不同生物炭配比育苗基质对烟苗素质的影响

2018-04-09刘光亮王永利吕国新丁志勇王耀斌董建新管恩娜彭世阳宋文静

江苏农业科学 2018年5期

刘光亮，王永利，吕国新，丁志勇，王耀斌，董建新，管恩娜，3，李　哲，，杨　波，5，李　军，彭世阳，宋文静

(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/中国农业科学院青岛烟草资源与环境野外科学观测试验站，山东青岛 266101； 2.山东青岛烟草有限公司，山东青岛 266023； 3.中国农业科学院研究生院，北京 100081；4.山东中烟工业有限责任公司，山东济南 250100； 5.江西省烟草公司赣州市公司，江西赣州 341000)

烤烟育苗是烤烟生产中的重要环节，我国烟草行业自1999年开始大力推广烟草集约化育苗技术，目前已经基本实现了全部集约化育苗。目前，托盘育苗基质材料易得，但配比、过程稍显复杂；漂浮育苗基质主要由草炭和泥炭组成[1-2]，随着育苗技术的不断成熟和应用推广，草炭和泥炭资源过度消耗，严重破坏生态环境[3]。因此，寻找替代草炭和泥炭作为基质的材料亟待解决。关于育苗基质替代的研究较多，如用花生壳[4]、炭化谷壳[5-6]、玉米秸秆[7]、蚯蚓粪[8-9]等有机物料的发酵或炭化，均可实现草炭或泥炭的替代，但材料适应性不够广泛，规模化较难。

长期以来，烟叶种植给烟区土地资源带来了沉重负担，大量的烟草秸秆造成资源浪费，降低了土壤肥力，烟草秸秆直接还田，病菌会直接进入土壤，容易导致各种烟草病害蔓延，进行焚烧又会给空气带来严重污染，因此秸秆废弃物再利用成为研究热点。而关于烤烟秸秆炭化后的生物炭替代烤烟育苗基质得到了关注，生物炭的孔洞结构容易聚集营养物质和有益微生物，利于植物生长[10]。然而，生物炭代替烤烟育苗基质对烟苗生长影响的研究较少。为此，本研究用不同施用量生物炭替代部分育苗基质，以研究不同生物炭量基质对烤烟苗期生长发育的影响，以期筛选出有利于烤烟苗期生长发育的生物炭育苗基质配方，为减少秸秆废弃物烟田污染，明确生物炭育苗基质应用效果，从而为烤烟生产育苗基质替代提供依据。

1　材料与方法

1.1　试验地点与材料

试验时间为2014年，漂浮育苗方式试验在青岛市即墨试验场育苗工场进行，试验品种为NC89；托盘育苗方式试验在青岛市黄岛区六汪镇育苗工场进行，试验品种为K326。用作基质的生物炭采用烤烟秸秆炭，制备温度为400 ℃，研磨过0.5 mm筛；其基本理化性质：pH值10.32，有机碳含量 170.94 g/kg，全氮含量10.42 g/kg，全磷含量1.93 g/kg，全钾含量 33.2 g/kg，钙含量21.9 g/kg，镁含量7.24 g/kg，交换性钠 1.01 cmol/kg，碳氮比16.4。

1.2　试验设计

漂浮育苗和托盘育苗均设4个处理(基质配比为体积比)：CK，常规育苗基质[其中，漂浮育苗：商品基质(CK1)，托盘育苗：60%土+30%腐熟麦秸+10%腐熟猪粪(CK2)]；T1，2/3生物炭+1/3耕层土壤；T2，2/3生物炭+1/3细河沙；T3，1/3生物炭+1/3耕层土壤+1/3细河沙。采用完全随机设计，3次重复，每个重复1盘。耕层土壤和细河沙均采用威百亩进行熏蒸消毒。按相应常规育苗管理措施进行育苗。各处理基质理化指标情况见表1。

1.3　测定调查方法

育苗基质理化性状测定参照YC/T 310—2009《烟草漂浮育苗基质》[11]执行，苗期农艺性状调查方法参照YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》[12]执行。成苗期从每个苗盘随机选取5株烟苗进行测量。测定统计各处理烟苗茎高、茎粗、最大叶长、最大叶宽、根干质量、茎干质量、叶干质量、根冠比、一级侧根长度及数量、二级侧根数量。干质量用分析天平测定，茎粗用游标卡尺测定。测定各处理烟苗的根系活力、叶绿素含量和硝酸还原酶活性。根系活力采用TTC比色法测定，叶绿素含量的测定采用丙酮提取法，测定自上而下第3叶(自第1张叶长大于2 cm的叶片往下数)，硝酸还原酶活性的测定采用磺胺-萘胺比色法[13]。

