蚓粪基质育苗对田间烟草长势和代谢酶活性的影响

李小龙，董青君，郭建华，刘高峰，田艳华，张仕祥，焦加国

（1南平市烟草公司邵武分公司，福建 邵武 354000；2南京农业大学资源与环境科学学院，南京 210095；3江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏 淮安 223001；4中国烟草总公司郑州烟草研究院/烟草行业生态环境与烟叶质量重点实验室，郑州 450001）

0 引言

烟草作为国内重要的经济作物，在促进国民经济发展中起到重要作用。在烟草的生产过程中，育苗是其中最为重要的环节，它关系到烟叶的质量与产量。漂浮育苗是一种集无土栽培、水培、营养土栽培等多种栽培方式于一身的新型栽培方法，该方法有效解决了传统育苗所造成的土传病害的缺陷，同时缩短了育苗的周期，能在一定程度上壮苗、增强烟草幼苗的抗性[1]。目前，有许多学者利用腐熟的甘蔗渣、花生糠、玉米秸秆等进行烟草育苗基质的研发[2-4]。

蚓粪是一种黑色、均匀颗粒状、具有自然泥土味的细碎类物质，具备良好的孔隙度、通气性、排水性和较高的持水量的特点。蚓粪具有很大的表面积，这使得许多有益微生物得以生存，而且蚓粪具有良好的吸收和保持营养物质的能力[5]。蚓粪育苗基质中含有作物生长的主要营养物质和其他必需营养元素，如磷和钾，能够促进作物种子萌发和幼苗生长[6]。蚓粪的理化和生物学性质决定了其是一种良好的育苗基质材料。Atiyeh等[7]研究表明，添加一定比例的猪粪蚓粪能够增加番茄幼苗的生长量；吕秀敏等[8]研究表明，添加30%的蚓粪基质能够显著促进烟草幼苗的地上部和地下部的生长，其株高、叶面积、SPAD值、根系形态指标等均优于常规育苗基质；张宁[9]研究表明，添加蚯蚓粪后，番茄的Vc含量、番茄红素、可溶性蛋白等营养品质指标和产量均有大幅提高。

本研究针对南方烟区普遍采用的漂浮育苗方式造成部分烟苗根系发育不良和移栽后返苗不及时的问题，开展蚓粪育苗基质研发，对比研究烟苗的生物学、生理生化指标，开展烟苗的大田验证试验，重点分析烟苗在团棵期和旺长期的生长情况，以期为烟叶生产提供生物学基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

蚓粪购自南京博农生物科技有限公司，泥炭、蛭石与珍珠岩从市场购买。烟草常规育苗基质由福建省烟草公司南平市公司提供，蚓粪基质是按照30%蚓粪、30%泥炭、20%珍珠岩、20%蛭石的比例进行复配。蚓粪、泥炭、珍珠岩、蛭石、常规基质及蚓粪基质的基础理化性状见表1。

表1 育苗基质材料的理化性质

烟草种子和烤烟漂浮育苗专用肥料由福建省烟草公司南平市公司提供，烤烟品种为‘K326’。

1.2 试验设计

育苗及田间验证试验均在南平邵武市沿山镇育苗基地(117°20′30"E，27°18′00"N)进行。播种日期为2018年12月10日，采用漂浮育苗方式进行烟苗培育。试验设置2个基质处理，基于前期研究结果[1]，选择烟草育苗效果最佳的蚯蚓粪育苗基质配方（30%蚓粪+30%泥炭+20%珍珠岩+20%蛭石）作为蚓粪烟草漂浮育苗基质（简称蚓粪基质），以南平市烟草公司提供的常规烟草漂浮育苗基质（简称常规基质）作为对照，在同一育苗池中进行育苗及苗期试验，2种基质各育苗30盘（育苗盘规格40 cm×60 cm，187孔），并设置3个独立育苗池进行重复试验。苗期技术管理方法参照文献[10]。

2019年3月1日将2种基质上分别育成的适栽烟苗移栽至大田，在移栽前，每处理每重复随机抽样10株幼苗测定烟草育苗的根系形态指标。田间实验在邵武沿山试验田进行。试验田土壤类型为中壤土，土地平整，灌溉方便，试验地的基础肥力状况如表2。

表2 试验地土壤化学成分分析

施肥量为每1100株烟株施纯氮9.0 kg，氮磷钾(N:P2O5:K2O)质量比为1:0.8:2.8，氮肥中条施基肥占68%、穴施追肥占32%，其中有机氮占总氮26%。主要肥料种类为烟草专用肥、硝酸钾、硫酸钾、饼肥。采用起垄覆膜方式移栽，每种基质的适栽烟苗移栽3行作为1个小区，设置3次重复，随机排列。种植行距1.2 m、株距0.5 m。在团棵期（2019年4月10日）和旺长期（2019年5月16日），分别在每个处理随机采集3棵烟株，进行烟草长势及相关酶活性的测定。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 基质基本性质 基质配好后，需要测定其养分含量、容重、pH、EC值、孔隙状况等基本性质，均采用常规方法测定[11]。

