聚天门冬氨酸对紫花苜蓿生物学性状及产量的影响

张小燕,马晖玲,马政生

(1.甘肃农业大学草业学院,甘肃兰州 730070;2.草业生态系统教育部重点实验室,甘肃兰州 730070;3.中-美草地畜牧业可持续研究中心,甘肃 兰州730070;4.西北大学化工学院,陕西 西安710069)

紫花苜蓿(Medicago sativa)因产草量高、叶茎比高、富含蛋白质、适应性强、生物固氮能力强在促进畜牧业和草业持续发展中有着不可替代的作用,现已是世界分布最广的多年生牧草[1-4]。随着我国农业产业结构调整、生态环境建设以及养殖业的快速发展,苜蓿逐渐被确立为我国北方首选的高蛋白饲草品种。苜蓿产业化进程不断推进,对农民增加收入和生态环境建设发挥着至关重要的作用[5-8]。关于施肥对紫花苜蓿产量及品质的影响,国内外学者做了大量的研究,但都集中在氮、磷、钾等大量元素肥料的研究上,而近年来一些可降解、环境友好型的新型肥料逐渐受到关注[9-10]。

聚天门冬氨酸(Polyaspartic acid,PASP),是国际公认的绿色化学品,自1985年首次人工合成以来,就逐渐受到世界各大化学公司的关注,其中以美国、德国、日本等国对PASP的研究最为活跃[11],对其在化工及农业上的研究已取得很大进展,而国内则起步较晚,只是在近几年才有一些研究机构开始进行此方面的研究。PASP是氨基酸的聚合物,可生物降解,具有一定生物活性[12],中低分子量的PASP聚合物主要应用于水处理、农用肥料增效等方面;而高分子的聚合物可以将水分富集到农作物根系的周围,减少养分、水分的流失,并起到缓释作用,从而促进作物对养分和水分的高效吸收,因此在农业上的应用已引起广泛作用。本研究以紫花苜蓿阿尔冈金为试验材料,分析PASP叶面喷施对紫花苜蓿生长、产量等方面的影响,为苜蓿的高产栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验地位于兰州市永登县,属中温带大陆性季风气候,年平均日照时数为2 446 h,年均温10.3℃,平均无霜期180 d以上,年平均降水量327 mm,年平均蒸发量1 664 mm。试验地0～30 cm土层土壤基础理化性状为:有机质含量 8.27 g/kg,碱解氮含量 68.05 mg/kg,速效钾含量 173.8 mg/kg,速效磷含量 7.35 mg/kg,p H值7.9。

1.2 试验材料 试验材料为生长第2年的紫花苜蓿品种阿尔冈金(Algonquin)。

试验所用PASP由西北大学化工学院合成并提供,共500 g。

1.3 试验设计 采用叶面喷施的方法施用PASP,共设 5个质量浓度水平,分别为 20、40、60、80、100 mg/L(分别以 P1 、P2、P3、P4、P5 表示),以纯水为对照(CK),共6个处理,各处理重复3次。

试验地共18个小区,小区面积为2 m×2 m,苜蓿生长期间,每茬从株高10 cm开始喷施PASP,每 7 d喷1次,每茬连喷 3次,1年共喷3茬,每小区喷施量为600 mL。

1.4 测定内容与方法

1.4.1 苜蓿生物学性状的测定

株高:每茬都在苜蓿初花期采样,刈割前每小区随机测定20株垂直高度。

叶面积:在苜蓿现蕾初期,随机抽取20株测定各株中部小叶的长和宽。叶面积[13]=叶长×叶宽×0.71。

节间数:在苜蓿初花期每小区随机取20株,逐株测定节间数。

茎粗:在苜蓿初花期每小区随机取20株,用游标卡尺逐株测定其茎粗。

一级分枝数:刈割前在小区选取50 cm,以基部着生个数计其枝条数,每小区重复3次。

1.4.2 草产量 每茬都在苜蓿初花期采样,分别在2008年6月2日、2007年7月10日、2008年9月3日收割。采样时在每个小区随机选取面积为1 m2的小区刈割取样,以5 cm的留茬刈割,并立即测定鲜质量,随机称取500 g鲜样,阴干测其干质量,然后折算成每公顷干草产量。

