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摘要 [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]以制备的γ-聚谷氨酸增效尿素和常规尿素为氮肥，通过淋溶试验和盆栽试验，测定其对氮素淋失和小白菜生长的影响。[结果]淋溶试验表明，γ-聚谷氨酸增效尿素能使氮素缓慢释放，减缓氮的流失。盆栽试验显示，γ-聚谷氨酸增效尿素能显著提高小白菜的单株鲜重、单株干重和根长，分别提高了33.6%、48.4%和23.1%；能提高小白菜对氮、磷、钾营养元素的累积，小白菜的氮、磷、钾含量分别提高了16.7%、12.0%和9.9%；能提高土壤的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。[结论]γ-聚谷氨酸增效尿素的保肥效果和在小白菜上的应用效果显著，值得在小白菜种植中推广应用。
关键词 γ-聚谷氨酸；尿素；小白菜；淋溶特性；肥效
中图分类号S143.1 文献标识码 A 文章编号0517-6611（2016）35-0137-03
Study on the Fertilizer Efficiency of γ-polyglutamic Acid Urea and Its Eluviation Characteristics
CHUAI Jun-feng1，2， XIAO Yan1，2， ZHUANG Zhong-juan1，2 et 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）
Abstract[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.
Key wordsγ-polyglutamic acid； Urea； Pakchoi； Eluviation characteristics； Fertilizer efficiency
施用氮肥是农业增产的关键，而普通氮肥施入土壤后经挥发、淋溶和反硝化，损失率高达70%，这种巨大的浪费及其对环境、水质的污染已引起普遍关注[1-2]。尿素是一种含氮量高、肥效较快的优质氮肥，是我国主要的化学氮肥品种，占氮肥消耗总量的65%左右。但尿素損失途径多，施入土壤的尿素经过转化后，除被作物吸收和土壤固持外，相当部分氮素通过挥发、硝化、反硝化、径流和淋溶等途径损失，我国氮肥利用效率一直处于较低水平，全国大田作物氮肥平均利用率仅为30%左右[3-5]。因此，提高氮素的利用率，减少淋溶损失，延长肥效期，减少环境污染已成为我国氮肥研究领域的一大热点。
提高化肥氮素利用率有多种途径，通常是添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂，以及应用包膜技术制造控释氮肥等[6-10]。笔者利用γ-聚谷氨酸对尿素进行改性，制成γ-聚谷氨酸增效尿素。γ-聚谷氨酸是通过微生物发酵得到的可降解型绿色生物大分子材料，其分子链上含有大量活性官能团，具有亲水性、离子络合性、空间结构性等特性，进而影响肥料养分的存在，降低养分流失，实现作物对养分的快速、高效吸收，提高肥料利用率[11]。另有研究证明，γ-聚谷氨酸作为肥料增效剂，具有促进作物养分吸收、减少肥料使用、增加作物产量、改善作物品质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种极具应用潜力的生物环保型肥料。笔者通过淋溶试验和盆栽试验，研究了γ-聚谷氨酸对氮素淋失和小白菜生长的影响，旨在为γ-聚谷氨酸在农业生产中的广泛应用提供科学依据。 1材料与方法
1.1试验材料
γ-聚谷氨酸：领先生物农业股份有限公司生产。
γ-聚谷氨酸增效尿素：在普通尿素的生产工艺中加入0.6%γ-聚谷氨酸制得，颗粒状。
供试作物：小白菜，品种为绿冠。
1.2试验方法
1.2.1淋溶试验。
采用间歇淋溶法，共设3个处理。T1为不施肥的对照处理（CK1）；T2为加入与γ-聚谷氨酸增效尿素等质量的常规尿素的对照处理（CK2）；T3称取1.00 g γ-聚谷氨酸增效尿素，与500 g风干土（与盆栽用土相同）充分混匀后装入PVC管中（管高30 cm，内径5 cm，试验前用200目滤布封住底部）。土壤表层用滤布覆盖，上铺50 g薄层石英砂防止土壤龟裂。首先用200 mL去离子水将石英砂及土壤湿润，然后每次用100 mL去离子水淋溶，1 d后收集淋溶液，用碱解法测定氮浓度。淋溶结束后，测定土壤碱解氮含量。每处理2次重复，前后2次间隔3 d。
1.2.2盆栽试验。
盆栽试验于2014年8—10月在河北省秦皇岛市领先生物农业股份有限公司温室大棚进行。每盆装风干土2 kg。供试土壤采自温室大棚外空地，养分状况：土壤有机质17.1 g/kg，碱解氮119 mg/kg、有效磷110 mg/kg、速效钾107 mg/kg，pH为7.3。
