火土灰对烟草苗期根系生长及根际养分的影响

2020-11-04李秀春李宏光肖艳松宋文静郑学博董建新

中国烟草科学 2020年5期

李秀春，李宏光，肖艳松，宋文静，郑学博，董建新*

（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，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.湖南省烟草公司郴州市公司，湖南郴州 423000）

长久以来，湘南农民都有广泛使用营养土的传统，尤其是火土灰[1-2]。火土灰的烧制过程通常是将地表植物残体堆积点燃后覆土使其阴燃，然后在其上继续堆积植物残体点燃后覆土，如此往复堆积，自然沤制3～4 个月。因此火土灰是非完全燃烧的植物残体和土壤混合沤制的产物。火土灰中有氮、磷、钾、有机质和中微量元素，对提高土壤有机质、增加土壤氮磷钾有积极的作用。由于火土灰中含有一定量的草木灰，草木灰的主要成分是碳酸钾，而钾在植物体内能促进糖类的合成与运输，促使植株早生快发，增强其抵抗病虫害与干旱等逆境胁迫的能力；同时火土灰还含有植物残体非完全燃烧形成的生物炭，可以起到改善土壤通透性的作用。在烟叶生产中，火土灰既可作为有机肥料[2]，也可用作育苗基质的原料[3]。施用火土灰可以改善烟田土壤理化性状、改善烤烟农艺性状、提高上中等烟比例[4]。目前有关火土灰的研究主要集中在对烟苗及烟叶产质量的影响方面，对烟草根系生长及根际土壤影响的研究报道较少。本研究采用盆栽试验，在烤烟移栽前施入不同比例火土灰，研究施用火土灰对根际土壤pH、根际土壤养分、烤烟根系形态、烟株干物质积累量及养分积累量的影响，旨在为土壤改良及促进烟草根系生长提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在中国农业科学院烟草研究所青岛试验基地温室内进行，光照为自然光，昼温(28±2) ℃，夜温20 ℃左右，相对湿度60%～70%，供试烤烟品种为云烟87，于2019 年5 月30 日移栽。供试土壤类型为水稻土，取自湖南桂阳县，风干后过2 mm筛。火土灰在桂阳县采集，将采集的34 个不同地方的火土灰经风干后过2 mm 筛，每份火土灰取1 kg，共34 kg 混合均匀备用。供试土壤pH 6.45，有机质0.96 g/kg，速效钾179.73 mg/kg，有效磷16.37 mg/kg，碱解氮245.53 mg/kg；火土灰pH 6.44，有机质32.29 g/kg，速效钾640.14 mg/kg，有效磷22.04 mg/kg，碱解氮522.79 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用盆栽方式进行，盆底部直径15 cm，高20 cm，上部直径25 cm，每盆装土5 kg。试验共设4 个处理，CK：不施火土灰；T1、T2、T3 分别施入盆土质量2%、4%、8%的火土灰。各处理化肥用量保持一致，施纯氮6 g/盆，氮磷钾比例1∶1∶3，化肥为复合肥（N、P2O5和K2O 含量分别为15%、15%和15%）和硫酸钾（K2O 含量为50%）。取上述肥料和5 kg 盆栽土混匀，按照上中下各1.5 kg、2 kg、1.5 kg 装盆，参照烤烟大田移栽穴施肥料深度15～20 cm，将火土灰与中间一层土混匀装盆，每个处理25 盆。

1.3 样品采集

土壤样品采集：于烤烟移栽后35 d，从各处理分别选取具有代表性的烟株3 株，挖出完整根系，用抖落法[5]获取根际土壤样品带回实验室，风干后过2 mm 筛待测。

根系样品采集：于烤烟移栽后35 d，每个处理分别选取有代表性的烤烟3 株，取出完整根系，用水将根系表面的土壤冲洗干净，带回实验室进行拍照、根系形态分析、根系生物量的测定。将测定完的根系105 ℃下杀青30 min，然后在70 ℃下烘干至恒定，称其质量，粉碎过筛（0.25 mm）用于养分测定。同一天各处理分别另取3 株烟，取出完整根系，用水冲洗干净，取烟株根系末端白嫩根，测根系活力。

