γ-聚谷氨酸發(fā)酵液對小白菜生長及氮磷肥料利用率的影響

何 宇，呂衛(wèi)光，李雙喜，鄭憲清，張翰林，張娟琴，張海韻，白娜玲，*，劉善良

(1.上海海洋大學(xué) 海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306； 2.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境保護研究所，上海 201403； 3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學(xué)觀測試驗站，上海 201403； 4.上海市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護監(jiān)測站，上海 201403； 5.上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室，上海 201403； 6.時科生物科技(上海)有限公司，上海 201108)

我國是世界上第一大蔬菜生產(chǎn)和消費國，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本任務(wù)。早在十年前，我國人均年蔬菜占有量就達到440 kg，而世界人均年蔬菜占有量僅為240 kg。肥料中包含植物生長所必需的氮磷鉀等營養(yǎng)元素，因此，為滿足蔬菜種植需求，獲得較高的產(chǎn)量，肥料的投入量日漸增長。我國氮肥的用量已在30年間增加了近4倍，占全球氮肥用量的30%左右[1]。但邊際收益遞減理論表明，持續(xù)增加化肥用量，并不能促進肥效的發(fā)揮[2]和有效保證糧食增產(chǎn)。過剩的養(yǎng)分不僅降低了蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，降低肥料利用率，還會加劇土壤酸化，并通過揮發(fā)、淋溶等途徑進入大氣和水體，造成養(yǎng)分的流失，引發(fā)嚴重的環(huán)境問題[3]。雖然在我國開展化肥使用量零增長行動后，化肥施用量已出現(xiàn)逐年降低的趨勢，肥料利用率也提升了5%[4]，但相較歐美發(fā)達國家，我國肥料偏生產(chǎn)力和當(dāng)季利用率仍處于較低水平。

在國家大力推進綠色投入品的研發(fā)和應(yīng)用背景下，具有環(huán)境友好、綠色高效的微生物肥料被廣泛運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。可利用微生物自身或其發(fā)酵產(chǎn)次級代謝物的功能性，直接或間接地提高土壤有效養(yǎng)分可利用性，達到促生效果[5]。γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid，γ-PGA)作為一種環(huán)境友好型高分子聚合物，早在20世紀30年代就被發(fā)現(xiàn)于炭疽芽孢桿菌(Bacillusanthracis)的莢膜中[6]，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其具有多種優(yōu)良性能，在醫(yī)藥、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。因γ-PGA良好的生物降解性，在醫(yī)藥方面被用作制備藥物載體，解決了天然藥物難溶、不穩(wěn)定所造成的藥物利用率低這一難題[7]；γ-PGA還具有良好的吸水性和黏結(jié)性，可利用生產(chǎn)菌株發(fā)酵制備γ-PGA，將其作為污水處理中的絮凝劑使用，絮凝活性較佳[8]。γ-PGA本身含有大量游離的親水性負電α-羧基和氫鍵，因此有極強的吸附特性，負電羧基與土壤養(yǎng)分離子進行吸附交換的能力遠高于土壤本身[9]，且能有效阻止肥料養(yǎng)分與土壤微量元素結(jié)合，大大減少養(yǎng)分淋失，提高肥料利用率，因此常用作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的肥料增效劑和緩釋劑。王進[10]將枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物直接作為菌肥施用，試驗結(jié)果表明，添加菌肥與不添加菌肥相比，植株生長明顯，產(chǎn)量高30.4%，株高和莖粗也明顯優(yōu)于后者，既促進了植物生長又達到了肥料減量的效果。筆者前期研究發(fā)現(xiàn)，低γ-PGA施用量對作物增產(chǎn)及肥料利用率提高亦有顯著影響[11]。γ-PGA提升作物養(yǎng)分利用，改善土壤環(huán)境的作用早已得到驗證，但現(xiàn)有研究多針對γ-PGA純品對農(nóng)作物和土壤的影響，但純品的制備過程大多需要提取、純化等繁瑣的流程，在這一過程中也不可避免地會有部分產(chǎn)物的損失。目前，對于直接施用含有活性菌體的γ-PGA發(fā)酵液的研究較少，如果可以驗證其肥效，不僅可在工藝上簡化流程，降低制備成本，保證有效成分的同時也可推動綠色投入品的研究和應(yīng)用?；诖?，本研究從減氮增產(chǎn)角度出發(fā)，利用篩選到的γ-PGA高產(chǎn)菌枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilissp. A-5)制備γ-PGA純品和發(fā)酵液，設(shè)計小白菜盆栽試驗，研究其對小白菜品質(zhì)和產(chǎn)量、土壤環(huán)境和養(yǎng)分的影響，通過計算肥料利用率和經(jīng)濟效益，驗證γ-PGA發(fā)酵液直接作為菌肥的可行性，為提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和綠色可持續(xù)生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行試驗站(30°53′N，121°23′E)，土壤基本理化性質(zhì)分別為：pH值7.78，有機質(zhì)含量13.80 g·kg-1，全氮含量0.9 g·kg-1，全磷含量1.6 g·kg-1，速效氮含量72.02 mg·kg-1、速效磷含量20.74 mg·kg-1。供試小白菜品種為上海青，生育期60 d。供試無機肥料為尿素(純N ≥ 46%)、過磷酸鈣(P2O5≥ 12%)和氯化鉀(K2O ≥ 60%)。試驗所用γ-PGA和發(fā)酵液均由本實驗室分離保存的Bacillussubtilissp. A-5制得。

