蚓糞基質(zhì)育苗對(duì)田間煙草長(zhǎng)勢(shì)和代謝酶活性的影響

李小龍，董青君，郭建華，劉高峰，田艷華，張仕祥，焦加國(guó)

（1南平市煙草公司邵武分公司，福建 邵武 354000；2南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，南京 210095；3江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223001；4中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院/煙草行業(yè)生態(tài)環(huán)境與煙葉質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001）

0 引言

煙草作為國(guó)內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物，在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要作用。在煙草的生產(chǎn)過程中，育苗是其中最為重要的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到煙葉的質(zhì)量與產(chǎn)量。漂浮育苗是一種集無(wú)土栽培、水培、營(yíng)養(yǎng)土栽培等多種栽培方式于一身的新型栽培方法，該方法有效解決了傳統(tǒng)育苗所造成的土傳病害的缺陷，同時(shí)縮短了育苗的周期，能在一定程度上壯苗、增強(qiáng)煙草幼苗的抗性[1]。目前，有許多學(xué)者利用腐熟的甘蔗渣、花生糠、玉米秸稈等進(jìn)行煙草育苗基質(zhì)的研發(fā)[2-4]。

蚓糞是一種黑色、均勻顆粒狀、具有自然泥土味的細(xì)碎類物質(zhì)，具備良好的孔隙度、通氣性、排水性和較高的持水量的特點(diǎn)。蚓糞具有很大的表面積，這使得許多有益微生物得以生存，而且蚓糞具有良好的吸收和保持營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力[5]。蚓糞育苗基質(zhì)中含有作物生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和其他必需營(yíng)養(yǎng)元素，如磷和鉀，能夠促進(jìn)作物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[6]。蚓糞的理化和生物學(xué)性質(zhì)決定了其是一種良好的育苗基質(zhì)材料。Atiyeh等[7]研究表明，添加一定比例的豬糞蚓糞能夠增加番茄幼苗的生長(zhǎng)量；呂秀敏等[8]研究表明，添加30%的蚓糞基質(zhì)能夠顯著促進(jìn)煙草幼苗的地上部和地下部的生長(zhǎng)，其株高、葉面積、SPAD值、根系形態(tài)指標(biāo)等均優(yōu)于常規(guī)育苗基質(zhì)；張寧[9]研究表明，添加蚯蚓糞后，番茄的Vc含量、番茄紅素、可溶性蛋白等營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)和產(chǎn)量均有大幅提高。

本研究針對(duì)南方煙區(qū)普遍采用的漂浮育苗方式造成部分煙苗根系發(fā)育不良和移栽后返苗不及時(shí)的問題，開展蚓糞育苗基質(zhì)研發(fā)，對(duì)比研究煙苗的生物學(xué)、生理生化指標(biāo)，開展煙苗的大田驗(yàn)證試驗(yàn)，重點(diǎn)分析煙苗在團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期的生長(zhǎng)情況，以期為煙葉生產(chǎn)提供生物學(xué)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

蚓糞購(gòu)自南京博農(nóng)生物科技有限公司，泥炭、蛭石與珍珠巖從市場(chǎng)購(gòu)買。煙草常規(guī)育苗基質(zhì)由福建省煙草公司南平市公司提供，蚓糞基質(zhì)是按照30%蚓糞、30%泥炭、20%珍珠巖、20%蛭石的比例進(jìn)行復(fù)配。蚓糞、泥炭、珍珠巖、蛭石、常規(guī)基質(zhì)及蚓糞基質(zhì)的基礎(chǔ)理化性狀見表1。

表1 育苗基質(zhì)材料的理化性質(zhì)

煙草種子和烤煙漂浮育苗專用肥料由福建省煙草公司南平市公司提供，烤煙品種為‘K326’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

