廢棄煙末對上海青生長的影響及限值研究

王小蒙 邵海峰 包雪梅 王 剛 田龍軍 吳定旺

（湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司，湖北 荊門 448000）

近年隨著農(nóng)田土壤質(zhì)量持續(xù)惡化，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降[1]，有機肥的應(yīng)用顯得至關(guān)重要。在農(nóng)業(yè)部發(fā)出《開展果菜茶有機肥替代化肥行動方案》的通知后，有機肥市場供不應(yīng)求，尋找優(yōu)質(zhì)有機肥源顯得尤為關(guān)鍵。

我國煙草種植面積和產(chǎn)量居世界第1位，每年產(chǎn)煙葉約300萬t。而煙草在采收和生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生25%的廢棄煙末等下腳料不能使用，數(shù)量高達75萬t[2,3]。廢棄煙末本身含有大量有機質(zhì)及多種微量元素,同時具有易于集中處理、成本低等特點,極適合作為優(yōu)質(zhì)有機肥源[4,5]。煙末腐熟的有機肥能顯著促進作物生長，且效果優(yōu)于其他秸稈腐熟的有機肥，但是煙末腐熟至少需要30d以上，嚴重影響煙末有機肥的生產(chǎn)效率。而未腐熟廢棄煙末直接施入土壤，在特定條件下，則可能發(fā)酵腐熟，導致作物出現(xiàn)燒苗、感染病害、減產(chǎn)等問題。

腐熟的廢棄煙末有機肥對作物生長的影響已有許多研究，為煙草廢棄物資源化利用做出許多貢獻，但是未腐熟的煙末直接應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的報道卻并不多見。筆者以煙草公司廢棄煙末為原料，葉菜類作物上海青為研究對象，通過盆栽試驗研究廢棄煙直接加入土壤對上海青生長及生物量的影響，探索未腐熟煙末影響上海青生長的最佳用量和限值。通過本試驗研究為廢棄煙末的資源化利用提供新的思路和方向，為廢棄煙末直接在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用提供技術(shù)支撐和科學依據(jù)，為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)做出應(yīng)有的貢獻。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于湖北省荊門市子陵鎮(zhèn)洋豐溫室大棚。

供試土壤采自大田表層土，上一茬作物為玉米，土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

供試作物：上海青，京豐618；

供試煙末：云南海利實業(yè)有限公司提供，粉碎過80目篩，其主要成分如表2所示；

供試化肥：普通硫酸鉀（15-15-15），湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司提供。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

表2 煙末基本理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)6個處理，不施煙末為對照處理(CK)，每1kg土煙末添加量2g（T1）、4g（T2）、8g（T3）、12g（T4）、16g（T5），每個處理重復(fù)3次，共18盆，隨機排列。盆栽在聚乙烯塑料盆中進行，每盆裝土5kg（風干土）。底肥（復(fù)合肥）用量0.66 g/kg，與土壤混勻，各處理肥料用量如表3所示。選取處于三葉一心期，長勢基本一致的穴盤苗移栽，每盆移栽1株。移栽后用水定容，統(tǒng)一澆灌，確保沒有水漏出，此后每次澆水保持一致。

表3 試驗處理

1.3 分析測定方法

種植40d后，統(tǒng)一進行采收，測定相關(guān)指標；

葉片SPAD：葉綠素儀（型號Chlorophyll Meter Model SPAD-502）測定；

葉寬、葉長：直尺測定，單位為mm；

生物量：自來水清洗植株3遍，蒸餾水清洗1遍。根系與地上部分開，放入烘箱，105殺青30min，70烘干至恒重，用1%天平稱其生物量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2013和SPSS22.0統(tǒng)計軟件，利用最小顯著性差異法（ Least—Signif i cant Diあerence）進行均值比較，文圖中不同小寫字母表示差異具有統(tǒng)計學意義(p＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對上海青生長指標的影響

上海青生長過程中未出現(xiàn)燒苗，感染病害等現(xiàn)象。在上海青采收前調(diào)查其生長狀況，結(jié)果如表4所示：各處理對上海青葉長、葉寬、葉片SPAD影響顯著（p＜0.05）。CK處理上海青葉長、葉寬、SPAD值均最小，隨著煙末的施用，T1-T5各處理上海青生長性狀指標均增加，葉長增幅為5.2%～12.6%，葉寬增幅為7.3%～14.6%，SPAD增幅為4.7%～23.6%；其中T3處理各項指標均最大。

表4 上海青生長指標

2.2 不同處理對上海青生長指標的影響

采收后對上海青莖葉和根系生物量進行測定，結(jié)果如圖1所示：對于莖葉生物量而言，CK處理最小，平均為8.77g；而T3處理則最大，平均為12.87g，二者相差46.8%。其余各處理莖葉生物量較CK均增加，其增幅為18.8%～39.7%。對于根系生物量而言，同樣CK處理最小，平均為2.62g，T3處理則最大，平均為3.45g，二者相差31.7%，其余各處理根系生物量較CK均增加，其增幅為6.5%～23.3%。由此表明，隨著煙末用量增加，上海青莖葉和根系生物量表現(xiàn)為先增加后減低，但均高于未施用煙末處理因此煙末雖然能顯著提高上海青生物量（p＜0.05），但并非用量越大越好，本試驗表明煙末用量為8g/kg土時，上海青莖葉、根系生物量最大。

