• ISSN 1008-505X
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喷施γ-聚谷氨酸提高夏玉米产量和养分吸收的机制

张静静 白由路 杨俐苹 卢艳丽 王磊 李格 张银杰

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喷施γ-聚谷氨酸提高夏玉米产量和养分吸收的机制

    作者简介: 张静静E-mail:zhangjingjing0827@163.com;
    通讯作者: 白由路, E-mail:baiyoulu@caas.cn
  • 基金项目: 国家科技支撑计划项目(201303030)。

Mechanism of spraying γ-poly glutamic acid increasing yield and nutrient uptake of summer maize

    Corresponding author: BAI You-lu, E-mail:baiyoulu@caas.cn ;
  • 摘要: 【目的】探明γ-聚谷氨酸 (γ-PGA) 促进夏玉米生长和养分吸收利用的调控机制,为其在玉米生产中的科学使用提供技术指导和理论依据。【方法】以玉米品种郑单958为试材,于2017和2018年在河北廊坊进行了田间试验。在两个氮肥水平下,即常规用量 (N 180 kg/hm2) 和减量30% (N 126 kg/hm2),分别喷施γ-PGA或谷氨酸两种增效剂 (剂量分别为0、37.5、150 g/hm2),共10个处理。在玉米5个关键生育期采集植株样品,测定植株干物质积累和氮磷钾养分含量,并于收获期测定了玉米籽粒产量。【结果】1) 两种增效剂处理的夏玉米穗粒数、产量、干物质和养分积累量存在显著差异,喷施γ-PGA效果显著优于喷施谷氨酸。与清水对照相比,喷施γ-PGA可通过提高穗粒数来实现增产,干物质积累总量显著增加,且主要促进开花前后的干物质积累,氮磷钾积累总量也有显著增加,两个剂量间无明显差异。喷施谷氨酸与清水对照的效果无明显差异。2) 常规施氮水平下,与清水对照相比,喷施低量γ-PGA干物质积累总量显著增加5.08%,但增产作用不明显;而喷施高量γ-PGA的处理虽然干物质积累总量增加不明显,但穗粒数明显增加,产量显著增加3.42%,两剂量处理氮磷钾积累量均显著增加,增幅分别为5.20%~6.97%、7.29%~10.85%、3.48%~5.27%;减氮30%水平下,喷施高量γ-PGA处理穗粒数提高,产量显著增加3.07%,而低量处理的穗粒数和百粒重均有明显提高,并显著增产,两剂量下干物质和钾积累总量分别显著增加6.48%~7.93%、4.36%~6.12%,而低量处理氮磷积累量分别显著增加8.41%、11.94%,显著高于高量处理。两种施氮水平下,谷氨酸处理各指标与对照均无明显差异。3) 高产年份 (2017年) ,喷施高量γ-PGA显著增产2.54%,低量处理增产不明显,两个喷施剂量均显著增加干物质和氮磷钾积累总量;低产年份 (2018年) ,两个剂量γ-PGA处理的产量均显著增加,增幅分别达4.37%、4.14%,低量处理均显著增加干物质和养分积累量,且显著高于高量处理。对谷氨酸处理而言,仅在2018年低量处理通过增加百粒重使得产量显著增加,但效果低于γ-PGA处理。【结论】喷施γ-PGA促进夏玉米开花前后干物质积累,提高干物质和养分积累总量,增加穗粒数提高产量,而喷施谷氨酸无明显效果。可见,γ-PGA的增产增效并非主要是由于分解的谷氨酸起作用。减氮30%水平下喷施γ-PGA的增产增效作用大于常规施氮,且常规施氮水平下喷施高量γ-PGA的增产效果更好,而减氮30%水平下喷施低量γ-PGA的效果更好,表现为喷施低量γ-PGA处理 > 常规施氮对照 > 减氮30%对照,说明减氮30%下喷施低量γ-PGA能达到减肥增效的目的。
  • 表 1  试验年份、氮肥水平、增效剂和剂量四因素试验的方差分析 (F值)

    Table 1.  Variance analysis of four factors including year, N rate, synergist and dosage (F value)

    指标
    Indicator
    生育期
    Growth stage
    年份
    Year
    氮水平
    Nitrogen rate
    增效剂
    Synergist
    剂量
    Dosage
    增效剂 × 剂量
    Synergist × Dosage
    产量 Yield (kg/hm2)1720.92**3.478.78**6.46*2.70
    穗粒数 Seeds per ear199.50**1.385.43*4.34*1.82
    百粒重 100–grain weight (g)0.300.083.133.031.40
    干物质积累
    Dry matter accumulation
    –Ⅰ272.86**21.09**11.14**15.24**7.71**
    Ⅰ–Ⅱ201.15**2.572.981.281.10
    Ⅱ–Ⅲ567.21**2.646.03*27.88**1.69
    Ⅲ–Ⅳ4.45*1.404.51*6.03**1.24
    Ⅳ–Ⅴ97.25**1.566.97*3.381.03
    6.80*7.20*30.41**1.297.87**
    氮积累量 N accumulation927.57**60.53**33.89**7.83**11.05**
    磷积累量 P accumulation15.60**17.09**52.05**5.49**16.18**
    钾积累量 K accumulation1502.61**11.89**30.44**5.86**8.53**
    注(Note):–І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage;Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage;Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage;Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage;Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity;Ⅴ—成熟期 Maturity. *—P < 0.05;**—P < 0.01.
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    表 2  增效剂不同剂量处理玉米的产量及构成因素

    Table 2.  Yield and yield components of maize with different doses of synergists

    增效剂Synergist剂量Dosage (g/hm2)产量Yield (kg/hm2)穗粒数Seeds per ear (No.)百粒重100-grain weight (g)
    γ-PGA010866 c591 b38.42 b
    37.5 11180 ab601 a39.42 a
    15011219 a602 a 38.73 ab
    Glu010866 c591 b38.42 b
    37.5 11002 bc 596 ab38.61 b
    15010904 c593 b38.47 b
    注(Note):n = 12. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.
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    表 3  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米产量和构成因素

    Table 3.  Yield and yield components of maize with different doses of synergists under different N rates and in different years

