海藻渣對植煙土壤理化性質(zhì)和煙草生長的影響

黃振瑞，陳迪文，吳庚福,3，黃躍鵬，李集勤，馬柱文

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所/廣東省煙草育種與綜合利用工程技術研究中心/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.廣東省科學院生物工程研究所/廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術研發(fā)中心（資源環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全），廣東 廣州 510316；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學院資源與環(huán)境學院，廣東 廣州 510225；4.廣東煙草韶關市有限公司，廣東 韶關 512000）

【研究意義】土壤是影響煙葉生長的重要生態(tài)條件之一，土壤質(zhì)量是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙草的重要基礎，植煙土壤的理化性質(zhì)將直接影響煙葉的產(chǎn)量。華南地區(qū)煙草大多種植區(qū)域的土壤類型為紅壤，普遍存在礦質(zhì)養(yǎng)分偏低、pH 值低、有機質(zhì)含量低以及土壤物理結(jié)構(gòu)較差的問題［1］。廣東煙草種植區(qū)域部分煙田土壤也存在養(yǎng)分含量低，土壤結(jié)構(gòu)差、板結(jié)、透氣性差的問題。煙區(qū)土壤改良是相關生產(chǎn)單位和研究機構(gòu)一直關注的方向，改良土壤有利于煙葉產(chǎn)量提升與品質(zhì)改善。【前人研究進展】海藻渣是海藻加工產(chǎn)業(yè)的廢棄物，如海帶加工生產(chǎn)海藻酸鹽的工業(yè)利用率僅約30%，還有超過50%的成分被廢棄，而在廢棄的海藻渣中含有許多對植物生長有益的活性物質(zhì)或營養(yǎng)物質(zhì)，如海藻酸、氨基酸、蛋白質(zhì)及多種礦質(zhì)養(yǎng)分元素等［2］。有關海藻渣的回收利用已經(jīng)引起人們的關注，包括有機肥料生產(chǎn)［3-4］、育苗基質(zhì)的制備［5-6］、環(huán)境工程的利用［3］、乙醇的制備［4,7］、動物飼料［8］、膳食纖維原料［9］等。海藻渣在農(nóng)業(yè)領域的應用研究中，目前以海藻渣的降解工藝、海藻渣作為培養(yǎng)基質(zhì)或肥料或土壤調(diào)理劑的研究為主。對于海藻渣的降解工藝方面一般是利用微生物或酶在不同條件下進行發(fā)酵獲得需要的產(chǎn)物［10-11］，然后對所得產(chǎn)物進一步加工利用。何梅琳等［12］以海帶渣為原料，采用酶解方法制備海帶渣提取物作為葉面肥，在彩椒和茭白的大田試驗中發(fā)現(xiàn)海帶提取物對彩椒和茭白的生長有顯著的促進作用。方金等［5］研究表明基質(zhì)中混配海藻渣含量增加可使基質(zhì)持水孔隙提高，通氣孔隙度降低，從而促進黃瓜幼苗生長和對主要礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收。李悅等［13］利用海藻渣為原料制備的有機肥能提高小白菜種子發(fā)芽率，提高小白菜耐鹽性，促進白菜生長。海藻渣對于改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力等方面具有良好效果。在煙草上有一些關于海藻中的活性成分海藻酸［14-15］和海藻糖［16-17］的應用研究，結(jié)果表明這些活性成分對提高煙草抗病性、抗旱性和促進生長均具有良好效果?！颈狙芯壳腥朦c】有關海藻渣在煙草上的研究報道較少，海藻渣對南方紅壤煙區(qū)土壤的改良以及對煙草生長的影響還鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】本試驗擬通過研究海藻渣施用對煙草生長及紅壤理化性質(zhì)的影響，從而評估海藻渣作為土壤改良劑的可行性，為其在煙草種植上進行應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試紅壤取自廣東省韶關市，其理化性質(zhì)為：pH 5.35，速效鉀含量128.65 mg/kg，速效磷含量11.94 mg/kg，堿解氮含量38.17 mg/kg，有機質(zhì)含量14.22 g/kg，交換性鈣（Exc-Ca）含量63.36 mg/kg，交換性鎂（Exc-Mg）含量26.15 mg/kg。海藻渣為泡葉藻進行海藻活性物質(zhì)提取后的剩余殘渣，通過堆漚發(fā)酵晾干制作成土壤調(diào)理劑，其主要化學性質(zhì)為：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。供試煙草品種為云煙87。

