滴灌施氮时间及比例对烤烟根系发育及空间分布的影响

孙泽东，梁晓芳，邢 瑶，陈 乐，王大海，高 凯，尹子杰，马兴华*

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛266101；2.江苏省农业技术推广总站，南京210036；3.云南省烟草公司红河州公司，云南 红河652399；4.山东潍坊烟草有限公司，山东 潍坊261000）

滴灌施氮时间及比例对烤烟根系发育及空间分布的影响

孙泽东1，梁晓芳1，邢 瑶2，陈 乐3，王大海4，高 凯4，尹子杰4，马兴华1*

（1.中国农业科学院烟草研究所，农业部烟草生物学与加工重点实验室，青岛266101；2.江苏省农业技术推广总站，南京210036；3.云南省烟草公司红河州公司，云南 红河652399；4.山东潍坊烟草有限公司，山东 潍坊261000）

为探讨烤烟根系发育和形态特征对滴灌施氮的响应，选用烤烟品种K326，在框栽条件下设置1个对照和9个滴灌施氮处理，研究移栽后0、28、42 d的施氮比例对烤烟根系干物质量、根冠比和形态指标的影响。结果表明，随移栽期施氮比例的减少，根系干物质量、根冠比、距滴注点垂直15～25 cm和距滴注点水平15～20 cm的根系表面积呈降低趋势。移栽期施氮50%，移栽后28 d、42 d滴灌追氮2次（T2），根系干物质量和根冠比分别比移栽后28 d追氮1次（T1）高27.08%和3.61%。移栽期施氮30%或10%，滴灌追氮2次，根系干物质量显著低于追氮1次处理，距滴注点垂直20～25 cm和水平15～20 cm根系表面积则大于追氮1次处理，一定程度上促进了深层土壤和远烟株土壤中根系的生长。10个处理中追氮时间与比例对根系平均直径的影响较小。在本试验条件下：适当增加早期施氮比例有利于烤烟根系发育；在保证伸根期氮素供应的前提下，将部分氮肥后移追施可以进一步促进烤烟根系的生长。

烤烟；滴灌追氮；干物质；根冠比；根系形态

烤烟根系与烟叶生长、抗病性、主要经济性状、烟叶化学成分和吸食品质有密切的关系[1]，其在土壤中的分布受养分状况的影响[2-3]。氮素作为作物的必需元素之一，对根系具有调控和局部刺激作用[4]，施用氮肥可明显促进烤烟根系生长[5-6]。施氮量相同时，施用时间也影响到作物根系的生长。烤烟一生中，氮素的积累动态呈“S”形曲线变化，而目前我国烤烟施肥多采用基追肥相结合的方法，一般基肥（移栽时施用）占60%～70%，追肥（团棵-旺长期施用）占30%～40%，与烤烟的氮素需求规律不一致。

滴灌施氮技术可以直接将水分和养分施入作物根区附近土壤，影响作物根系的生长和分布。研究表明，在适宜施氮量范围内，随滴灌施氮量增加，番茄根长、根表面积、根体积和根干重均随施氮量的增加而增加[7]，而棉花根长密度、根表面积指数显著降低[8]。

目前，关于烤烟根系的研究主要集中在施氮量[10-11]和氮素形态[12-14]等方面，而滴灌施氮条件下，氮素施用时间及比例对烤烟根系生长的影响尚不明确。因此，本试验利用滴灌施氮技术，研究分次滴灌施氮条件下烤烟根系干物质、根冠比和形态特征的变化情况，以明确滴灌施氮对烤烟根系生长的影响，为合理施用氮肥提供理论指导。

1 材料与方法

1.1试验材料

供试烤烟品种为K326。采用框栽试验方法，于2015年5月至10月在潍坊烟草技术中心诸城洛庄试验站温室中进行。供试土壤为褐土。土壤基本养分含量：有机质9.62%，全氮0.42%，碱解氮58.5 mg/kg，有效磷8.46 mg/kg，速效钾191 mg/kg。