育苗及田間驗(yàn)證試驗(yàn)均在南平邵武市沿山鎮(zhèn)育苗基地(117°20′30"E，27°18′00"N)進(jìn)行。播種日期為2018年12月10日，采用漂浮育苗方式進(jìn)行煙苗培育。試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)基質(zhì)處理，基于前期研究結(jié)果[1]，選擇煙草育苗效果最佳的蚯蚓糞育苗基質(zhì)配方（30%蚓糞+30%泥炭+20%珍珠巖+20%蛭石）作為蚓糞煙草漂浮育苗基質(zhì)（簡(jiǎn)稱蚓糞基質(zhì)），以南平市煙草公司提供的常規(guī)煙草漂浮育苗基質(zhì)（簡(jiǎn)稱常規(guī)基質(zhì)）作為對(duì)照，在同一育苗池中進(jìn)行育苗及苗期試驗(yàn)，2種基質(zhì)各育苗30盤（育苗盤規(guī)格40 cm×60 cm，187孔），并設(shè)置3個(gè)獨(dú)立育苗池進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。苗期技術(shù)管理方法參照文獻(xiàn)[10]。

2019年3月1日將2種基質(zhì)上分別育成的適栽煙苗移栽至大田，在移栽前，每處理每重復(fù)隨機(jī)抽樣10株幼苗測(cè)定煙草育苗的根系形態(tài)指標(biāo)。田間實(shí)驗(yàn)在邵武沿山試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤類型為中壤土，土地平整，灌溉方便，試驗(yàn)地的基礎(chǔ)肥力狀況如表2。

表2 試驗(yàn)地土壤化學(xué)成分分析

施肥量為每1100株煙株施純氮9.0 kg，氮磷鉀(N:P2O5:K2O)質(zhì)量比為1:0.8:2.8，氮肥中條施基肥占68%、穴施追肥占32%，其中有機(jī)氮占總氮26%。主要肥料種類為煙草專用肥、硝酸鉀、硫酸鉀、餅肥。采用起壟覆膜方式移栽，每種基質(zhì)的適栽煙苗移栽3行作為1個(gè)小區(qū)，設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)排列。種植行距1.2 m、株距0.5 m。在團(tuán)棵期（2019年4月10日）和旺長(zhǎng)期（2019年5月16日），分別在每個(gè)處理隨機(jī)采集3棵煙株，進(jìn)行煙草長(zhǎng)勢(shì)及相關(guān)酶活性的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 基質(zhì)基本性質(zhì) 基質(zhì)配好后，需要測(cè)定其養(yǎng)分含量、容重、pH、EC值、孔隙狀況等基本性質(zhì)，均采用常規(guī)方法測(cè)定[11]。

1.3.2 植株形態(tài)指標(biāo) 在煙草的團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期測(cè)定株高（以穴盤基質(zhì)表面或表土到生長(zhǎng)點(diǎn)的高度為準(zhǔn)）、莖粗（緊靠子葉節(jié)下部）；鮮（干）重用天平稱量，樣品經(jīng)清水洗凈用吸水紙吸干后直接稱量。干重先在通風(fēng)干燥箱105℃下殺青30 min，然后在80℃下烘至恒質(zhì)量后稱量；用根系掃描儀（根系掃描儀型號(hào)為L(zhǎng)A1600+，Canada；分析軟件為Winrhizo2003b）測(cè)定根系總根長(zhǎng)、根體積、根表面積、根尖數(shù)。

1.3.3 植株生理指標(biāo) 相對(duì)葉綠素含量（SPAD值）用便攜式葉綠素儀測(cè)定煙草葉片。根系活力采用TTC法。硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、亞硝酸還原酶(NiR)、谷氨酸合成酶(GOGAT)的具體測(cè)定方法參照文獻(xiàn)[9]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和圖表處理，用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同育苗基質(zhì)對(duì)煙草幼苗期長(zhǎng)勢(shì)的影響

