海藻渣與鎂配施對紅壤理化性質(zhì)和煙草生長的影響

黃振瑞 陳迪文 李集勤 李淑玲

摘 ?要：針對部分紅壤地區(qū)土壤酸性強、有效養(yǎng)分含量低及透氣性差等特性，研究了硫酸鎂和海藻渣配施對紅壤理化性質(zhì)及煙草生長的影響，為煙區(qū)紅壤改良提供理論基礎(chǔ)。采用盆栽試驗，設(shè)置6個處理，CK：對照，不加鎂和海藻渣;MS：單獨施用硫酸鎂，每千克土施用0.375 g;SF：單獨施用海藻渣，每千克土施用50 g;C1：每千克土施用MgSO4 0.375 g+海藻渣50 g;C2：每千克土施用MgSO4 0.563 g+海藻渣75 g;C3：每千克土施用MgSO4 0.75 g+海藻渣100 g。煙草收獲時，測定并分析不同處理對土壤pH、有機碳、礦質(zhì)養(yǎng)分含量、土壤容重、總孔隙度，以及煙草農(nóng)藝性狀、煙葉礦質(zhì)養(yǎng)分含量等的影響。結(jié)果表明：單獨施用硫酸鎂或海藻渣以及硫酸鎂與海藻渣配施后，煙草株高、莖粗和葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀明顯改善，生物量比對照顯著提高;硫酸鎂單施處理中煙葉的P和Mg含量比對照顯著提高，海藻渣單施及硫酸鎂與海藻渣配施的煙葉P、K和Mg含量比對照顯著提高;C3處理土壤pH比對照提高0.38個單位，堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量分別比對照提高了42.85%、60.01%、33.73%、253.02%和689.07%;C1、C2和C3處理土壤有機碳含量分別比對照提高了212.9%、385.7%和540.7%;海藻渣單施及與鎂配施對土壤有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量顯著提高;海藻渣單施或與鎂配施能顯著降低土壤容重并提高土壤總孔隙度;C3處理土壤容重比對照顯著降低9.78%，總孔隙度比對照顯著提高8.87%。因此，海藻渣和硫酸鎂配施能促進紅壤中煙草的生長，并有效改善紅壤的理化性狀。

關(guān)鍵詞：海藻渣;鎂;紅壤;煙草;土壤理化性質(zhì)

中圖分類號：S572 ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： To improve the soil fertility and tobacco growth in red soil areas for its strong soil acidity， low available nutrient content and poor air permeability， the soil physicochemical properties and tobacco growth with the application of magnesium sulfate and seaweed residue were investigated. A pot experiment with 6 treatments was conducted， i.e.， CK： Control， without magnesium and seaweed residue， MS： Single application of 0.375 g magnesium sulfate per 1 kg soil， SF： Single application of seaweed residue 50 g per 1 kg soil， C1： Application of 0.375 g magnesium sulfate + 50 g seaweed residue per 1 kg soil， C2： Application of 0.563 g magnesium sulfate +75 g seaweed residue per 1 kg soil， C3： Application of 0.75 g magnesium sulfate +100 g seaweed residue per 1 kg soil. The effects of seaweed residue and magnesium on soil pH， organic carbon， mineral nutrient content， soil bulk density， and porosity， agronomic characteristics of tobacco and mineral nutrient contents of tobacco leaves were analyzed. The results showed that with the application of magnesium sulfate， seaweed residue alone or magnesium sulfate with seaweed residue， the agronomic traits， such as plant height， stem diameter， leaves of tobacco and biomass were significantly improved. Meanwhile， the contents of P and Mg in the tobacco leaves were significantly increased under the application of magnesium sulfate only. In addition， the contents of P， K and Mg in the tobacco leaves were also significantly higher in the application of seaweed residue alone or combined with magnesium sulfate. Compared with CK， soil pH of C3 treatment was significantly increased by 0.38 units， and the contents of alkaline - N， available - P， available- K， exchangeable - Ca and exchangeable - Mg were increased by 42.85%， 60.01%， 33.73%， 253.02% and 689.07% respectively. Soil organic carbon content of C1， C2 and C3 treatments increased by 212.9%， 385.7% and 540.7% than that of CK， respectively. The soil pH and soil organic carbon content were increased significantly with magnesium sulfate and seaweed residue application. The contents of available phosphorus， available potassium， exchangeable calcium and magnesium in soil were significantly increased by applying seaweed residue alone or in combination with magnesium. The application of seaweed residue alone or in combination with magnesium could significantly reduce soil bulk density and increase total soil porosity. Compared with CK， C3 treatment significantly reduced soil bulk density by 9.78%， and increased total porosity by 8.87%. It suggests that the growth of tobacco and physicochemical properties of red soil could be significantly improved by application with seaweed residue.