表1　育苗基质理化指标

用Excel进行数据处理，用Origin Lab 8.6作图，采用DPS 16.05[14]和多目标决策方法[15]进行统计分析。多目标决策(multiple objective decision making，简称MODM)是对多个相互矛盾的目标进行综合的、科学的、合理的选优，然后得出最优决策理论和方法，避免了人为主观性，将各项指标按照要求分为望大型、望小型、中心值型，基于模糊数学和熵权思想，进行综合性状评价。本研究中所涉及的综合性状评价指标均为望大型，即MODM越大越好。首先构建原始数值矩阵，然后构建第2个矩阵(采用原始数值与原始数值所在列中最大数值的比值的方法构建)，再构建第3个矩阵(采用第2个矩阵中数值与数值所在列所有数值和的比值的方法构建)，最终获得MODM单列矩阵(第3个矩阵中各行数值和)。

2　结果与分析

2.1　不同育苗基质的烟苗生物学性状

由表2可知，T1处理的最大叶宽显著优于CK，差异达显著水平，而茎粗和茎高差异不显著；T2处理的最大叶宽显著优于CK，但茎粗和茎高显著小于CK；T3处理的最大叶长、最大叶宽和茎高显著小于CK。

由表3可知，T1处理的最大叶宽优于CK，差异达显著水平，茎粗和茎高差异不显著；T2处理的最大叶长和最大叶宽显著大于CK，但茎粗和茎高显著小于CK；T3处理的最大叶长、最大叶宽及茎高显著小于CK。

利用多目标决策方法对各处理成苗期生物学性状进行综合评价。由表2、表3中MODM值看出，T3处理综合表现较差，T1、T2处理综合表现与CK非常接近。因此，漂浮育苗和托盘育苗生物学性状表现相同，即与常规基质相比，基质中生物炭比例为2/3时对于烟苗生物学性状的影响甚微，比例为1/3时烟苗生物学性状变差。

表2　漂浮育苗烟苗成苗期生物学性状

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

表3　托盘育苗烟苗成苗期生物学性状

2.2　烟苗生物量

由表4可知，与对照相比，不同生物炭基质处理均提高了根系生物量，且T1增幅为154.71%，差异达到显著水平；T1和T3处理均提高了烟苗茎生物量，而T3处理的叶片生物量显著低于CK和其他2个处理；在根冠比方面，T1、T2、T3处理均高于CK，其中T1、T3处理与CK差异显著。

表4　漂浮育苗烟苗成苗期生物量

由表5可知，与对照相比，T1处理显著提高了根系生物量(根干质量)；不同生物炭基质处理的烟茎干质量均显著低于CK；T1和T2处理的叶片生物量差异均不显著，T3处理显著低于CK；在根冠比方面，T1和T2处理均显著高于CK，T3处理低于CK，但差异不显著。

表5　托盘育苗烟苗成苗期生物量

因此可知，基质添加生物炭促进了根系的发育，利于其干物质积累，最终促进了根冠比的提高，对茎、叶的影响在处理间表现不一致。总的来说，漂浮育苗和托盘育苗均是T1处理表现最好，根、叶干质量和根冠比均优于CK。

2.3　烟苗根系形态

侧根数量和侧根长度是根系形态的2个重要表征指标，侧根数量表征根系发生情况，侧根长度表征根系发育情况。由表6可知，与对照相比，T2处理一级侧根总长度显著增加；T1和T2处理一级侧根数显著增加。

表6　漂浮育苗烟苗成苗期根系形态指标

由表7可以看出，与对照相比，T1和T2处理一级侧根总长度和一级侧根数均显著增加。

表7　托盘育苗烟苗成苗期根系形态指标

利用多目标决策方法对各处理成苗期烟苗根系形态指标进行综合评价。由表6、表7中MODM值看出，T1、T2处理综合表现相近，均远优于CK，T3处理与CK相近。因此，漂浮育苗和托盘育苗根系形态表现相近，即与常规基质相比，基质中生物炭比例为2/3时有利于根系发育，比例为1/3时影响甚微。

2.4　烟苗根系活力

根系是吸收养分和水分的重要器官，其数量和活性直接影响地上部分的生长发育及形态建成[16]。根系活力是衡量根系功能的主要生理指标之一，可判断烟苗的适应能力，是衡量烟苗素质的重要指标。由图1可知，漂浮育苗烟苗成苗期根系活力(烟苗成苗期根系活力以TTC还原强度表示)T1处理显著高于CK，T2、T3处理与CK差异不显著，说明漂浮育苗以生物炭为主混土的组合基质表现较好；托盘育苗T1和T3处理成苗期烟苗根系活力显著高于CK，T2处理与CK差异不显著，说明托盘育苗以生物炭为主混土组合和生物炭、土、沙各1/3组合基质表现较好，对于根系活力的提高有明显作用。

