聚丙烯酸盐类改良剂对土壤理化性状及烤烟根系生长的影响

郑亚楠，赵铭钦，贺 凡，单圆圆，毛亚博，康家豪，刘 芳



聚丙烯酸盐类改良剂对土壤理化性状及烤烟根系生长的影响

郑亚楠，赵铭钦*，贺 凡，单圆圆，毛亚博，康家豪，刘 芳

（河南农业大学烟草学院，郑州 450002）

为探讨聚丙烯酸盐类土壤改良剂单施和复配作用下的土壤理化性状及烤烟根系生长变化，采用大田试验研究了土壤改良剂对植烟土壤肥力、含水量、容重及烤烟根系指标的影响。结果表明：（1）聚丙烯酰胺+腐殖酸钾处理的土壤有机质、碱解氮、速效磷含量最高，聚丙烯酸钾+腐殖酸钾处理的土壤速效钾含量最高；（2）在提高土壤含水率以及降低土壤容重上，聚丙烯酰胺+腐殖酸钾处理效果最好，各土层土壤含水率的提高幅度及容重的降低幅度均表现为20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm；（3）聚丙烯酰胺+腐殖酸钾处理的根长、根体积、根干重和根冠比显著高于其他处理，施用土壤改良剂也明显提高了20~40 cm土层根系生物量的比重。总的来看，施用土壤改良剂能改善土壤理化性状，促进根系生长发育，以聚丙烯酰胺+腐殖酸钾处理效果最佳。

土壤改良剂；烤烟；土壤理化性状；根系发育；根冠比

近年来，由于化肥的大量施用和不合理的农艺操作，导致土壤耕层变浅，通透性和疏松度变差，元素利用率下降，阻碍了根系的生长[1-3]。土壤状况是影响烟叶品质的重要因素，对烟田土壤的修复及改善一直是烟草大田研究的重中之重[4-5]。施用土壤改良剂能有效促进土壤团粒的形成，降低土壤容重，增加养分含量，从而提高土壤的生产能力[6-8]，影响土壤微生物和土壤酶活性，优化根系生长的土壤环境，进而提高作物产量[9-11]。

烟草研究者在合理施用土壤改良剂改善烟田土壤理化性状上已取得一定研究成果，王丽丽等[12]、陈钊等[13]、刑世和[14]等研究表明，土壤改良剂作用下，土壤微生物区系受到影响，病原菌数量降低；烟叶镉含量降低，土壤微生物数量增加，酶活性提高。但目前此方面研究大多集中在单一土壤改良剂对土壤性状的影响，而改良剂复配对土壤性状的影响研究较少。因此，本试验以洛阳植烟土壤为研究对象，结合当地烟区干旱缺水现象，选用抗旱保水型改良剂（聚丙烯酸盐类土壤改良剂），研究其单施及其复配对植烟土壤理化性状及根系生长发育的影响，以期为该区土壤改良剂合理使用和生产优质烤烟提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年在河南洛阳市汝阳县进行，供试品种为秦烟96，供试土壤为黄褐土。pH为7.45，速效氮含量75.35 mg/kg，速效磷含量5.31 mg/kg，速效钾含量101.31 mg/kg，有机质含量13.37 g/kg。试验田为肥力均匀、地势平坦的地块。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，设6个处理。分别为CK：不施用土壤改良剂（对照）；A1：75 kg/hm2聚丙烯酸钾；A2：75 kg/hm2聚丙烯酸钾+150 kg/hm2腐植酸钾；A3：75 kg/hm2聚丙烯酰胺；A4：75 kg/hm2聚丙烯酰胺+150 kg/hm2腐植酸钾；A5：150 kg/hm2腐植酸钾。移栽前将不同土壤改良剂条施于各小区内，常规施肥以当地的施肥水平为准（复合肥25 kg/667m2，生物炭基肥40 kg/667m2，芝麻饼肥20 kg/667m2，硫酸钾10 kg/667m2，硝酸钾5 kg/667m2），田间管理按规范化栽培措施进行。3次重复，每个小区面积0.02 hm2，区组设通道，四周设保护行，种植密度120 cm×50 cm。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤养分含量的测定 有机质采用K2Cr2O7滴定法[15]；碱解氮采用NaOH-碱解扩散法[15]；速效磷采用NaHCO3-钼锑抗比色法[15]；速效钾采用NH4OAc-火焰光度法[15]。