Keywords： seaweed residue; magnesium; red soil; tobacco; physical and chemical properties of soil

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.09.011

煙草是我國南方紅壤地區(qū)湖南、江西、廣東等省份一種重要的經(jīng)濟作物。由于紅壤本身礦質(zhì)養(yǎng)分低、土壤pH低、有機質(zhì)低以及土壤物理結(jié)構(gòu)差等特性，若不經(jīng)過改良，包括煙草在內(nèi)很多作物生長均表現(xiàn)欠佳[1]。煙草一般種植在經(jīng)濟欠發(fā)達的偏遠地區(qū)，農(nóng)民對于科學(xué)施肥知識掌握不足，往往只關(guān)注氮、磷、鉀等大量元素應(yīng)用而忽視了中微量元素的施用，只注重化肥的施用而忽視了有機肥的應(yīng)用。鎂是煙草生長必需的營養(yǎng)元素，施鎂能增強葉片光合作用，提高煙葉的產(chǎn)量，改善煙葉品質(zhì)[2-4]。海藻渣是海藻加工產(chǎn)業(yè)的廢棄物，在海藻的加工利用過程中，海藻的有效營養(yǎng)成分不能被完全提取出來，因此海藻殘渣中富含豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，包括海藻酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、甘露醇、果膠、甜菜堿及各種礦物質(zhì)元素等[5]，在農(nóng)業(yè)上可以作為一種栽培基質(zhì)配料[6-7]，也可以作為植物的肥料如有機肥等[8-9]或者動物的飼料原料等[10]。另外，食品[11-12]、化工[13-14]、環(huán)境[15-16]、醫(yī)藥[17]等領(lǐng)域也有一些應(yīng)用。農(nóng)業(yè)中肥料領(lǐng)域研究中，對于海藻渣的處理降解工藝已有多個研究報道，主要利用微生物或酶在不同條件下進行發(fā)酵[18-19]。施用效果方面的研究表明，海藻渣可以改善土壤或基質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)[9-20]。肖偉等[21]研究表明，海帶渣發(fā)酵微生物菌肥作為土壤添加劑提高了土壤抑制病原菌活性的能力，可用于特異抑菌土壤的培育。目前，有關(guān)海藻渣作為紅壤改良劑以及對煙草生長的影響研究較少，本試驗通過研究硫酸鎂和海藻渣配合施用對煙草生長及紅壤理化性質(zhì)的影響，探討鎂和海藻渣配合作為土壤改良劑的可行性，為其在煙草上進行應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試紅壤取自廣東省韶關(guān)市，其理化性質(zhì)為：pH 5.35，速效鉀45.6 mg/kg，速效磷5.9 mg/kg，堿解氮38.1 mg/kg，有機碳含量3.2 g/kg，交換性鈣（Exc-Ca）63.3 mg/kg，交換性鎂（Exc-Mg）2.1 mg/kg。煙草品種為‘云煙87，玉溪中煙種子公司生產(chǎn)。硫酸鎂為MgSO47H2O化學(xué)純試劑（氧化鎂含量16%），海藻渣為泡葉藻進行海藻活性物質(zhì)提取后剩余殘渣，由青島明月集團公司提供，風(fēng)干后測得其化學(xué)性質(zhì)：pH 8.49，氮（N）18.8 g/kg，磷（P）2.5 g/kg，鉀（K）20.2 g/kg，鈣（Ca）2.2 g/kg，鎂（Mg）1.8 g/kg，有機碳215.8 g/kg。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計 ?采用盆栽試驗，于廣州日光溫室進行。試驗設(shè)置6個處理，CK：對照，不加鎂和海藻渣;MS：硫酸鎂單施，每公斤土加入MgSO47H2O 0.375 g;SF：海藻渣單施，每公斤土加入海藻渣50 g;C1：硫酸鎂與海藻渣配施（1），每公斤土加入MgSO47H2O 0.375 g+海藻渣50 g;C2：硫酸鎂與海藻渣配施（2），每公斤土加入MgSO47H2O 0.563 g+海藻渣75 g;C3：硫酸鎂與海藻渣配施（3），每公斤土加入MgSO47H2O 0.750 g+海藻渣100 g。硫酸鎂和海藻渣與土壤充分混勻后移栽煙草幼苗。每個處理重復(fù)4次，共24盆。每盆裝5 kg土壤，底肥施用0.4 g KH2PO4，0.5 g KNO3，0.7 g Ca（NO3）2，與土壤混勻。煙草于2018年9月20日播種育苗，出苗50 d后移栽，然后再培養(yǎng)75 d收獲。

