对比研究γ-聚谷氨酸（纯品）和发酵液作为微生物肥料，对作物生长和养分利用的影响，为化肥减施和可持续农业的发展提供依据。何宇，吕卫光，李双喜，郑宪清，张翰林，张娟琴等学者以小白菜作为研究对象，利用筛选的γ-聚谷氨酸高产菌A-5及其发酵产物，开展盆栽试验。测定了γ-聚谷氨酸和γ-聚谷氨酸发酵液对小白菜品质、土壤理化性质和土壤酶活性的影响，并计算肥料表观利用效率和经济效益。结果显示，枯草芽孢杆菌A-5所生产的γ-聚谷氨酸和γ-聚谷氨酸发酵液均具有较好的促生增效效果；与减少30%氮肥处理相比，γ-聚谷氨酸和γ-聚谷氨酸发酵液处理分别使小白菜产量增加20.19%和37.63%,后者促生效果更佳。在含有大量活性生产菌株的γ-聚谷氨酸发酵液处理下，N/P当季肥料利用率显著高于其他处理，较γ-聚谷氨酸具有更高的经济效益。综上所述，枯草芽孢杆菌A-5所产γ-聚谷氨酸发酵液对促进小白菜生长和提高肥料利用效率有显著效果，具有较好的应用前景，可为其在农业中的应用提供理论依据。

γ-聚谷氨酸的功能

γ-聚谷氨酸（γ-PGA）作为一种环境友好型高分子聚合物，具有多种优良性能，在医药、环境、农业等领域中具有广阔的应用前景。

1.  γ-PGA具有良好的生物降解性，在医药方面被用作制备药物载体，解决了天然药物难溶、不稳定所造成的药物利用率低这一难题。

2.  γ-PGA具有良好的吸水性和黏结性，可利用生产菌株发酵制备γ-PGA，将其作为污水处理中的絮凝剂使用，絮凝活性较佳。

3.  γ-PGA本身含有大量游离的亲水性负电α-羧基和氢键，因此有极强的吸附特性，负电羧基与土壤养分离子进行吸附交换的能力远高于土壤本身,且能有效阻止肥料养分与土壤微量元素结合，大大减少养分淋失，提高肥料利用率，因此常用作农业生产中的肥料增效剂和缓释剂。

将枯草芽孢杆菌发酵产物直接作为菌肥施用，试验结果表明，添加菌肥与不添加菌肥相比，植株生长明显，产量高30.4%,株高和茎粗也明显优于后者，既促进了植物生长又达到了肥料减量的效果。

试验设计

采用盆栽试验，盆钵规格67.5 cm×17.0 cm×15.0 cm， 每盆装土10 kg。试验共设置5个处理：（1）不施肥—CK;（2）常规施肥—CF;（3）减30%氮肥—-N;（4）减30%氮肥+γ-PGA纯品—-N+PGA;（5）减30%氮肥+产γ-PGA发酵液—-N+FJY。其中，γ-PGA施用量为60 mg·kg-1，发酵液为A-5菌株在发酵培养基中37 °C培养2天而得，根据γ-PGA浓度和所需纯品量折算施用量。试验采用随机区组排列，每个处理设置4个重复。待植株长出3个叶片后进行间苗，每盆保苗7棵。各处理具体施肥量见表1。γ-PGA纯品氮磷钾含量：N 0.15%， P2O5 0.11%，K2O 0.41%;发酵液氮磷钾含量：N 0.3%， P2O5 0.16%，K2O 0.11%，γ-PGA纯品和发酵液中氮磷钾不会对整个实验存在干扰。

不同处理对小白菜产量和品质的影响

各处理不同程度地影响了小白菜产量和品质(表2)，研究表明，将γ-PGA作为微生物肥料施用，可明显提高作物的叶面积和产量，减少化学肥料使用量。本实验使用的枯草芽孢杆菌A-5具有较高的γ-PGA生产能力，施用通过它发酵制得的γ-PGA纯品和γ-PGA发酵液，小白菜产量和养分均大幅度提升，但发酵液的效果要高于γ-PGA纯品，因此，我们初步推测，施加γ-PGA发酵液的促生效果要优于γ-PGA，而γ-PGA纯品需要发酵液经过纯化、干燥等处理才能制得，因此使用发酵液也可以在一定程度上降低成本。出现这样的结果，可能是因为发酵液中不仅含有可促生的γ-PGA成分，同时存在大量活性菌株B.枯草杆菌属A-5,其可在土壤中稳定存在，并进一步活化土壤养分，增强植株光合作用，从而增加作物产量。

