復合氨基酸增效劑與尿素配施對水稻幼苗 生長及土壤氮素的影響

葛明慧，章力干，齊永波，張國漪，蔣 東，程 林

（農(nóng)田生態(tài)保育與污染防控安徽省重點實驗室，安徽農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036）

氨基酸發(fā)酵尾液是在工業(yè)化生產(chǎn)氨基酸的過程中產(chǎn)生的發(fā)酵尾液，含有植物生長發(fā)育所需的氮磷鉀以及大量的游離氨基酸等活性有機小分子物質(zhì)［1］。氨基酸是一種可以直接被植物吸收的有機 物［2］，被作物吸收后還可以清除植物體內(nèi)活性氧自由基，有刺激和調(diào)節(jié)作物生長發(fā)育和提高作物抗逆性的功能［3］。近年來氨基酸發(fā)酵尾液作為一種廉價易得的農(nóng)用有機資源應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，已受到廣泛關(guān)注［4-5］。尿素作為目前我國用量最多的氮肥品種，在糧食生產(chǎn)過程中發(fā)揮著不可替代的作用［6-7］。目前，我國尿素年均消費量高、利用率低、肥效期短等弊端日益突出，而且不合理施用尿素帶來的環(huán)境污染和資源浪費等問題也十分嚴重［8-10］。因此，研究尿素增值增效技術(shù)，節(jié)約尿素投入，提高利用率，延長肥效，對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護都具有十分重要的意義。目前，已有大量研究表 明［9，11-13］，單施氨基酸發(fā)酵尾液或與尿素、復合肥配施后，能夠增加作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，提高肥料的利用效率，改善土壤生物環(huán)境，但是對其增效機理的研究較少。

水稻作為我國重要的糧食作物，在我國有大面積的種植，其產(chǎn)量和品質(zhì)對我國糧食安全起到關(guān)鍵作用［14］。作物苗期的生長狀況對作物的一生及較高經(jīng)濟產(chǎn)量的獲得有重要作用，研究作物苗期氮素吸收特性對指導生產(chǎn)實踐具有重要理論意義［15-17］。本文通過盆栽試驗研究復合氨基酸增效劑與尿素配施對水稻苗期生長發(fā)育及其對土壤養(yǎng)分的影響，探究氨基酸增效尿素在水稻苗期生長發(fā)育過程中的增效機理，以期為提高尿素氮肥利用率，開發(fā)氨基酸作物專用肥料及其在肥料增效領(lǐng)域的科學研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年6月到8月在安徽農(nóng)業(yè)大學農(nóng)萃園實驗基地進行，供試水稻品種為徽兩優(yōu)898，供試土壤為安徽江淮地區(qū)黃褐土，取自安徽省合肥市廬陽區(qū)三十崗的耕層土，基本理化性質(zhì)為：有機質(zhì)10.24 g/kg，全氮0.78 g/kg，有效磷9.35 mg/kg，速效鉀138.6 mg/kg，堿解氮42.4 mg/kg，pH 6.57。供試肥料氮肥為分析純尿素，磷、鉀肥為分析純磷酸二氫鉀和氯化鉀，復合氨基酸增效劑由中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所提供，為氨基酸含量20%液體氨基酸，成分以谷氨酸、賴氨酸、纈氨酸、丙氨酸為主。

1.2 試驗設(shè)計及試驗方法

盆栽試驗共設(shè)置5個處理，（1）不施肥CK1、（2）不施氮肥CK2、（3）尿素U、（4）5%復合氨基酸增效劑A、（5）尿素+5%復合氨基酸增效劑AU，重復3次。盆為長27 cm×寬20 cm×高16 cm的方形塑料盆，每盆裝入4 kg過2 mm篩黃褐土，土壤表面距盆口約5 cm，每盆中埋入4個長寬為12 cm×10 cm根袋，呈四方形分布，將每個根袋中裝入80 g過2 mm篩黃褐土，澆水至飽和狀態(tài)。浸泡平衡一周后，將育好的長勢一致的秧苗移栽到4個根袋里，每穴1株。上述處理的施肥量分別以N、P2O5和K2O計，肥料用量分別為：氮肥0.16 g/kg、磷肥0.08 g/kg、鉀肥0.11 g/kg，為田間施肥量的2倍，復合氨基酸增效劑添加量為施氮量的5%，將氨基酸尿素按每盆施用量以溶液的形式作為基肥一次性施入土壤中。取樣時間為移栽后第7、17、27 d，分別取植株樣品和土壤樣品進行各指標 測定。