LB培養(yǎng)基：酵母抽提物5 g，胰蛋白胨10 g，氯化鈉10 g，1 L蒸餾水，調(diào)pH值至7.0，121 ℃滅菌20 min；發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖40 g，谷氨酸鈉40 g，酵母抽提物5 g，MgSO40.25 g，K2HPO42 g，1 L蒸餾水，調(diào)pH至7.2，115 ℃滅菌10 min。

發(fā)酵液的制備：將Bacillussubtilissp. A-5單菌落接種于LB液體培養(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)12～24 h，制得菌體母液。將Bacillussubtilissp. A-5母液以5%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，37 ℃下200 r·min-1培養(yǎng)2 d，制得發(fā)酵液。

γ-PGA純品的制備：將發(fā)酵液用濃鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至2.0～4.0，4 ℃下12 000 r·min-1離心20 min，去除菌體，上清液中加入3倍體積的預(yù)冷無水乙醇，搖晃至產(chǎn)生沉淀，4 ℃靜置過夜；8 500 r·min-1離心15 min，去除上清液，將沉淀用去離子水復(fù)溶，透析12 h，透析結(jié)束后使用真空冷凍干燥法進行干燥處理，制得γ-PGA純品。其中γ-PGA產(chǎn)量為34.21 g·L-1，轉(zhuǎn)化率超過75%，分子量約為4 600 ku。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗，盆缽規(guī)格67.5 cm×17.0 cm×15.0 cm，每盆裝土10 kg。試驗共設(shè)置5個處理：(1)不施肥—CK；(2)常規(guī)施肥—CF；(3)減30%氮肥—-N；(4)減30%氮肥+γ-PGA純品—-N+PGA；(5)減30%氮肥+產(chǎn)γ-PGA發(fā)酵液—-N+FJY。其中，γ-PGA施用量為60 mg·kg-1，發(fā)酵液為A-5菌株在發(fā)酵培養(yǎng)基中37 ℃培養(yǎng)2 d而得，根據(jù)γ-PGA濃度和所需純品量折算施用量。試驗采用隨機區(qū)組排列，每個處理設(shè)置4個重復(fù)。待植株長出3個葉片后進行間苗，每盆保苗7棵。各處理具體施肥量見表1。γ-PGA純品氮磷鉀含量：N 0.15%， P2O50.11%， K2O 0.41%；發(fā)酵液氮磷鉀含量：N 0.3%， P2O50.16%， K2O 0.11%，γ-PGA純品和發(fā)酵液中氮磷鉀不會對整個實驗存在干擾。

表1 各處理肥料添加量

1.3 測定內(nèi)容及方法

小白菜收獲時，使用SPAD-502P葉綠素儀測定植株葉片葉綠素相對含量(SPAD)，并收取盆中所有小白菜測定質(zhì)量，并按盆缽面積折算為每公頃產(chǎn)量。采用2，4-二硝基苯肼法測定植株維生素C(VC)含量，水楊酸法測定植株硝態(tài)氮(NO3-N)含量[12]。植株在105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，稱取干物質(zhì)質(zhì)量并研磨過篩；硫酸-過氧化氫法消煮后，植株全氮(P-TN)用凱氏定氮法測定，全磷(P-TP)用釩鉬黃比色法測定[13]。