共设置3个处理：W1常规尿素，用量为0.65 g/盆（CK）；W2 γ-聚谷氨酸增效尿素，用量为0.65 g/盆；W3γ-聚谷氨酸增效尿素减量15%，用量为0.55 g/盆。磷酸二氢钾的用量为0.38 g/盆，氧化钾用量为0.14 g/盆。每处理4次重复，随机排列。
盆栽作物为小白菜，于2014年8月5日播种，每盆种植6株，待齐苗后定植到3株，测定叶绿素含量、株高，收获期称重计每盆小白菜的鲜重，烘干后称干物质重之后粉碎，检测氮、磷、钾含量。收获期一并采集土样，测定pH、土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量。
1.3数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理及绘图；采用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）及多重比较（Duncan 法）。
2结果与分析
2.1淋溶试验结果
2.1.1不同处理对淋溶液氮浓度的影响。从图1可知，CK1淋溶曲线较为平缓，随着淋溶次数的增加，淋溶液的氮浓度逐渐降低，最后趋近于0。处理T3与CK2的淋溶曲线变化趋势相似，其淋溶液氮浓度的前3次下降幅度较大，3次以后趋于平缓，且始终保持较高的氮淋出量。其中，处理T3前2次淋溶液氮浓度低于CK2，之后的氮浓度值均高于CK2。这表明与常规尿素相比，γ-聚谷氨酸增效尿素能够缓慢释放养分，延长肥效，提高氮的利用率。
2.1.2不同处理对淋溶后土壤氮含量的影响。
经测定，淋溶前土壤中碱解氮含量为119 mg/kg，淋溶后CK1为67 mg/kg，CK2为169 mg/kg，处理T3为225 mg/kg。
由此可知，相比于淋溶前土样，CK1的碱解氮含量降低明显，CK2和处理T3由于添加了尿素，碱解氮含量有所提高。相比于CK2，处理T3土壤碱解氮含量有所提高，表明γ-聚谷氨酸增效尿素能够减少氮素的流失，提高氮的利用效率。
2.2盆栽试验结果
2.2.1不同处理对小白菜农艺性状的影响。
由表1可知，相比于CK，处理W2、W3均能增加小白菜的单株鲜重、单株干重、株高和根长，其中处理W2的单株鲜重、单株干重和根长增加显著，分别提高了33.6%、48.4%和23.1%；各处理的叶绿素含量相差不大，且差异不显著。
2.2.2不同处理对小白菜养分累积的影响。由表2可知，相比于CK，处理W2能增加小白菜的氮、磷、钾含量，分别提高了16.7%、12.0%和9.9%，尤其氮、磷、钾总量增加明显，且达到差异显著水平；处理W3的氮、磷含量略有降低，钾含量略有增加，差异不显著。这说明在等氮量的条件下，γ-聚谷氨酸增效尿素比常规尿素更能促进小白菜对养分的吸收。处理W2吸收氮、磷、钾养分总量显著高于CK，处理W3吸收氮、磷、钾养分总量也高于CK，但与CK相比差异不显著。
2.2.3不同处理对土壤农化性状的影响。
由表3可知，CK的pH低于试验前土壤，处理W2、W3的pH与试验前土壤相差不大，基本保持稳定。相比于试验前土壤，各处理的土壤有机质和速效钾含量均所增加，其中处理W2的有机质含量和速效钾含量最高，分别较CK高9.4%和21.2%。相比于试验前土壤，CK的碱解氮含量、有效磷含量略有降低，处理W2、W3的碱解氮含量、有效磷含量有所增加，处理W2的碱解氮和有效磷含量最高，相比于试验前土壤增加了10.3%和3.3%。各处理的碱解氮和有效磷含量从大到小依次为W2、W3、试验前土壤、CK。这表明γ-聚谷氨酸增效尿素能增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，可为小白菜生长提供充足养分，有利于小白菜的生长发育。
3 结论与讨论
（1）淋溶试验表明，γ-聚谷氨酸增效尿素前2次淋溶液的氮浓度低于常规尿素处理，之后淋溶液氮浓度均高于常规尿素处理，且保持较高的氮淋出量。对淋溶后土壤碱解氮含量进行测定，γ-聚谷氨酸增效尿素处理的土壤碱解氮含量比对照有所提高。γ-聚谷氨酸增效尿素能够缓慢释放养分，减缓氮素的流失，延长肥效，提高氮的利用效率。
（2）盆栽试验表明，施用γ-聚谷氨酸增效尿素能提高小白菜的单株鲜重、单株干重、株高和根长，同时能提高小白菜对氮、磷、钾的累积，提高肥料利用率，促进小白菜的生长发育。γ-聚谷氨酸增效尿素能改善土壤农化性状，增强土壤缓冲性，提高土壤养分含量，为小白菜的生长发育提供良好的环境和养分供应。
（3）综合γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性和肥效试验结果，γ-聚谷氨酸增效尿素的保肥效果和在小白菜上的应用效果显著，值得在生产中推广应用。
参考文献
[1] 赵其国.我国现代农业发展中的若干问题[J].土壤学报，1997，34（1）：1-9.
