處理T3與CK2的淋溶曲線(xiàn)變化趨勢(shì)相似，其淋溶液氮濃度的前3次下降幅度較大，3次以后趨于平緩，且始終保持較高的氮淋出量。其中，處理T3前2次淋溶液氮濃度低于CK2，之后的氮濃度值均高于CK2。這表明與常規(guī)尿素相比，γ-聚谷氨酸增效尿素能夠緩慢釋放養(yǎng)分，延長(zhǎng)肥效，提高氮的利用率。

圖1 不同處理的淋溶液氮濃度變化Fig.1 Comparison of nitrogen concentration in different treatments of leachate

2.1.2 不同處理對(duì)淋溶后土壤氮含量的影響。經(jīng)測(cè)定，淋溶前土壤中堿解氮含量為119 mg/kg，淋溶后CK1為67 mg/kg，CK2為169 mg/kg，處理T3為225 mg/kg。由此可知，相比于淋溶前土樣，CK1的堿解氮含量降低明顯，CK2和處理T3由于添加了尿素，堿解氮含量有所提高。相比于CK2，處理T3土壤堿解氮含量有所提高，表明γ-聚谷氨酸增效尿素能夠減少氮素的流失，提高氮的利用效率。

2.2 盆栽試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同處理對(duì)小白菜農(nóng)藝性狀的影響。由表1可知，相比于CK，處理W2、W3均能增加小白菜的單株鮮重、單株干重、株高和根長(zhǎng)，其中處理W2的單株鮮重、單株干重和根長(zhǎng)增加顯著，分別提高了33.6%、48.4%和23.1%；各處理的葉綠素含量相差不大，且差異不顯著。

表1 不同處理小白菜農(nóng)藝性狀比較

Table 1 Comparison of agronomic traits of pakchoi in different treatments

處理Treatment單株鮮重Freshweightperplantg單株干重Dryweightperplantg株高Plantheightcm根長(zhǎng)Rootlengthmm葉綠素含量ChlorophyllcontentSPADW1(CK)17．85b1．59b16．83a49．11c30．81aW223．85a2．36a18．52a60．44a32．53aW319．32ab1．97ab17．20a54．22b29．76a

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.2 不同處理對(duì)小白菜養(yǎng)分累積的影響。由表2可知，相比于CK，處理W2能增加小白菜的氮、磷、鉀含量，分別提高了16.7%、12.0%和9.9%，尤其氮、磷、鉀總量增加明顯，且達(dá)到差異顯著水平；處理W3的氮、磷含量略有降低，鉀含量略有增加，差異不顯著。這說(shuō)明在等氮量的條件下，γ-聚谷氨酸增效尿素比常規(guī)尿素更能促進(jìn)小白菜對(duì)養(yǎng)分的吸收。處理W2吸收氮、磷、鉀養(yǎng)分總量顯著高于CK，處理W3吸收氮、磷、鉀養(yǎng)分總量也高于CK，但與CK相比差異不顯著。

表2 不同處理小白菜養(yǎng)分含量比較

Table 2 Comparison of nutrient content in pakchoi in different treatments

處理Treatment氮含量Nitrogencontent%磷含量Phosphoruscontent%鉀含量Potassiumcontent%氮、磷、鉀總量Totalcontentofnitrogen，phosphorusandpotassiummg/盆W1(CK)2．70b0．25b1．62a217．53bW23．15a0．28a1．78a369．39aW32．55b0．24b1．67a264．03ab

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.3 不同處理對(duì)土壤農(nóng)化性狀的影響。由表3可知，CK的pH低于試驗(yàn)前土壤，處理W2、W3的pH與試驗(yàn)前土壤相差不大，基本保持穩(wěn)定。相比于試驗(yàn)前土壤，各處理的土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量均所增加，其中處理W2的有機(jī)質(zhì)含量和速效鉀含量最高，分別較CK高9.4%和21.2%。相比于試驗(yàn)前土壤，CK的堿解氮含量、有效磷含量略有降低，處理W2、W3的堿解氮含量、有效磷含量有所增加，處理W2的堿解氮和有效磷含量最高，相比于試驗(yàn)前土壤增加了10.3%和3.3%。各處理的堿解氮和有效磷含量從大到小依次為W2、W3、試驗(yàn)前土壤、CK。這表明γ-聚谷氨酸增效尿素能增加土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量，可為小白菜生長(zhǎng)提供充足養(yǎng)分，有利于小白菜的生長(zhǎng)發(fā)育。