圖1 不同處理對上海青生物量的影響

2.3 土壤煙末用量與上海青地上生物量關(guān)系模型

為了可以定量判斷上海青地上部生物量與土壤中添加煙末質(zhì)量濃度的關(guān)系，可以對二者進行數(shù)學模型預(yù)測。常見典型的預(yù)測模型有線性、指數(shù)、對數(shù)、乘冪、多項式等[6]。采用回歸分析的方法, 建立上海青地上部生物量( y 為測定值，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度 ( x, mg/kg)的線性、對數(shù)、乘冪、指數(shù)、多項式5 類回歸模型, 并對模型進行擬合優(yōu)度檢驗，如表4所示（結(jié)果保留3位小數(shù)）。通過判定各方程的決定系數(shù) R2（越大越好）,檢驗?zāi)Ｐ蛯颖局档臄M合程度,最后確定采用多項式y(tǒng)=8.818+0.833x-0.044x2表達上述二者關(guān)系。

通過上述關(guān)系式可知：當x=18.932時，y=8.818即：當土壤添加煙末質(zhì)量濃度為18.932g/kg時，上海青地上部分生物量與未添加煙末處理相同。當x=19.937時，y=7.936即：當土壤添加煙末質(zhì)量濃度為19.937g/kg時，上海青地上部分生物量較未添加煙末處理減產(chǎn)10%。若以蔬菜作物可食部位減產(chǎn)10%為臨界標準[7]，則煙末在土壤中添加限值為19.937g/kg，約44.86t/hm2。

表5 上海青地上部生物量( y，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度( x, g/kg)回歸方程

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

煙末混入土壤后在特定水分、氧氣、溫度、微生物等條件下會進行腐熟，其腐熟過程主要經(jīng)歷溫度上升、高溫和溫度下降至常溫3個階段，在此過程炭氮循環(huán)形成腐殖質(zhì)[8]。因此煙末在腐熟過程對作物生長產(chǎn)生影響，腐熟過程有熱量放出，可能影響作物根系及根系微生物，抑制作物生長；腐熟過程產(chǎn)生伴隨著腐殖質(zhì)、氮、磷、鉀及鐵、錳、銅、鋅等營養(yǎng)元素釋放，促進作物生長[9]。

當土壤中煙末添加量低時，腐熟過程釋放的熱量不足以影響作物根系生長及微生物活動，而釋放出的腐殖質(zhì)、營養(yǎng)元素則被吸收利用，改善根際微生態(tài)，提高養(yǎng)分利用率，必然促進作物生長；本試驗土壤煙末0～16.0g/kg時，促進上海青生長，效果類似于腐熟煙末有機肥。已有研究表明667m2施煙草廢棄物有機肥可明顯促進煙葉生長，如較對照株高、最大葉長、葉寬分別增加3.2%、11.5%、3.1%，最終增產(chǎn)13.7%[10]；煙末有機肥對番茄和黃瓜株高、葉長、葉面積等有顯著促進作用，可使番茄增產(chǎn)20.0%～22.8%，黃瓜增產(chǎn)23.9%～29.6%[11]。煙末有機肥與化肥配施，可使玉米籽粒、花椰菜、辣椒、楊梅產(chǎn)量分別提高10.11%、15.57%、14.04%、5.45%[4]。這些研究結(jié)果與本實驗上海青地上生物量增產(chǎn)6.5%～23.3%一致。

相反當土壤中煙末添加量高時，腐熟過程產(chǎn)熱，溫度升高，研究表明堆肥10d溫度可達65℃，且能保持14d[9]；此外還產(chǎn)生氨氣、硫化氫等刺激氣體，抑制根系生長，導致養(yǎng)分運輸不暢，作物生長受阻[12]。本試驗通過回歸方程預(yù)測，當土壤中煙末添加量超過18.932g/kg，開始抑制上海青生長；當超過19.937g/kg，上海青地上生物量減產(chǎn)10%。由于施用未腐熟的有機物料會導致包括燒苗、減產(chǎn)、病害等問題，因此這方面研究較少，高用量煙末施用導致作物減產(chǎn)其機理有待進一步研究。

3.2 結(jié)論

土壤中添加廢棄煙末可以促進上海青生長，添加量為2～16g/kg時，較對照上海青最大葉長、葉寬增幅分別為5.2%～12.6%，7.3%～14.6%；葉片SPAD增幅為4.7%～23.6%；上海青地上生物量增產(chǎn)6.5%～23.3%；其中煙末最佳用量為8g/kg。

采用回歸分析的方法, 建立上海青地上部生物量( y為測定值，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度 ( x, g/kg) 的最佳回歸模型為y=8.818+0.833x-0.044x2。若以蔬菜作物可食部位減產(chǎn)10%為臨界標準，則煙末在土壤中最大添加量不能超過19.937g/kg。