1.3.2 土壤容重和含水率的测定 土壤容重采用环刀法测定[16]；土壤含水率采用烘干法测定[16]。

1.3.3 根系发育 于移栽后30 d开始，每隔10 d测定烟株根系生长情况，包括根的干重、根长、根体积。每次测定选取具有代表性的3株烟测定垂直方向（距离主茎基部0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm）切出剖面，取出根系，用清水冲洗干净，测定每个采样区的根系干重、根长和根体积。

1.3.4 干物质测定 于移栽后30 d开始，每处理每隔10 d取长势一致的烟株，根、茎、叶分别在105 ℃下杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，测定干物质重量。

1.4 数据分析方法

试验数据采用Excel 2010以及SPSS 17.0进行统计分析。

2 结 果

2.1 土壤改良剂对土壤有机质和养分含量的影响

由表1可知，施用土壤改良剂可以明显提高土壤养分含量。各处理土壤有机质含量明显高于对照，且与对照间均达到了显著水平，以A4处理最高，比对照高28.87%；各处理碱解氮含量均显著高于对照，各处理间差异均达到了显著水平，以A4处理最高，比对照高22.88%，除A5外，各处理速效磷含量均与对照间差异显著，其中A4含量最高，比对照高50.09%；速效钾含量在各处理间存在显著差异，其中A2处理含量最高，比对照高70.85%。

2.2 土壤改良剂对土壤含水率的影响

由表2可知，施用土壤改良剂有助于提高各土层土壤的保水性能。0~10 cm，10~20 cm和20~40 cm土层各处理土壤含水率提高幅度表现为20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm。

表1 土壤改良剂对土壤有机质和养分含量的影响

注：同列小写字母不同表示处理间差异达到5%显著水平，下同。

0~40 cm各土层土壤含水率在大田生育期内均呈先升高后降低的变化趋势，在旺长期各处理土壤含水率达到最高，以A4处理最高，其次是A2处理，分别比对照高23.74%和20.33%。成熟期土壤含水率下降，施用改良剂处理的土壤含水率下降缓慢，且显著高于对照。在整个生育期内，A4处理土壤含水率最高，A5最低。

2.3 土壤改良剂对土壤容重的影响

由图1可知，各土层土壤容重表现为0~10 cm<10~20 cm<20~40 cm。大田生育期内土壤容重均呈先降低后升高的变化趋势，旺长期各土层土壤容重均达到最小值，在0~20 cm土层，A4处理最小，20~40 cm土层，A2处理最小，0~10 cm土层分别比对照低4.47%和4.32%，10~20 cm土层分别比对照低4.54%和4.34%，20~40 cm分别比对照低4.55%和4.36%。旺长期到成熟期土壤容重逐渐增大，施用改良剂的土壤容重始终低于对照。在整个生育期内，各处理土壤容重的降低幅度表现为20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm。

2.4 土壤改良剂对垂直方向烤烟根系发育的影响

由表3可知，施用土壤改良剂促进了根系的生长，移栽后30~70 d根系生长速度最快，除移栽后30 d外，A4处理均显著高于其他处理，比对照高25.25%，其次是A2处理，与其他处理间均达到了显著水平，其余处理与对照间差异也达到了显著水平。在整个生育期内，A4处理根系长度最长，A1、A2和A3处理次之，A5处理最短。

烤烟根系体积在移栽后50~60 d、70~80 d增长速率较快。在整个生育期内，与对照相比，施用改良剂处理的烤烟根系体积均明显增大，且与对照存在显著差异。除移栽后80 d外，A4处理根系体积在整个生育期均显著高于其他处理，比对照高47.19%，其次是A2处理，在整个生育期均与其他各处理也达到显著水平，A5处理根系体积最小。

