氨基酸肥在果樹生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

田時(shí)敏,袁嘉瑋,王愛玲,王 璐,張 健,張鵬飛,梁哲軍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西 運(yùn)城 044000)

1 引言

德國農(nóng)業(yè)化學(xué)家李比希于1840年創(chuàng)立了植物礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)說，認(rèn)為植物只能吸收自然界中的無機(jī)態(tài)氮而不能將有機(jī)態(tài)氮進(jìn)行利用[1]。這一時(shí)期，人們主要對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分開展了較多的研究而對(duì)有機(jī)營養(yǎng)較為忽視[2～5]。隨著研究方法的改進(jìn)和研究的深入，越來越多的研究證明一些有機(jī)物諸如糖類、核酸、氨基酸等也能被植物直接吸收利用，并且對(duì)植物的生長發(fā)育有重要影響[6～10]。由此引發(fā)了人們對(duì)植物有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)的廣泛關(guān)注，進(jìn)而促進(jìn)了對(duì)植物有機(jī)營養(yǎng)方面的研究。

氨基酸肥是一種將植物性、動(dòng)物性原料進(jìn)行分解或人工合成的以氨基酸為主要成分的新型肥料，具有速效、無公害等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。果樹是我國重要的經(jīng)濟(jì)樹種，通過葉面噴施、原液涂干、灌根等方式將氨基酸肥施用于果樹，對(duì)調(diào)節(jié)果樹生長發(fā)育、提高果實(shí)品質(zhì)和果樹產(chǎn)量具有良好效果[11～13]。本文綜述了氨基酸肥在果樹生產(chǎn)中的作用，以期為果樹應(yīng)用氨基酸肥的研究提供理論依據(jù)。

2 施用氨基酸肥對(duì)土壤環(huán)境的影響

2.1 對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

氨基酸具有結(jié)構(gòu)簡單、易吸收的特征，施用在土壤中的氨基酸肥可迅速代謝或被植物和微生物直接吸收，通過自然代謝或土壤生物活動(dòng)的影響，改變土壤理化性質(zhì)，加速土壤中物質(zhì)的循環(huán)及轉(zhuǎn)化，發(fā)揮生態(tài)效益[14～16]。施用氨基酸肥可以改善土壤酸堿度和鹽度、促進(jìn)土壤碳素循環(huán)，最終使土壤碳庫及土壤中速效磷含量提升。過高的無機(jī)氮濃度會(huì)使土壤生態(tài)遭到破壞，而經(jīng)氨基酸肥處理，可使土壤理化性質(zhì)得到改善[17]。

2.2 對(duì)土壤酶活的影響

多數(shù)微生物為使周圍的環(huán)境更加適合自身的生存繁衍，會(huì)通過分泌一些酶來調(diào)節(jié)土壤的微環(huán)境。土壤中廣泛存在著土壤酶，其活性顯著影響土壤肥力[18,19]。土壤酶對(duì)土壤環(huán)境的變化極其敏感，而不同的農(nóng)業(yè)管理措施會(huì)使土壤質(zhì)量發(fā)生不同的變化，因此，土壤酶活性的變化可體現(xiàn)土壤環(huán)境的變動(dòng)趨勢，以此可作為土壤生態(tài)環(huán)境變化的指標(biāo)。與其他有機(jī)肥與無機(jī)肥對(duì)土壤中不同酶的活性均表現(xiàn)出提高和抑制的效應(yīng)不一現(xiàn)象相比，氨基酸肥使土壤中不同酶的活性均得到了提高，且作用更加均衡，對(duì)保持土壤的生態(tài)功能更有積極意義[17]。

