任鸿濛任玉敏周彦超贾仕军李 威黄 垚

(1.中国林业科学研究院ABT 研究开发中心,北京 100091; 2. 北京艾比蒂生物科技有限公司,北京102200; 3.人人实验(北京)科技有限公司,北京 102299)

菠菜(SpinaciaoleraceaL.)为速生蔬菜,生长期短,生长速度快,营养生长期需要有充足的氮素供应叶丛生长[1],才能提高产量,增进品质[2]。氮元素是植物所必需的化学元素之一,在所有植物的生长周期都有大量的需求[3]。 有研究表明,无机氮肥大量施用会引起菠菜硝酸盐、亚硝酸盐含量的提高[4],而增施缓效氮、有机态氮以及铵态氮可降低菠菜硝酸盐的含量[5]。

氨基酸在土壤氮元素组成中占据较大的比例,是植物能够吸收利用的一种氮源[6],可直接被植物茎叶吸收[7],对植物生长以及品质等有着重要的影响[8]。 目前,对于氨基酸叶面肥的研究与应用较为广泛。 氨基酸叶面肥除可以为作物提供营养,进而提高产量外,还具有提高作物抗病性、刺激和调节植物快速生长、增强植物的代谢等功能[9]。 氨基酸种类多样,不同氨基酸具有不同的生理功能。 如丙氨酸和组氨酸对水稻的营养作用效果超过硫酸铵,而蛋氨酸和苯丙氨酸对水稻的营养作用较差[10]。 多数氨基酸喷施于芹菜叶面的效果低于等氮量的无机氮肥,丙氨酸和丝氨酸甚至会对芹菜的正常生长起到一定的抑制作用[11]。

甘氨酸是结构最简单、分子量最小的氨基酸[12],是草甘膦、增甘磷等除草剂或调节剂的合成原料,作为有机合成的一种重要的合成原料和中间体,广泛应用于农业、医药、食品等行业[13]。研究表明,甘氨酸可以提高番茄叶片的可溶性糖、游离氨基酸以及各器官的氮元素含量[14],且在一定程度上番茄植株干物质量、总氮量、地上部和根系游离氨基酸、可溶性蛋白、地上部可溶性糖含量随甘氨酸浓度上升而增加。 彭勇等在冬枣的研究中发现,甘氨酸可以提高冬枣果实的着色个数、着色面积以及果实中可溶性糖含量[15]。 宋世威研究了相同浓度的无机氮和氨基酸态氮对甜瓜幼苗的影响,结果表明甘氨酸能够作为甜瓜的良好氮源,可以提高甜瓜根系的氮素分配比例[16]。

目前,关于甘氨酸的肥料应用研究多集中于水培和土壤施肥方面,对于其叶面喷施商品化应用的研究较少。 本研究以大叶菠菜为试验材料,研究叶面喷施不同浓度的甘氨酸水溶肥对盆栽大叶菠菜生长指标的影响,确定合适的叶面喷施使用浓度,为甘氨酸叶面肥研发和商品化应用提供理论参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验于2021 年10 ～12 月在北京艾比蒂生物科技有限公司温室内进行,试验采用的大叶菠菜种子采购于寿光欣欣然园艺有限公司。 菠菜栽培采用32 孔穴盘,育苗基质采用V 草炭∶V 珍珠岩∶V 有机肥= 7 ∶2 ∶1,商品有机肥采购于中化(烟台)作物营养有限公司。

1. 2 试验设计

本试验以喷施清水为空白对照,设甘氨酸水溶肥100 ～500 倍5 个浓度梯度,共计6 个处理。试验采用单因素完全随机区组设计,每穴盘为1次重复,每个处理3 次重复,每个重复32 株,试验菠菜总计576 株。

将菠菜种子直接播种于32 孔穴盘中,每孔播种5 粒,以保证出苗整齐。 幼苗第2 片真叶叶长达到2 cm 以上时,进行间苗,每穴保留1 株健壮的菠菜苗。 随后进行第1 次叶面肥喷施,喷施时,叶片正面、叶背喷施均匀,以叶面喷湿为准,每次喷施叶面肥溶液250 ml(3 盘)。 第1 次叶面施肥后,间隔14 d 进行第2 次叶面施肥,共喷施2 次。

配制甘氨酸含量不低于100 g/L、微量元素(Cu、Fe、Mn、Zn、B、Mo)含量不低于20 g/L 的液体含氨基酸水溶肥料[17]。

1. 3 测定项目及方法

第2 次喷施完15 d 后,每处理每穴盘随机选取24 株幼苗进行数据采集。 株高、根长采用毫米刻度尺测量,基径粗采用游标卡尺测量,叶片数量采用人工计数,叶绿素SPAD 含量及叶片氮含量采用TYS-4N 手持式SPAD 叶绿素仪测定,地上部干鲜质量用精度为0.001 的电子天秤称量。