1.3 樣品收集與處理

樣品收集時將根袋和水稻苗整體取出后去除根袋，用稱量勺小心取出根際土，再從盆中取3份非根際土，土壤風干后過2 mm篩，用于土壤氮磷鉀含量的測定；用剪刀將水稻地上部剪下，去離子水沖洗干凈后置于105℃烘箱殺青30 min，調(diào)溫75℃烘干至恒重，稱量地上部生物量；將移栽后7 d植株根系先用自來水沖去多余泥土，再用去離子水沖洗后，進行根系掃描。

1.4 樣品測定方法

植株株高采用刻度尺直接測量的方法；葉綠素含量（SPAD）用手持葉綠素儀（SPAD-502）測定；植株樣品和土壤樣品氮含量測定參照《土壤農(nóng)化分析方法》［18］進行測定，全氮用H2SO4-H2O2消煮后，用凱氏定氮儀蒸餾滴定；磷含量測定采用鉬銻抗比色法；鉀含量測定用火焰光度法；氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力［19］；根系掃描用WinRHIZO根系掃描分析系統(tǒng)測定。氮肥利用率公式：氮肥利用率（%）=（施氮處理植株地上部總吸氮量-無氮處理植株地上部總吸氮量）/施氮量×100。

1.5 數(shù)據(jù)分析

相關(guān)數(shù)據(jù)采用Excel 2016，Origin 8.0和SPSS 19. 0軟件進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗生長的影響

圖1（a）是復合氨基酸增效劑對水稻幼苗株高的影響?？梢钥闯?，5個處理不同取樣時間株高排序均為AU>U>A>CK2>CK1。只施增效劑處理（A）與不施肥處理（CK1）相比，3個取樣時間株高增幅分別為11.1%、18.1%和13.3%。尿素-增效劑配施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，3個取樣時間株高增幅分別為10.20%、5.21%和0.26%。表明復合氨基酸增效劑對水稻幼苗株高有促進作用，移栽前期的促進效果更為明顯，且達到5%的顯著性差異水平。

圖1（b）是復合氨基酸增效劑對水稻幼苗地上部干重的影響?？梢钥闯觯S著生長期的延長，各處理水稻地上部干物質(zhì)量不斷積累，施尿素處理（U、AU）地上部生物量顯著高于不施尿素的3個處理。不同取樣時間復合氨基酸增效劑均有增加水稻幼苗地上部干重的作用。只施增效劑處理（A）與不施肥處理（CK1）相比，3個取樣時間地上部干重增幅分別為9.03%、26.1%和24.0%。尿素-增效劑配施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，3個取樣時間地上部干重增幅分別為7.21%、8.80%和10.40%，且達到5%的顯著性差異水平。

圖1（c）是復合氨基酸增效劑對水稻幼苗SPAD值的影響。可以看出，3次取樣施尿素處理（U、AU）水稻SPAD值不斷增加，不施尿素的3個處理在27 d取樣時與17 d相比較SPAD值出現(xiàn)了降低的趨勢。移栽后期復合氨基酸增效劑具有提高水稻幼苗SPAD值的作用。與CK1相比，施用增效劑處理（A）的水稻幼苗移栽后第17和27 d的SPAD值分別增加12.3%和14.8%。尿素-增效劑配施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，水稻幼苗移栽后第17和27 d的SPAD值分別增加3.50%和5.57%。表明復合氨基酸增效劑可提高水稻幼苗葉片葉綠素含量，生長后期效果更加明顯。

圖1 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗生長的影響

由圖1（d）可知，與對照相比，U、AU處理明顯增強了水稻根系活力，3次取樣U處理與不施氮肥（CK2）相比較根系活力分別增加22.3%、12.7%、18.1%。添加氨基酸增效劑對水稻根系活力增加最明顯，3次取樣AU處理與U處理相比根系活力分別增加10.00%、11.00%、5.54%，移栽7和17 d取樣AU處理根系活力與U處理達到顯著性差異水平（P<0.05），表明氨基酸增效劑對水稻生育前期根系活力影響顯著。隨著生育期延長，后期各處理水稻根系活力有所下降。

由表1可以看出，復合氨基酸增效劑對水稻幼苗根系生長有明顯促進作用。5個處理水稻幼苗移栽7 d后總根長、根投影面積、根表面積、根體積、根尖數(shù)和分枝數(shù)依次排序均為AU>U>A>CK2>CK1。與CK1相比，施用增效劑處理（A）根系各項指標的增加均達到5%的顯著性差異水平。尿素與氨基酸增效劑配施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，總根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)、分枝數(shù)均有增加，其中根表面積和根體積的增加最顯著，分別增加16.1%、17.7%。

