烟秆有机肥对烤烟根系发育和矿质元素含量的影响

李艳平，任天宝，李建华，吴嘉楠，任威威，黄梦迪，刘国顺*

（1.河南农业大学，国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州 450002；2.河南省烟草公司许昌市公司，河南 许昌 461000）

烟秆有机肥对烤烟根系发育和矿质元素含量的影响

李艳平1，任天宝1，李建华2，吴嘉楠1，任威威1，黄梦迪1，刘国顺1*

（1.河南农业大学，国家烟草栽培生理生化研究基地，郑州 450002；2.河南省烟草公司许昌市公司，河南 许昌 461000）

为探索烟秆有机肥（发酵烟秆+芝麻饼肥+腐植酸）对烤烟根系发育、烟叶矿质营养和烟叶质量的影响，采用盆栽试验设置不同用量烟秆有机肥处理，研究其对烤烟根系发育和矿质元素的影响。结果表明，施用烟秆有机肥对烤烟根系生物量和生理活性提高作用较大，在旺长期和圆顶期促进作用最明显，表现为根体积增长率、根干重增长率、根系活力及根系吸收面积在此时期出现高峰，以添加500 g/盆的处理效果最好，其根体积、根干重、根系活力和根系总吸收面积于移栽后75 d分别比对照提高了60.77%、114.76%、53.12%和148.36%；烟秆有机肥配施促进烤烟对矿质元素的吸收，特别是对磷、锌、铁、锰含量提高效应较显著。综合考虑，添加烟秆有机肥500 g/盆的处理最佳，为培育烟株健壮根系，均衡烤烟矿质营养及烟秆的还田应用提供参考。

烤烟；烟秆有机肥；根系；矿质元素

近年来，长期不合理地农作措施和化学肥料的过度施用导致植烟土壤有机质贫瘠化日益严重，土壤肥力障碍加剧，直接影响农作物生长和烟叶品质，这已经成为全球农业发展面临的严峻问题[1]。现有研究表明，有机肥含有大量矿质养分、有机质以及根际有益微生物群落，在改善植物营养的同时，还能改善土壤理化特性及微生态结构，同时有机肥具有绿色、安全、环保的特点，是改良土壤和改善作物品质的优选肥料[2-3]。因此，合理施用有机肥是维持和提高植烟土壤肥力的有效方式，也是优化烤烟生长环境及促进烤烟均衡营养吸收的重要途径[4]。

当前，植烟土壤保育和烟草废弃物资源利用已成为实现我国烟草可持续发展重要的研究领域，也是解决烟田土壤生态环境问题的重要途径。曾淑华等[5]研究表明汽爆烟秆实现了烟草秸秆的循环利用，对烟叶生态循环发展有重要意义，解晓菲等[6]研究表明烟秆有机肥能够促进白肋烟生长发育，增加烟叶抗病性，提高烟叶品质。目前，传统的有机无机肥配施对烤烟产质量的影响已有大量研究，但以发酵烟秆为主的有机肥对烤烟根系发育及矿质元素含量的影响尚缺乏系统研究。本研究基于盆栽试验，设置不同用量烟秆有机肥（主要成分：发酵烟秆60%、芝麻饼肥30%、腐植酸10%）处理，研究烤烟生育期内根系生物量、根系活力、根系吸收面积的动态变化以及烤烟矿质元素的含量变化，旨在为烤烟合理施肥，培育优质烟叶，实现烟秆废弃物资源的合理利用和发展循环烟草农业提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

发酵烟秆生产工艺：烟秆粉碎2～5 cm，在蒸汽压力2.2 MPa、温度230 ℃、保压时间300 s条件下进行瞬时高温高压蒸汽爆破处理，再进行高温灭菌消毒处理4 h，混配辅料后，添加发酵菌种在合适条件下发酵8～10 d备用，检测标准参照NY525—2012进行。

试验于2015年在河南省许昌市河南农业大学许昌校区现代烟草科技园区进行。供试品种为K326，土壤为黄褐土，采自园区试验田0～20 cm土层，土壤风干后，过2 mm网筛。土壤pH 7.23，有机质13.42 g/kg，碱解氮51.45 mg/kg，速效磷8.31mg/kg，速效钾113.42 mg/kg。供试有机肥料具体含量见表1。