用直徑4 cm的不銹鋼采土器采集0～20 cm土壤樣品，將其裝入自封袋中，做好標(biāo)記，帶回實驗室風(fēng)干后過篩，用于測定土壤理化指標(biāo)。土壤理化性質(zhì)測定方法[14]：凱氏定氮法-自動定氮儀測定全氮(S-TN)含量，高氯酸-硫酸-鉬藍比色法測定全磷(S-TP)含量，重鉻酸鉀-硫酸消化法測定有機質(zhì)(SOM)含量，氯化鈉浸提-蒸餾法測定速效氮(S-AN)含量，0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定速效磷(S-AP)含量[15]；蔗糖酶(S-SC)活性采用3，5-二硝基水楊酸法測定，以每天每克土樣中產(chǎn)生1 mg還原糖為單位，脲酶(S-UE)活性采用靛酚藍比色法測定，以每天每克土樣中產(chǎn)生1 μg NH3-N為單位，過氧化氫酶(S-CAT)活性采用過氧化氫-硫酸銅比色法測定，以每天每克風(fēng)干土樣催化1 μmol H2O2降解定義為一個酶活力單位。

1.4 相關(guān)指標(biāo)計算與數(shù)據(jù)處理

氮肥偏生產(chǎn)力(partial factor productivity of applied N， PFPN)=施氮區(qū)產(chǎn)量×肥料用量-1；

氮肥農(nóng)學(xué)效率(agronomic efficiency of applied N， AEN)=(施氮區(qū)產(chǎn)量-空白區(qū)產(chǎn)量)×施氮量-1；

氮肥當(dāng)季利用率(nitrogen use efficiency， NUE)=(施肥區(qū)養(yǎng)分含量×植株干重-空白區(qū)養(yǎng)分含量×植株干重)×100%×施肥量-1；

磷素相關(guān)計算方法同氮素。

使用Microsoft Excel對原始數(shù)據(jù)進行初步整理，SPSS 16.0軟件進行單因素方差分析，Origin 2021軟件繪制結(jié)果圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

各處理不同程度地影響了小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)(表2)。與不施肥CK相比，施肥處理均顯著提高了小白菜產(chǎn)量，其中，-N+FJY處理的產(chǎn)量和葉面積均顯著大于其他處理(P<0.05)，產(chǎn)量分別是CK、CF、-N和-N+PGA處理的163.81%、115.10%、137.63%、114.50%，葉面積分別是CK、CF、-N和-N+PGA處理的2.31、1.77、1.80、1.46倍，具有良好的促生效果。-N+PGA處理的產(chǎn)量相較-N處理增加20.19%(P<0.05)，相較未減氮肥的CF處理無顯著性差異(P>0.05)。人體從蔬菜中攝入的硝酸鹽量占隨食物攝入量的80%，因此，硝酸鹽(NO3-N)含量是評價蔬菜品質(zhì)的重要指征；常規(guī)施肥CF處理下NO3-N含量顯著高于其他處理(P<0.05)，出現(xiàn)硝酸鹽富集現(xiàn)象；其次為-N+PGA和-N+FJY處理，-N處理(-N、-N+PGA和-N+FJY)則顯著降低了NO3-N含量，結(jié)果與CK相近。測定植物的氮、磷含量可了解植物生長狀況和養(yǎng)分需求；各施肥處理P-TN含量均有所增加，分別較CK提高11.78、10.37、12.49和12.85 g·kg-1，但CF、-N、-N+PGA和-N+FJY處理之間差異不顯著；P-TP(P2O5)含量與P-TN結(jié)果大體一致，含量大小為-N+FJY>-N+PGA>-N>CF>CK，-N+FJY處理可更好地促進植株對磷的積累。與CK相比，CF、-N、-N+PGA和-N+FJY處理均提高了小白菜葉綠素相對含量，但CF、-N、-N+PGA和-N+FJY處理之間無顯著差異。各處理對維生素C含量無顯著影響。