1.4.3 数据处理 数据分析采用SPSS12.0专业版软件进行分析,并采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 喷施PASP对紫花苜蓿生物学性状的影响

2.1.1 对株高的影响 与CK相比,不同PASP处理均对株高产生一定的影响,其影响依质量浓度不同而有所差异(图1)。

图1 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿株高的影响

在苜蓿生长期,1年3茬中第1茬株高总体为最高,第3茬次之,第2茬株高最低,由于第2茬生长期间气候干旱,且病害发生严重。不同处理间差异不显著(P＞0.05),与CK的差异不显著。从3茬的平均数来看,P1处理对提高苜蓿株高的效果较好。

第1茬PASP各处理与CK相比株高均有提高,其中以 P1处理最高,显著高于 CK(P＜0.05),而与其他处理相比差异不显著(P＞0.05)。说明第1茬紫花苜蓿喷施PASP可以提高紫花苜蓿株高,但随着质量浓度的增加,株高呈先降低再升高的趋势。

第2茬中除P4外其他4个处理,对株高均有增高作用,而且P2与CK差异显著(P＜0.05),比CK提高11.88%。

第3茬与第 1茬相似,各处理株高均高于CK,P1处理的株高最高,为71.13 cm,显著高于CK(P＜0.05)。

2.1.2 对叶面积的影响 由图2可见,第1茬各处理叶面积均大于CK,但均未达显著差异(P＞0.05)。说明喷施PASP对第1茬紫花苜蓿叶面积没有显著的影响。

第2茬P1处理叶面积最大,显著高于P2与P5处理(P＜0.05),与P3、P4处理、CK之间差异不显著(P＞0.05)。

第3茬各处理叶面积均高于CK,P1处理最高,与 CK差异显著(P＜0.05),比 CK高11.10%,其他处理与CK差异不显著(P＞0.05)。

图2 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿叶面积的影响

从3茬的平均数综合分析,P1处理后的叶面积最大,叶的生长直接影响光和面积与光能的利用,且营养价值比茎枝高[14],P1处理对叶面积的增长最有利,因此在培育优质紫花苜蓿的过程中可以加以利用。

2.1.3 对节间数的影响 各处理对不同茬次紫花苜蓿的节间数影响不同(图3)。第1茬节间数总体最大,第3茬次之,第2茬最小。在第1茬中,除P5外的各处理的节间数均大于CK,其中P1处理的最大,显著大于P5及CK(P＜0.05),P2、P3与CK之间差异不显著(P＞0.05),但都显著高于P5(P＜0.05)。

第2茬节间数总体最小,原因可能是生长期间干旱、虫害严重而抑制了苜蓿的生长,第2茬中各处理节间数均高于CK,其中P1最高,显著高于CK(P＜0.05),比CK高10.55%,其他处理与CK差异不显著(P＞0.05)。

图3 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿节间数的影响

第3茬中以P3处理节间数最高,显著高于P4、P5及CK(P ＜0.05),与 P1、P2无显著差异(P＞0.05)。综合1年3茬分析,对节间数促进作用最好的是P1处理。

2.1.4 对茎粗的影响 施PASP对紫花苜蓿的茎粗有一定影响,总的趋势是促进茎粗变大(表1)。第1茬各个处理与CK无显著差异(P＞0.05),但除P4处理外,各处理的茎粗均大于CK,其中P2最大,P3次之。

