煙稈有機肥對烤煙根系發(fā)育和礦質(zhì)元素含量的影響

李艷平，任天寶，李建華，吳嘉楠，任威威，黃夢迪，劉國順*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2.河南省煙草公司許昌市公司，河南 許昌 461000）

煙稈有機肥對烤煙根系發(fā)育和礦質(zhì)元素含量的影響

李艷平1，任天寶1，李建華2，吳嘉楠1，任威威1，黃夢迪1，劉國順1*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，國家煙草栽培生理生化研究基地，鄭州 450002；2.河南省煙草公司許昌市公司，河南 許昌 461000）

為探索煙稈有機肥（發(fā)酵煙稈+芝麻餅肥+腐植酸）對烤煙根系發(fā)育、煙葉礦質(zhì)營養(yǎng)和煙葉質(zhì)量的影響，采用盆栽試驗設(shè)置不同用量煙稈有機肥處理，研究其對烤煙根系發(fā)育和礦質(zhì)元素的影響。結(jié)果表明，施用煙稈有機肥對烤煙根系生物量和生理活性提高作用較大，在旺長期和圓頂期促進作用最明顯，表現(xiàn)為根體積增長率、根干重增長率、根系活力及根系吸收面積在此時期出現(xiàn)高峰，以添加500 g/盆的處理效果最好，其根體積、根干重、根系活力和根系總吸收面積于移栽后75 d分別比對照提高了60.77%、114.76%、53.12%和148.36%；煙稈有機肥配施促進烤煙對礦質(zhì)元素的吸收，特別是對磷、鋅、鐵、錳含量提高效應(yīng)較顯著。綜合考慮，添加煙稈有機肥500 g/盆的處理最佳，為培育煙株健壯根系，均衡烤煙礦質(zhì)營養(yǎng)及煙稈的還田應(yīng)用提供參考。

烤煙；煙稈有機肥；根系；礦質(zhì)元素

近年來，長期不合理地農(nóng)作措施和化學(xué)肥料的過度施用導(dǎo)致植煙土壤有機質(zhì)貧瘠化日益嚴(yán)重，土壤肥力障礙加劇，直接影響農(nóng)作物生長和煙葉品質(zhì)，這已經(jīng)成為全球農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻問題[1]?，F(xiàn)有研究表明，有機肥含有大量礦質(zhì)養(yǎng)分、有機質(zhì)以及根際有益微生物群落，在改善植物營養(yǎng)的同時，還能改善土壤理化特性及微生態(tài)結(jié)構(gòu)，同時有機肥具有綠色、安全、環(huán)保的特點，是改良土壤和改善作物品質(zhì)的優(yōu)選肥料[2-3]。因此，合理施用有機肥是維持和提高植煙土壤肥力的有效方式，也是優(yōu)化烤煙生長環(huán)境及促進烤煙均衡營養(yǎng)吸收的重要途徑[4]。

當(dāng)前，植煙土壤保育和煙草廢棄物資源利用已成為實現(xiàn)我國煙草可持續(xù)發(fā)展重要的研究領(lǐng)域，也是解決煙田土壤生態(tài)環(huán)境問題的重要途徑。曾淑華等[5]研究表明汽爆煙稈實現(xiàn)了煙草秸稈的循環(huán)利用，對煙葉生態(tài)循環(huán)發(fā)展有重要意義，解曉菲等[6]研究表明煙稈有機肥能夠促進白肋煙生長發(fā)育，增加煙葉抗病性，提高煙葉品質(zhì)。目前，傳統(tǒng)的有機無機肥配施對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響已有大量研究，但以發(fā)酵煙稈為主的有機肥對烤煙根系發(fā)育及礦質(zhì)元素含量的影響尚缺乏系統(tǒng)研究。本研究基于盆栽試驗，設(shè)置不同用量煙稈有機肥（主要成分：發(fā)酵煙稈60%、芝麻餅肥30%、腐植酸10%）處理，研究烤煙生育期內(nèi)根系生物量、根系活力、根系吸收面積的動態(tài)變化以及烤煙礦質(zhì)元素的含量變化，旨在為烤煙合理施肥，培育優(yōu)質(zhì)煙葉，實現(xiàn)煙稈廢棄物資源的合理利用和發(fā)展循環(huán)煙草農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