2.2 不同處理對土壤理化性質(zhì)及酶活性的影響

土壤氮、磷含量是指征土壤肥力，評價施肥合理性的根據(jù)。如圖1所示，CF、-N、-N+PGA和-N+FJY處理對土壤全氮(S-TN)、土壤全磷(S-TP)和土壤速效磷(S-AP)含量均有不同程度的影響。相對于CK和-N處理，CF、-N+PGA和-N+FJY處理下S-TN含量顯著提高(P<0.05)，-N+PGA和-N+FJY處理下S-TN含量差異較小，數(shù)值上僅相差0.01 g·kg-1。-N處理的S-TN含量雖然也較CK有所增加，但與CK間并無顯著差異。減施氮肥(-N、-N+PGA和-N+FJY處理)對S-TP含量影響不明顯，S-TP含量最高的是-N+PGA處理(1.75 g·kg-1)，相較含量最低的CK增加了48.31%。-N+PGA處理下的S-AP含量顯著高于其他處理(P<0.05)，但-N+FJY處理的S-AP含量低于其他施肥處理，與不施肥的CK含量相近。各處理間S-AN未見顯著變化。

表2 不同處理對小白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

圖1 不同處理對土壤氮磷含量的影響Fig.1 Effect of different treatments on N/P content of soil

由表3可知，-N+PGA和-N+FJY處理下土壤pH值最低，顯著低于CF處理(P<0.05)，CK、-N與CF處理相比pH值未見明顯變化。土壤有機質(zhì)(SOM)與土壤肥力密切相關(guān)，通常呈正相關(guān)性；-N和-N+PGA處理顯著提高了收獲季SOM含量，而CF處理低于CK處理，證明了大量單施化肥會導(dǎo)致有機質(zhì)降低這一結(jié)論[16]；微生物可以分降土壤有機質(zhì)，釋放大量營養(yǎng)成分，-N+FJY處理在SOM出現(xiàn)的差異，可能由于菌體的存在促進植物生長而引起土壤貧瘠所導(dǎo)致(表2)。酶活性方面，土壤過氧化氫酶活性未見顯著差異，大體保持在45.29～47.65 μmol·d-1·g-1；減氮可提高土壤中蔗糖酶(S-SC)活性，在-N+PGA處理中，S-SC較CK高出66.48%；-N+FJY處理下，脲酶活性較其他處理顯著提高137.24%(CK)、38.13%(CF)、28.91%(-N)、15.46%(-N+PGA)。

表3 不同處理對土壤理化性質(zhì)和酶活性的影響

2.3 肥料利用率和生產(chǎn)效益

根據(jù)1.4節(jié)中方法計算肥料偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和當(dāng)季利用率的結(jié)果如表4所示。肥料偏生產(chǎn)力表示投入單位肥料所收獲的作物產(chǎn)量，是肥料施用量和產(chǎn)量的直接比值，受肥料施用量的影響[17]。本實驗中，-N處理的PFPN顯著高于CF處理，符合隨著氮肥用量的降低，PFPN呈逐漸增加的趨勢，而在-N處理的前提下，-N+PGA和-N+FJY處理提高了土壤養(yǎng)分含量，又進一步提高了PFPN，結(jié)果為-N+FJY>-N+PGA>-N；減少總施氮量是常見的減肥措施，本試驗中各處理下磷肥施用量一致，但PFPP呈現(xiàn)-N+FJY>-N+PGA>CF>-N的趨勢，其中-N+FJY較-N處理高出37.63%(P<0.05)。農(nóng)學(xué)效率指示單位肥料施加量所產(chǎn)生的產(chǎn)量增加值[18]，呈現(xiàn)的趨勢與偏生產(chǎn)力較一致。肥料當(dāng)季利用率方面，-N+FJY處理的NUE和PUE顯著高于其他處理(P<0.05)，分別為52.15%和8.03%；-N+PGA處理下NUE(42.55%)顯著高于CF(28.00%)和-N處理(28.48%)，而PUE則無明顯差別。

表4 不同處理下肥料偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和當(dāng)季利用率

小白菜按照市場均價6元·kg-1，為方便計算，將盆栽肥料使用量換算為每公頃田間施肥量。γ-PGA純品價格參照西安全奧生物科技有限公司99% γ-PGA的售價300元·kg-1。γ-PGA發(fā)酵液因沒有涉及純化等步驟，因此按照γ-PGA純品成本價的80%計算。不同處理下小白菜種植的經(jīng)濟效益見表5。簡要計算后結(jié)果表明，CF處理氮肥用量比-N處理多30%，而凈產(chǎn)值只高出-N處理19.47%；-N+FJY處理的凈產(chǎn)值為所有處理中最高，較CK增收約4.81萬元·hm-2，較CF處理增收0.85萬元·hm-2；與-N處理凈產(chǎn)值相比，-N+PGA增加6.58%，-N+FJY增加26.93%，說明含有活性Bacillussubtilissp.A-5的發(fā)酵液處理有更高的經(jīng)濟效益。