    氮水平
    Nitrogen rate
    (kg/hm2)
    增效剂
    Synergist
    剂量
    Dosage
    (g/hm2)
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    穗粒数
    Seeds per ear
    (No.)
    百粒重 (g)
    100-grain weight
    年份
    Year
    增效剂
    Synergist
    剂量
    Dosage
    (g/hm2)
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    穗粒数
    Seeds per ear
    (No.)
    百粒重 (g)
    100-grain weight
    180γ-PGA010959 cd594 bcd38.45 bc2017γ-PGA012073 b609 ab 38.67 abc
    37.5 11080 abc 598 abcd39.36 ab37.5 12279 ab613 ab39.35 ab
    15011334 a 605 a 38.68 abc15012379 a618 a 38.76 abc
    Glu010959 cd594 bcd38.45 bcGlu012073 b609 ab 38.67 abc
    37.5 11008 bcd 598 abcd 38.89 abc37.512016 b606 b 38.36 bc
    15011006 cd592 cd 38.11 c 150 12127 ab610 ab 38.62 abc
    126γ-PGA010773 d 589 d 38.41 bc2018γ-PGA0 9659 d574 d 38.19 c
    37.511280 ab603 ab 39.49 a 37.510081 c588 c 39.50 a
    150 11104 abc600 abc 38.79 abc15010059 c587 c 38.71 abc
    Glu010773 d 589 d 38.41 bcGlu0 9659 d574 d 38.19 c
    37.510995 cd593 bcd38.34 c 37.5 9987 c585 c 38.87 abc
    15010802 d 593 bcd 38.83 abc150 9680 d575 d 38.32 c
    注(Note):n = 6;γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平下差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.
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    表 4  不同增效剂各剂量下玉米干物质积累量 (kg/hm2)

    Table 4.  The dry matter accumulation of maize with different doses of synergists

    增效剂
    Synergist
    剂量 (g/hm2)
    Dosage
    –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
    γ-PGA01712 b 1154 ab5409 b6989 b 17189 ab32453 b
    37.51913 a 1143 ab6543 a7046 b17907 a34552 a
    1501898 a1312 a6201 a7743 a 16782 abc33936 a
    Glu01712 b 1154 ab5409 b6989 b 17189 ab32453 b
    37.51688 b1055 b6228 a6318 c 16327 bc31616 b
    1501869 a 1107 ab5727 b 7243 ab15621 c31569 b
    注(Note):n = 12. –І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage; Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage; Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage; Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage; Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity; Ⅴ—成熟期 Maturity. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.
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    表 5  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米干物质积累量 (kg/hm2)

    Table 5.  The dry matter accumulation of each synergist with different doses in different N rates and years

    氮肥水平
    N rate
    (kg/hm2)
    增效剂
    Synergist
    剂量
    Dosage
    (g/hm2)
    –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
    180γ-PGA01776 c1190 b 5722 cd 6940 bc 17637 ab 33265 bc
    37.5 1926 ab1012 b6538 a 7470 ab18009 a34955 a
    1502034 a1147 b 6137 abc8108 a 16754 abc 34180 ab
    Glu01776 c1190 b 5722 cd 6940 bc 17637 ab 33265 bc
    37.5 1669 cd1045 b 6060 abcd 6593 bc 16444 abc 31813 cd
    150 1963 ab1069 b 5860 bcd 6958 bc15830 c31681 d
    126γ-PGA01648 d1118 b5096 e7038 b 16741 abc31641 d
    37.51901 b 1273 ab6548 a 6621 bc 17806 ab 34149 ab
    150 1763 cd1477 a 6266 ab 7377 ab 16809 abc 33692 ab
    Glu01648 d1118 b5096 e7038 b 16741 abc31641 d
    37.5 1708 cd1065 b6396 a6042 c 16209 bc31419 d
    1501775 c1146 b 5595 de 7529 ab15412 c31456 d
    年份
    Year
    增效剂
    Synergist
    剂量 (g/hm2)
    Dosage
    –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
    2017γ-PGA0 1532 de 1565 ab 4430 ef 6294 cd18691 a 32513 cd
    37.51699 c 1489 ab5023 d 6818 bcd19235 a 34263 ab
    150 1649 cd1741 a 4859 de8490 a 18247 ab34988 a
    Glu0 1532 de 1565 ab 4430 ef 6294 cd18691 a 32513 cd
    37.51497 e1389 b 4921 de5878 d18311 a 31996 cd
    150 1622 cd 1579 ab4205 f7332 b 18077 ab 32815 bcd
    2018γ-PGA01891 b 744 c6388 c 7684 ab 15688 cd 32394 cd
    37.52128 a 797 c8062 a7273 b 16580 bc34840 a
    1502147 a 883 c 7544 ab 6995 bc 15316 cd 32885 bc
    Glu01891 b 744 c6388 c 7684 ab 15688 cd 32394 cd
    37.51880 b 721 c 7535 ab 6757 bcd 14342 de 31236 de
    1502115 a 636 c7250 b 7155 bc13166 e30322 e
    注(Note):n = 6. –І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage; Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage; Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage; Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage; Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity; Ⅴ—成熟期 Maturity. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.
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    表 6  不同剂量增效剂的氮、磷、钾养分积累总量

    Table 6.  Total accumulation of N, P and K in maize plants with different doses of synergists

    增效剂
    Synergist
    剂量 (g/hm2)
    Dosage
    积累量Accumulation (kg/hm2)
    NPK
    γ-PGA0277.39 c54.56 c340.48 b
    37.5298.68 a60.77 a359.86 a
    150289.37 b57.56 b353.81 a
    Glu0277.39 c54.56 c340.48 b
    37.5275.47 c52.89 c338.56 b
    150277.36 c53.17 c339.63 b
    注(Note):n = 12. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at 0.05 level.
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    表 7  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米氮、磷、钾养分积累量 (kg/hm2)

    Table 7.  The accumulation of N, P and K in maize plants with different doses of synergists under different N rates and in different years

