滴灌施氮時(shí)間及比例對(duì)烤煙根系發(fā)育及空間分布的影響

孫澤東，梁曉芳，邢 瑤，陳 樂(lè)，王大海，高 凱，尹子杰，馬興華*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島266101；2.江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，南京210036；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南 紅河652399；4.山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊261000）

滴灌施氮時(shí)間及比例對(duì)烤煙根系發(fā)育及空間分布的影響

孫澤東1，梁曉芳1，邢 瑤2，陳 樂(lè)3，王大海4，高 凱4，尹子杰4，馬興華1*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島266101；2.江蘇省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，南京210036；3.云南省煙草公司紅河州公司，云南 紅河652399；4.山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊261000）

為探討烤煙根系發(fā)育和形態(tài)特征對(duì)滴灌施氮的響應(yīng)，選用烤煙品種K326，在框栽條件下設(shè)置1個(gè)對(duì)照和9個(gè)滴灌施氮處理，研究移栽后0、28、42 d的施氮比例對(duì)烤煙根系干物質(zhì)量、根冠比和形態(tài)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，隨移栽期施氮比例的減少，根系干物質(zhì)量、根冠比、距滴注點(diǎn)垂直15～25 cm和距滴注點(diǎn)水平15～20 cm的根系表面積呈降低趨勢(shì)。移栽期施氮50%，移栽后28 d、42 d滴灌追氮2次（T2），根系干物質(zhì)量和根冠比分別比移栽后28 d追氮1次（T1）高27.08%和3.61%。移栽期施氮30%或10%，滴灌追氮2次，根系干物質(zhì)量顯著低于追氮1次處理，距滴注點(diǎn)垂直20～25 cm和水平15～20 cm根系表面積則大于追氮1次處理，一定程度上促進(jìn)了深層土壤和遠(yuǎn)煙株土壤中根系的生長(zhǎng)。10個(gè)處理中追氮時(shí)間與比例對(duì)根系平均直徑的影響較小。在本試驗(yàn)條件下：適當(dāng)增加早期施氮比例有利于烤煙根系發(fā)育；在保證伸根期氮素供應(yīng)的前提下，將部分氮肥后移追施可以進(jìn)一步促進(jìn)烤煙根系的生長(zhǎng)。

烤煙；滴灌追氮；干物質(zhì)；根冠比；根系形態(tài)

烤煙根系與煙葉生長(zhǎng)、抗病性、主要經(jīng)濟(jì)性狀、煙葉化學(xué)成分和吸食品質(zhì)有密切的關(guān)系[1]，其在土壤中的分布受養(yǎng)分狀況的影響[2-3]。氮素作為作物的必需元素之一，對(duì)根系具有調(diào)控和局部刺激作用[4]，施用氮肥可明顯促進(jìn)烤煙根系生長(zhǎng)[5-6]。施氮量相同時(shí)，施用時(shí)間也影響到作物根系的生長(zhǎng)?？緹熞簧校氐姆e累動(dòng)態(tài)呈“S”形曲線(xiàn)變化，而目前我國(guó)烤煙施肥多采用基追肥相結(jié)合的方法，一般基肥（移栽時(shí)施用）占60%～70%，追肥（團(tuán)棵-旺長(zhǎng)期施用）占30%～40%，與烤煙的氮素需求規(guī)律不一致。

滴灌施氮技術(shù)可以直接將水分和養(yǎng)分施入作物根區(qū)附近土壤，影響作物根系的生長(zhǎng)和分布。研究表明，在適宜施氮量范圍內(nèi)，隨滴灌施氮量增加，番茄根長(zhǎng)、根表面積、根體積和根干重均隨施氮量的增加而增加[7]，而棉花根長(zhǎng)密度、根表面積指數(shù)顯著降低[8]。