1.2试验设计

试验设10个处理，各处理具体施氮时间和比例见表1。每株施纯氮4 g，m(N)：m(P2O5)：m(K2O)= 1：1：3，氮肥形态为硫酸铵，磷肥采用过磷酸钙，钾肥采用硫酸钾，磷钾肥均作基肥施入。植烟容器为PVC方形框，上口宽40 cm，下底宽30 cm，高28 cm，每框装土65 kg，栽烟1株，每处理4株。利用重力滴注装置进行滴灌，滴注点距烟茎距离约3 cm，滴速为0.7 L/h，每次滴水2 L。滴灌前将氮肥溶解于水中，滴灌施入。采用农业气象监测系统V3.0（TNHY-12G，浙江托普）和烘干法测定土壤含水量，通过滴灌清水使各处理伸根期、旺长期和成熟期土壤含水量分别达到最大田间持水量的60%～70%、70%～80%和60%～70%。烤烟盛花期打顶，每株留叶24片。

表1各处理滴灌施氮时间及比例Table 1 The time and proportion of drip nitrogen fertigation of different treatments

1.3样品采集与测定

成熟期每处理选取长势一致的3株烟，以滴注点为原点，按5 cm的尺度，在水平方向0～5、5～10、10～15和15～20 cm，垂直方向0～5、5～10、10～15、15～20和20～25 cm的纵剖面范围内，采集20个5 cm×5 cm×5 cm的土块。将每个土块中的根系样品挑出洗净，分散放置在盛有少量水的透明塑料盘内，利用EPSON Perfection V700 Photo（分辨率为6400*9600 dpi）根系扫描系统和WinRHIZO Pro 2012b根系分析系统测定根系长度、表面积和平均直径。计算各土样中根长密度，根长密度（cm/cm3）=各土层根系长度(cm)/土层体积(cm3)。

收集每株采样框中剩余根系和地上部分，分别与完成扫描的根系一起，在105 ℃杀青15 min，80 ℃烘干至恒重，称重。

1.4数据分析及处理方法

用Excel 2007软件进行数据整理，SAS 9.3进行单方面分类的方差分析，LSD法进行多重比较。

2 结 果

2.1滴灌施氮处理对烤烟干物质和根冠比的影响

由表2可见，施氮可以显著提高烤烟干物质量，且随移栽期施氮比例的增加呈增加趋势。移栽期施氮30%或10%的处理平均根系干物质分别比移栽期施氮50%的处理降低14.79%和40.53%。移栽期施氮50%，追氮2次处理（T2）的根系和地上部干物质分别比追氮1次处理（T1）的高27.08%和19.16%；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次处理根系和地上部干物质量却显著低于追氮1次处理，且随氮肥比例后移呈降低趋势。

从表2还可以看出，随移栽时施氮比例的减少根冠比呈降低趋势：移栽期施氮50%或30%，可以较不施氮处理显著提高根冠比；而移栽时施氮比例10%，与不施氮处理无显著差异。移栽期施氮50%，追氮2次处理的根冠比较追施氮1次的高；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次较追氮1次处理低，且有随施氮比例后移降低的趋势。

2.2滴灌施氮处理对烤烟根系干物质空间分布的影响

由表3可以看出，施氮处理较不施氮处理，各分布空间的根系干物质量均增加，且增加幅度随移栽时施氮比例的减少呈降低趋势。在垂直方向上，随土壤深度的增加，根系干物质量先增加后降低，最高值出现在5～15 cm深的土层中。随移栽期施氮比例的降低，0～15 cm深度的平均根系干物质量呈降低趋势。移栽期施氮50%，追氮2次处理的各分布空间的根系干物质量比追氮1次处理高4.76%～35.09%；而移栽时施氮30%或10%，追氮2次处理的距滴注点0～15 cm的根系干重却显著小于追氮1次处理。

水平方向上，根系干物质量随距滴注点距离的增大而降低；在距滴注点相同距离上，根系干物质量随移栽期施氮比例的减少呈降低趋势。移栽期施氮50%，追氮2次处理各距离根系干重比追氮1次处理高6.29%～53.06%；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次处理的距滴注点0～5 cm和5～10 cm的根系干物质量显著低于滴灌追氮1次的处理。

表2烤烟干物质和根冠比Table 2 Dry matter and root-shoot ratio of flue-cured tobacco

表3 距滴注点不同距离烤烟根系干物质Table 3 Root dry matter at different distance from the infusion point of flue-cured tobaccog

2.3滴灌施氮处理对烤烟根长密度的影响

由表4可见，移栽期施氮50%的处理较不施氮处理，烤烟根长密度增加，移栽期施氮比例30%或10%，施氮与不施氮处理的根长密度无显著差异。

在垂直方向上，随移栽期施氮比例的减少，距滴注点0～5、5～10、15～20和20～25 cm的根长密度均减小。移栽期施氮50%，追氮2次处理的各分布空间根长密度均显著小于追氮1次处理；移栽时施氮30%或10%，追氮2次处理的距滴注点15～25 cm的平均根长密度分别比追氮1次处理高23.04%和21.71%。