1.4 测定指标与方法

根际土壤pH 用电位法（V水∶V土＝2.5∶1）、土壤碱解氮用碱解扩散法[6]、有效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法、速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度法[7]、溶解性有机质采用重铬酸-硫酸外加热法[8]进行测定。

根系总根长、体积、表面积和直径：采用根系扫描仪进行测定[9]。

植物样品的测定：硫酸-过氧化氢消煮，氮用凯氏定氮法、磷用钼锑抗比色法、钾用火焰光度计法测定[10]。根系活力用TTC 法测定[11]。

1.5 数据分析

采用Microsoft office 2016 对试验数据进行整理，利用SAS 9.1 进行统计分析，用Duncan 新复极差法进行差异显著性检验（p＜0.05）。

2 结果

2.1 不同火土灰用量对根际土壤养分的影响

对移栽后35 d 的根际养分进行分析（表1）可知，与CK 相比较，T3 处理显著提高了根际土壤中的有机质含量，提高幅度为6.70%；T1 和T2 处理根际有机质含量与CK 无显著差异。根际速效钾和有效磷，均随着火土灰用量的增加而增加，T1、T2和T3 处理的根际速效钾和有效磷含量均显著高于CK，速效钾较CK 分别提高了7.26%、13.64%和13.94%，有效磷分别提高了17.38%、35.89%和50.61%。根际土壤碱解氮以T1 处理最高，T2 处理次之，二者均显著高于CK，增加幅度分别为12.28%和5.22%；T3 处理土壤碱解氮含量则较CK 显著降低16.76%。由此可见，施用火土灰可以改善根际土壤养分环境，尤其是有机质、速效钾和有效磷，从而有利于烟株生长。

表1 不同火土灰用量对根际土壤养分的影响Table 1 Effects of different amounts of fired soil nutrients in rhizosphere

由图1 可见，在烟苗移栽7 d 时，不同用量火土灰处理的pH 均高于CK；而随着时间的推进，14、21 和35 d 不同用量火土灰处理的pH 均显著低于CK；在移栽35 d 时，与CK 相比，T1、T2 和T3处理pH 分别下降0.37、0.46 和0.59。其原因可能是施用火土灰使得根际有效养分增加，烟株根系养分吸收与代谢活动加强，根系在吸收养分的同时向根际分泌更多的H+及有机酸，致使根际pH 下降[12]。

图1 不同处理烟苗根际pH 变化Fig.1 Rhizosphere pH changes of seedlings from different treatments

2.2 不同火土灰用量对烟株生物量及根系形态的影响

由图2 可见，烟株移栽35 d 时，火土灰处理的烟株地上部干物质量、根系干物质量和总干物质量均显著高于CK，总体上表现为随火土灰施用量的增加而增加。其中，与CK 相比，T1、T2 和T3 处理的地上部干物质量分别增加21.94%、38.76%和80.24%，根干物质量分别增加67.50%、92.50%和87.50%，总干物质量分别增加24.80%、40.90%和80.44%。表明施用火土灰可以促进烟株生长和根系发育，有利于干物质积累。

不同处理烟苗根系形态分析见表2。总根长和根系表面积，T2 和T3 处理显著高于CK，总根长增加幅度分别为10.11%和18.31%，根系表面积增加幅度为18.73%和38.65%；T1 处理的总根长和根系表面积与CK 无显著差异。T3 处理的根系体积显著高于CK，增加幅度为50.68%，T1 和T2 处理与CK 无显著差异。各处理的根系平均直径无显著差异。由图3 可知，T1、T2 和T3 处理烟苗根系活力分别较CK 显著提高59.33%、56.00%、53.33%。施用火土灰可以促进根系的生长和根系活力的提高，从而促进根系的早生快发。