發(fā)酵煙稈生產(chǎn)工藝：煙稈粉碎2～5 cm，在蒸汽壓力2.2 MPa、溫度230 ℃、保壓時間300 s條件下進行瞬時高溫高壓蒸汽爆破處理，再進行高溫滅菌消毒處理4 h，混配輔料后，添加發(fā)酵菌種在合適條件下發(fā)酵8～10 d備用，檢測標(biāo)準(zhǔn)參照NY525—2012進行。

試驗于2015年在河南省許昌市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)現(xiàn)代煙草科技園區(qū)進行。供試品種為K326，土壤為黃褐土，采自園區(qū)試驗田0～20 cm土層，土壤風(fēng)干后，過2 mm網(wǎng)篩。土壤pH 7.23，有機質(zhì)13.42 g/kg，堿解氮51.45 mg/kg，速效磷8.31mg/kg，速效鉀113.42 mg/kg。供試有機肥料具體含量見表1。

表1 供試有機肥的主要養(yǎng)分含量Table 1 The main nutrients of organic fertilizers %

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗，試驗所用盆為白色塑料盆，盆大小為（外口徑×高×底徑）48.3 cm×32 cm×26.5 cm，每盆裝土25 kg。試驗共設(shè)5個處理，見表2。

煙稈有機肥成分為發(fā)酵煙稈60%、芝麻餅肥 30%、腐植酸10%，常規(guī)施肥為定量分析純硝酸銨、磷酸二氫鉀、硫酸鉀，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.5:3，純氮用量為5 g/盆。取上述肥料與25 kg土壤混勻后裝盆，每個處理栽煙30盆，重復(fù)3次，室外培養(yǎng)，煙苗于5月1日移栽，按照優(yōu)質(zhì)烤煙的栽培方式進行管理。

表2 各處理施肥量Table 2 The experiment design of organic fertilizer rates

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 取樣方法 于烤煙移栽后30、45、60、75和90 d，每個處理分別選擇有代表性的烤煙3株，挖出完整根系，烘干后測定根系干重，根系樣品采集按文獻[7]的方法；于成熟期最后一次采收后，每個處理隨機選取3株烤煙，取其煙葉105 ℃殺青15 min，60 ℃烘干，粉碎、過篩（孔徑為0.25 mm）后，裝自封袋保存，用于煙葉礦質(zhì)養(yǎng)分的測定。

1.3.2 指標(biāo)測定方法 根體積用排水法測定；根干物質(zhì)量采用烘干稱重法[8]測定；根系活力采用TTC法[9]測定；根系總吸收面積及活躍吸收面積采用亞甲基藍(lán)吸附法[7]測定；礦質(zhì)元素含量用干灰化HCl溶解、等離子光譜（ICP）法[10]測定。

2 結(jié) 果

2.1 煙稈有機肥對根系發(fā)育的影響

2.1.1 煙稈有機肥對烤煙根體積和根體積增長率的影響 從圖1可知，煙稈有機肥處理的烤煙根體積均大于對照，較對照提高幅度為1.12%～73.44%。移栽后30 d，各處理差異不明顯，對照根體積最小。移栽后60～75 d，根體積快速增大，T2最大，較CK增幅為60.77%～73.44%。移栽后90 d，根體積緩慢增大，T2仍最大，其次是T3和T1，分別比CK高達(dá)69.23%、43.69%和36.05%。整體來看，烤煙根體積以T2最大，其次是T1和T3，根體積增大使根系與營養(yǎng)物質(zhì)的接觸面增大，有利于烤煙對礦質(zhì)元素的吸收。