表1 供试有机肥的主要养分含量Table 1 The main nutrients of organic fertilizers %

1.2 试验设计

采用盆栽试验，试验所用盆为白色塑料盆，盆大小为（外口径×高×底径）48.3 cm×32 cm×26.5 cm，每盆装土25 kg。试验共设5个处理，见表2。

烟秆有机肥成分为发酵烟秆60%、芝麻饼肥 30%、腐植酸10%，常规施肥为定量分析纯硝酸铵、磷酸二氢钾、硫酸钾，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.5:3，纯氮用量为5 g/盆。取上述肥料与25 kg土壤混匀后装盆，每个处理栽烟30盆，重复3次，室外培养，烟苗于5月1日移栽，按照优质烤烟的栽培方式进行管理。

表2 各处理施肥量Table 2 The experiment design of organic fertilizer rates

1.3 测定指标与方法

1.3.1 取样方法 于烤烟移栽后30、45、60、75和90 d，每个处理分别选择有代表性的烤烟3株，挖出完整根系，烘干后测定根系干重，根系样品采集按文献[7]的方法；于成熟期最后一次采收后，每个处理随机选取3株烤烟，取其烟叶105 ℃杀青15 min，60 ℃烘干，粉碎、过筛（孔径为0.25 mm）后，装自封袋保存，用于烟叶矿质养分的测定。

1.3.2 指标测定方法 根体积用排水法测定；根干物质量采用烘干称重法[8]测定；根系活力采用TTC法[9]测定；根系总吸收面积及活跃吸收面积采用亚甲基蓝吸附法[7]测定；矿质元素含量用干灰化HCl溶解、等离子光谱（ICP）法[10]测定。

2 结 果

2.1 烟秆有机肥对根系发育的影响

2.1.1 烟秆有机肥对烤烟根体积和根体积增长率的影响 从图1可知，烟秆有机肥处理的烤烟根体积均大于对照，较对照提高幅度为1.12%～73.44%。移栽后30 d，各处理差异不明显，对照根体积最小。移栽后60～75 d，根体积快速增大，T2最大，较CK增幅为60.77%～73.44%。移栽后90 d，根体积缓慢增大，T2仍最大，其次是T3和T1，分别比CK高达69.23%、43.69%和36.05%。整体来看，烤烟根体积以T2最大，其次是T1和T3，根体积增大使根系与营养物质的接触面增大，有利于烤烟对矿质元素的吸收。

从图2可知，烤烟根体积增长率先升高后降低，于移栽后75 d达最大值。移栽后45 d，各处理的根体积增长率显著高于对照，较CK提高幅度为19.11%～150.73%。移栽后60 d，根体积增长率持续增大，以T2最大，其次为T3，T2较T3高13.94%。移栽后75 d，根体积增长率出现峰值，表现为T2＞T1＞T3＞ CK，依次比CK高21.83%、16.94%和9.21%。

2.1.2 烟秆有机肥对烤烟根系干物质量及干物质增长率的影响 从图3可知，生育期内根系干物质量持续增加。移栽后30 d，烤烟刚开始团棵，根系弱小，各处理根系干物质量差异不明显。移栽后45 d，烤烟进入旺长期，根系干物质量增加，各处理差异显著，以T2最大，比CK提高49.18%，其次为T1，较CK高29.33%，T3较T4高4.94%。移栽后60~90 d，根干物质量进一步增加，以T2最高，其次为T3。

从图4可知，根干物质增长率与根体积增长率的变化趋势相似，在移栽后75 d达到最大值。烟秆有机肥对根干物质增长率的提高效应显著，以T2最大，其次为T3和T1，于移栽后75 d，较CK分别提高110.09%、88.64%和80.30%，T4根干物质增长率较CK高48.64%，T2＞T3＞T1＞T4。

2.1.3 烟秆有机肥对烤烟根系活力的影响 生育期内，烤烟根系活力表现为升高-降低-升高-降低的变化趋势（图5）。移栽后45 d，根系活力迅速增加，出现第1个峰值，以T2根系活力最高，其次为T3，分别比CK高32.22%和18.24%。移栽后60 d，根系活力出现谷值，原因可能是烟株现蕾（移栽后57 d）使烤烟从营养生长向生殖生长转变，根系活力下降，此时，施用烟秆有机肥处理的根系活力仍高于对照，表现为：T2＞T3＞T4＞T1＞CK。移栽后75 d，根系活力出现第2个峰值，T2根系活力仍最大，其次为T3，较T3高15.95%，T3较T1高14.20%。

