谷氨酸发酵废液施用时期对水稻氮营养效应及土壤肥力的影响

张连秋+任艳云+张敬敏

摘要：為探索谷氨酸发酵废液在农业中的利用技术，采用盆栽试验，研究不同时期施用谷氨酸发酵废液（基肥、分蘖肥和穗肥）对水稻氮营养效应和土壤肥力的影响。试验结果表明，在氮素用量一致的条件下，与3个时期均施无机肥（F）的对照处理（FFF）相比，不同时期施用谷氨酸发酵废液（M）处理可明显提高水稻根重、分蘖数、穗重及根部氮素含量和分配比例。分蘖期施用 M的处理（FMF）每株穗重比对照提高 11.25%，而3个时期均施用M的处理（MMM）和对照间无显著差异；籽粒氮素含量以FMF最高，基施和分蘖期施用M的处理（MMF）与对照无显著差异，MMM显著低于FFF。施用谷氨酸发酵废液还可提高土壤速效磷、钾、有效铜、锌和铁的含量。除MMM外，FMF和MMF的全盐量均显著低于FFF处理，而pH值均与FFF无显著差异。以上结果表明，分蘖前施用谷氨酸发酵废液可提高水稻根重和分蘖数，提高穗重，后期穗肥使用无机肥，可促进氮素在籽粒中的含量和分配比例，且合理谷氨酸发酵废液不会对土壤全盐量和土壤pH值产生显著影响。

关键词：谷氨酸发酵废液；水稻；氮营养；土壤肥力

中图分类号：S141.8：S511文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）11-0091-04

Effects of Application Time of Glutamate Fermentative

Waste on Rice Nitrogen Nutrient and Soil Fertility

Zhang Lianqiu1， Ren Yanyun1， Zhang Jingmin2

（1. Jining Academy of Agricultural Sciences， Jining 272031， China；

2. Weifang University of Science and Technology， Shouguang 262700， China）

AbstractTo explore the utilization technology of glutamate fermentative waste in agriculture， the effects of different application times of glutamate fermentative waste （basic fertilizer， tiller fertilizer and panicle fertilizer） on rice nitrogen nutrient and soil fertility were studied by pot experiment. The results showed that under the condition of the same nitrogen application rate， compared with control of applying inorganic fertilizer （F） at all the three growing stages （FFF）， the application of glutamate fermentative waste （M） could obviously enhance the rice root weight， tiller number， panicle weight， nitrogen content and distribution ratio in roots. Applying glutamate fermentative waste at the tillering stage （FMF）， the grain weight of single plant increased by 11.25% compared with FFF， but there was no significant difference between MMM and FFF. For the grain nitrogen content， the highest appeared in FMF， there was no significant difference between MMF and FFF， and that in MMM was significantly lower than that in FFF. The application of glutamate fermentative waste could also obviously enhance soil available phosphorus， potassium， copper， zinc and ferric content. Except MMM， the total salt quantity in FMF and MMF were significantly lower than that in FFF， but the pH value had no significant difference among FMF， MMF and FFF. It could be concluded that applying glutamate fermentative waste before the tillering stage could increase the rice root weight， tiller number and grain weight. Using inorganic as panicle fertilizer could promote the nitrogen content and distribution ratio in grain. Furthermore， reasonable application of glutamate fermentative waste had no significant impact on the soil salt content and pH value.

KeywordsGlutamate fermentative waste； Rice； Nitrogen nutrient； Soil fertility

随着植物有机态营养研究的深入，氨基酸肥料得以快速发展，但由于其价格昂贵，一定程度限制了氨基酸肥料的发展[1]。现研究发现，某些氨基酸生产企业发酵废液中含有氨基酸残基，用于农业生产，对作物生长有明显的促进作用[2-5]。因而研究氨基酸发酵废液的农业合理利用，对工农业生产具有重要意义。 我国味精（谷氨酸钠）年产量一直遥遥领先，生产中产生的谷氨酸发酵废液，含有NH+4-N、蛋白质、氨基酸等丰富的营养物质。谷氨酸发酵废液对作物产量增加、品质提升、抗性加强等方面的作用已得到证实[2-5]。刘睿等[3]发现低浓度的谷氨酸发酵废液对作物种子的发芽具有一定的促进作用；张铭光等[2]研究表明施用适当浓度的谷氨酸发酵废液可提高白菜叶片可溶蛋白和叶绿素含量，增强硝酸还原酶活性；邓金川等[4]研究表明，由于谷氨酸发酵废液富含氮素以及游离氨基酸，施入土壤后可显著提高土壤氮、磷水平和土壤微量元素含量，增强作物对磷和钾的累积。张敬敏等[5]研究表明，与单施无机肥相比，无机肥配施谷氨酸发酵废液，可使水稻产量提高14.02%。