表1 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗根系指標（移栽后7 d）的影響

2.2 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗養(yǎng)分吸收及氮肥利用率的影響

由圖2可以看出，同一處理不同取樣時間水稻幼苗地上部的氮磷濃度呈先升后降趨勢，鉀濃度呈逐漸降低趨勢。與CK1相比，A處理顯著提高了水稻幼苗地上部的氮磷鉀濃度，氮濃度提高了17.7%～24.5%，磷濃度提高了33.4%～40.3%，鉀濃度提高了9.16%～11.40%。尿素-增效劑配施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，復合氨基酸增效劑能增加水稻幼苗地上部的氮濃度，而增加磷鉀濃度的效果并不顯著。移栽后27 d水稻植株磷鉀含量明顯下降，且U和AU處理沒有顯著差異。

圖2 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗地上部氮磷鉀濃度的影響

圖3 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗地上部氮磷鉀吸收量的影響

由圖3可以看出，水稻幼苗地上部氮、磷、鉀吸收量均隨培養(yǎng)時間的增加而逐漸增多。與CK1相比，施用增效劑處理（A）水稻幼苗地上部氮、磷、鉀吸收量分別增加了32.3%～57.0%、50.7%～74.0%和19.0%～40.5%。尿素-增效劑配 施處理（AU）與只施尿素處理（U）相比，水稻幼苗地上部氮、磷、鉀吸收量分別增加了9.96%～ 27.80%、1.33%～10.30%和11.4%～14.9%。說明復合氨基酸增效劑能夠提高水稻幼苗地上部氮磷鉀累積量。移栽后各時期，復合氨基酸增效劑對氮鉀累積量的促進效果均達到顯著水平，而移栽7 d后，與U相比，AU對磷累積量未表現(xiàn)出顯著性差 異。

復合氨基酸增效劑對水稻幼苗氮肥利用率的影響如表2所示，同等施氮條件下，U處理氮肥利用率為6.08%～28.10%，AU處理氮肥利用率為8.24%～31.50%，3個取樣期，AU處理氮肥利用率均高于U處理，且增幅隨移栽時間延長呈增加趨勢。由此可見，復合氨基酸增效劑能明顯提高水稻幼苗的氮肥利用率。

表2 復合氨基酸增效劑對水稻幼苗氮肥利用率的影響 （%）

2.3 復合氨基酸增效劑對土壤養(yǎng)分的影響

不同處理土壤全氮、有效磷、速效鉀含量的動態(tài)變化見圖4，整體而言，根際和非根際土壤全氮、有效磷、速效鉀含量隨移栽時間延長均呈降低趨勢。從全氮含量變化來看，移栽后第7和17 d根際土低于非根際土，移栽后第27 d，U和AU處理根際土高于非根際土，且AU處理根際土全氮含量高于U處理。從有效磷含量變化來看，移栽后第7和17 d根際土高于非根際土，移栽后第27 d，U和AU處理根際土低于非根際土。與有效磷含量變化趨勢相似，移栽后第7和17 d根際土速效鉀含量高于非根際土，移栽后第27 d，U和AU處理根際土低于非根際土。此外，與CK1相比，A處理能顯著提高根際和非根際土壤全氮、有效磷、速效鉀含量。AU與U處理相比，僅移栽后第7 d非根際土全氮含量有顯著性差異。

