氨基酸增值氮肥的增產作用及其機制研究

摘要 氮素利用率是影響作物實現高產穩產的直接因素之一。在氮肥生產過程中加入氨基酸等天然活性物質生產氮肥改性增值產品，是對普通氮肥進行增值改性，提高氮素利用率主要技術途徑之一。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、土壤養分與土壤微生物的影響以及氨基酸增效劑的增產效用，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，能夠通過改善土壤結構、提高土壤肥力，影響植物的養分吸收和根系構型，對植物生理產生有益的影響，其增效機制主要是通過調控“植物—土壤—肥料”系統促進植物生長。本研究為新型氨基酸增值肥料的創制和應用提供參考。

關鍵詞 氨基酸；根際微生物；作物；土壤養分；增效機制

中圖分類號 S963.9" "文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）11-0070-04

尿素是農業生產中應用較普遍的化學氮肥類型之一，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、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，還可能影響生態環境安全[3]。因此，開展肥料科技創新、研發新型肥料是實現作物高產和農田環境保護的重要途徑[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制備增值肥料的研究有待進一步深入。

氨基酸類物質是一類小分子生物刺激素，被作為肥料增效物質廣泛應用于農業生產等領域[5-6]，具有提高作物產量、改善作物品質、提高肥料利用率和減少環境風險等多重效應[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途徑之一[8]，因此探明其增效機制，對于新型肥料的研發具有重要意義。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，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制和應用提供參考。

1 氨基酸增值氮肥增產作用基本情況分析

氨基酸作為一種生物活性物質，具備促進植物根系建成，增加相關酶活性，提高基因表達水平，提升作物對逆境的適應能力等多種功能[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，還能提高果實產量[11]。王蓓等[12]研究發現，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量，還能優化土壤微生物環境。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。

氨基酸復合產品如氨基酸多元微肥、氨基酸水溶肥和氨基酸復合肥等被廣泛應用，在作物生產上取得明顯效果[14-15]。研究發現，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分的吸收利用，減少養分損耗，降低因過量施肥可能造成的環境問題風險；另一方面，還可以實現作物的高產、優質，保障糧食安全[4]。在生產實踐中，有關氨基酸作為肥料添加劑與不同養分復配創制新型肥料已取得了較好的發展，特別是與氮肥復配創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]研究發現，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運，促使小麥增產，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]研究發現，氨基酸的增效機制不僅體現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對氮素的需求。

2 氨基酸增值氮肥增產機制研究

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分的重要器官，根系形態及其發育狀況與地上部器官建成和產量關聯密切[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主要體現在促進根長度和根數量的增加方面。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實現植物碳源的有效供應，刺激植物的根系發育，使得其根系數量進一步提升，有效地擴大了養分累積面積。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分的吸收。

2.2 氨基酸增值氮肥對土壤養分的影響

土壤養分形態是影響植物生長的直接因子。研究表明，氨基酸可以通過調控土壤與養分的形態從而影響植物的養分供應[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生成高度穩定的氨基酸—尿素復合物[7]。將氨基酸作為一種增效物質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，給植物提供持續的氮供應。而更多羧基的存在確保了更持續的氮供應，實現尿素的長效緩效，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

土壤微生物是養分轉化和循環的“動力泵”，調控著土壤能量轉化和養分循環的每一個過程[25]，在維持土壤生態功能中具有重要地位[26-27]，是評價土壤質量與生產力的重要指標之一[28]。氨基酸作為一類生物刺激素類物質，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，且總量差異具有統計學意義（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，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境；改變某些特異性菌群的相對豐度，調控土壤反應過程[29]。這種通過調控土壤微生物活性來為植物根系生長和土壤養分保蓄提供良好的環境，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效用研究

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

近年來，對微生物群落結構和多樣性與有機質轉化以及氮循環交互作用的研究有所加強[32-33]，而對微生物群落結構及其多樣性與碳、氮循環過程交互作用機制的研究有待進一步探究。目前，相關學者在根際微生物互作促進氮、磷協同利用方面已有研究[34-35]，還需進一步挖掘微生物促進碳、氮和磷等養分的協同轉化和利用機制。

4 氨基酸增值氮肥研究展望

常規氮肥存在養分利用率較低、肥效期較短的情況，已難以完全滿足綠色高效農業的發展需求，而過量施肥帶來的環境污染和資源浪費等問題日益凸顯。因此，研發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業生態健康發展具有重要的現實意義[36]。氨基酸增值氮肥不僅可以增加作物產量、改善產品品質，還可以保護生態環境，節約農業資源，達到綜合調控“肥料—作物—土壤”系統的目標[37]。氨基酸發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，改善土壤理化環境及提高農產品品質方面效果明顯，在肥料研發生產領域受到了一定關注，具有良好的應用發展前景[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，探討其對作物產量、品質和養分利用效率的影響，而有關氨基酸與尿素復合而成的增值尿素，特別是不同濃度的氨基酸與傳統氮肥融合后對肥料、作物和土壤的影響以及應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合形成新物質，以及新物質的結構組成如何，氨基酸增值氮肥在土壤中的轉化特征，以及針對不同類型的土壤和作物作用效果是否同等，是該領域未來需關注的研究重點。

5 結語

本文闡述了氨基酸增值氮肥的增產作用基本情況，氨基酸增效劑對作物根系、土壤養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的研究進行了展望。氨基酸能夠通過改善土壤結構、提高土壤肥力、影響植物的養分吸收和根系構型，對植物生理產生有益的影響。大量研究證實，氨基酸主要通過調控“植物—土壤—肥料”系統來促進植株生長，具體體現：直接作用于植物根際，促進根長度和根數量的增加；調控土壤與養分的形態從而影響植物的養分供應，氨基酸的羧基可以和尿素中的酰氨基反應生成穩定的氨基酸—尿素復合物，避免其快速水解，從而保證了尿素的緩慢控制釋放，給植物提供了持續的氮供應，實現尿素的長效緩效，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，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，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工藝將氨基酸增效劑與普通肥料鰲合，創制氨基酸增值肥料，以進一步提高肥料利用率，更好地服務于生態農業。

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（責編：何 艷）