摘要 氮素利用率是影響作物實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的直接因素之一。在氮肥生產(chǎn)過程中加入氨基酸等天然活性物質(zhì)生產(chǎn)氮肥改性增值產(chǎn)品，是對普通氮肥進行增值改性，提高氮素利用率主要技術(shù)途徑之一。本文闡述了氨基酸增值氮肥的基本情況，分析了氨基酸增效劑對作物、土壤養(yǎng)分與土壤微生物的影響以及氨基酸增效劑的增產(chǎn)效用，并對氨基酸增值氮肥的研究進行了展望。氨基酸作為一種肥料增效物質(zhì)，能夠通過改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，影響植物的養(yǎng)分吸收和根系構(gòu)型，對植物生理產(chǎn)生有益的影響，其增效機制主要是通過調(diào)控“植物—土壤—肥料”系統(tǒng)促進植物生長。本研究為新型氨基酸增值肥料的創(chuàng)制和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 氨基酸；根際微生物；作物；土壤養(yǎng)分；增效機制

中圖分類號 S963.9" "文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）11-0070-04

尿素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較普遍的化學(xué)氮肥類型之一，占氮肥消耗總量的比重較大[1]。由于其活性強、損失途徑多，施入土壤中的尿素氮肥除了被作物吸收和土壤固持，部分則通過氨揮發(fā)、硝化—反硝化、淋溶和徑流等途徑進入水體和大氣中，造成部分氮素損失[2]，這不僅造成資源浪費，還可能影響生態(tài)環(huán)境安全[3]。因此，開展肥料科技創(chuàng)新、研發(fā)新型肥料是實現(xiàn)作物高產(chǎn)和農(nóng)田環(huán)境保護的重要途徑[4]。目前，市場上的增值肥料主要是以腐殖酸類生物大分子作為增效載體，而以小分子有機物作為增效物質(zhì)制備增值肥料的研究有待進一步深入。

氨基酸類物質(zhì)是一類小分子生物刺激素，被作為肥料增效物質(zhì)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域[5-6]，具有提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、提高肥料利用率和減少環(huán)境風(fēng)險等多重效應(yīng)[7]。利用氨基酸等小分子有機物作為增效劑對氮肥進行改性增效，是減肥增效和提升氮素利用效率的重要技術(shù)途徑之一[8]，因此探明其增效機制，對于新型肥料的研發(fā)具有重要意義。本文以小分子有機物氨基酸與尿素熔融制備的氨基酸增值尿素為基礎(chǔ)，從土壤—作物—微生物3個方面闡述氨基酸的增效作用，闡述其增效機制，并對氨基酸增值氮肥的研究進行展望，為小分子有機物肥料增效載體和新型增值肥料的創(chuàng)制和應(yīng)用提供參考。

1 氨基酸增值氮肥增產(chǎn)作用基本情況分析

氨基酸作為一種生物活性物質(zhì)，具備促進植物根系建成，增加相關(guān)酶活性，提高基因表達水平，提升作物對逆境的適應(yīng)能力等多種功能[9-10]。研究證實，噴施氨基酸不僅能夠改善草莓生長過程中的逆境狀況，還能提高果實產(chǎn)量[11]。王蓓等[12]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施含氨基酸水溶肥不僅能明顯提高辣椒和豇豆的產(chǎn)量，還能優(yōu)化土壤微生物環(huán)境。李敏捷等[13]研究表明，在菜豆上噴施氨基酸能明顯提高菜豆的根系活性、葉片數(shù)和生物量，且菜豆中葉綠素含量與氨基酸噴施濃度呈正相關(guān)。

氨基酸復(fù)合產(chǎn)品如氨基酸多元微肥、氨基酸水溶肥和氨基酸復(fù)合肥等被廣泛應(yīng)用，在作物生產(chǎn)上取得明顯效果[14-15]。研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸增效劑與肥料配合施用，一方面，能明顯促進作物對氮肥等有效養(yǎng)分的吸收利用，減少養(yǎng)分損耗，降低因過量施肥可能造成的環(huán)境問題風(fēng)險；另一方面，還可以實現(xiàn)作物的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，保障糧食安全[4]。在生產(chǎn)實踐中，有關(guān)氨基酸作為肥料添加劑與不同養(yǎng)分復(fù)配創(chuàng)制新型肥料已取得了較好的發(fā)展，特別是與氮肥復(fù)配創(chuàng)制新型氨基酸增值肥料是近年來的研究熱點之一[16-17]。袁亮等[7]研究發(fā)現(xiàn)，添加聚合谷氨酸的尿素與普通尿素相比，不僅能增加小麥對肥料中氮的吸收，增強肥料中氮向籽粒的轉(zhuǎn)運，促使小麥增產(chǎn)，還可以提高氮肥表觀利用率和肥料氮利用率，同時減少氮素淋溶，降低氮肥損失率。程林等[18]、黃繼川等[19]研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸的增效機制不僅體現(xiàn)在促進植物根系建成，還可以提高根際微生物活性，有利于土壤對化肥氮的保持，保障作物整個生長周期內(nèi)對氮素的需求。