图2 烟株地上部干物质积累量（A）、根系干物质积累量（B）和总干物质积累量（C）Fig.2 Plant shoot dry matter accumulation (A) root dry matter accumulation (B) and total dry matter accumulation (C)

表2 不同火土灰用量烟苗根系形态Table 2 Root morphology of seedlings under different treatments

图3 不同处理烟苗根系活力Fig.3 Root activity of seedlings from different treatments

2.3 不同火土灰用量对烟株养分积累的影响

由表3 可见，与CK 相比，烟株地上部氮、磷和钾的积累量随火土灰施用量的增加而增加。T1、T2、T3 处理的烟株地上部氮积累量较CK 显著提高37.88%、43.74%、88.05%，磷积累量分别显著提高55.03%、48.95%和55.77%，钾积累量分别显著提高48.79%、34.16%、109.33%。

表3 不同火土灰用量对地上部养分积累量的影响Table 3 Effects of different amounts of fired soil on above ground nutrients mg/plant

由表4 可知，与CK 相比，烟株根系氮、磷和钾积累量均随火土灰施用量的增加而增加。T1、T2、T3 处理的根系氮积累量较CK 显著提高71.17%、81.31%和97.75%，磷积累量分别显著提高45.34%、63.48%和66.91%，钾积累量分别显著提高128.99%、87.27%和98.62%。综上，施用火土灰可以显著促进烟株对氮磷钾元素的吸收。

表4 不同火土灰用量对根系养分积累量的影响Table 4 Effects of different amounts of fired soil on root nutrient accumulation mg/plant

3 讨论

相关研究表明，施用火土灰可以改善土壤团粒结构和pH，提高土壤有机质和速效养分含量，从而促进植物的生长发育[4]。本研究表明，施用8%火土灰处理显著提高根际土壤有机质、速效钾和有效磷含量，其原因是火土灰富含有机质和速效钾。张静霞等[13]的研究指出植物残体与无机有机肥配施可以降低土壤碱解氮含量，本研究在施用8%火土灰处理下根际土壤碱解氮呈显著下降趋势，这可能是由于其氮素固定作用大于矿化作用[14],同时也与烟株根系吸收了土壤中的氮进而导致根际土壤碱解氮含量降低有关。土壤pH 的变化会改变养分的有效性，相关研究表明[15-17]，土壤pH 与碱解氮和速效磷含量呈反比，而与速效钾含量呈正比。本结果表明，随着火土灰施用量的增加，碱解氮含量降低，有效磷含量和速效钾含量增加。施用火土灰使得根际有效养分增加，根系在吸收养分的同时向根际分泌更多的H+及有机酸，致使根际pH 下降。在烟苗移栽时有机肥配施火土灰有利于烟苗根系与土壤充分接触，可以促进烟株健壮生长[18-19]。本研究表明，施用火土灰可以促进烟株和根系生长，有利于干物质量积累和碳水化合物的合成[20]，与黄冬寿[21]火土灰配施生物菌肥可以提高太子参干物质积累的研究结果一致。

根系的生长也取决于根系活力的强弱[22-24]。黄杰等[25]研究指出，施用火土灰提高了烟株根系活力进而促进了烟株根系的生长发育。本研究表明，不同火土灰处理显著提高了烟苗的根系活力、根系体积和根系表面积，进而促进植株对水分和养分的吸收[26-27]。本研究表明，施用火土灰可以增加烟株氮、磷、钾的积累，从而保证烟株生长发育的养分供应。这与李颖之等[28]施用草木灰可以显著提高烟草钾和氮含量的研究结果一致。这是因为火土灰富含氮磷钾元素，能很好地被烟株吸收利用，对烟叶中氮磷钾提升有一定的促进作用。