图1 烟秆有机肥对烤烟根体积的影响Fig. 1 Effects of combined tobacco stem organic fertilizers on root volume of flue-cured tobacco

图2 烟秆有机肥对烤烟根体积增长率的影响Fig. 2 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root volume growth rate of flue-cured tobacco

图3 烟秆有机肥对烤烟根系干物质量的影响Fig. 3 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root dry weight of flue-cured tobacco

图4 烟秆有机肥对烤烟根系干物质增长率的影响Fig. 4 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root dry weight growth rate of flue-cured tobacco

2.1.4 烟秆有机肥对烤烟根系吸收面积的影响根系吸收面积可以用来表征植株对养分的吸收和转运能力，是反应根系形态和生理特性的重要指标[11-12]，根系活跃吸收面积在一定程度还可反映根系活力水平[13]。由图6可知，根系总吸收面积表现为先升高后降低，移栽后75 d达最大值，根系活跃吸收面积与根系总吸收面积的变化趋势基本相同。生育期内，施用烟秆有机肥对根系总吸收面积表现出增加作用。移栽后30 d，各处理差异不明显，烟秆有机肥处理根系总吸收面积高于对照。移栽后75 d，根系总吸收面积达最大值，各有机肥处理显著高于对照，以T2最大，较CK高148.36%，T3高于T1，高达25.41%。移栽后90 d，对照的根系活跃吸收面积下降较快，烟秆有机肥处理的根系活跃吸收面积维持在稳定的水平。

图5 烟秆有机肥对烤烟根系活力的影响Fig. 5 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root vigor of flue-cured tobacco

图6 烟秆有机肥对烤烟根系吸收面积的影响Fig. 6 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on root absorb area of flue-cured tobacco

2.2 烟秆有机肥对烟叶矿质元素含量的影响

由表3可知，施用烟秆有机肥使大部分烟叶矿质元素含量保持在适宜范围内，且高于对照。烟叶锌、硼、锰含量以T3最大，较CK的增幅依次为67.08%、23.81%、37.66%，其次为T2，表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK。烟秆有机肥对烟叶磷含量表现出提高效应，以T3最大，其次为T2，较CK分别高76.82%和74.17%。钾、钙、镁、铁、铜含量以T2最大，依次较CK提高10.88%、22.89%、23.03%、30.89%和25.38%。总体来看，施用烟秆有机肥对磷、锌、铁、锰的提高效应较大，其含量较高的处理比对照增幅均大于30%。

表3 烟秆有机肥对烟叶矿质元素含量的影响Table 3 Effects of combined tobacco stems organic fertilizers on mineral nutrient absorption of flue-cured tobacco

3 讨 论

本试验所用的烟秆有机肥由发酵烟秆、芝麻饼肥、腐植酸3种组分组成。腐植酸类肥料含有大量的腐殖酸以及易于被作物吸收的养分，具有协调烟株生理活性，提高肥料利用率的特点；饼肥含有大量有机质和氮素，在烟草生产上经常用作氮素肥料，这3种组分按一定比例合理地配施，产生优势互补效应。烟秆有机肥还田实现了烟秆废弃物资源的合理利用，为烟草行业的生态循环发展带来光明的前景[14-15]。

本研究表明，施用烟秆有机肥处理的烤烟根系生物量、活力、吸收面积等指标均高于对照，原因 可能是烟秆有机肥腐解过程中产生的中间产物具有生理活性，提高了根系α-萘胺氧化活力，而α-萘胺氧化能力越大根系活力越强[16]；此外烟秆有机肥含有较高的活性有机质，参与根细胞的合成及根系呼吸作用[17]，从而使根系活力增强，根系活力提高有助于根体积和根系吸收面积的增加[18]；还可能是因为烟秆有机肥优化了根系生长的微生态环境，微生物繁殖速度加快，从而促进根系发育[19]。本试验结果表明，根系活力、根体积生长率、根系干物质增长率、根系吸收面积在移栽后75 d达到峰值，原因可能是烟秆有机肥具有长效缓释作用，使根系得到持续的养分供应，延缓根系的衰老；还有可能是因为打顶（移栽后63 d）改变了根系的代谢方向，烟株生殖生长受抑制，促进了根系生长的二次发育。本试验条件下，常规施肥+500 g/盆烟秆有机肥的根系发育最好，其他处理其根系发育长势也显著优于对照，表明施用烟秆有机肥有利于健壮根系的培育。