1.3.2 植株形态指标 在烟草的团棵期和旺长期测定株高（以穴盘基质表面或表土到生长点的高度为准）、茎粗（紧靠子叶节下部）；鲜（干）重用天平称量，样品经清水洗净用吸水纸吸干后直接称量。干重先在通风干燥箱105℃下杀青30 min，然后在80℃下烘至恒质量后称量；用根系扫描仪（根系扫描仪型号为LA1600+，Canada；分析软件为Winrhizo2003b）测定根系总根长、根体积、根表面积、根尖数。

1.3.3 植株生理指标 相对叶绿素含量（SPAD值）用便携式叶绿素仪测定烟草叶片。根系活力采用TTC法。硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸合成酶(GOGAT)的具体测定方法参照文献[9]。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Excel 2016进行试验数据的统计和图表处理，用SPSS 20软件进行数据分析处理，用独立样本T检验进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同育苗基质对烟草幼苗期长势的影响

2.1.1 不同育苗基质对烟草幼苗期地上部生长的影响表3结果表明，蚓粪基质处理的烟草育苗叶鲜重显著低于常规基质，但干重无显著差异。蚓粪基质促进了烟草幼苗期茎粗的增加，与常规基质相比，提高茎粗7.0%。SPAD值表明烟草叶绿素含量与常规基质比较，蚓粪基质处理的叶绿素含量略有降低，但无显著差异(P<0.05)。

表3 不同育苗基质烟草幼苗期地上部生长的情况

2.1.2 不同育苗基质对烟草幼苗期地下部生长的影响从基质的相关性质（表1）及现场采样可以发现，蚓粪基质容重大于常规基质，具有较好的持水性和成团性，不易松散，便于移栽；常规基质主要由碳化稻壳复配而成，持水性较差，较为松散，在移栽时容易脱落，不易于定植。

由表4可知，在烟草育苗期，蚓粪基质的烟草根部生物量高于常规基质，可能由于蚓粪提高了基质的通透性，能够有效利用基质的养分，进而有利于根系的生长。此外，蚓粪基质显著增加了烟草根系平均直径，较常规基质增加了13.04%。然而，蚓粪基质的总根长和根体积显著低于常规基质，且根表面积和根尖数也低于常规基质，但无显著差异。蚓粪基质与常规基质相比根系活力显著增加，增幅为29.2%。总的来说，与常规基质相比，蚓粪基质整体上促进了根系形态指标的生长，有利于根系生物量的增加，促进根系向粗壮型发展，并且可以提高根系活力，这对烟草育苗在移栽后的大田生长非常有利。

表4 不同育苗方式烟草幼苗期地下部分的情况

2.2 不同育苗基质对团棵期和旺长期烟草长势的影响

2.2.1 不同育苗基质对团棵期和旺长期烟草地上部长势的影响 由表5可知，不论是烟草团棵期还是旺长期，蚓粪基质和常规基质对烟草长势的影响均无明显差异。在烟草团棵期，蚓粪基质处理的烟草叶鲜重、叶干重和地下部生物量均高于常规基质，但无显著差异。与常规基质相比，蚓粪基质的烟草株高茎粗都有所提高，分别提高5.17%和11.71%，表明蚓粪基质对于烟草团棵期的生长有促进作用。与常规基质处理相比，蚓粪基质处理的叶绿素含量略有增加。在烟草旺长期，蚓粪基质的烟草叶鲜重、叶干重、茎粗、地下部生物量均略低于常规基质，但无显著差异，但株高、叶绿素含量有所增加。

表5 不同育苗基质烟草团棵期和旺长期地上部的情况

2.2.2 不同育苗基质对团棵期和旺长期烟草地下部的影响 由表6可知，蚓粪基质促进了团棵期烟草根系的生长，其地下部生物量、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根尖数等指标均高于常规基质，其中根体积达到显著水平，较常规基质增加了36.2%。且团棵期蚓粪基质的烟草根系活力显著高于常规基质，提高了23.5%。

表6 不同育苗基质团棵期和旺长期烟草地下部的情况

烟草旺长期的根系生长情况与团棵期基本一致。蚓粪基质促进了根表面积、根体积、根平均直径、根尖数的提高，分别增加4.9%、24.6%、10.3%、13.92%。但蚓粪基质的地下部生物量和总根长低于常规基质。蚓粪基质的根系活力显著高于常规基质，增幅24.98%。

2.2.3 不同育苗基质对烟草团棵期和旺长期氮代谢酶活性的影响 硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NIR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)是植物氮代谢的关键酶。其中硝酸还原酶是植物硝态氮同化过程中的第一种酶，也是植物吸收硝态氮的限速酶，更是控制植物体内氮代谢速率的关键酶。由表7可知，不论是在烟草团棵期还是旺长期，育苗基质与常规基质处理间的4种参与氮代谢的酶活性均无显著差异。在烟草团棵期，蚓粪基质烟草叶片参与氮素转化相关酶酶活性均降低。与常规基质相比，蚓粪基质的GOGAT、GS酶活性有所降低，但NiR酶和NR酶活性有一定程度增加，表明该育苗方式下氮素利用效率较高。