    氮水平 (kg/hm2)
    Nitrogen rate
    增效剂
    Synergist
    剂量 (g/hm2)
    Dosage
    积累量Accumulation (kg/hm2)
    NPK
    180γ-PGA0 285.49 cd55.66 b 344.86 bc
    37.5305.40 a61.70 a363.03 a
    150 300.33 ab59.72 a356.87 a
    Glu0 285.49 cd55.66 b 344.86 bc
    37.5 284.28 cd 53.07 bcd 343.25 bcd
    150 281.74 de 54.74 bc 342.13 bcd
    126γ-PGA0 269.29 fg 53.46 bcd 336.11 cd
    37.5 291.96 bc59.84 a356.69 a
    150 278.40 def 55.39 bc 350.75 ab
    Glu0 269.29 fg 53.46 bcd 336.11 cd
    37.5266.66 g 52.71 cd333.88 d
    150 272.99 efg51.61 d 337.12 cd
    年份
    Year
    增效剂
    Synergist
    剂量 (g/hm2)
    Dosage
    积累量Accumulation (kg/hm2)
    NPK
    2017γ-PGA0 308.97 cd 52.87 ef298.89 e
    37.5 321.64 ab 57.26 bc313.77 d
    150327.84 a 56.93 bc316.09 d
    Glu0 308.97 cd 52.87 ef298.89 e
    37.5300.32 d51.96 f296.26 e
    150 312.15 bc 54.89 cde299.65 e
    2018γ-PGA0245.81 f 56.25 bcd 382.08 bc
    37.5275.72 e64.28 a405.95 a
    150250.89 f58.19 b391.53 b
    Glu0245.81 f 56.25 bcd 382.08 bc
    37.5250.63 f 53.81 def380.87 c
    150242.58 f51.45 f379.61 c
    注(Note):n = 6. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-05
  • 网络出版日期:  2019-11-13
  • 刊出日期:  2019-11-01

喷施γ-聚谷氨酸提高夏玉米产量和养分吸收的机制

    作者简介:张静静E-mail:zhangjingjing0827@163.com
    通讯作者: 白由路, baiyoulu@caas.cn
  • 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部植物营养与施肥重点开放实验室,北京 100081
  • 基金项目: 国家科技支撑计划项目(201303030)。
  • 摘要: 【目的】探明γ-聚谷氨酸 (γ-PGA) 促进夏玉米生长和养分吸收利用的调控机制,为其在玉米生产中的科学使用提供技术指导和理论依据。【方法】以玉米品种郑单958为试材,于2017和2018年在河北廊坊进行了田间试验。在两个氮肥水平下,即常规用量 (N 180 kg/hm2) 和减量30% (N 126 kg/hm2),分别喷施γ-PGA或谷氨酸两种增效剂 (剂量分别为0、37.5、150 g/hm2),共10个处理。在玉米5个关键生育期采集植株样品,测定植株干物质积累和氮磷钾养分含量,并于收获期测定了玉米籽粒产量。【结果】1) 两种增效剂处理的夏玉米穗粒数、产量、干物质和养分积累量存在显著差异,喷施γ-PGA效果显著优于喷施谷氨酸。与清水对照相比,喷施γ-PGA可通过提高穗粒数来实现增产,干物质积累总量显著增加,且主要促进开花前后的干物质积累,氮磷钾积累总量也有显著增加,两个剂量间无明显差异。喷施谷氨酸与清水对照的效果无明显差异。2) 常规施氮水平下,与清水对照相比,喷施低量γ-PGA干物质积累总量显著增加5.08%,但增产作用不明显;而喷施高量γ-PGA的处理虽然干物质积累总量增加不明显,但穗粒数明显增加,产量显著增加3.42%,两剂量处理氮磷钾积累量均显著增加,增幅分别为5.20%~6.97%、7.29%~10.85%、3.48%~5.27%;减氮30%水平下,喷施高量γ-PGA处理穗粒数提高,产量显著增加3.07%,而低量处理的穗粒数和百粒重均有明显提高,并显著增产,两剂量下干物质和钾积累总量分别显著增加6.48%~7.93%、4.36%~6.12%,而低量处理氮磷积累量分别显著增加8.41%、11.94%,显著高于高量处理。两种施氮水平下,谷氨酸处理各指标与对照均无明显差异。3) 高产年份 (2017年) ,喷施高量γ-PGA显著增产2.54%,低量处理增产不明显,两个喷施剂量均显著增加干物质和氮磷钾积累总量;低产年份 (2018年) ,两个剂量γ-PGA处理的产量均显著增加,增幅分别达4.37%、4.14%,低量处理均显著增加干物质和养分积累量,且显著高于高量处理。对谷氨酸处理而言,仅在2018年低量处理通过增加百粒重使得产量显著增加,但效果低于γ-PGA处理。【结论】喷施γ-PGA促进夏玉米开花前后干物质积累,提高干物质和养分积累总量,增加穗粒数提高产量,而喷施谷氨酸无明显效果。可见,γ-PGA的增产增效并非主要是由于分解的谷氨酸起作用。减氮30%水平下喷施γ-PGA的增产增效作用大于常规施氮,且常规施氮水平下喷施高量γ-PGA的增产效果更好,而减氮30%水平下喷施低量γ-PGA的效果更好,表现为喷施低量γ-PGA处理 > 常规施氮对照 > 减氮30%对照,说明减氮30%下喷施低量γ-PGA能达到减肥增效的目的。

    English Abstract

    • 施肥是提高作物产量的有效措施。但是,随着化肥用量的增加,化肥的负面作用日益显现,如何在减少化肥用量的同时,保证粮食安全和环境安全成为社会关注的重点[1˗3]。通过使用肥料增效剂来提高化肥利用率、增加作物产量、保证环境安全越来越受到人们的重视[4˗6]。γ-聚谷氨酸 (γ-poly glutamic acid,γ-PGA) 是一种经微生物发酵,由L-谷氨酸或D-谷氨酸单体经α-氨基和γ-羧基缩合形成酰胺键连接而成的高分子阴离子聚合物[7]。γ-PGA聚合链上含有大量游离的羧基、酰胺键等,这一独特的结构,使其具有强吸水性、保水性、良好的生物降解性、较强的吸附性等优良性能,在日化、轻工业、医药、食品、农业等众多领域被广泛应用[8˗11]。近年来,γ-PGA在农业上的应用研究也越来越多,主要作为农药缓释剂、抗旱保水剂、阳离子螯合剂、肥料增效剂等[12˗14]。有研究认为γ-PGA具有节肥、增产和提高品质等功效[15]。施用γ-PGA能有效增加水稻土中无定形氧化铁和络合态铁含量,显著活化铁氧化物,有利于提高土壤中有效铁含量[16]。褚群等[17]研究表明,γ-PGA添加到基质能增强其速效养分供应能力,促进番茄茎叶生长。黄巧义等[18]研究发现一次性淋施γ-PGA能提高菜心的根系活力,促进菜心对养分尤其是中微量元素的吸收。也有研究证明尿素添加γ-PGA提高油菜地上部鲜重,籽粒增产6.46%~11.0%[19]。此外,γ-PGA浸种能促进烟草、绿豆等种子萌发,增加幼苗的株高、根长等[20˗21]。γ-PGA应用于蔬菜等作物的增产增效多有报道[22˗25],且多为土施或水培,对其在粮食作物特别是玉米上喷施效果及其作用机理的研究鲜有报道。此外,γ-PGA可被微生物降解为谷氨酸供作物利用,故不能明确γ-PGA增产增效的机理究竟是γ-PGA大分子还是其分解产物谷氨酸在起主要作用。玉米是我国第一大粮食作物,播种面积稳居首位,每年玉米生产化肥的用量在化肥总消费量中占有相当大的比例[26]。本研究在常规施氮和减量30%施氮两种水平下,采用大田小区试验通过喷施γ-PGA或谷氨酸,明确γ-PGA在夏玉米上的应用效果,并探讨了γ-PGA的作用机理,为γ-PGA的科学使用提供理论依据和技术支撑。