[2] 朱兆良.农田中氮肥的损失与对策[J].土壤与环境，2000，9（1）：1-6.
[3] 朱兆良，文启孝.中国土壤氮素[M].南京：江苏科学技术出版社，1992：288-303.
[4] 赵秉强，杨相东，李燕婷，等.我国新型肥料发展若干问题的探討[J].磷肥与复肥，2012，27（3）：1-4.
[5] 赵秉强，张福锁，廖宗文，等.我国新型肥料发展战略研究[J].植物营养与肥料学报，2004，10（5）：536-545.
[6] 孙爱文，石元亮，张德生，等.硝化/脲酶抑制剂在农业中的应用[J].土壤通报，2004，35（3）：357-361.
[7] 武志杰，周健民.我国缓释、控释肥料发展现状、趋势及对策[J].中国农业科技导报，2001，3（1）：73-76.
[8] 赵秉强，许秀成.加快建设有中国特色缓释肥料技术体系，推动缓释肥料产业健康发展[J].磷肥与复肥，2010，25（4）：11-13.
[9] 张夫道，王玉军.缓/控释BB肥是我国缓/控释肥料的发展方向[J].磷肥与复肥，2009，24（2）：8-11.
[10] TRENKEL M E.Improving fertilizer use efficiency controlled-release and stabilized fertilizer in agriculture[C]//International fertilizer industry association.Paris：IFA，1997.
[11] 卢宗云.聚合氨基酸肥料增效剂有效防止养分流失[J].中国农资，2013（19）：24.
[12] 王萌，许孝瑞.γ-聚谷氨酸在农业应用中的研究进展[J].黑龙江农业科学，2014（10）：161-163.
关键词 γ-聚谷氨酸；尿素；小白菜；淋溶特性；肥效
中图分类号S143.1 文献标识码 A 文章编号0517-6611（2016）35-0137-03
Study on the Fertilizer Efficiency of γ-polyglutamic Acid Urea and Its Eluviation Characteristics
CHUAI Jun-feng1，2， XIAO Yan1，2， ZHUANG Zhong-juan1，2 et 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）
Abstract[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.
Key wordsγ-polyglutamic acid； Urea； Pakchoi； Eluviation characteristics； Fertilizer efficiency
施用氮肥是农业增产的关键，而普通氮肥施入土壤后经挥发、淋溶和反硝化，损失率高达70%，这种巨大的浪费及其对环境、水质的污染已引起普遍关注[1-2]。尿素是一种含氮量高、肥效较快的优质氮肥，是我国主要的化学氮肥品种，占氮肥消耗总量的65%左右。但尿素損失途径多，施入土壤的尿素经过转化后，除被作物吸收和土壤固持外，相当部分氮素通过挥发、硝化、反硝化、径流和淋溶等途径损失，我国氮肥利用效率一直处于较低水平，全国大田作物氮肥平均利用率仅为30%左右[3-5]。因此，提高氮素的利用率，减少淋溶损失，延长肥效期，减少环境污染已成为我国氮肥研究领域的一大热点。
提高化肥氮素利用率有多种途径，通常是添加硝化抑制剂和脲酶抑制剂，以及应用包膜技术制造控释氮肥等[6-10]。笔者利用γ-聚谷氨酸对尿素进行改性，制成γ-聚谷氨酸增效尿素。γ-聚谷氨酸是通过微生物发酵得到的可降解型绿色生物大分子材料，其分子链上含有大量活性官能团，具有亲水性、离子络合性、空间结构性等特性，进而影响肥料养分的存在，降低养分流失，实现作物对养分的快速、高效吸收，提高肥料利用率[11]。另有研究证明，γ-聚谷氨酸作为肥料增效剂，具有促进作物养分吸收、减少肥料使用、增加作物产量、改善作物品质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种极具应用潜力的生物环保型肥料。笔者通过淋溶试验和盆栽试验，研究了γ-聚谷氨酸对氮素淋失和小白菜生长的影响，旨在为γ-聚谷氨酸在农业生产中的广泛应用提供科学依据。 1材料与方法