2.3 對(duì)土壤微生物群落的影響

微生物大量存在于自然土壤中，通過分泌豐富多樣的酶以改善周圍的生存環(huán)境，因此可以說土壤微生物在不斷優(yōu)化并維持著土壤生態(tài)功能，同時(shí)土壤環(huán)境的細(xì)微波動(dòng)也會(huì)引起土壤內(nèi)生物量的變化，因此越來越多的研究者開始關(guān)注土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)特征，通過相關(guān)指標(biāo)的檢測來表征土壤生態(tài)的變化。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上普遍的土壤管理措施，對(duì)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有著重要的影響。有機(jī)肥的施入可為土壤中的微生物帶來大量養(yǎng)分，刺激微生物提高其生物活性，促進(jìn)其大量繁殖；而無機(jī)肥料的施入，可促使植物加速吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)快速生長，但會(huì)不斷消耗土壤中的養(yǎng)分，降低微生物的生物活性，減少其生物量，破壞微生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤生態(tài)功能產(chǎn)生負(fù)面影響[20～26]。研究表明：氨基酸肥的施用能促進(jìn)土壤中微生物快速生長，增強(qiáng)其活性，顯著提高多數(shù)土壤微生物種群的生物量。作為土壤可持續(xù)發(fā)展的敏感生物指標(biāo)真菌與細(xì)菌數(shù)量比F/B值，氨基酸肥與其他有機(jī)肥或無機(jī)肥的應(yīng)用效果相比達(dá)到最優(yōu)[17]。

3 施用氨基酸肥對(duì)果樹生長發(fā)育的影響

3.1 對(duì)果樹根系的影響

果樹根系對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收能力顯著影響根系生長量及其空間分布構(gòu)型。近年來的研究表明，土壤中豐富的氨基酸可促進(jìn)果樹根系發(fā)育。這主要是由于氨基酸肥的施入，有利于土壤中微生物的生存繁衍，改良了果樹根際土壤，加上土壤結(jié)構(gòu)疏松，減緩了根系生長阻力，使根系健壯并加速生長[27,28]。鄭其峰等[29]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)6年生紅星、紅富士蘋果樹施用300倍濃度的果友氨基酸后，根量增加了32%～44.7%。

3.2 對(duì)果樹光合作用的影響

由于氨基酸是小分子有機(jī)物，在參與到光合作用反應(yīng)時(shí)無需通過有機(jī)轉(zhuǎn)化，可跨越前期生化反應(yīng)，利用節(jié)省的光合能直接參與到后續(xù)反應(yīng)中，制造果樹所需的各類有機(jī)物質(zhì)，促進(jìn)果樹生長[8,30]。研究表明，施用氨基酸肥的果樹樹體健壯，樹勢轉(zhuǎn)強(qiáng)，短枝量增加，葉片寬厚，葉脈粗壯，葉色蔥翠有光澤，光合效率顯著增強(qiáng)[13,31～34]。彭智平等[35]研究發(fā)現(xiàn)，使用氨基酸肥對(duì)沙糖桔進(jìn)行灌根處理，可顯著提高葉片葉綠素含量。肖麗珍等[36]通過對(duì)5個(gè)品種葡萄進(jìn)行氨基酸肥葉面噴施試驗(yàn)也得到了相似的結(jié)論。張龍等[37]在棗樹上的氨基酸肥試驗(yàn)，進(jìn)一步證明了氨基酸對(duì)果樹光合作用的促進(jìn)作用。

3.3 對(duì)果樹地上部分生長發(fā)育的影響

傳統(tǒng)認(rèn)為，果樹地上部分生長發(fā)育所需養(yǎng)分一方面來自于根系的吸收，另一方面來自于綠色部分的光合作用。氨基酸肥的施入，增加了果樹養(yǎng)分供給路徑，可影響果樹地上部分的生長發(fā)育。研究表明，棗樹生長發(fā)育前期噴施氨基酸肥，可顯著增加其葉片厚度、百葉重、葉面積、棗吊長度、棗吊葉片數(shù)和花序數(shù)[38]。對(duì)溫室草莓在生長期分 3 次噴施 200、300、400倍液濃度的氨基酸肥，可使株高比對(duì)照分別增長9%、7%、5%，葉片比對(duì)照加厚2.9%、8.8%、5.9%，葉柄比對(duì)照增粗0.8%、9.1%、1.2%[39]。然而，一些研究卻得出了不同的結(jié)論，認(rèn)為氨基酸除了以營養(yǎng)物質(zhì)的形式促進(jìn)果樹地上部分的生長和發(fā)育外，還可抑制果樹生長。如：在生長期對(duì)藍(lán)莓噴施植物氨基酸，在低濃度下對(duì)藍(lán)莓的生長發(fā)育無顯著作用，而高濃度則會(huì)抑制藍(lán)莓的生長[40]。目前，氨基酸抑制果樹生長的具體分子機(jī)理還不明確，需進(jìn)一步探究[41]。