烤烟在大田生长过程中根系干重快速增加，移栽后60~80 d，根系干重增幅最大，这与根长和根体积增长基本一致。在整个生育期内，不同处理烤烟根系干重与对照间差异达显著水平，以A4处理烤烟根系干重最大，比对照增加68.95%，其次是A2处理，比对照增加55.71%，与各处理差异显著，A5处理根系干重最小，但与对照存在显著差异。由表4可知，烤烟在垂直方向上的根系主要集中在0~40 cm处。移栽60 d之前，垂直方向上0~10 cm的根系生物量在总根系生物中占很大比重。60 d之后，随根系下延，垂直方向0~10 cm的根系生物量所占比例逐渐减少，而20~40 cm的根系生物量占总根系生物量的比值逐渐升高，占总根重的25%左右。与CK相比，各处理均促进了烤烟根系在垂直方向上的生长，各处理垂直方向上20~40 cm的根系生物量占总根系生物量的比重表现为A4>A2>A3>A1>A5>CK，表明A4处理对烤烟根系在垂直方向上的生长促进作用最好，A1、A2和A3处理次之，A5效果最差。

表2 土壤改良剂对各土层土壤含水率的影响

图1 土壤改良剂对不同土层土壤容重的影响

Fig. 1 Effects of soil amendments on soil bulk density in vertical direction

表3 土壤改良剂对烤烟根系生长发育的影响

表4 垂直方向上各土层根系生物量占总根系生物量的比重

2.5 土壤改良剂对烤烟根冠比的影响

由表5可知，施用土壤改良剂使烤烟各时期根冠比增大，烤烟根冠比在40~60 d急剧增大，60~80 d根冠比变化较小。移栽后第60 d，A5处理根冠比与对照间差异不明显，但高于对照，其余时期各处理根冠比均高于对照，且各处理与对照间均达到了显著水平。移栽后30~50 d、60 d、80 d时，A2处理根冠比最大且显著高于其他处理，但移栽后60 d和80 d时，A2与A4间差异不显著，移栽后70 d和90 d时，A4处理根冠比最大，并显著高于对照。

表5 大田生长期各处理根冠比的变化

3 讨 论

土壤含水量是反映土壤肥力状况的重要指标，也是作物生长的基础[17]。刘慧军等[18]的研究结果表明，施用土壤改良剂能够提高土壤养分和水分含量，这与本研究结果是一致的，可能原因是聚合物与土壤混在一起，利用自身的吸附特性，吸收土壤中的水分，从而使溶解于水中的养分含量升高[19]。本研究发现不同处理间土壤水分和养分含量存在明显差异，以聚丙烯酸钾与腐殖酸钾配施提钾效果最佳，可能因两种改良剂自身均含有钾离子；在提高土壤其他养分及含水量上，以聚丙烯酰胺与腐殖酸钾配施效果较好，可能是不同种类的改良剂其分子量、离子类型和粒径等不同造成的[20]。此发现可以为生产中因地制宜选择改良剂提供参考。例如：钾元素缺乏的土壤，通过配施聚丙烯酸钾与腐殖酸钾，能在最大程度提高土壤速效钾含量的同时，保证土壤中其他养分含量也相对较高。

容重是土壤主要的物理特性之一，主要表现在土壤通气性、含水量以及矿质元素的运输等方面，对土壤的孔隙度及土壤穿透阻力产生影响，从而影响土壤肥力的发挥和作物的生长[21-23]。一般结构良好的土地，耕作层的容重大约在1.14~1.26 g/cm3，容重太小则土壤过松，保水保肥能力差，容重太大则土壤过紧实，土壤透水透气性差，而本试验地区植烟土壤容重总体偏大[24]。试验结果发现，土壤改良剂作用下各层土壤容重均降低，且各土层容重的降低幅度与土层含水量提高幅度一致，说明改良剂可能是通过提高土壤水分含量、增加土壤的孔隙度而降低土壤容重。其中20~40 cm土层土壤容重降低幅度最大，这是因为改良剂的施用方式为条施，起垄后改良剂存在位置距地表25 cm。本研究还发现，不同处理间土壤容重的降低幅度不同，以聚丙烯酰胺与腐殖酸钾配施效果最佳，其次是聚丙烯酸钾与腐殖酸钾配施，腐殖酸钾效果最差。这种差异可能是各处理在提高土壤含水量上的不同造成的。