发酵液处理后的小白菜硝态氮含量远低于我国规定最低限值（<432 mg·kg-1），符合安全标准;而常规施肥（CF）处理中小白菜硝态氮含量为439.03 mg·kg-1,超过了最低限值，需要引起重视。本实验还发现，施氮量和硝态氮含量存在一定正相关性，说明供氮水平可影响蔬菜的硝酸盐累积量，另外，微生物菌剂中存在的大量活性菌株也有一定降低硝酸盐含量的作用。因此，在生产中控制施氮量，可有效降低硝酸盐的积累，配合微生物菌剂的使用，以保证蔬菜品质和产量。

不同处理对土壤理化性质及酶活性的影响

土壤氮、磷含量是指征土壤肥力，评价施肥合理性的根据。如图1所示，CF、-N、-N+PGA和-N+FJY处理对土壤全氮（S-TN）、土壤全磷（S-TP）和土壤速效磷（S-AP）含量均有不同程度的影响。相对于CK和-N处理，CF（常规施肥）、-N+PGA（减30%氮肥+产γ-PGA发酵液）和-N+FJY（减30%氮肥+产γ-PGA发酵液）处理下S-TN（土壤全氮）含量显著提高，S-TP含量最高的是-N+PGA处理（1.75 g·kg-1），相较含量最低的CK增加了48.31%。

由表3可知，-N+PGA和-N+FJY处理下土壤pH值最低，显著低于CF处理（P<0.05），CK、-N与CF处理相比pH值未见明显变化。土壤有机质（SOM）与土壤肥力密切相关，通常呈正相关性;-N和-N+PGA处理显著提高了收获季土壤有机质（SOM）含量，而CF处理低于CK处理，证明了大量单施化肥会导致有机质降低这一结论（表2）。

土壤酶活性是衡量土壤肥力的重要指标之一，土壤蔗糖酶和脲酶的活性会随微生物菌剂的添加而提升。实验结果表明，在γ-PGA生产菌株存在条件下，γ-PGA对土壤脲酶活性的影响作用更突出。而脲酶对尿素转化过程起到关键性作用，反映土壤供氮能力;结合发酵液处理后小白菜和土壤中的全氮含量结果，推断微生物利用自身生命活动提高土壤根系生物量和酶活性，而γ-PGA的存在为土壤养分和植株建立桥梁，增强了植物对养分的吸收能力，从而提高了植物生物量和肥料利用率。这也进一步说明，土壤酶活性对蔬菜生长中土壤养分的供给有较大的影响作用。过氧化氢酶作为指征土壤分解过氧化氢能力的酶，施用γ-PGA或菌剂后过氧化氢酶活性也会随之提高。

肥料利用率和生产效益

根据计算肥料偏生产力、农学效率和当季利用率的结果如表4所示。肥料偏生产力表示投入单位肥料所收获的作物产量，是肥料施用量和产量的直接比值，受肥料施用量的影响。本实验中，-N处理的PFPN显著高于CF处理，符合随着氮肥用量的降低，PFPN呈逐渐增加的趋势，而在-N处理的前提下，-N+PGA和-N+FJY处理提高了土壤养分含量，又进一步提高了PFPN（偏生产力），结果为-N+FJY>-N+PGA>-N;减少总施氮量是常见的减肥措施，本试验中各处理下磷肥施用量一致，但PFPP呈现-N+FJY>-N+PGA>CF>-N的趋势，其中-N+FJY较-N处理高出37.63%（P<0.05）。农学效率指示单位肥料施加量所产生的产量增加值,呈现的趋势与偏生产力较一致。肥料当季利用率方面，-N+FJY（减30%氮肥+产γ-PGA发酵液）处理的NUE（氮肥当季利用率）和PUE（磷肥当季利用率）显著高于其他处理（P<0.05），分别为52.15%和8.03%;-N+PGA处理下NUE（42.55%）显著高于CF（28.00%）和-N处理（28.48%），而PUE则无明显差别。

γ-PGA发酵液因没有涉及纯化等步骤，因此按照γ-PGA纯品成本价的80%计算。不同处理下小白菜种植的经济效益见表5。简要计算后结果表明，CF处理氮肥用量比-N处理多30%，而净产值只高出-N处理19.47%;-N+FJY处理的净产值为所有处理中最高，较CK增收约4.81万元·hm-2，较CF处理增收0.85万元·hm-2;与-N处理净产值相比，-N+PGA增加6.58%，-N+FJY增加26.93%，说明含有活性枯草芽孢杆菌属.A-5的发酵液处理有更高的经济效益。

引用

Effects of γ-polyglutamic acid fermentation solution on growth and nitrogen and phosphorus fertilizer utilization of Chinese cabbage

微信号｜GH-PGA

官网｜www.ghpga.com