2.1.1 不同育苗基質(zhì)對(duì)煙草幼苗期地上部生長(zhǎng)的影響表3結(jié)果表明，蚓糞基質(zhì)處理的煙草育苗葉鮮重顯著低于常規(guī)基質(zhì)，但干重?zé)o顯著差異。蚓糞基質(zhì)促進(jìn)了煙草幼苗期莖粗的增加，與常規(guī)基質(zhì)相比，提高莖粗7.0%。SPAD值表明煙草葉綠素含量與常規(guī)基質(zhì)比較，蚓糞基質(zhì)處理的葉綠素含量略有降低，但無(wú)顯著差異(P<0.05)。

表3 不同育苗基質(zhì)煙草幼苗期地上部生長(zhǎng)的情況

2.1.2 不同育苗基質(zhì)對(duì)煙草幼苗期地下部生長(zhǎng)的影響從基質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)（表1）及現(xiàn)場(chǎng)采樣可以發(fā)現(xiàn)，蚓糞基質(zhì)容重大于常規(guī)基質(zhì)，具有較好的持水性和成團(tuán)性，不易松散，便于移栽；常規(guī)基質(zhì)主要由碳化稻殼復(fù)配而成，持水性較差，較為松散，在移栽時(shí)容易脫落，不易于定植。

由表4可知，在煙草育苗期，蚓糞基質(zhì)的煙草根部生物量高于常規(guī)基質(zhì)，可能由于蚓糞提高了基質(zhì)的通透性，能夠有效利用基質(zhì)的養(yǎng)分，進(jìn)而有利于根系的生長(zhǎng)。此外，蚓糞基質(zhì)顯著增加了煙草根系平均直徑，較常規(guī)基質(zhì)增加了13.04%。然而，蚓糞基質(zhì)的總根長(zhǎng)和根體積顯著低于常規(guī)基質(zhì)，且根表面積和根尖數(shù)也低于常規(guī)基質(zhì)，但無(wú)顯著差異。蚓糞基質(zhì)與常規(guī)基質(zhì)相比根系活力顯著增加，增幅為29.2%?？偟膩?lái)說，與常規(guī)基質(zhì)相比，蚓糞基質(zhì)整體上促進(jìn)了根系形態(tài)指標(biāo)的生長(zhǎng)，有利于根系生物量的增加，促進(jìn)根系向粗壯型發(fā)展，并且可以提高根系活力，這對(duì)煙草育苗在移栽后的大田生長(zhǎng)非常有利。

表4 不同育苗方式煙草幼苗期地下部分的情況

2.2 不同育苗基質(zhì)對(duì)團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期煙草長(zhǎng)勢(shì)的影響

2.2.1 不同育苗基質(zhì)對(duì)團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期煙草地上部長(zhǎng)勢(shì)的影響 由表5可知，不論是煙草團(tuán)棵期還是旺長(zhǎng)期，蚓糞基質(zhì)和常規(guī)基質(zhì)對(duì)煙草長(zhǎng)勢(shì)的影響均無(wú)明顯差異。在煙草團(tuán)棵期，蚓糞基質(zhì)處理的煙草葉鮮重、葉干重和地下部生物量均高于常規(guī)基質(zhì)，但無(wú)顯著差異。與常規(guī)基質(zhì)相比，蚓糞基質(zhì)的煙草株高莖粗都有所提高，分別提高5.17%和11.71%，表明蚓糞基質(zhì)對(duì)于煙草團(tuán)棵期的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。與常規(guī)基質(zhì)處理相比，蚓糞基質(zhì)處理的葉綠素含量略有增加。在煙草旺長(zhǎng)期，蚓糞基質(zhì)的煙草葉鮮重、葉干重、莖粗、地下部生物量均略低于常規(guī)基質(zhì)，但無(wú)顯著差異，但株高、葉綠素含量有所增加。

表5 不同育苗基質(zhì)煙草團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期地上部的情況

2.2.2 不同育苗基質(zhì)對(duì)團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期煙草地下部的影響 由表6可知，蚓糞基質(zhì)促進(jìn)了團(tuán)棵期煙草根系的生長(zhǎng)，其地下部生物量、總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根平均直徑、根尖數(shù)等指標(biāo)均高于常規(guī)基質(zhì)，其中根體積達(dá)到顯著水平，較常規(guī)基質(zhì)增加了36.2%。且團(tuán)棵期蚓糞基質(zhì)的煙草根系活力顯著高于常規(guī)基質(zhì)，提高了23.5%。