1. 4 数据处理

采用WPS Office 进行数据统计、制表;采用DPS V 9.01 进行数据统计分析,采用LSD 法进行差异显著性检验(α=0.05)。

2 结果与分析

2. 1 甘氨酸喷施浓度对菠菜植株生长的影响

甘氨酸喷施浓度对菠菜植株生长的影响见表1。

由表1 可知,甘氨酸不同喷施浓度对菠菜苗株高有显著影响。 10%甘氨酸400 倍叶面喷施处理菠菜苗平均株高最大,为9. 46 cm;10%甘氨酸100 倍叶面喷施菠菜苗平均株高处理最低,为8.52 cm。 各处理间大小顺序为:400 倍＞CK＞500倍＞300 倍＞200 倍＞100 倍,其中清水和10%甘氨酸400 倍、500 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均株高显著高于100 倍处理,其余各处理无显著差异。

表1 甘氨酸喷施浓度对菠菜植株生长的影响Table 1 Effects of glycine spraying concentration on the growth of spinach

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗根长无显著影响。其中,10%甘氨酸100 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均根系长度最大,为17.28 cm;CK 处理的菠菜苗平均根系长度最小,为15.57 cm。 各处理间大小顺序为:100 倍＞300 倍＞400 倍＞200 倍＞500 倍＞CK。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗基径粗有显著影响。 CK 处理的菠菜苗平均基径粗最大, 为1.26 mm;10%甘氨酸200 倍叶片喷施处理的菠菜苗平均基径粗最小,为1. 05 mm。 各处理间大小顺序为:CK ＞100 倍＞300 倍＞500 倍＞400 倍＞200 倍,其中CK 处理的菠菜苗平均基径粗显著高于200 倍、400 倍和500 倍处理,200 倍处理的菠菜苗平均基径粗显著低于CK 和100 倍处理。

综上,高浓度甘氨酸水溶肥叶面喷施抑制菠菜苗株高的生长,株高明显低于低浓度叶喷及清水对照;甘氨酸喷施浓度对菠菜苗根的生长均有促进作用,对菠菜基径粗的生长均有抑制作用。

2. 2 甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片形态的影响

甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片数量和形态的影响见表2。

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表2 甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片数量和形态的影响Table 2 Effects of glycine spraying concentration on leaf number and leaf morphology of spinach

由表2 可知,甘氨酸喷施浓度对菠菜苗平均叶片数无显著影响。 其中,10%甘氨酸500 倍叶面喷施处理的单株平均叶片数最多为8. 21 片;400 倍处理的单株平均叶片数最少为7. 75 片。各处理间平均叶片数大小顺序为:500 倍＞CK ＞200 倍＞300 倍＞100 倍＞400 倍。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗叶片长度有显著影响。 10%甘氨酸500 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均叶片长度最大为4.02 cm;100 倍处理的菠菜苗平均叶片长度最小为3.25 cm。 各处理间大小顺序为:500 倍＞400 倍＞300 倍＞200 倍＞CK ＞100倍,其中500 倍处理的菠菜苗平均叶片长度显著大于CK 和100 倍、200 倍处理,100 倍处理的菠菜苗平均叶片长度显著小于其余各处理。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗叶片宽度有显著影响,10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均叶片宽度最大为1.84 cm;200 倍处理的菠菜平均苗叶片宽度最小为1.57 cm。 各处理间大小顺序为:300 倍＞500 倍＞CK ＞400 倍＞100 倍＞200倍,其中300 倍处理的菠菜苗平均叶片宽度显著大于100 倍和200 倍处理。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗叶片厚度有显著影响,10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均叶片厚度最大为0. 58 mm;500 倍处理的菠菜苗平均叶片厚度最小为0.53 mm。 各处理间大小顺序为:300 倍＞400 倍＞CK＞200 倍＞100 倍＞500倍,其中300 倍处理的菠菜苗平均叶片厚度显著高于100 倍、200 倍和500 倍处理;100 倍和500倍处理的菠菜苗平均叶片厚度显著低于300 倍和400 倍处理。

综上,高浓度甘氨酸水溶肥叶面喷施有利于叶片长度、宽度和厚度的增长,低浓度甘氨酸叶面喷施有利于叶片数量的增加。

2. 3 甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片叶绿素和氮含量的影响

甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片叶绿素和氮含量的影响见表3。 由表3 可知,甘氨酸喷施浓度对菠菜苗叶片SPAD 叶绿素含量有显著影响。 10%甘氨酸100 倍叶面喷施处理的菠菜苗叶片SPAD值最高为34.06;300 倍处理的菠菜苗叶片SPAD值最小为29.79。 各处理间大小顺序为:100 倍＞200 倍＞400 倍＞500 倍＞CK ＞300 倍,其中100 倍和200 倍处理的叶片SPAD 值显著大于CK 和300 倍处理,300 倍处理的叶片SPAD 值显著低于其余各处理。

表3 甘氨酸喷施浓度对菠菜叶片的影响Table 3 Effects of glycine spraying concentration on spinach leaves