1.1试验材料
γ-聚谷氨酸：领先生物农业股份有限公司生产。
γ-聚谷氨酸增效尿素：在普通尿素的生产工艺中加入0.6%γ-聚谷氨酸制得，颗粒状。
供试作物：小白菜，品种为绿冠。
1.2试验方法
1.2.1淋溶试验。
采用间歇淋溶法，共设3个处理。T1为不施肥的对照处理（CK1）；T2为加入与γ-聚谷氨酸增效尿素等质量的常规尿素的对照处理（CK2）；T3称取1.00 g γ-聚谷氨酸增效尿素，与500 g风干土（与盆栽用土相同）充分混匀后装入PVC管中（管高30 cm，内径5 cm，试验前用200目滤布封住底部）。土壤表层用滤布覆盖，上铺50 g薄层石英砂防止土壤龟裂。首先用200 mL去离子水将石英砂及土壤湿润，然后每次用100 mL去离子水淋溶，1 d后收集淋溶液，用碱解法测定氮浓度。淋溶结束后，测定土壤碱解氮含量。每处理2次重复，前后2次间隔3 d。
1.2.2盆栽试验。
盆栽试验于2014年8—10月在河北省秦皇岛市领先生物农业股份有限公司温室大棚进行。每盆装风干土2 kg。供试土壤采自温室大棚外空地，养分状况：土壤有机质17.1 g/kg，碱解氮119 mg/kg、有效磷110 mg/kg、速效钾107 mg/kg，pH为7.3。
共设置3个处理：W1常规尿素，用量为0.65 g/盆（CK）；W2 γ-聚谷氨酸增效尿素，用量为0.65 g/盆；W3γ-聚谷氨酸增效尿素减量15%，用量为0.55 g/盆。磷酸二氢钾的用量为0.38 g/盆，氧化钾用量为0.14 g/盆。每处理4次重复，随机排列。
盆栽作物为小白菜，于2014年8月5日播种，每盆种植6株，待齐苗后定植到3株，测定叶绿素含量、株高，收获期称重计每盆小白菜的鲜重，烘干后称干物质重之后粉碎，检测氮、磷、钾含量。收获期一并采集土样，测定pH、土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量。
1.3数据处理
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理及绘图；采用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析（ANOVA）及多重比较（Duncan 法）。
2结果与分析
2.1淋溶试验结果
2.1.1不同处理对淋溶液氮浓度的影响。从图1可知，CK1淋溶曲线较为平缓，随着淋溶次数的增加，淋溶液的氮浓度逐渐降低，最后趋近于0。处理T3与CK2的淋溶曲线变化趋势相似，其淋溶液氮浓度的前3次下降幅度较大，3次以后趋于平缓，且始终保持较高的氮淋出量。其中，处理T3前2次淋溶液氮浓度低于CK2，之后的氮浓度值均高于CK2。这表明与常规尿素相比，γ-聚谷氨酸增效尿素能够缓慢释放养分，延长肥效，提高氮的利用率。
2.1.2不同处理对淋溶后土壤氮含量的影响。
经测定，淋溶前土壤中碱解氮含量为119 mg/kg，淋溶后CK1为67 mg/kg，CK2为169 mg/kg，处理T3为225 mg/kg。
由此可知，相比于淋溶前土样，CK1的碱解氮含量降低明显，CK2和处理T3由于添加了尿素，碱解氮含量有所提高。相比于CK2，处理T3土壤碱解氮含量有所提高，表明γ-聚谷氨酸增效尿素能够减少氮素的流失，提高氮的利用效率。
2.2盆栽试验结果
2.2.1不同处理对小白菜农艺性状的影响。
由表1可知，相比于CK，处理W2、W3均能增加小白菜的单株鲜重、单株干重、株高和根长，其中处理W2的单株鲜重、单株干重和根长增加显著，分别提高了33.6%、48.4%和23.1%；各处理的叶绿素含量相差不大，且差异不显著。