表1 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿茎粗的影响 mm

第2茬各处理的茎粗均大于CK,其中P2处理最大,显著高于CK(P＜0.05),比CK高8.41%,其他各处理与CK差异不显著(P＞0.05)。

第3茬中以P3处理的茎粗最大,与CK差异不显著(P＞0.05),但显著高于P5处理(P＜0.05),其他各处理与CK差异不显著。

综合3茬分析,施用PASP对紫花苜蓿的茎粗有促进作用,其中P2处理作用最明显。

2.1.5 对一级分枝数的影响 不同质量浓度PASP溶液叶面喷施对紫花苜蓿的一级分枝数具有明显影响(图4)。第1茬P3处理的分枝数最高,显著高于 CK(P＜0.05),比 CK高32.64%,其他处理与对照差异不显著(P＞0.05)。

第2茬P3处理一级分枝数最高,为1 028.7枝/m2,与其他处理及CK都达差异显著(P＜0.05)。P1、P2、P5 与 CK 间无显著差异,但都与P3存在显著差异。

第3茬各处理与CK相比均有提高趋势,其中P3处理一级分枝数最高,其次为P2,都显著高于CK(P＜0.05)。P1、P4、P5处理与CK 无显著差异。经分析可知,P3处理对促进紫花苜蓿的一级分枝数效果最明显。

图4 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿分枝数的影响

2.2 喷施PASP对紫花苜蓿草产量的影响各处理对苜蓿干草产量的影响不同(图5)。一年中以第1茬产量最高,第3茬次之,第2茬最低,这可能是由于第2茬生长周期短,而且虫害严重,抑制了紫花苜蓿的生长。

第1茬中,以P1处理的产量最高,为6 290.35 kg/hm2,显著高于 P4、P5及 CK(P ＜0.05),而与P2、P3处理差异不显著(P＞0.05)。说明第1茬紫花苜蓿喷施PASP可以影响产量,但随着质量浓度的增加,产量呈降低的趋势,以P1处理(20 mg/L)效果最好,比对照增产16.23%。

第2茬中,以P3处理的产量最高,与CK差异不显著(P＞0.05),但显著高于P5处理(P＜0.05),其他处理与CK间差异不显著。

第3茬中,P1处理的产量最高,除与P2处理未达差异显著外(P＞0.05),与其他处理及CK差异显著(P＜0.05)。

综合分析,年总产量以P1处理最高,比CK高13.68%,P1、P2、P3处理间差异不显著(P＞0.05),且与P4、P5及CK间均达差异显著(P＜0.05)。由此可得,质量浓度较低的 P1、P2、P3可以显著提高紫花苜蓿的干草产量。

3 讨论

由于PASP是氨基酸的聚合物、可降解、无污染,对作物施PASP可以提高产量,同时可解决现存的农业化肥污染问题,减轻农业环境所承受的压力[11]。雷全奎等[15]研究表明,使用PASP对花生(Arachis hypogaea)的生长有明显的促进作用,可以有效地提高花生的单株分枝数、单株果数、单株饱果数、百果质量,特别是对单株分枝数和单株果数的影响,比对照提高了17.52%和13.25%,百果仁质量较对照增加6.33%。与此相似,本研究中对紫花苜蓿施适宜浓度的PASP,年内每茬次的产量及年总产量均显著高于CK(P＜0.05),年干草产量比CK提高13.68%,对株高、叶面积、分枝数等性状也具有明显的促进作用。研究还表明,施用PASP对紫花苜蓿的叶面积有显著影响,CK的年内平均叶面积比PASP处理的都小,而叶面积的增加有利于苜蓿产量的提高。另外,PASP对茎粗有明显的促进作用,从而可提高作物的抗倒伏能力。

图5 不同质量浓度PASP叶面喷施对紫花苜蓿草产量的影响

有研究报道,PASP对植物增产作用主要是通过提高作物对肥料的利用率来实现的,PASP具有一定的生物活性,对金属离子具有鳌合作用,一定分子量的PASP可以富集土壤中的N、P、K及 Ca、Mg 、S 、Mn、Cu、Fe、B 等元素给植物,使植物更有效地利用肥料[11]。同时由于PASP良好的离子吸附性和生物可降解性,降解产物又可以被植物吸收利用从而促进植物生长[16]。至于PASP在紫花苜蓿中的进一步作用及其机理的探索正在进行中。

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