      • 本研究于2017年和2018年6月至10月在河北省廊坊市万庄镇中国农业科学院国际农新技术产业园区 (116°35ʹ19.51ʺE,39°35ʹ51.75ʺN) 进行。该区属于黄淮海平原北部,土壤类型为潮土,质地偏砂,0—20 cm土壤pH为8.20、有机质含量5.93 g/kg、碱解氮70 mg/kg、有效磷25 mg/kg、速效钾100 mg/kg。

      • 供试玉米品种为郑单958。供试氮肥为尿素 (N 46%),磷肥为磷酸二铵 (N 18%、P2O5 46%),钾肥为硫酸钾 (K2O 51%)。供试γ-聚谷氨酸剂型为液体,主要成分为γ-PGA (≥ 10 g/L),由河南远东生物有限公司提供;谷氨酸为L型谷氨酸,由国药集团化学试剂有限公司提供。

      • 试验采用随机区组设计,其中氮肥用量为2个水平,即常规施氮 (180 kg/hm2)、减氮30% (126 kg/hm2);设两种增效剂,即γ-PGA和谷氨酸 (Glu)。每种类型设3个喷施剂量:清水对照、低量37.5 g/hm2、高量150 g/hm2,共10个处理,同一氮水平下γ-PGA和Glu共用一个清水对照。10个小区完全随机排列,重复3次。

        大田试验常规施肥量按中国农业科学院国家测土施肥中心实验室的推荐施肥量,N 180 kg/hm2、P2O5 90 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。施肥方式为沟施覆土,磷钾肥于玉米苗期一次性沟施,40%氮肥苗期沟施,60%氮肥于大喇叭口期追施。小区面积32 m2,每区6行,玉米行距60 cm,株距25 cm。γ-PGA和谷氨酸溶液于玉米六叶期 (2017年7月13日和2018年7月12日) 喷施。其它田间管理措施与当地农民习惯一致。

      • 分别于拔节期、大喇叭口期、开花吐丝期、灌浆前期、成熟期采集植株样品,每次随机取3株,成熟期将茎叶和籽粒分开,105℃杀青30 min后75℃烘干至恒重,称重后计算地上部干物质积累量;植株氮磷钾含量采用H2SO4–H2O2消煮,连续流动分析仪比色法测定氮磷含量,原子吸收分光光度法测定钾含量[27]

        成熟期实收产量,并进行考种。记录穗行数、行粒数、穗粒数、百粒重等性状。

      • 氮 (磷、钾) 养分积累量 (kg/hm2) = 植株干物质积累量 × 氮 (磷、钾) 养分含量。

        采用Microsoft Excel 2013软件对试验数据进行处理,采用SAS 9.2统计软件进行四因素统计分析。

      • 表1中方差分析可知,夏玉米产量和穗粒数在不同年份间、不同增效剂及不同剂量间均达到显著差异 (P < 0.05)。不同增效剂间比较,喷施γ-PGA玉米产量显著高于喷施谷氨酸,且同一增效剂下不同剂量的夏玉米产量各异 (表2)。喷施γ-PGA低量和高量处理均显著高于清水对照,分别增产2.89%、3.25%,而两个剂量间差异不显著;而喷施谷氨酸的处理较清水对照增产均不显著,且显著低于高量γ-PGA处理。通过对产量构成因素的分析可知,当喷施γ-PGA时,穗粒数较清水对照均显著提高,而百粒重则在低量处理下显著增加,高量处理下增加不显著。可见,喷施γ-PGA主要通过有效提高夏玉米穗粒数实现增产,且高剂量处理效果显著高于喷施谷氨酸处理,而喷施谷氨酸则没有明显增产效果。

        表 1  试验年份、氮肥水平、增效剂和剂量四因素试验的方差分析 (F值)

        Table 1.  Variance analysis of four factors including year, N rate, synergist and dosage (F value)

        指标
        Indicator
        生育期
        Growth stage
        年份
        Year
        氮水平
        Nitrogen rate
        增效剂
        Synergist
        剂量
        Dosage
        增效剂 × 剂量
        Synergist × Dosage
        产量 Yield (kg/hm2)1720.92**3.478.78**6.46*2.70
        穗粒数 Seeds per ear199.50**1.385.43*4.34*1.82
        百粒重 100–grain weight (g)0.300.083.133.031.40
        干物质积累
        Dry matter accumulation
        –Ⅰ272.86**21.09**11.14**15.24**7.71**
        Ⅰ–Ⅱ201.15**2.572.981.281.10
        Ⅱ–Ⅲ567.21**2.646.03*27.88**1.69
        Ⅲ–Ⅳ4.45*1.404.51*6.03**1.24
        Ⅳ–Ⅴ97.25**1.566.97*3.381.03
        6.80*7.20*30.41**1.297.87**
        氮积累量 N accumulation927.57**60.53**33.89**7.83**11.05**
        磷积累量 P accumulation15.60**17.09**52.05**5.49**16.18**
        钾积累量 K accumulation1502.61**11.89**30.44**5.86**8.53**
        注(Note):–І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage;Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage;Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage;Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage;Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity;Ⅴ—成熟期 Maturity. *—P < 0.05;**—P < 0.01.