1.2 試驗方法

采用盆栽試驗，于日光溫室中進行。試驗設不施肥（CK）、常規(guī)施肥（普通對照，S1）、常規(guī)施肥+施用土壤重量1%海藻渣（S2）、常規(guī)施肥+施用土壤重量2.5%海藻渣（S3）、常規(guī)施肥+施用土壤重量5% 海藻渣（S4）5 個處理，海藻渣按不同處理施用量與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土15 kg，每個處理6 次重復?；拭颗枋┯?4-16-15 復合肥0.36 kg；追肥2 次，移栽2 周后開始每個月施用1 次，每次每盆施用硝酸鉀0.06 kg、硫酸鉀0.03 kg。煙草于2019 年3 月10 日播種育苗，5月5 日移栽，6 月25 日初花打頂，煙葉根據(jù)成熟度將上、中、下部煙葉從下往上分3 次采收，每次6～7 片葉，采收日期分別為7 月5 日、7 月25 日、8 月20 日。

1.3 測定指標及方法

每一批煙葉收獲時稱葉片鮮重，同時測定煙株最大葉長和最大葉寬，選擇所有葉片中最大的一片葉子測量長和寬；最后一批收獲時同時測定株高（指自地表莖基處至莖部頂端的高度）、莖圍（指離地5 cm 處莖的周長），采集土壤（0～20 cm）樣品。統(tǒng)計實際采收的所有批次葉片總數(shù)為有效葉片數(shù)。

土壤團粒結(jié)構(gòu)分析：將盆栽土壤全部倒出剔除根系后晾干，稱取100 g，依次通過孔徑為3、1、0.25、0.05 mm 的篩子，篩選出不同粒徑的土壤顆粒，分別計算占總土壤質(zhì)量的比例［18］。

土壤酶活測定：煙苗移栽后30 d 和60 d 各取1 次土樣，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性測定分別采用3,5-二硝基比色法、比色法、磷酸苯二鈉比色法和滴定法［19］。

土壤理化性質(zhì)測定：pH 值采用水浸提電位法測定，土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-容量法測定，堿解擴散法測定堿解氮含量，鉬銻抗比色法測定有效磷含量，火焰光度法測定速效鉀含量，原子吸收分光光度法測定交換性鈣、交換性鎂含量。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 整理收集，采用SPSS19.0進行統(tǒng)計分析，采用LSD法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙區(qū)土壤團粒結(jié)構(gòu)的影響

土壤團聚體結(jié)構(gòu)組成能夠反映土壤結(jié)構(gòu)保持和養(yǎng)分供應能力。從表1可以看出，不同粒徑的土壤團粒結(jié)構(gòu)所占比例差異較大，本試驗所用土壤＞3 mm團聚體占比超過50%，各處理間差異不顯著。施用海藻渣處理的土壤1～3 mm及0.25～1 mm團聚體占比隨著海藻渣施用量增加而增加，其中S4處理0.25～1 mm團聚體占比顯著高于CK和S1處理，說明施用5%海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm團聚體的比例，而各處理間的0.05～0.25 mm和≤0.05 mm土壤團聚體占比差異不顯著。

2.2 不同處理對煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響

從表2 可以看出，各施肥處理土壤養(yǎng)分含量比CK 均有顯著提高，且施用海藻渣處理的養(yǎng)分含量提高幅度更大。其中，施用海藻渣S2 處理的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣含量與不施用海藻渣的S1 處理差異均不顯著；S3、S4處理土壤堿解氮含量顯著高于S1 處理，以S4 處理最高，比S1 處理高12.22%；S3、S4 處理土壤速效磷含量比S1 處理分別高18.77%和20.15%，速效鉀含量比S1 處理分別高8.47%和9.51%，交換性鈣含量比S1 處理分別高19.88%和34.08%，差異顯著。施用海藻渣S2、S3、S4 處理的交換性鎂和有機質(zhì)含量均顯著高于S1 處理，且以S4 處理最高，交換性鎂和有機質(zhì)含量比S1 處理分別高68.08%和10.39%。另外，S3、S4 處理土壤pH也顯著高于S1。

表1 不同處理土壤團粒結(jié)構(gòu)Table 1 Soil aggregate structure under different treatments

表2 不同處理土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient contents under different treatments