目前，關(guān)于烤煙根系的研究主要集中在施氮量[10-11]和氮素形態(tài)[12-14]等方面，而滴灌施氮條件下，氮素施用時(shí)間及比例對(duì)烤煙根系生長(zhǎng)的影響尚不明確。因此，本試驗(yàn)利用滴灌施氮技術(shù)，研究分次滴灌施氮條件下烤煙根系干物質(zhì)、根冠比和形態(tài)特征的變化情況，以明確滴灌施氮對(duì)烤煙根系生長(zhǎng)的影響，為合理施用氮肥提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為K326。采用框栽試驗(yàn)方法，于2015年5月至10月在濰坊煙草技術(shù)中心諸城洛莊試驗(yàn)站溫室中進(jìn)行。供試土壤為褐土。土壤基本養(yǎng)分含量：有機(jī)質(zhì)9.62%，全氮0.42%，堿解氮58.5 mg/kg，有效磷8.46 mg/kg，速效鉀191 mg/kg。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)10個(gè)處理，各處理具體施氮時(shí)間和比例見(jiàn)表1。每株施純氮4 g，m(N)：m(P2O5)：m(K2O)= 1：1：3，氮肥形態(tài)為硫酸銨，磷肥采用過(guò)磷酸鈣，鉀肥采用硫酸鉀，磷鉀肥均作基肥施入。植煙容器為PVC方形框，上口寬40 cm，下底寬30 cm，高28 cm，每框裝土65 kg，栽煙1株，每處理4株。利用重力滴注裝置進(jìn)行滴灌，滴注點(diǎn)距煙莖距離約3 cm，滴速為0.7 L/h，每次滴水2 L。滴灌前將氮肥溶解于水中，滴灌施入。采用農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)V3.0（TNHY-12G，浙江托普）和烘干法測(cè)定土壤含水量，通過(guò)滴灌清水使各處理伸根期、旺長(zhǎng)期和成熟期土壤含水量分別達(dá)到最大田間持水量的60%～70%、70%～80%和60%～70%?？緹熓⒒ㄆ诖蝽敚恐炅羧~24片。

表1各處理滴灌施氮時(shí)間及比例Table 1 The time and proportion of drip nitrogen fertigation of different treatments

1.3樣品采集與測(cè)定

成熟期每處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3株煙，以滴注點(diǎn)為原點(diǎn)，按5 cm的尺度，在水平方向0～5、5～10、10～15和15～20 cm，垂直方向0～5、5～10、10～15、15～20和20～25 cm的縱剖面范圍內(nèi)，采集20個(gè)5 cm×5 cm×5 cm的土塊。將每個(gè)土塊中的根系樣品挑出洗凈，分散放置在盛有少量水的透明塑料盤(pán)內(nèi)，利用EPSON Perfection V700 Photo（分辨率為6400*9600 dpi）根系掃描系統(tǒng)和WinRHIZO Pro 2012b根系分析系統(tǒng)測(cè)定根系長(zhǎng)度、表面積和平均直徑。計(jì)算各土樣中根長(zhǎng)密度，根長(zhǎng)密度（cm/cm3）=各土層根系長(zhǎng)度(cm)/土層體積(cm3)。

收集每株采樣框中剩余根系和地上部分，分別與完成掃描的根系一起，在105 ℃殺青15 min，80 ℃烘干至恒重，稱(chēng)重。

1.4數(shù)據(jù)分析及處理方法

用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SAS 9.3進(jìn)行單方面分類(lèi)的方差分析，LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié) 果

2.1滴灌施氮處理對(duì)烤煙干物質(zhì)和根冠比的影響

由表2可見(jiàn)，施氮可以顯著提高烤煙干物質(zhì)量，且隨移栽期施氮比例的增加呈增加趨勢(shì)。移栽期施氮30%或10%的處理平均根系干物質(zhì)分別比移栽期施氮50%的處理降低14.79%和40.53%。移栽期施氮50%，追氮2次處理（T2）的根系和地上部干物質(zhì)分別比追氮1次處理（T1）的高27.08%和19.16%；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次處理根系和地上部干物質(zhì)量卻顯著低于追氮1次處理，且隨氮肥比例后移呈降低趨勢(shì)。

從表2還可以看出，隨移栽時(shí)施氮比例的減少根冠比呈降低趨勢(shì)：移栽期施氮50%或30%，可以較不施氮處理顯著提高根冠比；而移栽時(shí)施氮比例10%，與不施氮處理無(wú)顯著差異。移栽期施氮50%，追氮2次處理的根冠比較追施氮1次的高；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次較追氮1次處理低，且有隨施氮比例后移降低的趨勢(shì)。