        表 2  增效剂不同剂量处理玉米的产量及构成因素

        Table 2.  Yield and yield components of maize with different doses of synergists

        增效剂Synergist剂量Dosage (g/hm2)产量Yield (kg/hm2)穗粒数Seeds per ear (No.)百粒重100-grain weight (g)
        γ-PGA010866 c591 b38.42 b
        37.5 11180 ab601 a39.42 a
        15011219 a602 a 38.73 ab
        Glu010866 c591 b38.42 b
        37.5 11002 bc 596 ab38.61 b
        15010904 c593 b38.47 b
        注(Note):n = 12. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.

        在不同氮肥水平下,不同剂量的增效剂对玉米产量的影响表现不一 (表3)。在常规施氮水平下,喷施高量γ-PGA具有显著的增产作用,增幅达3.42%,其穗粒数也显著提高,而在减氮30%水平下,喷施低量和高量γ-PGA均显著增产,增幅分别达4.71%、3.07%,两剂量下穗粒数均有显著提高,而百粒重则在低量下有显著增加。两种氮肥水平下,喷施谷氨酸均没有明显的增产作用。可见,常规施氮量下喷施高量γ-PGA通过提高穗粒数来提高产量,增产效果更好;减氮30%水平下喷施两种剂量均通过提高穗粒数实现增产,但低量处理还有效增加百粒重,增产幅度更大;且与常规施氮水平相比,减氮30%水平下γ-PGA的增产效应更好。通过不同处理产量的比较可以看出,减氮30%条件下喷施γ-PGA处理 > 常规施氮清水对照 > 减氮30%清水对照,说明减氮30%水平下喷施γ-PGA可以达到减肥增效的目的。

        表 3  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米产量和构成因素

        Table 3.  Yield and yield components of maize with different doses of synergists under different N rates and in different years

        氮水平
        Nitrogen rate
        (kg/hm2)
        增效剂
        Synergist
        剂量
        Dosage
        (g/hm2)
        产量
        Yield
        (kg/hm2)
        穗粒数
        Seeds per ear
        (No.)
        百粒重 (g)
        100-grain weight
        年份
        Year
        增效剂
        Synergist
        剂量
        Dosage
        (g/hm2)
        产量
        Yield
        (kg/hm2)
        穗粒数
        Seeds per ear
        (No.)
        百粒重 (g)
        100-grain weight
        180γ-PGA010959 cd594 bcd38.45 bc2017γ-PGA012073 b609 ab 38.67 abc
        37.5 11080 abc 598 abcd39.36 ab37.5 12279 ab613 ab39.35 ab
        15011334 a 605 a 38.68 abc15012379 a618 a 38.76 abc
        Glu010959 cd594 bcd38.45 bcGlu012073 b609 ab 38.67 abc
        37.5 11008 bcd 598 abcd 38.89 abc37.512016 b606 b 38.36 bc
        15011006 cd592 cd 38.11 c 150 12127 ab610 ab 38.62 abc
        126γ-PGA010773 d 589 d 38.41 bc2018γ-PGA0 9659 d574 d 38.19 c
        37.511280 ab603 ab 39.49 a 37.510081 c588 c 39.50 a
        150 11104 abc600 abc 38.79 abc15010059 c587 c 38.71 abc
        Glu010773 d 589 d 38.41 bcGlu0 9659 d574 d 38.19 c
        37.510995 cd593 bcd38.34 c 37.5 9987 c585 c 38.87 abc
        15010802 d 593 bcd 38.83 abc150 9680 d575 d 38.32 c
        注(Note):n = 6;γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平下差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.

        在不同年份间,由于气候条件的差异,2018年玉米产量普遍减产[28˗29],本试验2018年夏玉米减产近20% (表3),自然形成了高低两个玉米产量水平。由表3可知,在高产条件下 (2017),喷施γ-PGA处理产量均有提高,其中高量处理与清水对照达显著差异,增产2.54%;通过不同剂量处理的产量构成分析表明,穗粒数和百粒重的增加均未达到显著水平,但穗粒数随喷施剂量的加大有增加趋势。而喷施谷氨酸处理没有显著的增产效果。当玉米产量较低时 (2018年),喷施低量和高量γ-PGA处理均显著增产,增幅分别达4.37%、4.14%;通过不同剂量处理的产量构成因素分析,两种剂量下穗粒数均显著提高,且百粒重在低剂量下显著增加,高剂量下增加不显著,而两剂量间比较,产量及构成因素均未达显著差异。值得注意的是,在低产条件下 (2018),喷施低量谷氨酸有显著的增产作用,增幅达3.40%,且其穗粒数可显著提高。可见与高产条件下相比,在低产条件下喷施不同剂量的γ-PGA均有增产作用,且增效作用更大,且在低产下,低量谷氨酸也有一定的增产作用,但小于γ-PGA的效果。

      • 玉米干物质积累总量和各生育阶段干物质积累方差分析结果表明 (表1),γ-PGA和谷氨酸处理间夏玉米干物质积累总量存在极显著的差异 (P < 0.01),而不同年份间及不同施氮水平间也存在显著差异 (P < 0.05)。值得注意的是,虽然不同剂量间差异不显著,但不同增效剂及用量的互作存在极显著的差异 (P < 0.01),表明不同增效剂及不同用量下对作物产量的影响存在明显的差异。

        表4结果表明,不同增效剂间,喷施γ-PGA处理干物质积累总量显著高于谷氨酸处理。不同增效剂下的不同剂量间也存在差异,喷施低量和高量γ-PGA处理的成熟期干物质积累量均显著高于清水对照,增幅分别为6.47%、4.57%,两剂量间无显著差异。分析各生育阶段的干物质积累可知,喷施γ-PGA后,拔节期时夏玉米干物质积累量与清水对照间出现显著差异,随着生育进程的推进,喷施γ-PGA两个剂量均显著提高大喇叭口期至开花吐丝期的干物质积累,且高量处理还显著提高开花吐丝期至灌浆前期的干物质积累,低量处理也可提高花后的干物质积累,但未达显著水平。而谷氨酸处理干物质积累总量略低于对照。可见喷施γ-PGA能明显提高夏玉米干物质积累总量,其中低量处理主要促进大喇叭口期至开花吐丝期的干物质积累,高剂量处理主要促进大喇叭口期至灌浆前期的干物质积累,效果好于谷氨酸。

        表 4  不同增效剂各剂量下玉米干物质积累量 (kg/hm2)

        Table 4.  The dry matter accumulation of maize with different doses of synergists

        增效剂
        Synergist
        剂量 (g/hm2)
        Dosage
        –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
        γ-PGA01712 b 1154 ab5409 b6989 b 17189 ab32453 b
        37.51913 a 1143 ab6543 a7046 b17907 a34552 a
        1501898 a1312 a6201 a7743 a 16782 abc33936 a
        Glu01712 b 1154 ab5409 b6989 b 17189 ab32453 b
        37.51688 b1055 b6228 a6318 c 16327 bc31616 b
        1501869 a 1107 ab5727 b 7243 ab15621 c31569 b
        注(Note):n = 12. –І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage; Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage; Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage; Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage; Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity; Ⅴ—成熟期 Maturity. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.