2.3 不同處理對煙區(qū)土壤酶活性的影響

從表3 可以看出，海藻渣的施用對土壤各種酶活性產(chǎn)生了顯著影響，施用海藻渣的3 個處理與不施海藻渣的S1 處理相比，施用海藻渣對土壤酶活性具有顯著的提升作用。其中，土壤脲酶活性在煙苗移栽后30 d 提高36.06%～56.58%、移栽后60 d 提高22.46%～33.57%，土壤過氧化氫酶活性在煙苗移栽后30 d 提高44.64%～65.70%、移栽后60 d 提高36.25%～41.92%，土壤蔗糖酶活性在煙苗移栽后30 d 提高77.76%～89.06%、移栽后60 d 提高56.95%～71.83%，土壤磷酸酶活性在煙苗移栽后30 d 提高28.40%～68.95%、移栽后60 d提高20.42%～51.59%。

表3 不同處理土壤酶活性Table 3 Soil enzymatic activities under different treatments

2.4 不同處理對煙草農(nóng)藝性狀的影響

從表4 可以看出，與CK 相比，各施肥處理煙株的株高、莖粗、葉片數(shù)、最大葉長和最大葉寬均顯著提高。其中，施用海藻渣S2 處理與不施海藻渣S1 處理各項指標差異均不顯著，S3、S4處理煙株的株高、莖粗、葉片數(shù)均顯著高于S1 處理，表明施用2.5%～5%海藻渣有利于促進煙株的生長。

2.5 不同處理對煙草葉片鮮重的影響

從不同部位煙葉葉片鮮重測定結(jié)果（表5）來看，施肥處理均顯著高于不施肥對照，且施用海藻渣處理比不施用海藻渣處理的各部葉鮮重均有所提高。其中，S3 處理的上部葉，S2、S3 和S4 處理的中部葉及下部葉均顯著高于S1 處理；從不同部位葉片來看，施用海藻渣對上部葉鮮重增加幅度較大，S2、S3、S4 處理比S1 處理分別高13.26%、21.27%和17.43%；從總鮮重來看，S2、S3、S4 處理均顯著高于S1 處理，以S3 處理提高幅度最大、為12.48%。說明海藻渣可以促進煙草葉片生長，提高煙葉產(chǎn)量。另外，S2、S3、S4 處理單葉鮮重與S1 處理差異不顯著。

表4 不同處理煙草農(nóng)藝性狀Table 4 Agronomic characters of tobacco under different treatments

表5 不同處理煙草葉片鮮重Table 5 Fresh weight of tobacco leaves under different treatments

3 討論

3.1 海藻渣對土壤團聚體結(jié)構(gòu)的影響

團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，被稱為土壤肥力的中心調(diào)節(jié)器，對土壤理化性質(zhì)和生物學性質(zhì)具有重要影響［20］。團聚體粒徑大小和數(shù)量及結(jié)構(gòu)體破壞率決定土壤孔隙度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，影響土壤通氣透水性和水土保持功能，是評價土壤結(jié)構(gòu)的重要指標。海藻渣是海藻加工業(yè)產(chǎn)生的廢渣，含有一定量的海藻酸鹽、多糖和蛋白質(zhì)［21-22］。Haslam等［23］研究表明，在每1 kg 土壤中添加8.2～16.4 g海藻后90 d，土壤孔隙度顯著增加。謝錦升等［24］研究表明，有機物質(zhì)輸入的增加促進了紅壤中團聚體的形成，從而改變了土壤團聚體有機碳含量和分配比例。而Six等［25］研究表明，大于0.25 mm粒徑的土壤團聚體影響土壤質(zhì)量，在一定程度上其含量提高有利于提高土壤質(zhì)量。本研究結(jié)果也表明，施用一定量的海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm團粒的比例，這可能是由于海藻渣中的藻酸鹽在土壤陽離子存在下容易聚集并形成物理凝膠［26］，并改變土壤的微觀結(jié)構(gòu)，形成了一種膠體土壤顆粒［27］。同時，由于0.25～2 mm團聚體是土壤肥力的重要物質(zhì)條件，可以作為土壤改良措施的評價指標［28］。因此，海藻渣增加土壤0.25～1 mm團粒的比例表明了其對土壤結(jié)構(gòu)的改善作用。

3.2 海藻渣對土壤養(yǎng)分含量的影響

有研究表明，海藻肥施于煙草土壤能提高土壤pH 和有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量［29］，本研究結(jié)果與其相似，施用海藻渣能增加土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量。其原因可能是海藻渣對肥料中氮磷鉀養(yǎng)分有緩釋作用或者增效作用，也可能與海藻提升土壤有機質(zhì)含量有關。也有研究表明，海藻施用可以直接或間接增加土壤有機質(zhì)含量［30］。本研究結(jié)果也表明，施用海藻渣可以提高土壤pH 值和有機質(zhì)含量。土壤有機質(zhì)含量與土壤質(zhì)量呈正相關［31］，有機質(zhì)可以促進土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的轉(zhuǎn)化［32-33］。同時，本研究結(jié)果還表明施用海藻渣可以提高土壤交換性鈣和交換性鎂含量，可能是由于施用海藻渣提高了土壤pH，而pH 提高有促進交換性鈣和交換性鎂提高的作用［34］。