從圖2可知，烤煙根體積增長率先升高后降低，于移栽后75 d達(dá)最大值。移栽后45 d，各處理的根體積增長率顯著高于對照，較CK提高幅度為19.11%～150.73%。移栽后60 d，根體積增長率持續(xù)增大，以T2最大，其次為T3，T2較T3高13.94%。移栽后75 d，根體積增長率出現(xiàn)峰值，表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞ CK，依次比CK高21.83%、16.94%和9.21%。

2.1.2 煙稈有機肥對烤煙根系干物質(zhì)量及干物質(zhì)增長率的影響 從圖3可知，生育期內(nèi)根系干物質(zhì)量持續(xù)增加。移栽后30 d，烤煙剛開始團棵，根系弱小，各處理根系干物質(zhì)量差異不明顯。移栽后45 d，烤煙進入旺長期，根系干物質(zhì)量增加，各處理差異顯著，以T2最大，比CK提高49.18%，其次為T1，較CK高29.33%，T3較T4高4.94%。移栽后60~90 d，根干物質(zhì)量進一步增加，以T2最高，其次為T3。

從圖4可知，根干物質(zhì)增長率與根體積增長率的變化趨勢相似，在移栽后75 d達(dá)到最大值。煙稈有機肥對根干物質(zhì)增長率的提高效應(yīng)顯著，以T2最大，其次為T3和T1，于移栽后75 d，較CK分別提高110.09%、88.64%和80.30%，T4根干物質(zhì)增長率較CK高48.64%，T2＞T3＞T1＞T4。

2.1.3 煙稈有機肥對烤煙根系活力的影響 生育期內(nèi)，烤煙根系活力表現(xiàn)為升高-降低-升高-降低的變化趨勢（圖5）。移栽后45 d，根系活力迅速增加，出現(xiàn)第1個峰值，以T2根系活力最高，其次為T3，分別比CK高32.22%和18.24%。移栽后60 d，根系活力出現(xiàn)谷值，原因可能是煙株現(xiàn)蕾（移栽后57 d）使烤煙從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變，根系活力下降，此時，施用煙稈有機肥處理的根系活力仍高于對照，表現(xiàn)為：T2＞T3＞T4＞T1＞CK。移栽后75 d，根系活力出現(xiàn)第2個峰值，T2根系活力仍最大，其次為T3，較T3高15.95%，T3較T1高14.20%。

圖1 煙稈有機肥對烤煙根體積的影響Fig. 1 Effects of combined tobacco stem organic fertilizers on root volume of flue-cured tobacco

圖2 煙稈有機肥對烤煙根體積增長率的影響Fig. 2 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root volume growth rate of flue-cured tobacco

圖3 煙稈有機肥對烤煙根系干物質(zhì)量的影響Fig. 3 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root dry weight of flue-cured tobacco

圖4 煙稈有機肥對烤煙根系干物質(zhì)增長率的影響Fig. 4 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root dry weight growth rate of flue-cured tobacco

2.1.4 煙稈有機肥對烤煙根系吸收面積的影響根系吸收面積可以用來表征植株對養(yǎng)分的吸收和轉(zhuǎn)運能力，是反應(yīng)根系形態(tài)和生理特性的重要指標(biāo)[11-12]，根系活躍吸收面積在一定程度還可反映根系活力水平[13]。由圖6可知，根系總吸收面積表現(xiàn)為先升高后降低，移栽后75 d達(dá)最大值，根系活躍吸收面積與根系總吸收面積的變化趨勢基本相同。生育期內(nèi)，施用煙稈有機肥對根系總吸收面積表現(xiàn)出增加作用。移栽后30 d，各處理差異不明顯，煙稈有機肥處理根系總吸收面積高于對照。移栽后75 d，根系總吸收面積達(dá)最大值，各有機肥處理顯著高于對照，以T2最大，較CK高148.36%，T3高于T1，高達(dá)25.41%。移栽后90 d，對照的根系活躍吸收面積下降較快，煙稈有機肥處理的根系活躍吸收面積維持在穩(wěn)定的水平。

圖5 煙稈有機肥對烤煙根系活力的影響Fig. 5 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root vigor of flue-cured tobacco