2.2滴灌施氮處理對(duì)烤煙根系干物質(zhì)空間分布的影響

由表3可以看出，施氮處理較不施氮處理，各分布空間的根系干物質(zhì)量均增加，且增加幅度隨移栽時(shí)施氮比例的減少呈降低趨勢(shì)。在垂直方向上，隨土壤深度的增加，根系干物質(zhì)量先增加后降低，最高值出現(xiàn)在5～15 cm深的土層中。隨移栽期施氮比例的降低，0～15 cm深度的平均根系干物質(zhì)量呈降低趨勢(shì)。移栽期施氮50%，追氮2次處理的各分布空間的根系干物質(zhì)量比追氮1次處理高4.76%～35.09%；而移栽時(shí)施氮30%或10%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)0～15 cm的根系干重卻顯著小于追氮1次處理。

水平方向上，根系干物質(zhì)量隨距滴注點(diǎn)距離的增大而降低；在距滴注點(diǎn)相同距離上，根系干物質(zhì)量隨移栽期施氮比例的減少呈降低趨勢(shì)。移栽期施氮50%，追氮2次處理各距離根系干重比追氮1次處理高6.29%～53.06%；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)0～5 cm和5～10 cm的根系干物質(zhì)量顯著低于滴灌追氮1次的處理。

表2烤煙干物質(zhì)和根冠比Table 2 Dry matter and root-shoot ratio of flue-cured tobacco

表3 距滴注點(diǎn)不同距離烤煙根系干物質(zhì)Table 3 Root dry matter at different distance from the infusion point of flue-cured tobaccog

2.3滴灌施氮處理對(duì)烤煙根長(zhǎng)密度的影響

由表4可見(jiàn)，移栽期施氮50%的處理較不施氮處理，烤煙根長(zhǎng)密度增加，移栽期施氮比例30%或10%，施氮與不施氮處理的根長(zhǎng)密度無(wú)顯著差異。

在垂直方向上，隨移栽期施氮比例的減少，距滴注點(diǎn)0～5、5～10、15～20和20～25 cm的根長(zhǎng)密度均減小。移栽期施氮50%，追氮2次處理的各分布空間根長(zhǎng)密度均顯著小于追氮1次處理；移栽時(shí)施氮30%或10%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)15～25 cm的平均根長(zhǎng)密度分別比追氮1次處理高23.04%和21.71%。

在水平方向上，隨移栽期施氮比例的減少，根長(zhǎng)密度減小。移栽時(shí)施氮50%，追氮2次處理距滴注點(diǎn)0～15 cm的根長(zhǎng)密度顯著小于追氮1次處理；移栽期施氮30%或10%，追氮2次處理距滴注點(diǎn)15～20 cm的根長(zhǎng)密度均顯著高于追氮1次處理。可見(jiàn)，在移栽期施氮比例較低時(shí)，氮肥適當(dāng)后移，深層土壤和遠(yuǎn)煙株土壤中的根系有加密和加長(zhǎng)的趨勢(shì)。

2.4滴灌施氮處理對(duì)烤煙根系表面積的影響

由表5可以看出，施氮處理距滴注點(diǎn)各距離的根系表面積均顯著大于不施氮處理。在垂直和水平方向上，隨移栽期施氮比例的減小，距滴注點(diǎn)各距離根系表面積均呈降低趨勢(shì)。移栽期施氮50%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)垂直各距離和水平0～15 cm的根系表面積均顯著小于追氮1次處理；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)垂直15～25 cm和水平15～20 cm的根系表面積均顯著大于追氮1次處理。

2.5滴灌施氮處理對(duì)烤煙根系平均直徑的影響

施氮與否及不同施氮時(shí)間與比例對(duì)根系平均直徑影響較小（表6）。在垂直方向上，隨移栽期施氮比例的減少，根系平均直徑呈先減小后增加的趨勢(shì)。在水平方向上，根系平均直徑隨距滴注點(diǎn)距離的增加而減小。移栽期施氮50%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)垂直和水平各距離的根系平均直徑均大于追氮1次處理；移栽期施氮30%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)垂直各距離和水平0～10 cm的根系平均直徑均小于追氮1次處理；移栽期施氮10%，追氮2次處理的距滴注點(diǎn)垂直各距離和水平5～15 cm根系平均直徑均高于追氮1次處理，但未達(dá)顯著水平。