水稻是我国主要粮食作物，氮肥是影响水稻产量的重要营养元素，对水稻养分物质的积累、分配、运输和转化起着关键性作用[6-10]。水稻不同生育时期需氮量不同，氮素吸收量规律一般为：分蘖期>齐穗期>移栽和成熟期[7，8]。谷氨酸發酵废液对水稻的增产作用已明确，在不同时期合理施用谷氨酸发酵废液的研究尚未见报道。 因此，本试验以谷氨酸发酵废液为试材，采用盆栽试验，在氮素用量相同的条件下，通过研究不同时期施用谷氨酸发酵废液对水稻生物量、土壤肥力和植株氮素分配的影响，旨在探索谷氨酸发酵废液在水稻上的合理施用方法，以期为其在农业上的推广应用提供参考。

1材料与方法

试验在济宁市农业科学研究院试验农场进行。试验所用土壤有机质含量为0.738%、碱解氮25 mg/kg、速效磷8.9 mg/kg、速效钾91 mg/kg。盆栽试验选用直径30 cm、高40 cm的塑料桶，于2014年4月18日装土，每桶装土17.5 kg，备用。

供试肥料为谷氨酸发酵废液，由济宁菱花集团提供。其水分含量为32.20%，全氮含量9.13%，全磷含量3.17%，有机质（主要为氨基酸和糖）含量21%。pH值5.6。水稻种子选用大粮203，种子经催芽5天后直播于塑料桶内，每桶12粒，半个月后定苗6株。

氮肥为尿素或谷氨酸发酵废液。尿素用量26 g/桶或谷氨酸发酵废液用量140 mL/桶时，相当于氮肥总用量375 kg/hm2。磷肥为过磷酸钙（26 g/桶），钾肥为氯化钾（10 g/桶），相当于施过磷酸钙375 kg/hm2、氯化钾150 kg/hm2。氮肥分基肥（总施肥量的50%）、蘖肥（总施肥量的30%）和穗肥（总施肥量的20%）施入，过磷酸钙、氯化钾作基肥一次性施用。共设4个处理，施用尿素以F表示，谷氨酸发酵废液以M表示。各处理名称及氮肥用量和种类如表1所示。

2结果与分析

2.1不同施肥处理对水稻生物量和产量构成因素的影响

由表2可以看出，与3个时期均施无机肥的对照（FFF）相比，不同时期施用谷氨酸发酵废液处理，可明显促进根系生长，提高根系干重；分蘖期追施谷氨酸发酵废液的处理（FMF）、基肥、分蘖肥施用谷氨酸发酵废液的处理（MMF）及3个时期均施用谷氨酸发酵废液的处理（MMM）根系干重分别比FFF提高 40.71%、37.16%、61.22%；茎以FMF处理最高，其次是MMM；鞘以MMM处理最高，其次是FMF处理，MMF处理最低；叶片干重各施肥处理在14.83～15.89 g/株之间，处理间差异显著。

穗粒数以FMF和MMF处理较高，分别较FFF处理增加了5.41%和6.76%，而MMM处理较FFF穗粒数减少了4.73%，但差异不显著。对于分蘖数而言，FMF、MMF和MMM较FFF处理分别增加了19.15%、14.07%和4.15%，各处理间差异显著。每株穗重以FMF最高，较FFF处理提高了11.25%，差异达显著水平；其次是MMF，提高了1.55%，FFF和MMM穗重间无显著差异。

2.2不同施肥处理对水稻植株氮素养分含量的影响

氮素在营养器官和生殖器官中的累积和分配是决定水稻产量的重要因素。由表3可见，根内氮素含量FMF、MMF和MMM处理均显著高于FFF处理，但施用谷氨酸发酵废液的3个处理间无显著差异；茎内以MMF最高，FFF和FMF次之，MMM最低；叶内以MMM最高，FFF最低；鞘内以FMF最高，MMF最低；籽粒内以FMF最高，较FFF显著提高16.07%，MMF和FFF间无显著差异，MMM显著低于FFF。

从氮素在各器官中的分配比例来看，与FFF处理相比，FMF处理显著提高了根系和籽粒中氮素的分配比例； MMM处理提高了根、叶中氮素分配比例，茎、鞘、籽粒氮素分配比例显著低于FFF处理。由此说明，分蘖前施用谷氨酸发酵废液，利于水稻根系发育；穗期施用无机肥，可促进籽粒内氮素含量及在籽粒中的分配比例。

2.3不同施肥处理对土壤肥力的影响

由表4可以看出，有机质含量随谷氨酸发酵废液施用量增加而提高，以MMM处理有机质含量最高，其次是MMF，并与FFF处理有显著差异，FFF和FMF间无显著差异。说明谷氨酸发酵废液中的有机成分对提高土壤有机质有显著作用。