表3 試驗(yàn)前后土壤農(nóng)化性狀測(cè)定結(jié)果

Table 3 Determination results of soil chemical properties before and after test

處理TreatmentpH有機(jī)質(zhì)Organicmatterg/kg堿解氮Alkali?hydrolyzablenitrogenmg/kg有效磷Availablephosphorusmg/kg速效鉀Availablepotassiummg/kg試驗(yàn)前7．2517．1119．00110．84107．60BeforetestW1(CK)7．0918．3118．42106．70127．69W27．3118．7131．25114．52130．37W37．2618．5127．75113．92129．70

3 結(jié)論與討論

(1)淋溶試驗(yàn)表明，γ-聚谷氨酸增效尿素前2次淋溶液的氮濃度低于常規(guī)尿素處理，之后淋溶液氮濃度均高于常規(guī)尿素處理，且保持較高的氮淋出量。對(duì)淋溶后土壤堿解氮含量進(jìn)行測(cè)定，γ-聚谷氨酸增效尿素處理的土壤堿解氮含量比對(duì)照有所提高。γ-聚谷氨酸增效尿素能夠緩慢釋放養(yǎng)分，減緩氮素的流失，延長(zhǎng)肥效，提高氮的利用效率。

(2)盆栽試驗(yàn)表明，施用γ-聚谷氨酸增效尿素能提高小白菜的單株鮮重、單株干重、株高和根長(zhǎng)，同時(shí)能提高小白菜對(duì)氮、磷、鉀的累積，提高肥料利用率，促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)發(fā)育。γ-聚谷氨酸增效尿素能改善土壤農(nóng)化性狀，增強(qiáng)土壤緩沖性，提高土壤養(yǎng)分含量，為小白菜的生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的環(huán)境和養(yǎng)分供應(yīng)。

(3)綜合γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性和肥效試驗(yàn)結(jié)果，γ-聚谷氨酸增效尿素的保肥效果和在小白菜上的應(yīng)用效果顯著，值得在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。參考文獻(xiàn)

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Study on the Fertilizer Efficiency of γ-polyglutamic Acid Urea and Its Eluviation Characteristics

CHUAI Jun-feng1,2, XIAO Yan1,2, ZHUANG Zhong-juan1,2et al

(1. Qinhuangdao Leading Biological and Agricultural Limited Company, Qinhuangdao, Hebei 066004; 2. Agricultural Biotechnology Engineering Technology Research Center of Hebei Province, Qinhuangdao, Hebei 066004)

[Objective] The aim was to evaluate the fertilizer efficiency of γ-polyglutamic acid urea and its eluviation characteristics. [Method] The γ-polyglutamic acid urea and ordinary urea were used as nitrogen fertilizer. The effect on nitrogen leaching and the growth of pakchoi was studied by leaching test and pot experiment. [Result] The eluviation experiment showed that γ-polyglutamic acid urea could accelerate the release of nitrogen and slow down the loss of nitrogen.The pot experiment indicated that γ-polyglutamic acid urea could significantly increase the fresh weight, dry weight and root length of the pakchoi by 33.6%, 48.4% and 23.1%. Moreover, the contents of nitrogen, phosphorus and potassium in pakchoi were increased by 16.7%, 12.0% and 9.9% respectively and the contents of organic matter, available nitrogen, phosphorus and potassium in soil were increased by applying γ-polyglutamic acid urea. [Conclusion] The γ-polyglutamic acid urea can reduce nitrogen-leaching and promote the growth of pakchoi. It is worth popularizing and applying γ-polyglutamic acid urea in pakchoi cultivation.

γ-polyglutamic acid; Urea; Pakchoi; Eluviation characteristics; Fertilizer efficiency

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(14222910D)；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(15226415D)。

揣峻峰(1987- )，男，河北秦皇島人，農(nóng)藝師，碩士，從事新型肥料研發(fā)與應(yīng)用研究。

2016-10-31

S 143.1

A

0517-6611(2016)35-0137-03