表4距滴注點(diǎn)不同距離烤煙根長(zhǎng)密度Table 4 Root length density at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm/cm3

表5距滴注點(diǎn)不同距離烤煙根系表面積Table 5 Root surface area at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm2

表6距滴注點(diǎn)不同距離烤煙根系平均直徑Table 6 Average root diameter at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm

3 討 論

3.1滴灌施氮對(duì)烤煙根系干物質(zhì)積累的影響

伸根期是烤煙根系發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期。本研究中，施氮量相同的條件下，隨著基肥氮比例提高，保證了烤煙根系快速增長(zhǎng)時(shí)期的氮素供應(yīng)，根系干物質(zhì)積累增加。晁逢春等[14]的研究也表明，從促進(jìn)根系發(fā)育的角度來(lái)看，煙草的前期施肥應(yīng)以氮肥為主?？緹熞圃院螅鞲ǔＲ?yàn)槭軅Ｖ股L(zhǎng)，側(cè)根迅速產(chǎn)生，向縱橫方向發(fā)展[15]。若此時(shí)施氮不足，則限制烤煙不定根的生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，移栽期施用30%和10%處理，根系干物質(zhì)較50%處理有所降低，驗(yàn)證了上述觀(guān)點(diǎn)。以上說(shuō)明，早期施氮對(duì)烤煙根系發(fā)育有更好的促進(jìn)作用。

伸根期根系發(fā)育良好可為煙株旺長(zhǎng)期吸收大量水分和養(yǎng)分做好準(zhǔn)備，為煙株整體發(fā)育打好基礎(chǔ)。本試驗(yàn)中，移栽期施氮50%，移栽后28 d和42 d追氮2次，烤煙干物質(zhì)高于移栽后28 d追氮1次；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次烤煙干物質(zhì)量卻顯著低于追氮1次處理。說(shuō)明早期氮素供應(yīng)充足，根系發(fā)育良好，有利于煙株對(duì)追肥氮的吸收利用，移栽后42 d追施氮肥能進(jìn)一步促進(jìn)煙株發(fā)育；早期氮素供應(yīng)不足，根系發(fā)育受限，可能影響到煙株對(duì)追肥氮的吸收，從而限制了烤煙的進(jìn)一步發(fā)育。這也從一個(gè)方面說(shuō)明，當(dāng)前生產(chǎn)中重施基肥、輕施追肥的技術(shù)有一定的合理性。

3.2滴灌施氮對(duì)烤煙根系空間分布的影響

本研究中，多數(shù)處理距滴注點(diǎn)垂直方向5～25 cm土壤的根長(zhǎng)密度、表面積和平均直徑總體上均隨土壤深度的增加呈減小的趨勢(shì)，可能是因?yàn)榈喂嘞拗屏送寥赖臐駶?rùn)范圍，并促使根系生長(zhǎng)在有限的濕潤(rùn)區(qū)內(nèi)[16]，導(dǎo)致根系主要分布于表層土，隨土壤深度的增加，根量呈遞減趨勢(shì)。結(jié)果與對(duì)棉花[17-18]的研究結(jié)果相似。

本研究中，移栽期施氮30%或10%，將15%或30%的氮肥由移栽后28 d推遲至42 d施用，促進(jìn)了距滴注點(diǎn)垂直20～25 cm和水平15～20 cm的根系生長(zhǎng)，而中上層土中根系的各項(xiàng)指標(biāo)減小。根據(jù)WANG等[2]的研究，推測(cè)這些處理由于基肥氮施入相對(duì)不足，使煙株處于缺氮狀態(tài)，從而刺激了更深層土壤和遠(yuǎn)莖處根系的發(fā)育，以擴(kuò)大根系的吸收范圍，獲取更多的氮素。也有研究認(rèn)為，基肥氮施入減少、追肥氮比例增加提高了土壤中無(wú)機(jī)氮含量，增大了土壤中的養(yǎng)分空間，從而促進(jìn)了根系在下層土壤中的分布[9,19-20]。另外，由于氮素隨滴灌水分作用到烤煙根區(qū)的時(shí)間短，肥效發(fā)揮快，也增強(qiáng)了追氮對(duì)滴灌濕潤(rùn)體邊緣烤煙根系的促進(jìn)作用。