2 氨基酸增值氮肥增產(chǎn)機制研究

2.1 氨基酸增值氮肥對植物根系的影響

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，根系形態(tài)及其發(fā)育狀況與地上部器官建成和產(chǎn)量關(guān)聯(lián)密切[20-21]。研究表明，氨基酸增值氮肥的施用可以明顯促進植物根系的生長，與普通尿素相比，氨基酸增值尿素可明顯增加水稻的根長、根直徑、根表面積、根體積、根尖數(shù)和投影面積[18]。王振華[9]研究表明，氨基酸對植物根系生長的刺激效應(yīng)主要體現(xiàn)在促進根長度和根數(shù)量的增加方面。這可能是在植物生長代謝過程中，小分子有機物的施入能夠?qū)崿F(xiàn)植物碳源的有效供應(yīng)，刺激植物的根系發(fā)育，使得其根系數(shù)量進一步提升，有效地擴大了養(yǎng)分累積面積。這進一步證實了氨基酸增效劑對植物的直接作用，尤其是促進植物根系生長進而促進其對養(yǎng)分的吸收。

2.2 氨基酸增值氮肥對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分形態(tài)是影響植物生長的直接因子。研究表明，氨基酸可以通過調(diào)控土壤與養(yǎng)分的形態(tài)從而影響植物的養(yǎng)分供應(yīng)[22]。黃慶等[23]、張銘光等[24]研究表明，氨基酸增值尿素的施用促進了植物根際土壤養(yǎng)分的積累，這可能是因為氨基酸作為一種小分子有機物，其氨基和羧基官能團在決定氨基酸的活性方面起著重要作用，羧基可以和尿素中的酰氨基反應(yīng)生成高度穩(wěn)定的氨基酸—尿素復(fù)合物[7]。將氨基酸作為一種增效物質(zhì)加入到尿素中可以避免尿素快速水解，從而保證土壤中尿素的緩慢釋放，給植物提供持續(xù)的氮供應(yīng)。而更多羧基的存在確保了更持續(xù)的氮供應(yīng)，實現(xiàn)尿素的長效緩效，增加了植物生物量的累積[18]。

2.3 氨基增值氮肥劑對土壤微生物的影響

土壤微生物是養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和循環(huán)的“動力泵”，調(diào)控著土壤能量轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)的每一個過程[25]，在維持土壤生態(tài)功能中具有重要地位[26-27]，是評價土壤質(zhì)量與生產(chǎn)力的重要指標(biāo)之一[28]。氨基酸作為一類生物刺激素類物質(zhì)，對增強土壤微生物的生物活性具有重要作用。程林等[18]研究證實，與單施尿素相比，氨基酸增值尿素處理下植物根際土壤微生物總量增加1.70～1.90倍，且總量差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（Plt;0.05），這說明添加氨基酸可明顯激活土壤微生物活性。氨基酸與普通肥料混合施入土壤中可以刺激微生物活性，保持部分氮素被固定在微生物體內(nèi)，隨著微生物的死亡逐漸被釋放，從而被植物吸收利用，提高了氮素的生物有效性；通過改變土壤的團聚體，影響微生物的生存環(huán)境；改變某些特異性菌群的相對豐度，調(diào)控土壤反應(yīng)過程[29]。這種通過調(diào)控土壤微生物活性來為植物根系生長和土壤養(yǎng)分保蓄提供良好的環(huán)境，從而間接促進植物生長的機制有待進一步探究。