3.3 海藻渣對土壤酶活性的影響

土壤酶主要來自微生物和植物根系的分泌作用，是土壤肥力的一個重要標志，也是土壤有機養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的一個重要因素，因此土壤酶活性高表明植物根系附近的土壤微生物多、根系活性高，營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化活潑，尤其是影響氮磷鉀、蛋白質(zhì)、呼吸作用和糖類相關酶即磷酸酶、脲酶等。本研究表明，海藻渣可以提高土壤磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性。Wang 等［35］研究表明，海藻肥料處理過的土壤酶（轉(zhuǎn)化酶，脲酶，蛋白酶和磷酸酶）的活性高于對照，與本研究結(jié)果相似。研究表明，土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性與有機質(zhì)和大多數(shù)土壤養(yǎng)分含量呈顯著線性相關［36］，其中脲酶活性表征土壤中氮素水平，磷酸酶活性代表土壤中磷素的轉(zhuǎn)化活性與強度，蔗糖酶活性一般反映土壤熟化程度以及生物學活性強度，過氧化氫酶活性表示土壤的呼吸強度。本研究中，施用海藻渣后土壤堿解氮含量及與之對應的土壤脲酶活性提高，土壤有效磷含量及與之對應的磷酸酶活性也提高，說明土壤養(yǎng)分含量的增加與土壤酶活性的提高是一個相互作用的過程。究其原因，一方面可能是由于海藻渣富含一些微生物進入土壤，增加微生物數(shù)量和改善微生物群落從而提高了酶活性；另一方面海藻渣作為一種有機質(zhì)的補充，改變土壤pH 值和養(yǎng)分，改善土壤微生物活性，進而提高土壤酶活性。

3.4 海藻渣對煙草生長的影響

海藻中含有豐富的生物活性物質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)元素，對作物生長具有顯著的促進作用［37］，海藻渣中活性物質(zhì)和養(yǎng)分含量雖然不及海藻提取物，但仍然保留著一部分有益物質(zhì)，可以作為一種肥料或者土壤調(diào)理劑。其他作物上應用海藻渣的研究表明，海藻渣可以促進小白菜［38］、菠菜［39］、冬瓜［40］等的生長，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)，本試驗研究也取得類似結(jié)果，海藻渣的施用有利于增加煙草的株高、莖粗和葉片數(shù)，同時提高煙葉的產(chǎn)量。其原因主要可能是海藻渣改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分，以及其本身含有有利于植物生長的活性物質(zhì)共同作用促進煙草的生長發(fā)育。具體對不同部位的葉片來說，本研究結(jié)果表明海藻渣對煙株上部葉鮮重的提升幅度大于中部葉和下部葉，上部葉是最晚采收的，可能是由于海藻渣在土壤中發(fā)揮最大效果需要一定的時間，直到煙草生育后期對土壤的改善作用更加明顯從而影響到煙草生長。不同用量的海藻渣處理中，煙葉鮮重最大的是添加2.5%海藻渣的處理，添加5%海藻渣處理煙葉鮮重有一定下降，說明海藻渣的施用量并不是越多越好，有一個最佳的用量范圍，本研究條件下的最佳用量是施用土壤重量的2.5%。由于本研究采用盆栽試驗，海藻渣的施用量按照盆栽土壤重量的一定比例計算，而大田生產(chǎn)中的土壤情況跟盆栽不同，因此，還需進一步通過田間試驗來驗證效果以及確定合適的施用量。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在盆栽試驗條件下，按照土壤重量比例施用一定量的海藻渣有利于改善紅壤煙區(qū)植煙土壤的團聚體結(jié)構(gòu)，使土壤中0.25～1 mm 團聚體的比例提高。海藻渣還能提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶的活性，提升土壤速效鉀、速效磷、堿解氮、有機質(zhì)、交換性鈣及交換性鎂等養(yǎng)分含量。施用海藻渣也有利于促進煙草植株生長，使株高、莖粗、葉片數(shù)均顯著提高，從而提高煙葉產(chǎn)量，其中施用土壤重量2.5%的海藻渣效果較好。