在水平方向上，随移栽期施氮比例的减少，根长密度减小。移栽时施氮50%，追氮2次处理距滴注点0～15 cm的根长密度显著小于追氮1次处理；移栽期施氮30%或10%，追氮2次处理距滴注点15～20 cm的根长密度均显著高于追氮1次处理。可见，在移栽期施氮比例较低时，氮肥适当后移，深层土壤和远烟株土壤中的根系有加密和加长的趋势。

2.4滴灌施氮处理对烤烟根系表面积的影响

由表5可以看出，施氮处理距滴注点各距离的根系表面积均显著大于不施氮处理。在垂直和水平方向上，随移栽期施氮比例的减小，距滴注点各距离根系表面积均呈降低趋势。移栽期施氮50%，追氮2次处理的距滴注点垂直各距离和水平0～15 cm的根系表面积均显著小于追氮1次处理；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次处理的距滴注点垂直15～25 cm和水平15～20 cm的根系表面积均显著大于追氮1次处理。

2.5滴灌施氮处理对烤烟根系平均直径的影响

施氮与否及不同施氮时间与比例对根系平均直径影响较小（表6）。在垂直方向上，随移栽期施氮比例的减少，根系平均直径呈先减小后增加的趋势。在水平方向上，根系平均直径随距滴注点距离的增加而减小。移栽期施氮50%，追氮2次处理的距滴注点垂直和水平各距离的根系平均直径均大于追氮1次处理；移栽期施氮30%，追氮2次处理的距滴注点垂直各距离和水平0～10 cm的根系平均直径均小于追氮1次处理；移栽期施氮10%，追氮2次处理的距滴注点垂直各距离和水平5～15 cm根系平均直径均高于追氮1次处理，但未达显著水平。

表4距滴注点不同距离烤烟根长密度Table 4 Root length density at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm/cm3

表5距滴注点不同距离烤烟根系表面积Table 5 Root surface area at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm2

表6距滴注点不同距离烤烟根系平均直径Table 6 Average root diameter at different distance from the infusion point of flue-cured tobacco cm

3 讨 论

3.1滴灌施氮对烤烟根系干物质积累的影响

伸根期是烤烟根系发育的关键时期。本研究中，施氮量相同的条件下，随着基肥氮比例提高，保证了烤烟根系快速增长时期的氮素供应，根系干物质积累增加。晁逢春等[14]的研究也表明，从促进根系发育的角度来看，烟草的前期施肥应以氮肥为主。烤烟移栽后，主根通常因为受伤停止生长，侧根迅速产生，向纵横方向发展[15]。若此时施氮不足，则限制烤烟不定根的生长。本试验中，移栽期施用30%和10%处理，根系干物质较50%处理有所降低，验证了上述观点。以上说明，早期施氮对烤烟根系发育有更好的促进作用。

伸根期根系发育良好可为烟株旺长期吸收大量水分和养分做好准备，为烟株整体发育打好基础。本试验中，移栽期施氮50%，移栽后28 d和42 d追氮2次，烤烟干物质高于移栽后28 d追氮1次；而移栽期施氮30%或10%，追氮2次烤烟干物质量却显著低于追氮1次处理。说明早期氮素供应充足，根系发育良好，有利于烟株对追肥氮的吸收利用，移栽后42 d追施氮肥能进一步促进烟株发育；早期氮素供应不足，根系发育受限，可能影响到烟株对追肥氮的吸收，从而限制了烤烟的进一步发育。这也从一个方面说明，当前生产中重施基肥、轻施追肥的技术有一定的合理性。

3.2滴灌施氮对烤烟根系空间分布的影响

本研究中，多数处理距滴注点垂直方向5～25 cm土壤的根长密度、表面积和平均直径总体上均随土壤深度的增加呈减小的趋势，可能是因为滴灌限制了土壤的湿润范围，并促使根系生长在有限的湿润区内[16]，导致根系主要分布于表层土，随土壤深度的增加，根量呈递减趋势。结果与对棉花[17-18]的研究结果相似。