3 氨基酸增值氮肥的增產(chǎn)效用研究

根土界面是微生物和水稻根系發(fā)育較活躍的區(qū)域，不同氮素投入會先通過影響水稻根際土壤生態(tài)系統(tǒng)的功能，進而影響植株地上部分的生長發(fā)育[30]。根際作為植物—土壤—微生物相互作用的微區(qū)域，既是養(yǎng)分和水分從土壤進入作物系統(tǒng)參與物質(zhì)循環(huán)的重要門戶，又是土壤微生物活躍的場所，是養(yǎng)分生物有效性研究關(guān)注的焦點之一[31]。研究表明，氨基酸增效劑的添加主要通過影響土壤銨態(tài)氮的含量進而影響土壤碳、氮轉(zhuǎn)化的根際微生物過程[18]。

近年來，對微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性與有機質(zhì)轉(zhuǎn)化以及氮循環(huán)交互作用的研究有所加強[32-33]，而對微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性與碳、氮循環(huán)過程交互作用機制的研究有待進一步探究。目前，相關(guān)學(xué)者在根際微生物互作促進氮、磷協(xié)同利用方面已有研究[34-35]，還需進一步挖掘微生物促進碳、氮和磷等養(yǎng)分的協(xié)同轉(zhuǎn)化和利用機制。

4 氨基酸增值氮肥研究展望

常規(guī)氮肥存在養(yǎng)分利用率較低、肥效期較短的情況，已難以完全滿足綠色高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，而過量施肥帶來的環(huán)境污染和資源浪費等問題日益凸顯。因此，研發(fā)安全高效的增值氮肥，對延長肥效、提高化肥利用率、減少成本投入及保障農(nóng)業(yè)生態(tài)健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[36]。氨基酸增值氮肥不僅可以增加作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品品質(zhì)，還可以保護生態(tài)環(huán)境，節(jié)約農(nóng)業(yè)資源，達到綜合調(diào)控“肥料—作物—土壤”系統(tǒng)的目標(biāo)[37]。氨基酸發(fā)酵尾液是一種價廉易得的肥料增效劑，大量田間試驗表明，單施氨基酸或與尿素、復(fù)合肥進行合理配伍后施用，對提高肥料的利用效率，改善土壤理化環(huán)境及提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方面效果明顯，在肥料研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)域受到了一定關(guān)注，具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景[5，10-13]。

目前，對于氨基酸增值氮肥的研究傾向于氨基酸作為水溶性肥料添加劑，探討其對作物產(chǎn)量、品質(zhì)和養(yǎng)分利用效率的影響，而有關(guān)氨基酸與尿素復(fù)合而成的增值尿素，特別是不同濃度的氨基酸與傳統(tǒng)氮肥融合后對肥料、作物和土壤的影響以及應(yīng)用效果方面有待進一步探究。例如，氨基酸的添加是否會與尿素結(jié)合形成新物質(zhì)，以及新物質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成如何，氨基酸增值氮肥在土壤中的轉(zhuǎn)化特征，以及針對不同類型的土壤和作物作用效果是否同等，是該領(lǐng)域未來需關(guān)注的研究重點。

5 結(jié)語

本文闡述了氨基酸增值氮肥的增產(chǎn)作用基本情況，氨基酸增效劑對作物根系、土壤養(yǎng)分及土壤微生物的影響，以及氨基酸增效劑的效用，并對氨基酸增值氮肥增產(chǎn)的研究進行了展望。氨基酸能夠通過改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、影響植物的養(yǎng)分吸收和根系構(gòu)型，對植物生理產(chǎn)生有益的影響。大量研究證實，氨基酸主要通過調(diào)控“植物—土壤—肥料”系統(tǒng)來促進植株生長，具體體現(xiàn)：直接作用于植物根際，促進根長度和根數(shù)量的增加；調(diào)控土壤與養(yǎng)分的形態(tài)從而影響植物的養(yǎng)分供應(yīng)，氨基酸的羧基可以和尿素中的酰氨基反應(yīng)生成穩(wěn)定的氨基酸—尿素復(fù)合物，避免其快速水解，從而保證了尿素的緩慢控制釋放，給植物提供了持續(xù)的氮供應(yīng)，實現(xiàn)尿素的長效緩效，增加了植物生物量的累積；氨基酸作為一類生物刺激素類物質(zhì)，與普通肥料混合施入土壤中可以刺激土壤微生物活性，保持部分氮素被固定在微生物體內(nèi)，隨著微生物的死亡逐漸被釋放，被植物吸收利用，提高了氮素的生物有效性；除水溶混合外，還可以通過改變生產(chǎn)工藝將氨基酸增效劑與普通肥料鰲合，創(chuàng)制氨基酸增值肥料，以進一步提高肥料利用率，更好地服務(wù)于生態(tài)農(nóng)業(yè)。

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（責(zé)編：何 艷）