表7 育苗基质和常规基质处理的团棵期和旺长期的烟叶酶活性 µmol/(min·g)

3 结论

与常规育苗基质相比，蚓粪基质整体上促进了烟草幼苗期、团棵期、旺长期的长势，尤其对烟草根系生长指标的影响更为明显，根平均直径、根系生物量、根系活力具有不同程度增加，其中根系活性指标在3个时期均相应显著高于常规基质。此外，蚓粪基质还促进了烟草SPAD值的提高。然而蚓粪基质对烟草团棵期和旺长期参与氮素转化相关酶的活性无显著差异(P<0.05)。蚓粪基质适合作为田间烟草的育苗基质，促进烟叶的生长发育。

4 讨论

烤烟漂浮育苗技术以其所育烟苗健壮、抗病性好、栽后还苗期短、提高产量和质量等优势而广为使用，同时，烟草漂浮育苗技术也正在大面积推广与应用，需要更多高效的育苗基质来满足生产[12-13]。而蚓粪具有良好的团粒结构、孔隙性、通气性和较高的持水能力，养分吸收能力强[14-15]，这些性质为烟草育苗提供了良好的物理基础。张俊英等[16]研究表明，蚓粪处理的黄瓜株高显著高于对照组；祁石刚[17]研究表明，与泥炭相比，施加50%～70%的蚯蚓粪能够显著促进番茄幼苗的生长；Zaller等[18]研究表明，添加蚓粪作为盆栽栽培基质，在促进番茄的产量和品质等方面具有重要作用。本试验结果表明，蚓粪基质处理的烟草育苗茎粗增加，而且团棵期和旺长期的烟草株高都高于常规基质，这与陈乾锦等[19]的研究结果一致。叶绿素是绿色植物进行光合作用不可缺少的组成部分，其含量直接影响到植物的光合作用[20]。董青君等[21]研究发现，施加一定比例的蚓粪，育苗基质可以促进小白菜、辣椒、番茄的SPAD值且能显著促进幼苗的生长发育。本试验结果表明，烟草团棵期和旺长期，蚓粪基质处理的烟草叶片叶绿素含量均高于常规基质，表明蚓粪基质的烟草叶片的光合作用更强。

相比于常规基质，蚓粪基质处理的烟草育苗根平均直径明显增加，为团棵期和旺长期烟草根系发育打下良好基础，团棵期和旺长期的烟草根系生长情况优于常规基质。植株根系的作用除支撑整个植株外，最重要的是要从周围环境中吸收水分和养分。植株的根长与根表面积是衡量根系吸收能力大小的重要指标。蚯蚓粪能改善土壤理化性质和根际微域环境，而且能够提升根系对养分的吸收能力[22]；在烟草育苗期、团棵期和旺长期，蚓粪基质处理的烟草根系活力均相应显著高于常规基质，这是其形成高品质烟叶的重要原因之一。根系活力指植物根部吸收水分和养分以及合成物质的能力[23]，其大小反映了根系吸收水分及养分的能力的强弱，是衡量植物生长健壮与否的一个重要生理指标[24]。

在烟草团棵期，蚓粪基质处理的烟草叶片参与氮素转化相关酶酶活性均低于常规育苗基质，表明蚓粪基质处理会降低烟草对氮的利用。硝酸还原酶是植物氮代谢的诱导酶和限速酶，在烟株氮代谢过程中起着极为重要的作用，是反映烟叶氮代谢水平的主要指标，其活性高低直接影响烟株的营养状况和氮代谢水平。孙伟军[25]研究不同比例花生糠基质对烟苗硝酸还原酶活性的影响，表明基质中有机质含量的增加对烟苗硝酸还原酶活性的提高产生有利的影响，本研究蚓粪基质的团棵期烟草硝酸还原酶活性低于常规基质，可能由于蚓粪基质的有机质含量低于常规基质。烟草旺长期，与常规育苗相比，蚓粪基质降低了GOGAT、GS酶活性，但蚓粪基质提高了NiR酶和NR酶活性，表明该育苗方式下氮素利用效率较高，可能由于旺长期需要更多的NR活性来促进NO3-吸收和转化，用来提供较多的氨基酸、蛋白质[22]。

综上所述，蚓粪基质（30%蚓粪+30%泥炭+20%珍珠岩+20%蛭石）能够有效促进根系生长发育，增强烟草育苗效果，适合作为烟草漂浮育苗基质。但本试验仅限于研究烟草的生长状况以及代谢酶活性特征，并未对烟草的产量及品质等进行验证，在今后的研究中可以蚓粪基质育苗对烟草的长势、品质及产量的影响为方向，从而为蚓粪基质提供更加全面的支撑。