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聚-γ-谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是由D/L-谷氨酸分子的α-氨基和γ-羧基形成的酰胺键连接而成的一种阴离子型氨基酸聚合物。由于其生物可降解性、生物相容性、吸附性、吸水保湿性、安全环保等优点，在农业生产中，γ-PGA作为一种新型的肥料增效剂，具有提高肥料利用率和作物产量的功效。但目前关于γ-PGA增产节肥的作用途径和机理还缺乏研究，同时关于γ-PGA对土壤碳氮淋失和土壤呼吸的影响研究还少有涉及。 本研究通过室内盆栽试验，设置常规施肥处理(CK)和常规施肥+γ-PGA处理(γ-PGA)，采用13C和15N稳定性同位素标记技术，向土壤中施加以13C，15N双标记L-谷氨酸为单体合成的13C1-15N-γ-PGA，示踪γ-PGA在土壤-植株体系的分配运转规律，同时通过向土壤中施用未标记的γ-PGA，从土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)养分有效性，植株养分吸收能力和植株养分同化能力角度探究γ-PGA增产节肥的作用途径。此外，本研究采用室内土柱模拟试验的方法，通过向以尿素为基肥的土壤中添加不同浓度的γ-PGA(0，0.0125，0.025，0.05，0.1，0.2，0.4，0.8gkg-1土)，揭示γ-PGA对土壤碳(C)、N淋溶以及土壤呼吸的影响，了解γ-PGA的环境效应。研究结果如下。 1.γ-PGA在土壤-植株系统的分布。1）γ-PGA-C，N会逐渐被植物根系吸收，再被分配到地上部分参与植株生长，γ-PGA-C被植株吸收进去后会随植株生长而消耗，并不会存留在植物体内，而γ-PGA-N被植株吸收利用后会存留在植株体内;2)γ-PGA施用后的24小时(h)之内，大约26.5％的γ-PGA-N以有机形态被植株吸收，γ-PGA直接参与小白菜的新陈代谢过程，其余的γ-PGA-N以无机形态被植株吸收;3）γ-PGA在土壤中的矿化分解非常迅速，施用24h后就有60.9％的γ-PGA-13C分解掉，0.32％和7.69％的γ-PGA-15N矿化成土壤铵态氮(NH4+-N)和NO3--N;4)在γ-PGA施入土壤后的前15天，来自于γ-PGA-N的土壤NH4+-N和NO3--N分别占施入土壤γ-PGA-N的0.32％～0.52％和4.85％～10.67％，之后来自于γ-PGA-N的NH4+-15N和NO3--15N含量迅速减少;5）盆栽试验结束时，仅有0.059％和0.23％的γ-PGA-N存留在土壤NH4+-N和NO3--N库中，有29.7％和59.4％的γ-PGA-N存留在土壤和植株中，这表示有5.64％的植株N来源于γ-PGA-N。 2.γ-PGA对土壤-植株系统的影响。1）与CK处理相比，整个试验期间，γ-PGA处理小白菜地上部的鲜重、C、N、P、K含量分别高出7.52％～45.56％、11.8％～43.5％、8.2％～43.7％、12.6％～45.8％、13.1％～51.5％(p＜0.05)，收获期，γ-PGA处理下小白菜地上部分鲜重、C、N、P、K含量分别显著高出13.74％、17.44％、33.80％、17.90％、17.89％(p＜0.05);2)γ-PGA施用后，土壤NH4+-N含量显著降低7.94％～64.04％(p＜0.05)，NO3--N含量在γ-PGA施用前3天显著降低23.12％～35.70％(p＜0.05)，随后在γ-PGA施用后的第7天至第45天显著增加36.30％～3.5％(p＜0.05)，表明土壤N素的释放得到延缓，肥料N在γ-PGA的作用下改变了其释放规律;3）γ-PGA的添加显著增加微生物量C6.6％～39.6％、微生物量N13.5％～53.3％、脲酶9.09％～29.67％、酸性磷酸酶20.01％～46.09％、脱氢酶11.55％～49.17％(p＜0.05)，γ-PGA施用后期蔗糖酶和中性磷酸酶的活性也显著提升(p＜0.05);4)γ-PGA处理下的根系生物量显著增加34.33％～80.33％，根系活力显著增强16.90％～183.64％，这导致植株养分吸收能力大幅增加;5）γ-PGA处理下植株可溶性糖含量增加20.80％～37.75％、游离氨基酸含量减少11.41％～51.31％、NO3--N含量减少9.58％～42.27％，γ-PGA明显影响植株的C、N同化过程。综上，γ-PGA增产节肥的作用途径在于1）调节土壤养分释放规律、缓释养分和提高土壤养分可利用性，尤其是N养分;2）促进根系生长、提高根系质量和活力，提高植株吸收养分的能力。此外，γ-PGA还能参与植株新陈代谢过程，其促进植株生长的潜在机制可能与植株直接吸收利用γ-PGA的分解产物-L-谷氨酸-息息相关，从γ-PGA的分解产物（L-谷氨酸）角度探究γ-PGA增产的内在机制值得进一步深入研究。 3.γ-PGA的环境效应。1）用室内土柱模拟降雨淋洗后，与不添加γ-PGA处理相比，当γ-PGA添加量大于0.1g kg-1土时，淋洗液中NH4+-N和NO3--N的累积淋洗量降幅达到17.81％～29.31％和8.27％～52.42％(p＜0.05)，无机N的淋洗以NO3--N为主，NO3--N淋洗总量是NH4+-N淋洗总量的20倍左右;2）当γ-PGA添加量为0.2g kg-1土～0.8g kg-1土时，可溶性总氮的累积淋洗量降幅为7.16％～40.10％(p＜0.05);γ-PGA添加对可溶性有机C淋洗没有产生显著影响，但显著增加了土壤CO2的排放(p＜0.05)，增幅达到26.87％～180.70％;3）淋洗结束后，与不施γ-PGA处理相比，γ-PGA添加量为0.4g kg-1土和0.8g kg-1土处理下的土壤NH4+-N、NO3--N、TN和可溶性有机C(DOC)含量分别显著增加39.15％～69.07％、14.53％～24.99％、6.34％～8.04％和5.12％～8.93％，土壤有机C(SOC)含量基本保持不变;4）γ-PGA添加量为0.0125g kg-1土和0.025g kg-1土处理下的土壤TN含量显著降低5.97％～6.17％，其余γ-PGA处理土壤TN含量基本不变;5）γ-PGA添加量为0.0125、0.025、0.05、0.1和0.2g kg-1土处理下的土壤NH4+-N含量基本不变、NO3--N含量显著降低12.39％～32.37％、DOC含量变化不大、SOC含量显著降低2.83％～6.18％;6)从减少土壤C、N淋洗和保持/提升土壤C、N含量角度考虑，γ-PGA的施用量至少应大于0.2g kg-1土，最佳施用量为0.4g kg-1土。在农业生产中，γ-PGA的适宜施用量不仅应该从作物增产角度考虑，还应该从保护环境的角度考虑。