1.2.2 ?指標(biāo)測定 ?收獲時，測定煙株農(nóng)藝性狀、生物量（鮮重），然后采集、處理和保存植物樣品以及土壤（收獲煙草后）樣品。土壤樣品測定：測定pH;重鉻酸鉀容量法測定有機碳（SOC）;堿解擴散法測定堿解氮（SAN）;鉬銻抗比色法測定速效磷（SAP）;火焰光度法測定速效鉀（SAK）;原子吸收分光光度法測定交換性鈣（Exc-Ca）、交換性鎂（Exc-Mg）。植物樣品（全部葉片）測定：凱氏定氮法測定氮（N）;鉬銻抗比色法測定磷（P）;火焰光度法測定鉀（K）;原子吸收分光光度法測定鈣、鎂（Ca，Mg）。

土壤容重、總孔隙度分析：于植株收獲后，采用200 cm3環(huán)刀取原狀土，將取回的原狀土樣品使用干燥箱在105 ℃下干燥24 h后測定土壤容重。土壤總孔隙度計算式為P=1-ρb/ρB，式中：P為土壤總孔隙度，ρb為土壤干容重（g/cm3），ρB為土壤比重，取2.65 g/cm3。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)通過Excel軟件整理收集，采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用鄧肯氏新復(fù)極差法進行方差分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同處理對煙草生物量和農(nóng)藝性狀的影響

由表1可以看出，硫酸鎂單施、海藻渣單施及硫酸鎂與海藻渣配施的處理生物量干重相比對照處理均得到顯著提高，說明煙草植株生長狀況得到改善。其中，施用硫酸鎂與海藻渣配施的3個處理生物量干重顯著高于硫酸鎂（MS）和海藻渣（SF）單獨施用的處理，生物量干重隨著硫酸鎂與海藻渣配施施用量的增加而增加。硫酸鎂單施、海藻渣單施及硫酸鎂與海藻渣配施的處理株高、最大葉寬和最大根長均顯著高于對照處理，硫酸鎂與海藻渣配施的3個處理最大節(jié)距、葉片數(shù)、最大葉長均顯著高于對照處理，另外硫酸鎂與海藻渣配施的C2和C3處理的莖粗顯著高于對照處理。