關(guān)于不同肥力植煙土壤上滴灌施氮時(shí)間及比例對(duì)烤煙根系發(fā)育和空間分布的影響，還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

滴灌施氮條件下，烤煙根系干物質(zhì)量隨土壤深度的增加先增加后減小，隨距滴注點(diǎn)水平距離的增加而減小。施氮量相同，增加早期氮素比例更有利于根系發(fā)育，所追施氮肥可以進(jìn)一步促進(jìn)烤煙根系的生長(zhǎng)；早期氮素比例過(guò)低，追施的氮肥不能更好地促進(jìn)烤煙根系發(fā)育，但一定程度上促進(jìn)了深層土壤和遠(yuǎn)煙株土壤中根系的生長(zhǎng)。在本試驗(yàn)條件下，移栽期施氮50%，移栽后28 d和42 d追氮2次處理較有利于烤煙根系生長(zhǎng)。

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Effect of Time and Ratio of Drip Nitrogen Fertigation on Growth and Spatial Distribution of Flue-cured Tobacco Root System

SUN Zedong1, LIANG Xiaofang1, XING Yao2, CHEN Le3, WANG Dahai4, GAO Kai4, YIN Zijie4, MA Xinghua1*
(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Agricultural Technology Extension Station of Jiangsu Province, Nanjing 210036, China; 3. Honghe Tobacco Company of Yunnan, Honghe, Yunnan 652399, China; 4. Weifang Tobacco Company, Weifang, Shandong 261000, China)

In order to investigate the response of dry weight and morphological characteristics of flue-cured tobacco root system to drip nitrogen fertigation, 10 drip nitrogen fertigation treatments of different nitrogen ratios 0, 28, 42 days after transplanting were designed using the cultivar K326 in the frame conditions. Root dry weight, root-shoot ratio and root morphological indexes were assayed. The results showed that root dry weight, root-shoot ratio, root surface area at 15-25 cm in the vertical direction and 15-20 cm in the horizontal direction from the infusion point decreased with the increased rate of nitrogen topdressing. Root dry weight and root-shoot ratio of the T2 treatment (50% of the N fertilizer applied at transplanting plus 2 times of drip fertigation) were 27.08%, 3.61% and 13.79% higher than T1 (50% N applied at transplanting plus 1 drip fertigation), respectively. When 30% and 10% of the nitrogen fertilizer was applied at transplanting, two times of nitrogen topdressing caused a significant decrease in root dry weight, and an increase in root surface area at 20-25 cm in the vertical direction and 15-20 cm in the horizontal direction from the infusion point. In other words, to some extent, promoted the growth of root system which was deep in the soil and far from the plants. The 10 treatments had no significant effects on the average root diameter. Under the conditions of this experiment, appropriately increasing the ratio of nitrogen at the early growth stages can promote the growth of tobacco root system. Root growth can be further promoted by appropriately increasing the ratio of nitrogen topdressing, under the premise that the nitrogen at the root extending stage was adequate.

flue-cured tobacco; drip nitrogen fertigation topdressing; dry matter; root-shoot ratio; root morphology

S572.01

1007-5119（2017）03-0008-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2017.03.002

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)“煙草增香減害關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”（201203091）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-TRIC03）；中國(guó)煙草總公司山東省公司重點(diǎn)項(xiàng)目“山東煙區(qū)不同氣象要素條件下優(yōu)質(zhì)特色煙葉生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化研究與應(yīng)用”（201504）

孫澤東（1991-），男，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)闊煵菰耘?。E-mail：sunzedong19910706@163.com。*通信作者，E-mail：maxinghua@caas.cn

2016-11-02

2017-02-03