圖6 煙稈有機肥對烤煙根系吸收面積的影響Fig. 6 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root absorb area of flue-cured tobacco

2.2 煙稈有機肥對煙葉礦質(zhì)元素含量的影響

由表3可知，施用煙稈有機肥使大部分煙葉礦質(zhì)元素含量保持在適宜范圍內(nèi)，且高于對照。煙葉鋅、硼、錳含量以T3最大，較CK的增幅依次為67.08%、23.81%、37.66%，其次為T2，表現(xiàn)為T3＞T2＞T4＞T1＞CK。煙稈有機肥對煙葉磷含量表現(xiàn)出提高效應(yīng)，以T3最大，其次為T2，較CK分別高76.82%和74.17%。鉀、鈣、鎂、鐵、銅含量以T2最大，依次較CK提高10.88%、22.89%、23.03%、30.89%和25.38%?？傮w來看，施用煙稈有機肥對磷、鋅、鐵、錳的提高效應(yīng)較大，其含量較高的處理比對照增幅均大于30%。

表3 煙稈有機肥對煙葉礦質(zhì)元素含量的影響Table 3 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on mineral nutrient absorption of flue-cured tobacco

3 討 論

本試驗所用的煙稈有機肥由發(fā)酵煙稈、芝麻餅肥、腐植酸3種組分組成。腐植酸類肥料含有大量的腐殖酸以及易于被作物吸收的養(yǎng)分，具有協(xié)調(diào)煙株生理活性，提高肥料利用率的特點；餅肥含有大量有機質(zhì)和氮素，在煙草生產(chǎn)上經(jīng)常用作氮素肥料，這3種組分按一定比例合理地配施，產(chǎn)生優(yōu)勢互補效應(yīng)。煙稈有機肥還田實現(xiàn)了煙稈廢棄物資源的合理利用，為煙草行業(yè)的生態(tài)循環(huán)發(fā)展帶來光明的前景[14-15]。

本研究表明，施用煙稈有機肥處理的烤煙根系生物量、活力、吸收面積等指標(biāo)均高于對照，原因 可能是煙稈有機肥腐解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物具有生理活性，提高了根系α-萘胺氧化活力，而α-萘胺氧化能力越大根系活力越強[16]；此外煙稈有機肥含有較高的活性有機質(zhì)，參與根細(xì)胞的合成及根系呼吸作用[17]，從而使根系活力增強，根系活力提高有助于根體積和根系吸收面積的增加[18]；還可能是因為煙稈有機肥優(yōu)化了根系生長的微生態(tài)環(huán)境，微生物繁殖速度加快，從而促進根系發(fā)育[19]。本試驗結(jié)果表明，根系活力、根體積生長率、根系干物質(zhì)增長率、根系吸收面積在移栽后75 d達(dá)到峰值，原因可能是煙稈有機肥具有長效緩釋作用，使根系得到持續(xù)的養(yǎng)分供應(yīng)，延緩根系的衰老；還有可能是因為打頂（移栽后63 d）改變了根系的代謝方向，煙株生殖生長受抑制，促進了根系生長的二次發(fā)育。本試驗條件下，常規(guī)施肥+500 g/盆煙稈有機肥的根系發(fā)育最好，其他處理其根系發(fā)育長勢也顯著優(yōu)于對照，表明施用煙稈有機肥有利于健壯根系的培育。

礦質(zhì)元素是烤煙的生理調(diào)節(jié)物質(zhì)，對烤煙的生理代謝活動及烤后煙葉的外觀特征、刺激性、香吃味等影響較大[20-21]。本試驗結(jié)果表明，施用煙稈有機肥使礦質(zhì)元素含量保持在適宜范圍，并表現(xiàn)出提高效應(yīng)，特別是對煙葉磷、鋅、鐵、錳提高效應(yīng)較顯著。其中，煙葉磷、鋅、硼、錳含量以常規(guī)施肥+750 g/盆煙稈有機肥最高，可能是因為此處理有機質(zhì)的絡(luò)合效應(yīng)較強以及根系發(fā)育處于優(yōu)勢，為礦質(zhì)元素吸收提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；鉀、鈣、鎂、鐵、銅含量以常規(guī)施肥+500 g/盆煙稈有機肥最大，其次為常規(guī)施肥+750 g/盆煙稈有機肥。