4 施用氨基酸肥對(duì)果樹抗逆性的影響

在自然條件下，果樹會(huì)受到各種不良環(huán)境的影響，嚴(yán)重危害果樹的正常生長。外源氨基酸可以通過參與果樹生理代謝，調(diào)節(jié)相關(guān)基因表達(dá)和關(guān)鍵酶的活性等途徑提高果樹對(duì)逆境的適應(yīng)性。

4.1 對(duì)果樹在溫度脅迫下的影響

溫度對(duì)于果樹生長而言尤為重要，其生理活動(dòng)及生化反應(yīng)均需要適宜的溫度條件。過高或過低的環(huán)境溫度都會(huì)對(duì)果樹產(chǎn)生負(fù)面影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致果樹死亡。研究表明，施用有機(jī)質(zhì)，可以補(bǔ)充果樹營養(yǎng)，增強(qiáng)樹勢，使果樹抵抗溫度脅迫的能力提高[42]。周歧偉等[43]研究表明，通過外源半胱氨酸噴施可有效增強(qiáng)香蕉的抗寒能力。張健強(qiáng)等[44]認(rèn)為，用半胱氨酸等作為外源抗氧化劑，可提高蘋果在高溫脅迫下抗氧化的能力。

4.2 對(duì)果樹在干旱脅迫下的影響

果樹的生長發(fā)育離不開水。不論是生長季還是休眠期，干旱都會(huì)對(duì)樹體發(fā)育的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生抑制作用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致果樹冬春季抽條，生長季落葉、落果，甚至出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響果樹的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需充分挖掘果樹抗旱潛力，防御和減輕果樹的干旱危害[45,46]。研究認(rèn)為，氨基酸等有機(jī)物質(zhì)能夠提高植物抵抗干旱的能力[47～49]。通過外源噴施20 mmol/L的γ-氨基丁酸有效促進(jìn)了干旱脅迫下甜瓜幼苗的生長，可緩解干旱脅迫造成的生長抑制和傷害[50]，這為果樹抗旱劑的研究與篩選提供了方向。

4.3 對(duì)果樹在鹽脅迫下的影響

氨基酸或以氨基酸為原料合成的某些多胺能夠提高果樹對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)能力[51]。研究表明，外源脯氨酸處理可使甜瓜幼苗鳥氨酸合成量增加，抑制谷氨酸的合成，由此進(jìn)一步提高脯氨酸含量，提高甜瓜幼苗抗鹽能力。脯氨酸的適量施用，可以增加甜瓜體內(nèi)運(yùn)輸Ca2+、K+、Mg2+等離子的能力及離子含量，降低Na+、Cl-含量，一定程度上提升植株抵抗鹽脅迫的能力[52～54]。趙寧等[55]的研究進(jìn)一步完善了氨基酸對(duì)緩解甜瓜鹽脅迫的積極作用。

4.4 對(duì)果樹在低氧脅迫下的影響

過于板結(jié)的土壤或土壤含水量過大會(huì)造成根系缺氧，低氧脅迫會(huì)對(duì)果樹正常的生長發(fā)育及果實(shí)品質(zhì)產(chǎn)生不良的影響。大量的研究結(jié)果表明，γ-氨基丁酸可有效緩解低氧脅迫對(duì)果樹的損傷。外源γ-氨基丁酸可以增強(qiáng)甜瓜幼苗的光合作用[56]，提高抗氧化酶活性[57]，還能提高根系中硝酸還原酶活性，促進(jìn)硝酸鹽與Ca2+、K+、Mg2+等離子的吸收，減少M(fèi)n2+、Fe3+、Cu2+的吸收[58]，從而緩解低氧脅迫對(duì)甜瓜幼苗的不利影響。低氧脅迫下，果樹內(nèi)源γ-氨基丁酸和丙氨酸會(huì)得到積累，并且二者的積累存在關(guān)聯(lián)性[59]。