表6 不同育苗基質(zhì)團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期煙草地下部的情況

煙草旺長(zhǎng)期的根系生長(zhǎng)情況與團(tuán)棵期基本一致。蚓糞基質(zhì)促進(jìn)了根表面積、根體積、根平均直徑、根尖數(shù)的提高，分別增加4.9%、24.6%、10.3%、13.92%。但蚓糞基質(zhì)的地下部生物量和總根長(zhǎng)低于常規(guī)基質(zhì)。蚓糞基質(zhì)的根系活力顯著高于常規(guī)基質(zhì)，增幅24.98%。

2.2.3 不同育苗基質(zhì)對(duì)煙草團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期氮代謝酶活性的影響 硝酸還原酶(NR)、亞硝酸還原酶(NIR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)是植物氮代謝的關(guān)鍵酶。其中硝酸還原酶是植物硝態(tài)氮同化過程中的第一種酶，也是植物吸收硝態(tài)氮的限速酶，更是控制植物體內(nèi)氮代謝速率的關(guān)鍵酶。由表7可知，不論是在煙草團(tuán)棵期還是旺長(zhǎng)期，育苗基質(zhì)與常規(guī)基質(zhì)處理間的4種參與氮代謝的酶活性均無(wú)顯著差異。在煙草團(tuán)棵期，蚓糞基質(zhì)煙草葉片參與氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶酶活性均降低。與常規(guī)基質(zhì)相比，蚓糞基質(zhì)的GOGAT、GS酶活性有所降低，但NiR酶和NR酶活性有一定程度增加，表明該育苗方式下氮素利用效率較高。

表7 育苗基質(zhì)和常規(guī)基質(zhì)處理的團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期的煙葉酶活性 μmol/(min·g)

3 結(jié)論

與常規(guī)育苗基質(zhì)相比，蚓糞基質(zhì)整體上促進(jìn)了煙草幼苗期、團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期的長(zhǎng)勢(shì)，尤其對(duì)煙草根系生長(zhǎng)指標(biāo)的影響更為明顯，根平均直徑、根系生物量、根系活力具有不同程度增加，其中根系活性指標(biāo)在3個(gè)時(shí)期均相應(yīng)顯著高于常規(guī)基質(zhì)。此外，蚓糞基質(zhì)還促進(jìn)了煙草SPAD值的提高。然而蚓糞基質(zhì)對(duì)煙草團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期參與氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶的活性無(wú)顯著差異(P<0.05)。蚓糞基質(zhì)適合作為田間煙草的育苗基質(zhì)，促進(jìn)煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育。

4 討論

烤煙漂浮育苗技術(shù)以其所育煙苗健壯、抗病性好、栽后還苗期短、提高產(chǎn)量和質(zhì)量等優(yōu)勢(shì)而廣為使用，同時(shí)，煙草漂浮育苗技術(shù)也正在大面積推廣與應(yīng)用，需要更多高效的育苗基質(zhì)來(lái)滿足生產(chǎn)[12-13]。而蚓糞具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、孔隙性、通氣性和較高的持水能力，養(yǎng)分吸收能力強(qiáng)[14-15]，這些性質(zhì)為煙草育苗提供了良好的物理基礎(chǔ)。張俊英等[16]研究表明，蚓糞處理的黃瓜株高顯著高于對(duì)照組；祁石剛[17]研究表明，與泥炭相比，施加50%～70%的蚯蚓糞能夠顯著促進(jìn)番茄幼苗的生長(zhǎng)；Zaller等[18]研究表明，添加蚓糞作為盆栽栽培基質(zhì)，在促進(jìn)番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)等方面具有重要作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，蚓糞基質(zhì)處理的煙草育苗莖粗增加，而且團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期的煙草株高都高于常規(guī)基質(zhì)，這與陳乾錦等[19]的研究結(jié)果一致。葉綠素是綠色植物進(jìn)行光合作用不可缺少的組成部分，其含量直接影響到植物的光合作用[20]。董青君等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施加一定比例的蚓糞，育苗基質(zhì)可以促進(jìn)小白菜、辣椒、番茄的SPAD值且能顯著促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)結(jié)果表明，煙草團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期，蚓糞基質(zhì)處理的煙草葉片葉綠素含量均高于常規(guī)基質(zhì)，表明蚓糞基質(zhì)的煙草葉片的光合作用更強(qiáng)。