表5 不同處理下的小白菜種植經(jīng)濟效益

3 討論

小白菜生長周期短，富含維生素、纖維素和礦物質(zhì)，具有降血脂等功效，是最常見的蔬菜之一。但在種植過程中，往往肥料投入量是蔬菜生產(chǎn)理論需肥量的數(shù)倍，造成產(chǎn)量、品質(zhì)下降和資源的浪費。研究表明，將γ-PGA作為微生物肥料施用，可明顯提高作物的葉面積和產(chǎn)量，減少化學(xué)肥料使用量[19-20]。目前，利用微生物發(fā)酵法可獲得濃度、品質(zhì)較高的γ-PGA，文獻報道的γ-PGA發(fā)酵菌株多為芽孢桿菌類，是重要的微生物資源。本實驗使用的枯草芽孢桿菌A-5具有較高的γ-PGA生產(chǎn)能力，施用通過它發(fā)酵制得的γ-PGA純品和γ-PGA發(fā)酵液，小白菜產(chǎn)量和養(yǎng)分均大幅度提升，但發(fā)酵液的效果要高于γ-PGA純品，因此，我們初步推測，施加γ-PGA發(fā)酵液的促生效果要優(yōu)于γ-PGA，而γ-PGA純品需要發(fā)酵液經(jīng)過純化、干燥等處理才能制得，因此使用發(fā)酵液也可以在一定程度上降低成本。出現(xiàn)這樣的結(jié)果，可能是因為發(fā)酵液中不僅含有可促生的γ-PGA成分，同時存在大量活性菌株B.subtilissp. A-5，其可在土壤中穩(wěn)定存在，并進一步活化土壤養(yǎng)分，增強植株光合作用，從而增加作物產(chǎn)量[21-22]。具體機制需要后續(xù)通過qPCR、高通量測序等手段進行分析。

蔬菜是極易富集硝酸鹽的作物，我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中污染物限量未規(guī)定硝酸鹽的限量值，因此根據(jù)WHO/FAO規(guī)定的ADI值為參照提出的蔬菜硝酸鹽污染程度及食用安全性評價成為該指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)酵液處理后的小白菜硝態(tài)氮含量遠低于我國規(guī)定最低限值(<432 mg·kg-1)，符合安全標(biāo)準(zhǔn)；而常規(guī)施肥(CF)處理中小白菜硝態(tài)氮含量為439.03 mg·kg-1，超過了最低限值，需要引起重視。本實驗還發(fā)現(xiàn)，施氮量和硝態(tài)氮含量存在一定正相關(guān)性，說明供氮水平可影響蔬菜的硝酸鹽累積量，這與前人的研究結(jié)論一致[23]。另外，微生物菌劑中存在的大量活性菌株也有一定降低硝酸鹽含量的作用[24]。因此，在生產(chǎn)中控制施氮量，可有效降低硝酸鹽的積累，配合微生物菌劑的使用，以保證蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量。