        表5结果表明,常规施氮水平下,喷施γ-PGA低量处理较清水对照干物质积累总量显著提高5.08%,而高量处理提高不明显,但两剂量间无显著差异。分析各阶段积累量可知,喷施γ-PGA后,拔节期时夏玉米干物质积累量与清水对照间出现显著差异,低量处理的干物质积累在进入大喇叭口期后,在各个生育阶段内较对照均有增加,且在大喇叭口期至开花吐丝期阶段内达显著水平;高量处理则在开花吐丝期至灌浆前期有显著增加,在大喇叭口期至开花吐丝期也有增加,但未达显著水平。减氮30%水平下,喷施低量和高量γ-PGA处理的干物质积累总量均显著高于清水对照,增幅分别为7.93%、6.48%。分析各生育阶段干物质积累可知,与清水对照相比,γ-PGA低量处理的积累在拔节期 (Ⅰ) 时与清水对照间出现显著差异,至开花吐丝期前以及灌浆后均有提高,且在大喇叭口期至开花吐丝期均达显著性差异,而高剂量处理在拔节期至灌浆前期之间的各个阶段内均有增加,且在拔节期至大喇叭口期、大喇叭口期至开花吐丝期达显著性差异。两种施氮水平下,谷氨酸处理干物质积累总量均略低于清水对照。两种施氮水平下,喷施γ-PGA处理均可提高夏玉米干物质积累总量,但均以低量喷施处理效果更好,且主要促进大喇叭口期至开花吐丝期夏玉米干物质积累,也可增加灌浆阶段的干物质积累,效果明显好于谷氨酸处理,且在减氮30%水平下增幅大于常规施氮水平。由此可见,在氮胁迫条件下,喷施γ-PGA对作物干物质积累量的影响大于非氮胁迫处理。

        表 5  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米干物质积累量 (kg/hm2)

        Table 5.  The dry matter accumulation of each synergist with different doses in different N rates and years

        氮肥水平
        N rate
        (kg/hm2)
        增效剂
        Synergist
        剂量
        Dosage
        (g/hm2)
        –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
        180γ-PGA01776 c1190 b 5722 cd 6940 bc 17637 ab 33265 bc
        37.5 1926 ab1012 b6538 a 7470 ab18009 a34955 a
        1502034 a1147 b 6137 abc8108 a 16754 abc 34180 ab
        Glu01776 c1190 b 5722 cd 6940 bc 17637 ab 33265 bc
        37.5 1669 cd1045 b 6060 abcd 6593 bc 16444 abc 31813 cd
        150 1963 ab1069 b 5860 bcd 6958 bc15830 c31681 d
        126γ-PGA01648 d1118 b5096 e7038 b 16741 abc31641 d
        37.51901 b 1273 ab6548 a 6621 bc 17806 ab 34149 ab
        150 1763 cd1477 a 6266 ab 7377 ab 16809 abc 33692 ab
        Glu01648 d1118 b5096 e7038 b 16741 abc31641 d
        37.5 1708 cd1065 b6396 a6042 c 16209 bc31419 d
        1501775 c1146 b 5595 de 7529 ab15412 c31456 d
        年份
        Year
        增效剂
        Synergist
        剂量 (g/hm2)
        Dosage
        –ⅠⅠ–ⅡⅡ–ⅢⅢ–ⅣⅣ–Ⅴ
        2017γ-PGA0 1532 de 1565 ab 4430 ef 6294 cd18691 a 32513 cd
        37.51699 c 1489 ab5023 d 6818 bcd19235 a 34263 ab
        150 1649 cd1741 a 4859 de8490 a 18247 ab34988 a
        Glu0 1532 de 1565 ab 4430 ef 6294 cd18691 a 32513 cd
        37.51497 e1389 b 4921 de5878 d18311 a 31996 cd
        150 1622 cd 1579 ab4205 f7332 b 18077 ab 32815 bcd
        2018γ-PGA01891 b 744 c6388 c 7684 ab 15688 cd 32394 cd
        37.52128 a 797 c8062 a7273 b 16580 bc34840 a
        1502147 a 883 c 7544 ab 6995 bc 15316 cd 32885 bc
        Glu01891 b 744 c6388 c 7684 ab 15688 cd 32394 cd
        37.51880 b 721 c 7535 ab 6757 bcd 14342 de 31236 de
        1502115 a 636 c7250 b 7155 bc13166 e30322 e
        注(Note):n = 6. –І—出苗至拔节期 Seedling to jointing stage; Ⅰ–Ⅱ—拔节期至大喇叭口期 Jointing stage to flare opening stage; Ⅱ–Ⅲ—大喇叭口期至开花吐丝期 Flare opening stage to flowering and silking stage; Ⅲ–Ⅳ—开花吐丝期至灌浆前期 Flowering and silking stage to filling stage; Ⅳ–Ⅴ—灌浆前期至成熟期 Grain filling stage to maturity; Ⅴ—成熟期 Maturity. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示处理间在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.