矿质元素是烤烟的生理调节物质，对烤烟的生理代谢活动及烤后烟叶的外观特征、刺激性、香吃味等影响较大[20-21]。本试验结果表明，施用烟秆有机肥使矿质元素含量保持在适宜范围，并表现出提高效应，特别是对烟叶磷、锌、铁、锰提高效应较显著。其中，烟叶磷、锌、硼、锰含量以常规施肥+750 g/盆烟秆有机肥最高，可能是因为此处理有机质的络合效应较强以及根系发育处于优势，为矿质元素吸收提供了物质基础；钾、钙、镁、铁、铜含量以常规施肥+500 g/盆烟秆有机肥最大，其次为常规施肥+750 g/盆烟秆有机肥。

由于烟秆有机肥的还田应用效果在大田生产中的研究尚处于探索阶段，烟秆有机肥对土壤改良的效果，对烤烟生长及品质的影响，烟秆有机肥的施用量及施用方法还需要进行深入的研究。本试验采用盆栽方式，土壤、肥料、水分等条件易于控制，试验结果精确度高，适宜于土壤养分及矿质营养的探索性研究，为烟秆有机肥还田及大田推广提供参考依据及技术支持，但盆栽试验环境条件与大田生长环境有差异，本试验结果在后期的推广应用中应进行大田验证。

4 结 论

施用烟秆有机肥在培育烤烟健壮根系方面效果突出，能增加烟叶的矿质元素含量，特别是对磷、锌、铁、锰的提高作用较显著，有利于促进烤烟生长发育和提高烟叶质量。综合来看，施用量以500 g/盆为宜，对于烟秆的高效循环利用及烟草农业的可持续发展具有重要意义。

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Effects of Combined Tobacco Stem Organic Fertilizer on Root Development and Mineral Element Contents of Flue-cured Tobacco

LI Yanping1, REN Tianbao1, LI Jianhua2, WU Jianan1, REN Weiwei1, HUANG Mengdi1, LIU Guoshun1*

(1. Henan Agricultural University, National Tobacco Cultivation and Physiological and Biochemical Center, Zhengzhou 450002, China; 2. Xuchang Tobacco Company of Henan Province, Xuchang, Henan 461000, China)

To explore the effects of a tobacco stem organic fertilizer combined with other organic fertilizers on tobacco root system, mineral nutrients and tobacco leaf quality, a pot experiment was conducted with different amount of tobacco stems mixed with organic fertilizers. The tobacco stem mixed organic fertilizers used were tobacco stem organic fertilizer, sesame cake and humic acids. The results showed that tobacco the stem organic fertilizer combined with organic fertilizers could significantly promote the root biomass and root physiological activities, especially at the vigorously growing stage and the toping stage. The volume growing rate, dry weight growing rate, root activity and root active absorb area all appeared peak during this stage. At later stages of development tobacco stems combined with organic fertilizers could slow down the senescence of root system. The 500 g/pot treatment had the best effect with its root volume, root dry weight, root vigor and root absorb total area increased by 60.77%, 114.76%, 53.12% and 148.36% compared with control, respectively. The study also revealed that tobacco stems combined with organic fertilizers played a positive role in promoting mineral contents of flue-cured tobacco. Tobacco stems combined with organic fertilizers enhanced absorption of mineral elements, especially P, Zn, Fe, and Mn. Application of tobacco stems mixed organic fertilizers with 500 g/pot was therefore the optimum treatment. This provides theory gist for cultivating strong tobacco root system, balancing the mineral nutrients of flue-cured tobacco and for the decomposition application of tobacco stem organic fertilizers.

flue-cured tobacco; tobacco stem organic fertilizer; root system; mineral element

S572.06

1007-5119（2016）06-0021-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.06.004

国家自然科学基金“弹射式蒸汽爆破木质纤维素的表征分析及其对乙醇发酵的影响”（21406055）；河南省烟草公司项目“烟秆蒸汽爆破处理生产生物有机肥关键技术研究及应用”（HYKJM-201317）

李艳平（1989-），女，在读硕士研究生，主要从事烟草栽培研究。E-mail：374729690@qq.com。*通信作者，E-mail：liugsh@371.net

2016-04-05

2016-05-10