由于煙稈有機肥的還田應(yīng)用效果在大田生產(chǎn)中的研究尚處于探索階段，煙稈有機肥對土壤改良的效果，對烤煙生長及品質(zhì)的影響，煙稈有機肥的施用量及施用方法還需要進行深入的研究。本試驗采用盆栽方式，土壤、肥料、水分等條件易于控制，試驗結(jié)果精確度高，適宜于土壤養(yǎng)分及礦質(zhì)營養(yǎng)的探索性研究，為煙稈有機肥還田及大田推廣提供參考依據(jù)及技術(shù)支持，但盆栽試驗環(huán)境條件與大田生長環(huán)境有差異，本試驗結(jié)果在后期的推廣應(yīng)用中應(yīng)進行大田驗證。

4 結(jié) 論

施用煙稈有機肥在培育烤煙健壯根系方面效果突出，能增加煙葉的礦質(zhì)元素含量，特別是對磷、鋅、鐵、錳的提高作用較顯著，有利于促進烤煙生長發(fā)育和提高煙葉質(zhì)量。綜合來看，施用量以500 g/盆為宜，對于煙稈的高效循環(huán)利用及煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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Effects of Combined Tobacco Stem Organic Fertilizer on Root Development and Mineral Element Contents of Flue-cured Tobacco

LI Yanping1, REN Tianbao1, LI Jianhua2, WU Jianan1, REN Weiwei1, HUANG Mengdi1, LIU Guoshun1*

(1. Henan Agricultural University, National Tobacco Cultivation and Physiological and Biochemical Center, Zhengzhou 450002, China; 2. Xuchang Tobacco Company of Henan Province, Xuchang, Henan 461000, China)

To explore the effects of a tobacco stem organic fertilizer combined with other organic fertilizers on tobacco root system, mineral nutrients and tobacco leaf quality, a pot experiment was conducted with different amount of tobacco stems mixed with organic fertilizers. The tobacco stem mixed organic fertilizers used were tobacco stem organic fertilizer, sesame cake and humic acids. The results showed that tobacco the stem organic fertilizer combined with organic fertilizers could significantly promote the root biomass and root physiological activities, especially at the vigorously growing stage and the toping stage. The volume growing rate, dry weight growing rate, root activity and root active absorb area all appeared peak during this stage. At later stages of development tobacco stems combined with organic fertilizers could slow down the senescence of root system. The 500 g/pot treatment had the best effect with its root volume, root dry weight, root vigor and root absorb total area increased by 60.77%, 114.76%, 53.12% and 148.36% compared with control, respectively. The study also revealed that tobacco stems combined with organic fertilizers played a positive role in promoting mineral contents of flue-cured tobacco. Tobacco stems combined with organic fertilizers enhanced absorption of mineral elements, especially P, Zn, Fe, and Mn. Application of tobacco stems mixed organic fertilizers with 500 g/pot was therefore the optimum treatment. This provides theory gist for cultivating strong tobacco root system, balancing the mineral nutrients of flue-cured tobacco and for the decomposition application of tobacco stem organic fertilizers.

flue-cured tobacco; tobacco stem organic fertilizer; root system; mineral element

S572.06

1007-5119（2016）06-0021-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.06.004

國家自然科學(xué)基金“彈射式蒸汽爆破木質(zhì)纖維素的表征分析及其對乙醇發(fā)酵的影響”（21406055）；河南省煙草公司項目“煙稈蒸汽爆破處理生產(chǎn)生物有機肥關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”（HYKJM-201317）

李艷平（1989-），女，在讀碩士研究生，主要從事煙草栽培研究。E-mail：374729690@qq.com。*通信作者，E-mail：liugsh@371.net

2016-04-05

2016-05-10