        表5表明,在2017年,喷施γ-PGA处理干物质积累总量较清水对照显著提高5.38%~7.61%,且高剂量 > 低剂量,两剂量间差异不显著,而在2018年,低量喷施γ-PGA处理显著提高7.55%,高量处理增加不明显;由各阶段干物质积累可知,两年试验,喷施γ-PGA后,拔节期两剂量处理干物质积累量均与对照出现显著差异,随着生育期推进,低剂量处理在大喇叭口期至开花吐丝期阶段内干物质有显著增加,而高量处理在年际间表现不一,2017年在进入灌浆期前均有增加,且在开花吐丝期至灌浆前期显著增加,而2018年在开花吐丝前虽有增加但不显著。而两年试验,喷施谷氨酸处理干物质积累总量均表现为略高于或略低于对照。可见,低量喷施γ-PGA均可明显提高干物质积累总量,且主要促进大喇叭口期至开花吐丝期的积累;而高剂量处理仅在2017年明显提高干物质积累总量,主要促进夏玉米开花吐丝期至灌浆前期的干物质积累。

      • 夏玉米氮磷钾养分积累总量的方差分析结果表明 (表1),不同增效剂、剂量及二者之间的交互作用均对氮磷钾积累总量有极显著影响 (P < 0.01)。不同增效剂间表现为喷施γ-PGA显著高于谷氨酸处理,增幅分别达6.37%、11.56%、5.23%,且不同剂量在不同增效剂下表现各异 (表6)。喷施γ-PGA处理的氮磷钾积累总量均显著高于清水对照,增幅分别达4.32%~7.68%、5.50%~11.38%、3.92%~5.69%,且低量处理显著高于高量处理;谷氨酸处理均略低于清水对照,但与对照差异不显著,而均显著低于γ-PGA处理。可知,喷施γ-PGA能明显提高夏玉米的氮磷钾养分积累总量,且效果好于谷氨酸。

        表 6  不同剂量增效剂的氮、磷、钾养分积累总量

        Table 6.  Total accumulation of N, P and K in maize plants with different doses of synergists

        增效剂
        Synergist
        剂量 (g/hm2)
        Dosage
        积累量Accumulation (kg/hm2)
        NPK
        γ-PGA0277.39 c54.56 c340.48 b
        37.5298.68 a60.77 a359.86 a
        150289.37 b57.56 b353.81 a
        Glu0277.39 c54.56 c340.48 b
        37.5275.47 c52.89 c338.56 b
        150277.36 c53.17 c339.63 b
        注(Note):n = 12. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-Poly glutamic acid;Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at 0.05 level.

        常规施氮水平下氮磷钾积累量显著高于减氮30%水平 (P < 0.01) (表7)。不同施氮水平下,增效剂和剂量的氮磷钾积累量变化趋势基本一致 (表7)。常规施氮水平下,喷施γ-PGA处理的氮磷钾积累总量较清水对照分别显著增加5.20%~6.97%、7.29%~10.85%、3.48%~5.27%,剂量间差异不显著。减氮30%水平下,低量喷施γ-PGA处理氮磷钾积累总量较清水对照分别显著增加8.42%、11.93%、6.12%,而高量处理的氮磷积累总量提高不明显,但钾积累总量则显著提高4.36%。两种施氮水平下,谷氨酸处理养分积累与对照无显著差异。两种施氮水平下,喷施低量γ-PGA处理氮磷钾养分积累总量增幅更大,促进养分吸收的效果更好。

        表 7  在不同氮水平下和不同年份下不同增效剂和剂量处理的玉米氮、磷、钾养分积累量 (kg/hm2)

        Table 7.  The accumulation of N, P and K in maize plants with different doses of synergists under different N rates and in different years

        氮水平 (kg/hm2)
        Nitrogen rate
        增效剂
        Synergist
        剂量 (g/hm2)
        Dosage
        积累量Accumulation (kg/hm2)
        NPK
        180γ-PGA0 285.49 cd55.66 b 344.86 bc
        37.5305.40 a61.70 a363.03 a
        150 300.33 ab59.72 a356.87 a
        Glu0 285.49 cd55.66 b 344.86 bc
        37.5 284.28 cd 53.07 bcd 343.25 bcd
        150 281.74 de 54.74 bc 342.13 bcd
        126γ-PGA0 269.29 fg 53.46 bcd 336.11 cd
        37.5 291.96 bc59.84 a356.69 a
        150 278.40 def 55.39 bc 350.75 ab
        Glu0 269.29 fg 53.46 bcd 336.11 cd
        37.5266.66 g 52.71 cd333.88 d
        150 272.99 efg51.61 d 337.12 cd
        年份
        Year
        增效剂
        Synergist
        剂量 (g/hm2)
        Dosage
        积累量Accumulation (kg/hm2)
        NPK
        2017γ-PGA0 308.97 cd 52.87 ef298.89 e
        37.5 321.64 ab 57.26 bc313.77 d
        150327.84 a 56.93 bc316.09 d
        Glu0 308.97 cd 52.87 ef298.89 e
        37.5300.32 d51.96 f296.26 e
        150 312.15 bc 54.89 cde299.65 e
        2018γ-PGA0245.81 f 56.25 bcd 382.08 bc
        37.5275.72 e64.28 a405.95 a
        150250.89 f58.19 b391.53 b
        Glu0245.81 f 56.25 bcd 382.08 bc
        37.5250.63 f 53.81 def380.87 c
        150242.58 f51.45 f379.61 c
        注(Note):n = 6. γ-PGA—γ-聚谷氨酸 γ-poly glutamic acid; Glu—谷氨酸 Glutamic acid. 同列数据后不同小写字母表示在 0.05 水平差异显著 Values followed by different letters in a column are significantly different at the 0.05 level.

        夏玉米氮磷钾积累总量在年际间存在极显著差异 (P < 0.01) (表1)。与2017年相比,2018年磷钾积累量提高,增幅分别达4.11%、27.34%,氮素积累量下降5.40%,且不同增效剂和剂量在年际间表现不一 (表7)。在2017年,喷施低量和高量γ-PGA的氮磷钾积累总量较清水对照分别显著提高4.10%~6.11%、7.69%~8.30%、4.98%~5.75%,两剂量间无显著差异。2018年,喷施低量γ-PGA处理的氮磷钾积累总量较对照分别显著提高12.17%、14.28%、6.25%,高剂量处理下略高于对照,但未达显著性差异。两年试验下谷氨酸处理的氮磷钾积累总量均与对照无显著差异。