2.2.2不同处理对小白菜养分累积的影响。由表2可知，相比于CK，处理W2能增加小白菜的氮、磷、钾含量，分别提高了16.7%、12.0%和9.9%，尤其氮、磷、钾总量增加明显，且达到差异显著水平；处理W3的氮、磷含量略有降低，钾含量略有增加，差异不显著。这说明在等氮量的条件下，γ-聚谷氨酸增效尿素比常规尿素更能促进小白菜对养分的吸收。处理W2吸收氮、磷、钾养分总量显著高于CK，处理W3吸收氮、磷、钾养分总量也高于CK，但与CK相比差异不显著。
2.2.3不同处理对土壤农化性状的影响。
由表3可知，CK的pH低于试验前土壤，处理W2、W3的pH与试验前土壤相差不大，基本保持稳定。相比于试验前土壤，各处理的土壤有机质和速效钾含量均所增加，其中处理W2的有机质含量和速效钾含量最高，分别较CK高9.4%和21.2%。相比于试验前土壤，CK的碱解氮含量、有效磷含量略有降低，处理W2、W3的碱解氮含量、有效磷含量有所增加，处理W2的碱解氮和有效磷含量最高，相比于试验前土壤增加了10.3%和3.3%。各处理的碱解氮和有效磷含量从大到小依次为W2、W3、试验前土壤、CK。这表明γ-聚谷氨酸增效尿素能增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，可为小白菜生长提供充足养分，有利于小白菜的生长发育。
3 结论与讨论
（1）淋溶试验表明，γ-聚谷氨酸增效尿素前2次淋溶液的氮浓度低于常规尿素处理，之后淋溶液氮浓度均高于常规尿素处理，且保持较高的氮淋出量。对淋溶后土壤碱解氮含量进行测定，γ-聚谷氨酸增效尿素处理的土壤碱解氮含量比对照有所提高。γ-聚谷氨酸增效尿素能够缓慢释放养分，减缓氮素的流失，延长肥效，提高氮的利用效率。
（2）盆栽试验表明，施用γ-聚谷氨酸增效尿素能提高小白菜的单株鲜重、单株干重、株高和根长，同时能提高小白菜对氮、磷、钾的累积，提高肥料利用率，促进小白菜的生长发育。γ-聚谷氨酸增效尿素能改善土壤农化性状，增强土壤缓冲性，提高土壤养分含量，为小白菜的生长发育提供良好的环境和养分供应。
（3）综合γ-聚谷氨酸增效尿素的淋溶特性和肥效试验结果，γ-聚谷氨酸增效尿素的保肥效果和在小白菜上的应用效果显著，值得在生产中推广应用。
参考文献
[1] 赵其国.我国现代农业发展中的若干问题[J].土壤学报，1997，34（1）：1-9.
[2] 朱兆良.农田中氮肥的损失与对策[J].土壤与环境，2000，9（1）：1-6.
[3] 朱兆良，文启孝.中国土壤氮素[M].南京：江苏科学技术出版社，1992：288-303.
[4] 赵秉强，杨相东，李燕婷，等.我国新型肥料发展若干问题的探討[J].磷肥与复肥，2012，27（3）：1-4.
[5] 赵秉强，张福锁，廖宗文，等.我国新型肥料发展战略研究[J].植物营养与肥料学报，2004，10（5）：536-545.
[6] 孙爱文，石元亮，张德生，等.硝化/脲酶抑制剂在农业中的应用[J].土壤通报，2004，35（3）：357-361.
[7] 武志杰，周健民.我国缓释、控释肥料发展现状、趋势及对策[J].中国农业科技导报，2001，3（1）：73-76.
[8] 赵秉强，许秀成.加快建设有中国特色缓释肥料技术体系，推动缓释肥料产业健康发展[J].磷肥与复肥，2010，25（4）：11-13.
[9] 张夫道，王玉军.缓/控释BB肥是我国缓/控释肥料的发展方向[J].磷肥与复肥，2009，24（2）：8-11.
[10] TRENKEL M E.Improving fertilizer use efficiency controlled-release and stabilized fertilizer in agriculture[C]//International fertilizer industry association.Paris：IFA，1997.
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[12] 王萌，许孝瑞.γ-聚谷氨酸在农业应用中的研究进展[J].黑龙江农业科学，2014（10）：161-163.