土壤有機質(zhì)是指征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和維持土壤肥力的重要指標(biāo)。施氮水平會顯著影響土壤有機質(zhì)含量，改變微生物群落組成，而微生物可以分解土壤中的有機質(zhì)，釋放各種營養(yǎng)成分[25]，保障作物的正常生長代謝。王文靜等[26]和劉學(xué)彤等[27]都指出，相較低量施氮，高量施氮并不利于土壤有機質(zhì)的積累和養(yǎng)分的釋放，本實驗結(jié)果與上述結(jié)論相一致，強調(diào)了合理施氮的重要性。土壤酶活性是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，土壤蔗糖酶和脲酶的活性會隨微生物菌劑的添加而提升[25]。實驗結(jié)果表明，在γ-PGA生產(chǎn)菌株存在條件下，γ-PGA對土壤脲酶活性的影響作用更突出。而脲酶對尿素轉(zhuǎn)化過程起到關(guān)鍵性作用，反映土壤供氮能力[28]；結(jié)合發(fā)酵液處理后小白菜和土壤中的全氮含量結(jié)果，推斷微生物利用自身生命活動提高土壤根系生物量和酶活性，而γ-PGA的存在為土壤養(yǎng)分和植株建立橋梁，增強了植物對養(yǎng)分的吸收能力，從而提高了植物生物量和肥料利用率。這也進一步說明，土壤酶活性對蔬菜生長中土壤養(yǎng)分的供給有較大的影響作用。過氧化氫酶作為指征土壤分解過氧化氫能力的酶，施用γ-PGA或菌劑后過氧化氫酶活性也會隨之提高[29-30]。本實驗結(jié)果的不同可能是由于，在植株生長發(fā)育前期，來自真菌或者植物根系的有毒過氧化氫在過氧化氫酶分解下含量降低，從而使過氧化氫酶的活性也隨著作物的成熟而逐漸降低[31]，微生物在土壤中的生命活動會積累過氧化物，促進酶反應(yīng)的進行，-N+FJY處理過氧化氫酶的提升可能與存在活性菌株A-5有關(guān)，因此需要增加取樣次數(shù)，在不同生長周期采樣以明確酶活性在小白菜生育期的變化規(guī)律。

γ-PGA可以減少化肥的施用量，因此被認為是一種可持續(xù)農(nóng)業(yè)的有效實踐。劉樂等[32]研究復(fù)合肥和γ-PGA配施對盆栽菠菜的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，結(jié)果表明，0.1%的γ-PGA可顯著促進菠菜的產(chǎn)量和對養(yǎng)分的吸收，產(chǎn)量較CK提高146.78%，氮磷鉀養(yǎng)分平衡狀況最佳，經(jīng)濟效益最高，達20萬元·hm-2，約為CK經(jīng)濟效益的200%。吳玨等[33]也通過減施化肥研究配施微生物菌劑后青菜的生長狀況，發(fā)現(xiàn)在減量20.6%條件下，配施微生物肥料可提高青菜株高、株質(zhì)量和產(chǎn)量等，不同的微生物菌劑處理較常規(guī)施肥可達到20%以上的增收率，論證了微生物肥料降低化學(xué)肥料使用量的可行性。本文通過簡要計算各處理的肥料利用率和收益，證明了不經(jīng)過提純的γ-PGA發(fā)酵液相較γ-PGA粗產(chǎn)物可達到更好的減肥增產(chǎn)效果，也可獲得更高的收益回報。γ-PGA具有廣闊的應(yīng)用前景，如何保持在低生產(chǎn)成本下獲得更高的生產(chǎn)效率以及促進肥料利用率的進一步提升，將其廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)種植實踐中，有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

(1)本實驗中，與-N處理相比，通過使用枯草芽孢桿菌A-5發(fā)酵制得的γ-PGA純品和γ-PGA發(fā)酵液均可不同程度促進青菜生長，產(chǎn)量分別提高20.19%和37.63%；葉面積、植株養(yǎng)分含量也有提高，硝態(tài)氮含量顯著降低，但-N+FJY處理效果更明顯，說明-N+FJY處理相較于-N+PGA處理具備更好的促生能力。

(2)-N+PGA和-N+FJY處理下小白菜土壤總氮含量相較-N顯著提高(P<0.05)，但兩處理間未見顯著差異；-N+FJY處理的速效磷含量顯著下降，而-N+PGA和-N處理的含量較高；-N+FJY脲酶活性相較其他處理均顯著提高(P<0.05)；蔗糖酶活性為-N+PGA處理最高，其次為-N+FJY處理，兩處理間未見顯著差異(P>0.05)，上述結(jié)果的產(chǎn)生原因推測是菌體生長代謝和γ-PGA的共同作用。減氮條件下，不同處理(-N、-N+PGA、-N+FJY)的土壤總磷含量、過氧化氫酶活性未見顯著差異。

(3)在含有大量活性有益菌B.subtilissp. A-5的γ-PGA發(fā)酵液處理下，N/P當(dāng)季肥料利用率顯著高于其他處理，較-N處理高出23.67和4.13百分點，既實現(xiàn)了肥料的減施，又促進了植株對肥料的利用效率。另外，減氮30%并添加產(chǎn)γ-PGA發(fā)酵液處理的凈產(chǎn)值高于-N、-N+PGA處理，可獲得更高的經(jīng)濟收益，可見γ-PGA發(fā)酵液作為菌肥直接用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有可行性。