烟草根系是烟碱等重要有机物质的主要合成部位，对烟叶品质有重要的调节作用[25]。根系作为最重要的吸收器官，对水分和矿质养分的吸收，一方面取决于所接触的土壤空间，另一方面取决于根系的生理活性和吸收能力[26]。本研究发现，烤烟根系主要集中在地下0~40 cm区域，改良剂的施用使20~40 cm土层根系生物量比重提高，可能是土壤改良剂的施用使20~40 cm土层容重降低，土壤的坚硬度降低，对根系生长的穿插阻力减小，促进了根系的生长，说明施用土壤改良剂可有效促进烤烟根系下扎，吸收更多的水分和养分。本研究还发现，不同处理对根系生长的影响程度不同，以聚丙烯酰胺与腐殖酸钾配施效果最佳，其次是聚丙烯酸钾与腐殖酸钾配施，单施腐殖酸钾效果最差，这种差异有可能是聚丙烯酰胺与腐殖酸钾配施条件下，土壤容重降低幅度最大，土壤含水率最多，有利于土壤养分的转化，为根系的生长发育提供了更加适宜的土壤环境。

根冠比是地上部与地下部协调程度的反应，其增加有利于提高作物的抗旱能力[27]。而过大的根冠比会造成根系冗余，消耗过多的光合产物，降低作物产量[28]。因此适宜的根冠比有利于提高作物产量。烤烟在整个生育期内，施用土壤改良剂既能促进根系的生长，又有利于烤烟地上部分的生长发育。可能是适宜的土壤环境，有利于根系从土壤中吸收较多的水分和矿质元素等物质促进地上部分物质的积累，同时使根系获得较多的光合产物。

4 结 论

施用保水性土壤改良剂，有利于提高土壤中水分和养分含量，降低土壤容重，改善烤烟根系生长环境，聚丙烯酰胺+腐植酸钾处理可以保持较低的土壤容重和较高的土壤养分和水分含量。增施土壤改良剂可促进根系的生长发育，尤其对垂直方向上20~40 cm处的根干重有明显的促进作用。从对土壤理化性状的改良和根系生长发育状况来看，聚丙烯酰胺+腐植酸钾处理较适宜。

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Effects of Polyacrylic Acid Salt Soil Amendment on Soil Properties and Root Growth of Flue-cured Tobacco

ZHENG Yanan, ZHAO Mingqin*, HE Fan, SHAN Yuanyuan, MAO Yabo, KANG Jiahao, LIU Fang

(College of Tobacco Science, Henan Agriculture University, Zhengzhou 450002, China)

A field experiment was carried out to investigate the functions of polyacrylic acid salt soil amendments by single and mixed application in improving soil physicochemical properties and the root growth of flue-cured tobacco. To study the effects of different treatments on soil fertility, soil water content, soil bulk density and root index. The results showed that: (1) The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate showed the highest content in soil organic matter, available N, available P. The Polyacrylic acid potassium plus potassium humate treatment showed the highest content in available K. (2) The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate showed the greatest improvement of water retention capacity and bulk density of soil, with the performance in the increase of soil moisture content of soil and the reduction of density being 20-40 cm>10-20 cm>0-10 cm. (3) Soil amendments could increase the root-shoot ratio of the tobacco. Root length, root volume and root dry weight were increased the most significantly with the treatment of Polyacrylamide plus potassium humate. The soil amendments increased the proportion of total root biomass at 20-40 cm in the vertical direction. The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate is more effective than others to improve soil physicochemical properties and promote growth of flue-cured tobacco roots in the vertical direction to some extent.

soil amendment; flue-cured tobacco; soil physicochemical properties; root growth; root-shoot ratio

S572.061

1007-5119（2017）02-0039-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.02.007

河南省洛阳市烟草公司项目“洛阳‘崤山’牌烟叶风格特色解读与品牌提升工程”（LYKJ2014001）

郑亚楠（1992-），女，硕士研究生，研究方向为烟草栽培生理生化研究。E-mail：2422359015@qq.com

，E-mail：zhaomingqin@126.com

2016-07-25

2016-12-18