谷氨酸发酵废液中的氮素主要是铵态氮和氨基酸态可溶性有机氮。由表4可看出，土壤速效氮含量以FFF和FMF处理较高，二者无显著差异；而MMF、MMM则显著低于FFF处理。这可能一方面由于谷氨酸发酵废液中的氮素形态为氨态氮，易于挥发而流失，另一方面可能是水稻生长对氮素的过多吸收，造成土壤速效氮的降低。

酸性谷氨酸发酵废液的施入，对土壤磷的活化作用是明显的。FMF、MMF和MMM速效磷分别比FFF提高6.56%、7.12%和34.26%。说明施谷氨酸发酵废液可明显提高土壤有效磷，这一方面由于谷氨酸发酵废液呈酸性，可活化土壤磷素，另一方面谷氨酸发酵废液含有大量小分子有机物，可活化络合土壤磷素，减少土壤对磷素的固定。速效钾含量与速效磷有相似的规律，FMF、MMF和MMM处理的速效钾含量分别比FFF提高13.04%、21.74%和17.39%。

施用谷氨酸发酵废液还可提高土壤微量元素有效铜、有效锌和有效铁的含量。提高幅度因施肥量不同而有所差异。土壤微量元素的提高一方面由于谷氨酸发酵废液本身含有这种离子，如铜和铁；另一方面谷氨酸发酵废液呈酸性，且因其含有的大量有机物质提高了元素的活性，从而提高了土壤中微量元素的有效含量。

谷氨酸发酵废液中含有大量盐离子且呈酸性，其施入土壤后对土壤全盐量和pH的影响是研究的重点内容之一。由表4可看出，全盐量除MMM外，FMF和MMF均显著低FFF处理。pH值则除MMM外，FMF和MMF均与FFF处理无显著差异。说明施用少量谷氨酸发酵废液配施无机肥不会增加土壤全盐量，对土壤pH值也未产生显著影响。

3讨论与结论

有研究表明，氮肥投入是保证水稻稳产丰产的重要措施[6-10]。根系生长是影响水稻氮素累积量的主要性状[7]。根系吸收的氮素在满足自身生长的同时运输至地上部还原同化，用于器官建成和產量形成[6]。茎鞘、叶片和根系氮积累量在孕穗至抽穗达到最大值，抽穗后，茎鞘和叶片等器官所积累的氮素不断输出转移到籽粒中[7-9]。本研究表明，施用谷氨酸发酵废液可明显提高根重、促进分蘖，为后期水稻养分和高产奠定基础。但只施用谷氨酸发酵废液处理MMM，根、茎、叶和鞘的干物质产量最高，可明显促进水稻营养生长，易使水稻徒长。而MMF虽然干物质产量低于FFF处理，但或许是促进了养分的吸收和转移，穗粒数、分蘖数和穗重等产量指标均高于FFF和MMM处理。FMF处理，营养生长和生殖生长较协调，有效分蘖数和穗重较高，可获得较高的产量。从氮素在籽粒中的分配比例来看，FMF显著高于FFF和MMF处理，MMM显著低于FFF处理。由此可以得出，水稻分蘖前施用谷氨酸发酵废液，可提高根重和有效分蘖数，穗肥施用无机肥，可满足此时期对养分的大量需求，提高养分向籽粒的转移而获得较高产量。

谷氨酸发酵废液本身含有有机物质，施入土壤中可提高土壤有机质含量，土壤有机质含量随其施用量增加而提高。同时由于谷氨酸发酵废液呈酸性，对土壤中速效磷、钾及铜、锌和铁等元素均有一定的活化作用，其所含的大量小分子有机物可活化络合微量元素，提高其有效性。或许由于水稻对氮素的过多吸收或铵态氮的挥发损失，施谷氨酸发酵废液的处理土壤速效氮含量均低于全施无机肥处理。

盐分含量的高低及酸碱度是谷氨酸发酵废液能否被利用的关键。从本研究结果来看，除整个生育期全部施用谷氨酸发酵废液的MMM处理外，施用少量谷氨酸发酵废液的 FMF处理全盐量显著低于FFF处理，pH值与FFF处理无显著差异。说明合理施用谷氨酸发酵废液不会对土壤全盐量和pH值产生显著影响。

综合以上结果可以得出，施用谷氨酸发酵废液应尽量在水稻生育前期施用，以利于水稻根系发育及分蘖，少量施用谷氨酸发酵废液不会显著提高土壤全盐量和降低土壤pH值，而且还有利于土壤肥力的提高。

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收稿日期：2017-06-05