相比于常規(guī)基質(zhì)，蚓糞基質(zhì)處理的煙草育苗根平均直徑明顯增加，為團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期煙草根系發(fā)育打下良好基礎(chǔ)，團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期的煙草根系生長(zhǎng)情況優(yōu)于常規(guī)基質(zhì)。植株根系的作用除支撐整個(gè)植株外，最重要的是要從周圍環(huán)境中吸收水分和養(yǎng)分。植株的根長(zhǎng)與根表面積是衡量根系吸收能力大小的重要指標(biāo)。蚯蚓糞能改善土壤理化性質(zhì)和根際微域環(huán)境，而且能夠提升根系對(duì)養(yǎng)分的吸收能力[22]；在煙草育苗期、團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期，蚓糞基質(zhì)處理的煙草根系活力均相應(yīng)顯著高于常規(guī)基質(zhì)，這是其形成高品質(zhì)煙葉的重要原因之一。根系活力指植物根部吸收水分和養(yǎng)分以及合成物質(zhì)的能力[23]，其大小反映了根系吸收水分及養(yǎng)分的能力的強(qiáng)弱，是衡量植物生長(zhǎng)健壯與否的一個(gè)重要生理指標(biāo)[24]。

在煙草團(tuán)棵期，蚓糞基質(zhì)處理的煙草葉片參與氮素轉(zhuǎn)化相關(guān)酶酶活性均低于常規(guī)育苗基質(zhì)，表明蚓糞基質(zhì)處理會(huì)降低煙草對(duì)氮的利用。硝酸還原酶是植物氮代謝的誘導(dǎo)酶和限速酶，在煙株氮代謝過程中起著極為重要的作用，是反映煙葉氮代謝水平的主要指標(biāo)，其活性高低直接影響煙株的營(yíng)養(yǎng)狀況和氮代謝水平。孫偉軍[25]研究不同比例花生糠基質(zhì)對(duì)煙苗硝酸還原酶活性的影響，表明基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量的增加對(duì)煙苗硝酸還原酶活性的提高產(chǎn)生有利的影響，本研究蚓糞基質(zhì)的團(tuán)棵期煙草硝酸還原酶活性低于常規(guī)基質(zhì)，可能由于蚓糞基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量低于常規(guī)基質(zhì)。煙草旺長(zhǎng)期，與常規(guī)育苗相比，蚓糞基質(zhì)降低了GOGAT、GS酶活性，但蚓糞基質(zhì)提高了NiR酶和NR酶活性，表明該育苗方式下氮素利用效率較高，可能由于旺長(zhǎng)期需要更多的NR活性來(lái)促進(jìn)NO3-吸收和轉(zhuǎn)化，用來(lái)提供較多的氨基酸、蛋白質(zhì)[22]。

綜上所述，蚓糞基質(zhì)（30%蚓糞+30%泥炭+20%珍珠巖+20%蛭石）能夠有效促進(jìn)根系生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)煙草育苗效果，適合作為煙草漂浮育苗基質(zhì)。但本試驗(yàn)僅限于研究煙草的生長(zhǎng)狀況以及代謝酶活性特征，并未對(duì)煙草的產(chǎn)量及品質(zhì)等進(jìn)行驗(yàn)證，在今后的研究中可以蚓糞基質(zhì)育苗對(duì)煙草的長(zhǎng)勢(shì)、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響為方向，從而為蚓糞基質(zhì)提供更加全面的支撐。