4.5 對(duì)果樹抵抗病蟲害的影響

病蟲害也是困擾果樹生產(chǎn)的一大因素，有效控制病蟲害有利于果樹提質(zhì)增產(chǎn)。研究表明，部分氨基酸類化合物可直接抑制果樹病蟲害或提高果樹對(duì)病蟲害的抵抗能力[60]。外源氨基酸及外源氨基酸與添加劑復(fù)配對(duì)藍(lán)莓進(jìn)行噴施，可顯著提升藍(lán)莓對(duì)灰霉病、紅葉病的抗性[40]。β-氨基丁酸在控制葡萄霜霉病[61]與西瓜枯萎病[62]等方面均表現(xiàn)出較好的效果。研究發(fā)現(xiàn)[63]，噴灑蛋氨酸可有效降低柑橘害蟲黃斑鳳蝶的蟲口密度。目前，氨基酸對(duì)植物抗病性的影響逐漸受到了人們的重視，但其抗病機(jī)制因不同植物、不同病原而不同，還有待于進(jìn)一步研究。

5 施用氨基酸肥對(duì)果樹產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的影響

5.1 對(duì)果樹產(chǎn)量的影響

目前，氨基酸肥在許多種類的果樹栽培上均有應(yīng)用。相較于其他大分子營養(yǎng)物質(zhì)，氨基酸可以被果樹優(yōu)先吸收，直接利用，減少了同化作用時(shí)的能量消耗[64～66]，同時(shí)可增強(qiáng)樹體功能，提高營養(yǎng)轉(zhuǎn)化效率，從而有利于果樹增產(chǎn)。研究表明，噴施氨基酸可使蘋果平均畝產(chǎn)量比對(duì)照提高33.8%～46.8%[29]。周瑞金等[67]研究表明，對(duì)滿天紅梨在分別噴施氨基酸肥100～700倍后，單果重提升了26.5～58.4g，單株產(chǎn)量提升了12.9%～14.6%。

5.2 對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響

諸多研究發(fā)現(xiàn)[29,31～34,36,39,40,67,68]，施用氨基酸肥，能有效提升果實(shí)品質(zhì)。果樹吸收外源氨基酸后提高了果實(shí)含糖量，同時(shí)有機(jī)酸含量降低，因果實(shí)糖酸比的有效提升，果實(shí)風(fēng)味得到改善；通過氨基酸肥的作用，果實(shí)硬度顯著提升，使果實(shí)耐儲(chǔ)性提高、貨架期延長；外觀上果個(gè)增大，單果重也有較大提升，果面色澤更加鮮艷，提升了果實(shí)商品等級(jí)。也有研究發(fā)現(xiàn)[35]，施用氨基酸肥后沙糖桔果實(shí)的Vc含量下降，可溶性固形物含量與對(duì)照差異不大。這可能是果實(shí)增產(chǎn)導(dǎo)致的稀釋效應(yīng)，因此，在生產(chǎn)中要注意合理的留果量。

6 展望

如今，氨基酸肥以其綠色、高效、營養(yǎng)全面、作用廣泛、高性價(jià)比等特點(diǎn)在果樹生產(chǎn)中逐漸受到關(guān)注。隨著對(duì)氨基酸功能作用的不斷了解，人們逐步開發(fā)并應(yīng)用了一些氨基酸復(fù)合肥，更加豐富了氨基酸肥的種類。盡管目前氨基酸肥在果樹生產(chǎn)上應(yīng)用較多，效果優(yōu)越，但由于其肥力較小、肥效時(shí)間較短，需多次施用，所以應(yīng)制定科學(xué)的施肥方案來減少投工量、提高肥效，如：與有機(jī)肥、生物菌肥等優(yōu)質(zhì)長效肥結(jié)合施用；運(yùn)用寬行密植的栽植模式配合機(jī)械化作業(yè)；結(jié)合水肥一體化設(shè)施進(jìn)行施用等。近年來，雖然研究者對(duì)氨基酸在果樹生產(chǎn)上的應(yīng)用已經(jīng)做了諸多研究，但關(guān)于果樹對(duì)于氨基酸肥的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制以及氨基酸對(duì)果樹生長發(fā)育、抗性影響的機(jī)理研究還較少，因此，亟需系統(tǒng)深入開展果樹施用氨基酸肥吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制以及作用機(jī)理的研究，為氨基酸肥在果樹生產(chǎn)上的應(yīng)用提供更加科學(xué)有效的理論依據(jù)。