2.2 ?不同處理對煙葉部分營養(yǎng)元素的影響

硫酸鎂單施、海藻渣單施及硫酸鎂與海藻渣配施對煙草葉片中P、K和Mg養(yǎng)分元素含量具有較大影響，而對N的影響較?。ū?）。與對照相比，硫酸鎂單施處理中煙葉的P和Mg含量顯著提高而N和K無顯著差異;海藻渣單施及硫酸鎂與海藻渣配施的處理，煙葉P、K和Mg含量比對照顯著提高，其中硫酸鎂與海藻渣配施C3處理N含量比對照顯著提高。從養(yǎng)分累積量來看，不同處理的差異更為顯著。與對照處理相比，單施硫酸鎂處理煙葉的P、K和Mg累積量顯著提高而N累積量差異不顯著;單施海藻渣及硫酸鎂與海藻渣配施的處理，煙葉N、P、K和Mg累積量比對照顯著提高，硫酸鎂與海藻渣配施的3個處理中隨著其施用量的增加，煙葉各種養(yǎng)分累積量也逐漸增加，其中硫酸鎂與海藻渣配施C3處理的葉片各種養(yǎng)分累積量均為最高。

2.3 ?不同處理對土壤pH的影響

從圖1可見，單施硫酸鎂、單施海藻渣及硫酸鎂與海藻渣配施的C1和C2處理的土壤pH和對照相比沒有顯著差異，而硫酸鎂與海藻渣配施的C3處理比對照提高0.38個單位，且差異達顯著水平。

2.4 ?不同處理對土壤有機碳含量的影響

從圖2可以看出，單施硫酸鎂處理的土壤有機碳含量變化不明顯，和對照相比無顯著差異;而單施海藻渣及硫酸鎂與海藻渣配施處理土壤有機碳含量均有顯著增加，且隨著硫酸鎂與海藻渣配施的施用量增加而增加，海藻渣單施處理和硫酸鎂與海藻渣配施C1、C2和C3處理分別比對照提高190.1%、212.9%、385.7%和540.7%。

2.5 ?不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

從表3可見，與對照相比，單施硫酸鎂處理的土壤交換性鎂含量大幅增加，堿解氮、速效鉀、有效磷和交換性鈣含量無顯著差異;單施海藻渣及硫酸鎂與海藻渣配施處理土壤有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量相比對照均顯著增加，且隨著配施用量的增加而土壤養(yǎng)分含量提高幅度逐漸增大。其中，C3處理中堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量分別比對照提高42.85%、60.01%、33.73%、253.02%和689.07%。

2.6 ?不同處理對土壤容重和總孔隙度的影響

從表4可見，與對照相比，單獨施用硫酸鎂處理的土壤容重和總孔隙度與對照無顯著差異;單施海藻渣及硫酸鎂與海藻渣配施處理土壤容重均比對照顯著降低，總孔隙度均比對照顯著提高，且各處理對土壤容重和總孔隙度的影響隨著海藻渣用量的增加而增大。其中，硫酸鎂與海藻渣配施C3處理土壤容重最低，與對照處理相比降低9.78%，而總孔隙度最高，比對照提高8.87%。

3 ?討論

3.1 ?硫酸鎂和海藻渣對煙草生長及葉片養(yǎng)分含量的影響

研究表明，施用鎂肥可以促進煙草生長發(fā)育[3]，提高煙葉產(chǎn)量[22]，改善煙葉品質(zhì)[4]。在本試驗中，由于試驗土壤鎂含量很低，對照的煙草生長相對較差，施用硫酸鎂和海藻渣后，煙草植株生物量增加，生長狀況得到明顯改善。從單獨施用硫酸鎂和海藻渣煙草生長情況比較來看，單獨施用海藻渣處理，煙草生物量要顯著高于單獨施用硫酸鎂的處理，說明海藻渣對煙草生長具有更好的促進作用。從農(nóng)藝性狀來看，二者配合施用隨著施用量的增加煙草生物量逐漸增加，說明硫酸鎂和海藻渣配施對煙草生長具有促進作用。研究表明，海藻活性物質(zhì)能促進作物根系生長，從而提高作物產(chǎn)量和對養(yǎng)分的吸收利用[23-24]，因此，本試驗中，海藻渣處理以及海藻渣與鎂肥配施處理的煙草根長顯著增加，這可能與海藻渣中的活性物質(zhì)刺激煙草根系生長有關(guān)。