2.5　烟苗叶绿素含量

叶绿素作为光合色素中重要的色素，是反映植物叶片生理状况的一个重要指标。由图2可知，漂浮育苗烟苗成苗期叶绿素含量T1、T2、T3处理与CK差异不显著，T1和T2处理稍高于CK，即添加生物炭的基质组合处理对于烟苗叶绿素含量的变化影响较小；托盘育苗成苗期烟苗叶绿素含量T1处理接近CK，差异不显著，T2和T3处理显著低于CK，即添加生物炭的基质组合处理会降低烟苗叶绿素含量，同时随着生物炭的减少和沙的掺入，烟苗叶绿素含量有减少的趋势。

2.6　烟苗硝酸还原酶活性

硝酸还原酶是NO3-同化过程中的第一个关键酶，也是限速酶，其活性可反映植株营养状况和氮代谢水平[17]。由图3可知，不同处理间的漂浮育苗烟苗和托盘育苗烟苗成苗期硝酸还原酶活性差异不显著。因此，添加生物炭基质处理对于烟苗硝酸还原酶活性的变化有一定影响，但不明显。

2.7　不同处理对成苗期烟苗根系活力、叶绿素含量和硝酸还原酶活性3项生理指标影响的综合评价

利用多目标决策方法对各处理烟苗成苗期3项生理指标进行综合评价。由表8可知，漂浮育苗基质评价结果MODM值表现为T1>T3>CK>T2。因此，对于体现烟苗成苗期素质的生理指标影响，2/3生物炭+1/3土组合基质处理对其有明显的改善作用，而2/3生物炭+1/3沙组合基质处理烟苗生理指标稍有降低，1/3生物炭+1/3土+1/3沙组合基质处理对其有一定改善作用。

表8　漂浮育苗烟苗成苗期3项生理指标综合评价

由表9可知，托盘育苗基质评价结果MODM表现为T1>CK>T2>T3。因此，对于体现烟苗成苗期素质的生理指标影响，2/3生物炭+1/3土组合基质处理对其有明显的改善作用，而2/3生物炭+1/3沙组合基质处理和1/3生物炭+1/3土+1/3沙组合基质处理烟苗生理指标稍有降低。

表9　托盘育苗烟苗成苗期3项生理指标综合评价

3　讨论

生物炭基质对于育苗有较好效果，可能是由于本身的理化性质而促使育苗基质理化性质发生改变。生物炭含碳量丰富，具有多孔、容重小、比表面积大、吸附性强、稳定性强等特点，自然条件下通常呈碱性。众多研究表明，生物炭对土壤理化性质改良作用明显，其多孔和比表面积大的特性有利于土壤聚集水分、提高孔隙度、降低容重，从而为植物生长提供良好的环境；同时，生物炭可提高土壤pH值，是酸性土壤的一种理想改良剂，生物炭含有的养分元素亦可直接输入土壤，而且其表面电荷和官能团有利于土壤养分的保留[18]。相关研究表明，利用新型烤烟育苗基质能提高烟苗的出苗率，提高干物质积累量，达到培苗壮苗的效果。石俊雄等研究表明，利用在保水剂中添加30%珍珠岩配制的烤烟育苗基质可以提高烟苗干物质的积累量，促进烟苗的生长[3]；金祥等试验结果表明，采用蚓粪代替烤烟育苗基质，烟苗素质能完全达到烤烟大田移栽对烟苗素质的要求[9]；张靖等研究表明，河沙基质育苗可以代替普通育苗基质，河沙基质育苗处理提高了烤烟单位面积的产量和产值[19]。曾文龙等研究表明，炭化谷壳和红泥土的配方基质育苗效果较好，培育的烟苗自由水/束缚水比值低，叶绿素含量较高，活性氧代谢较协调，烟苗根系活力较强[5-6]。本研究结果表明，生物炭基质处理烤烟显著提高了根系生物量积累，促进了烟苗一级侧根和二级侧根的发生和伸长；生物炭基质处理显著提高了漂浮育苗烟苗成苗期的根系活力，但各处理间烟苗叶绿素含量和硝酸还原酶活性差异不显著。这与前人研究结果相同，既达到了育苗基质筛选的目的，也为育苗基质的应用提供了更多选择。同时，本研究采用多目标决策方法对烟苗生物学性状、根系形态指标和生理指标等进行综合评价，进一步提高了研究结果的准确性和科学性。以上分析表明，生物炭基质可作为烤烟育苗的新基质，为烤烟生产育苗基质替代提供依据。

4　结论

2/3生物炭+1/3耕层土壤的育苗基质可作为烤烟育苗的新基质，可为生物炭在作物栽培方面的合理利用提供参考，达到烤烟培苗壮苗的要求，烟苗素质能完全达到烤烟大田移栽的要求。而且，烟草秸秆生物炭化利用，可降低资源浪费，在一定程度上抑制了秸秆农田污染带来的各种烟草病害蔓延，因此，秸秆废弃物再利用对实现秸秆资源的高效循环再利用、降低烟田面源污染具有重要意义。

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