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗叶片氮含量有显著影响。 10%甘氨酸100 倍叶面喷施处理的菠菜苗叶片氮含量最高为13. 43 mg/g;300 倍处理的菠菜苗叶片氮含量最低为12. 08 mg/g。 各处理间大小顺序为:100 倍＞200 倍＞400 倍＞500 倍＞CK＞300 倍,其中100 倍和200 倍处理的叶片SPAD 值显著大于CK 和300 倍处理,300 倍处理的叶片SPAD 值显著低于其余各处理。综上,10%甘氨酸100 倍和200 倍叶面喷施,可显著提高叶片SPAD 叶绿素含量和氮含量。

2. 4 甘氨酸喷施浓度对菠菜植株干鲜重的影响

甘氨酸喷施浓度对菠菜植株干鲜重的影响见表4。

表4 甘氨酸喷施浓度对菠菜植株干鲜重的影响Table 4 Effects of glycine spraying concentration on dry and fresh weight of spinach

由表4 可知,甘氨酸喷施浓度对菠菜苗地上部鲜重有显著影响。 10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均单株鲜重最大,为2.54 g;100倍处理的菠菜苗平均单株鲜重最小,为1. 78 g。各处理间大小顺序为:300 倍＞400 倍＞500 倍＞CK＞200 倍＞100 倍,其中10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均单株地上部鲜重显著大于CK、100 倍、200 倍和500 倍处理,100 倍处理的菠菜苗地上部鲜重显著低于其余各处理。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗地上部干重有显著影响。 10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均单株地上部干重最大,为0.22 g;100 倍处理的菠菜苗平均单株地上部干重最小,为0. 16 g。各处理间大小顺序为:300 倍＞400 倍＞500 倍＞CK＞200 倍＞100 倍,其中10%甘氨酸300 倍叶面喷施处理的菠菜苗平均单株地上部干重显著大于其余各处理,100 倍处理的菠菜苗地上部干重显著低于其余各处理。

甘氨酸喷施浓度对菠菜苗地上部干鲜比有显著影响。 10%甘氨酸100 倍叶面喷施处理的平均地上部干鲜比最大,为9.19%;500 倍处理的平均地上部干鲜比最小,为8. 27%。 各处理间大小顺序为:100 倍＞200 倍＞CK ＞300 倍＞400 倍＞500倍,其中100 倍处理的地上部干鲜比显著高于CK、300 倍、400 倍和500 倍处理,500 倍处理的地上部干鲜比显著低于CK、100 倍、200 倍和300 倍处理。

综上,10%甘氨酸300 倍叶面喷施可使菠菜单株鲜重提高20. 59%,干重提高20. 55%,地上部干鲜比降低了0.11%。 100 倍叶面喷施抑制了地上部干鲜重的提高,但地上部比对照增长提高了4.94%。

3 讨论与结论

本研究表明,甘氨酸水溶肥叶面喷施对菠菜不同部位的生长具有不同的作用。 其中,不同浓度甘氨酸叶面喷施对菠菜根长生长具有不同程度的促进作用,这与王小丽等在白菜上的研究结果相似[18]。 甘氨酸分子量较小,可发挥自身氨基酸态氮的特性,易于被植物吸收利用,直接对植株生长产生影响,适宜浓度甘氨酸能显著促进植株尤其是根系的生长,促进植株对于矿质元素的吸收,保障植株的健康生长[19]。

高浓度甘氨酸水溶肥叶面喷施有利于叶片长度、宽度、厚度以及SPAD 叶绿素含量、氮含量的提高,有利于地上部干鲜比的增长,但不利于叶片数量的增加,也会对菠菜的株高生长起到抑制作用。

这与李科等在菠菜施肥研究的结果有一定差异,可能是由于植物叶面和根系补充氮肥的吸收利用原理不同有关[1]。 李秋菊研究发现,氨基酸叶面肥可显著提高白菜单株产量[20],但对株高、株幅、叶球高度等没有显著影响,可能是因为氨基酸叶面肥对植株单一方面的生长影响有限,但提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及氮代谢关键酶等的活性[21],使叶绿素含量增加,通过多个方面的叠加影响,最终提高了菠菜的产量[22]。

有研究表明,适宜浓度的有机态氮甘氨酸可作为氮源促进白菜的生长,低浓度下作用效果随浓度的增加而升高,但浓度过高反而抑制白菜的生长[23]。 10%甘氨酸水溶肥100 倍和200 倍叶面喷施抑制菠菜茎叶生长,300 ～500 倍叶面喷施可促进菠菜茎叶生长,其中300 倍叶面喷施可使菠菜单株鲜重提高20. 59%,干重提高20. 55%,是对菠菜产量增长促进作用最明显的使用浓度。但本次试验仅在菠菜上进行了10%甘氨酸水溶肥100 ～500 倍叶面喷施2 次的试验,其在其他作物叶面喷施的最适浓度和使用次数有待进一步进行探究。