本研究中，移栽期施氮30%或10%，将15%或30%的氮肥由移栽后28 d推迟至42 d施用，促进了距滴注点垂直20～25 cm和水平15～20 cm的根系生长，而中上层土中根系的各项指标减小。根据WANG等[2]的研究，推测这些处理由于基肥氮施入相对不足，使烟株处于缺氮状态，从而刺激了更深层土壤和远茎处根系的发育，以扩大根系的吸收范围，获取更多的氮素。也有研究认为，基肥氮施入减少、追肥氮比例增加提高了土壤中无机氮含量，增大了土壤中的养分空间，从而促进了根系在下层土壤中的分布[9,19-20]。另外，由于氮素随滴灌水分作用到烤烟根区的时间短，肥效发挥快，也增强了追氮对滴灌湿润体边缘烤烟根系的促进作用。

关于不同肥力植烟土壤上滴灌施氮时间及比例对烤烟根系发育和空间分布的影响，还需进一步试验研究。

4 结 论

滴灌施氮条件下，烤烟根系干物质量随土壤深度的增加先增加后减小，随距滴注点水平距离的增加而减小。施氮量相同，增加早期氮素比例更有利于根系发育，所追施氮肥可以进一步促进烤烟根系的生长；早期氮素比例过低，追施的氮肥不能更好地促进烤烟根系发育，但一定程度上促进了深层土壤和远烟株土壤中根系的生长。在本试验条件下，移栽期施氮50%，移栽后28 d和42 d追氮2次处理较有利于烤烟根系生长。

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Effect of Time and Ratio of Drip Nitrogen Fertigation on Growth and Spatial Distribution of Flue-cured Tobacco Root System

SUN Zedong1, LIANG Xiaofang1, XING Yao2, CHEN Le3, WANG Dahai4, GAO Kai4, YIN Zijie4, MA Xinghua1*
(1. Tobacco Research Institute of CAAS, Key Laboratory of Tobacco Biology and Processing, Ministry of Agriculture, Qingdao 266101, China; 2. Agricultural Technology Extension Station of Jiangsu Province, Nanjing 210036, China; 3. Honghe Tobacco Company of Yunnan, Honghe, Yunnan 652399, China; 4. Weifang Tobacco Company, Weifang, Shandong 261000, China)

In order to investigate the response of dry weight and morphological characteristics of flue-cured tobacco root system to drip nitrogen fertigation, 10 drip nitrogen fertigation treatments of different nitrogen ratios 0, 28, 42 days after transplanting were designed using the cultivar K326 in the frame conditions. Root dry weight, root-shoot ratio and root morphological indexes were assayed. The results showed that root dry weight, root-shoot ratio, root surface area at 15-25 cm in the vertical direction and 15-20 cm in the horizontal direction from the infusion point decreased with the increased rate of nitrogen topdressing. Root dry weight and root-shoot ratio of the T2 treatment (50% of the N fertilizer applied at transplanting plus 2 times of drip fertigation) were 27.08%, 3.61% and 13.79% higher than T1 (50% N applied at transplanting plus 1 drip fertigation), respectively. When 30% and 10% of the nitrogen fertilizer was applied at transplanting, two times of nitrogen topdressing caused a significant decrease in root dry weight, and an increase in root surface area at 20-25 cm in the vertical direction and 15-20 cm in the horizontal direction from the infusion point. In other words, to some extent, promoted the growth of root system which was deep in the soil and far from the plants. The 10 treatments had no significant effects on the average root diameter. Under the conditions of this experiment, appropriately increasing the ratio of nitrogen at the early growth stages can promote the growth of tobacco root system. Root growth can be further promoted by appropriately increasing the ratio of nitrogen topdressing, under the premise that the nitrogen at the root extending stage was adequate.

flue-cured tobacco; drip nitrogen fertigation topdressing; dry matter; root-shoot ratio; root morphology

S572.01

1007-5119（2017）03-0008-06 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2017.03.002

公益性行业（农业）科研专项“烟草增香减害关键技术研究与示范”（201203091）；中国农业科学院科技创新工程（ASTIP-TRIC03）；中国烟草总公司山东省公司重点项目“山东烟区不同气象要素条件下优质特色烟叶生产技术优化研究与应用”（201504）

孙泽东（1991-），男，在读硕士研究生，研究方向为烟草栽培。E-mail：sunzedong19910706@163.com。*通信作者，E-mail：maxinghua@caas.cn

2016-11-02

2017-02-03