試驗結(jié)果表明，硫酸鎂和海藻渣配施條件下，煙草生物量增加的同時養(yǎng)分積累量也逐漸增加，說明海藻渣與鎂配施有利于煙草對養(yǎng)分元素的吸收利用。但二者對煙葉養(yǎng)分含量的影響有所差別。與對照處理相比，硫酸鎂處理中煙葉的P和Mg含量升高，而海藻渣處理的煙葉P、K和Mg含量升高，且海藻渣處理煙葉K含量顯著高于硫酸鎂處理，這可能一方面與海藻渣處理刺激根系生長從而增強作物對養(yǎng)分吸收有關(guān)，另一方面可能與海藻渣中鉀含量較高有關(guān)，隨著海藻渣的施用量增大，煙葉中的鉀含量也逐漸增加。

3.2 ?硫酸鎂和海藻渣對土壤肥力的影響

土壤有效養(yǎng)分和有機碳含量是與土壤肥力密切相關(guān)的指標(biāo)。本試驗所用的紅壤土壤肥力較低，不僅大量元素氮磷鉀含量不高，中量元素鈣和鎂含量也較低。本試驗中跟對照處理相比，硫酸鎂單獨施用處理，對土壤鎂含量具有顯著提升作用，但對于其他養(yǎng)分指標(biāo)無明顯變化。單獨施用海藻渣處理土壤有效磷、速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量都得到顯著提升。研究表明，施用海藻提取物能提高土壤中堿解氮、有效磷及速效鉀含量，降低土壤對外源磷的固定，提高磷的有效性[25]，同時顯著提高煙葉產(chǎn)量[26]。另外，硫酸鎂和海藻渣配施對土壤有效養(yǎng)分的提升都具有促進作用，養(yǎng)分指標(biāo)隨著施用量的增加而升高。施用海藻渣的處理，土壤有機碳含量得到顯著提升，主要原因是海藻渣本身的有機質(zhì)含量較高，對于提升土壤有機質(zhì)具有良好的效果，這與韋增輝等[27]的研究結(jié)果一致。

3.3 ?硫酸鎂和海藻渣對紅壤pH及物理結(jié)構(gòu)的影響

土壤pH高低對土壤肥力以及土壤微生物群落結(jié)構(gòu)有很大的影響[28-29]。研究表明，施用硫酸鎂會降低土壤pH [30?-31]，而本試驗結(jié)果中，單獨施用硫酸鎂的處理，土壤pH和對照無顯著差異，可能是與施用量不大有關(guān)。海藻渣及與鎂配施的處理，土壤pH均得到顯著提高，這與海藻渣本身為堿性有關(guān)，且施用量越大，土壤pH提高幅度越大。土壤容重和孔隙度是土壤熟化程度指標(biāo)，熟化程度較高的土壤其容重較小，孔隙度大，這2個指標(biāo)也是影響作物生長的重要物理參數(shù)。土壤容重大，表明土壤緊實，不利于透水、通氣、扎根等;土壤容重小，又會使有機質(zhì)分解過速，并使植物根系扎不牢而易傾倒。研究表明，施用海藻肥可以明顯降低土壤容重，改良土壤，促進煙草植株生長，顯著提高煙葉產(chǎn)量[26]。隨著土壤酸化、施肥不平衡造成土壤結(jié)構(gòu)退化導(dǎo)致作物產(chǎn)量難以提升的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，越來越多的煙草種植區(qū)開始使用土壤調(diào)理劑來改良土壤[32-33]。海藻渣和硫酸鎂對于改良土壤具有良好效果，是理想的土壤調(diào)理劑原料。

4 ?結(jié)論

在本研究條件下，硫酸鎂和海藻渣配施可以有效改善土壤理化性質(zhì)，每千克土施用0.563～ 0.75 g硫酸鎂與75～100 g海藻渣條件下可以增加土壤有機碳含量，提高土壤氮、磷、鉀、鈣和鎂等養(yǎng)分含量，同時降低土壤容重并提高土壤總孔隙度，促進煙草對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收及改善煙草生長狀況，從而提高煙草生物量。

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