      • 前人研究表明,γ-聚谷氨酸作为新一代肥料增效剂使肥料利用率平均提高7%~12%,并使作物增产10%~25%[14˗15],且在节肥20%的情况下,水稻产量未受到影响[30]。本文研究从两年大田试验整体平均效应来看,喷施γ-PGA有效提高夏玉米穗粒数而提高产量,显著增产2.89%~3.25%;常规施氮水平下,高量处理显著增产3.42%,减氮30%水平下低量和高量处理分别显著增产4.71%、3.07%,且减氮低量处理 > 常规施氮 > 减氮30%对照,这说明减氮30%水平下喷施低量γ-PGA不仅可以缓解氮肥减施的减效作用还达到减肥增效的目的。这与刘端义等[30]、Xu等[14]认为喷施γ-PGA能达到减肥不减效的研究结果相一致。本研究发现在高产年份 (2017) 下,高量处理显著增产2.54%;低产年份 (2018) 下,低量和高量均显著增产分别达4.37%、4.14%。2018年由于气候原因[28˗29],造成作物减产,可视为低产环境,而本研究中减氮30%的养分条件可视为低养分环境,这两种非正常环境条件一定程度上给作物生长造成胁迫,本研究发现在这两种非正常环境条件下,喷施γ-PGA增产效果更好,两种喷施剂量均有明显的增产作用,且表现为低量喷施效果更好。而在正常环境条件下 (2017年和常规施氮水平下) 均表现为高量喷施增产效果更好,低量喷施无明显效果。Xu等[14]、尹成红等[31]试验也表明在低养分条件下施用γ-PGA效果更好。这表明在非生物胁迫下,γ-PGA可能发挥更好的增产增效作用,具体的机制还需要进一步研究。

        玉米干物质积累是产量形成的物质基础,从吐丝期到完熟期玉米秸秆干重占总重变化随着生育进程的推进而逐渐下降,灌浆期开始籽粒干重所占比例不断增加,增加干物质积累量,尤其是花后干物质生产和积累直接决定着籽粒产量,对实现玉米高产意义重大[32˗34]。两年试验结果表明喷施γ-PGA处理较清水对照均显著提高夏玉米干物质积累总量,平均增幅达4.57%~6.47%;两剂量处理在大喇叭口期至开花吐丝期阶段的积累显著高于清水对照,而高量处理在开花吐丝期至灌浆前期阶段的积累也有显著增加,这可能是高剂量处理比低剂量处理获得更高产量的原因;低产年份减氮30%条件下夏玉米干物质积累总量与产量变化趋势相似,也表现为低剂量作用更好,且好于正常环境条件;在这两种非正常环境条件下,喷施低量和高量处理均可以明显促进大喇叭口期至开花吐丝期阶段的夏玉米干物质积累,且低量处理还促进灌浆前期至收获期的干物质积累,这与其增产的效果相吻合,喷施γ-PGA的增产作用可能与其促进花后干物质积累有关。

        作物生物量累积与养分累积有着密切的关系,养分积累是生物量积累的基础,也是作物产量形成的基础[35]。黄巧义等[18]的盆栽试验结果表明,施用γ-PGA可提高菜心氮磷钾养分累积量。本文试验中,喷施γ-PGA均显著提高氮磷钾积累量,变化趋势与干物质积累量基本一致,高产年份常规施氮条件下,喷施两个剂量γ-PGA均能显著促进养分积累,两个剂量间无显著差异,而低产年份减氮30%水平下,低量喷施处理能明显促进氮磷钾积累,而高量处理的效果不明显。

      • γ-聚谷氨酸主要是微生物发酵产物,由于其发酵条件以及菌株等不同,其分子量具有多分散性,从几千到几百万不等[36-37]。有研究认为γ-PGA吸水率可达到1108.4倍,对土壤水分的吸收率达30~80倍,在土壤中有较强的保水性能,可作为良好的抗旱保水剂起到抗旱促苗的作用[38]。也有学者认为γ-PGA可以络合养分阳离子,提高土壤中微量元素养分的有效性,以供作物吸收利用[23, 39˗40]。还有研究者认为γ-PGA在微生物和土壤酶的作用下可完全分解为谷氨酸单体,不仅可以供作物直接吸收利用,还可以供微生物利用,改善土壤微生物结构[14, 19]

        前人研究多以γ-PGA施于土壤中,通过以上机制来促进作物生长,达到增产增效。而本试验结果表明,γ-PGA作为制剂喷施于作物叶面,也可以起到增产增效的作用。这说明γ-PGA对植物生长的调控还可能存在其他途径。结合γ-PGA本身特性和本试验结果推测其作用于作物还可能通过以下两种途径:一是γ-PGA作为生物大分子整体作用于植株,调控或影响其体内的某些功能代谢,发挥作用;二是γ-PGA被分解成小分子或谷氨酸单体,进入体内参与调控或影响某些代谢。本文进行的两年大田试验,发现喷施γ-PGA对夏玉米生长的增效作用明显好于谷氨酸 (L型),而谷氨酸 (L型) 无明显效果。这说明喷施γ-PGA的增产增效并不是由分解的L-型谷氨酸单体起主要作用。由γ-PGA分解的谷氨酸单体,还可能有D型谷氨酸,有研究表明氨基酸在生物体蛋白质中只以L型存在,植物代谢中不能直接利用D型氨基酸,甚至产生植物毒害[41˗42]。可见,γ-PGA的增效作用并非是由分解的单体发挥作用,而是其本身起主要作用。且本研究低剂量γ-PGA在低产年份和低养分条件下表现出与高产年份和常规养分条件下不同的增效作用,同一条件下剂量间γ-PGA的增产作用没有明显的差异,这可能是低产年份和低养分下的生长环境中的作物对γ-PGA及其剂量更为敏感,且组成γ-PGA大分子结构的D型谷氨酸和L型谷氨酸的比例和数量各异,分子链长短不一,因此关于γ-PGA的剂量和分子量结构对其增效作用的影响还需要进一步深入探究。

      • 喷施γ-PGA明显提高夏玉米干物质积累量,特别是在大喇叭口期至开花吐丝期,提高夏玉米植株的氮、磷、钾积累量,显著增加穗粒数,进而提高夏玉米产量,并且在减量30%施氮时,喷施γ-PGA的增效作用优于常规施氮。常规施氮水平下喷施高量γ-PGA的增产效果更好,而在减氮30%水平下喷施低量γ-PGA的效果更好,且显著高于常规施氮对照,能达到减肥增效的目的。而喷施谷氨酸没有取得明显效果,从侧面证实了γ-PGA增效作用的机理是γ-PGA整个分子起主要的作用,并非其分解产物谷氨酸的作用。

    参考文献 (42)

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