圖4 復合氨基酸增效劑對土壤全氮、有效磷、速效鉀含量的影響

3 討論

3.1 氨基酸增效劑對水稻生長發(fā)育的影響

尿素是活性很強的氮肥，施入土壤后在土壤微生物和脲酶等的作用下迅速水解為銨態(tài)氮，除被作物吸收和土壤固持外，容易發(fā)生氣態(tài)或淋溶損失［6］。本研究結(jié)果表明，復合氨基酸增效劑與尿素配施，可明顯促進水稻幼苗生長，增效作用一方面表現(xiàn)為隨移栽時間延長水稻幼苗株高、葉綠素含量（SPAD）、地上部干重和水稻植株氮磷鉀累積吸收量均呈顯著增加趨勢，這一結(jié)果與已有研究相一致，外源氨基酸（單一氨基酸或復合氨基酸）在適宜濃度下能夠促進作物幼苗生長，具體表現(xiàn)為增加株高、調(diào)控根系形態(tài)、促進根系生長、增強作物葉片光合作用等［4，20-22］。于會麗等［20］研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施甘氨酸能顯著促進小油菜生長發(fā)育，提高小油菜株高、葉面積和葉綠素含量，從而增強光合作用。許猛等［13］研究表明施用復合氨基酸制劑能夠促進棉花植株生長，增加葉面積和葉片SPAD值，促進地上部干物質(zhì)的積累，促進棉花對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收利用。另一方面表現(xiàn)為移栽前期可明顯促進水稻根系總根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)等根系生長指標的增加，提高根系活力。原因是復合氨基酸溶液中含有植物生長發(fā)育所需的氮磷鉀以及大量的游離氨基酸、糖分等活性有機小分子物質(zhì)，可直接被植物根系吸收，促進根系生長，主要表現(xiàn)為促進主根生長并增加側(cè)根數(shù)量［4-5，23］。此外，施用氨基酸能夠促進作物對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收。這可能是由于氨基酸能夠直接被植物吸收利用，很快在根部轉(zhuǎn)化為其它含氮物質(zhì)，提高作物體內(nèi)氮含量［24-25］；作為生物刺激素或信號分子的作用［26］；作為生物活性類肥料增效劑，促進作物對養(yǎng)分的吸收利用，提高養(yǎng)分利用率，發(fā)揮多重增效作用［8］。水稻苗期氮肥利用率提高是配施氨基酸增效劑增加肥料氮素生物固持的重要體現(xiàn)。而且，水稻苗期氮素吸收特性對根系、地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有顯著影響。苗期增加氮素積累量（尤其是對早熟品種）有利于分蘗早發(fā)，形成較多的高峰苗數(shù)，從而形成較多的有效穗數(shù)，進而有利于產(chǎn)量的 提高［15，17］。

3.2 氨基酸增效劑對土壤養(yǎng)分的影響

氨基酸增效劑影響?zhàn)B分吸收的機制可以分為通過影響土壤過程和直接影響植物生理來改善植物營養(yǎng)［21］。通過螯合微量營養(yǎng)素，提高植物體內(nèi)微量營養(yǎng)素的遷移率，改變根系形態(tài)；提高硝態(tài)氮同化酶的活性等［27］。本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復合氨基酸增效劑與普通尿素配合施用，可明顯促進水稻幼苗生長，并提高氮素利用率，有利于土壤全氮的積累。杜偉等［28-29］的研究也得到相似結(jié)果：利用谷氨酸尾液為原料開發(fā)的復合氨基酸制劑分別與尿素、磷酸一銨和氯化鉀復混制成的氨基酸復混肥，均提高了肥料表觀利用率。氨基酸與尿素配施處理根際土中氮含量明顯高于非根際土，施用復合氨基酸尿素明顯增加了根際土氮含量，表明土壤中氮有向根際土轉(zhuǎn)移的趨勢，這可能由于氨基酸發(fā)酵尾液中含有的大量游離氨基酸，氨基酸作為有機小分子可直接被植物根系吸收，一方面刺激了根系的生長，增強了根系對土壤中氮素的吸收能力，另一方面刺激根系分泌物的增加，本研究表明氨基酸尿素配施處理根際土中磷含量低于非根際土，由于根系分泌物中含有氨基酸、有機酸等酸性物質(zhì)，促進根際土中磷的活化和植物對磷的吸收和向地上部轉(zhuǎn)化。根系分泌物不僅為根際土壤微生物系統(tǒng)提供能源，還影響著根際微生物的多樣性和豐富度［30］。氨基酸作為優(yōu)質(zhì)氮源，施用含有氨基酸的有機物料可刺激土壤微生物的生長和激發(fā)土壤微生物活性［5，31］。因此根際土中微生物數(shù)量和活性高于非根際土，微生物在增殖過程中，可利用尿素水解釋放的氮作為氮源，將一部分無機氮轉(zhuǎn)化成微生物氮固定在土壤中，從而減少氮素損失，有利于土壤氮素的持久供應(yīng)。陳鴻飛等［32］研究也表明，根際土中酶活性和根際微生物在植物根系的生長和植物養(yǎng)分的吸收過程中發(fā)揮著重要作用。另外，復合氨基酸增效劑對土壤性質(zhì)的影響，尤其是根際土壤微生物數(shù)量和土壤酶活性，間接影響到尿素態(tài)氮在土壤中的轉(zhuǎn)化和去向。復合氨基酸增效劑與普通尿素配施的增效機制可能是多種因素共同作用的結(jié)果，還有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

與不施肥處理相比，施用復合氨基酸增效劑，可明顯促進水稻幼苗生長。在添加5%復合氨基酸增效劑條件下，水稻幼苗株高、葉綠素含量、根系生長、地上部干物質(zhì)積累量和氮磷鉀的累積吸收量均顯著提高。與單施普通尿素相比，復合氨基酸增效劑與普通尿素配合施用，可明顯促進水稻幼苗生長，并提高尿素氮肥利用率，有利于提高水稻根際土土壤全氮含量，因此，復合氨基酸增效尿素可作為增效氮肥進行推廣應(yīng)用。