减量施肥下聚天冬氨酸对烤烟生长、产量及养分吸收的影响

曹本福 桂阳 祖庆学 李碧宽 母少东 陆引罡

摘 要：为提高烤烟种植养分利用率，降低化学肥料使用量，以南江三号为试验材料进行田间试验，研究聚天冬氨酸对烤烟生长、产量及矿质养分吸收的影响。结果表明，减量施肥20%水平下，添加聚天冬氨酸促进了烤烟生长及地上部干物质累积，烤烟根系活力、ATPase活性、光合速率等显著提高，且高水平聚天冬氨酸更有利于烤烟生长。与常规施肥相比，减量施肥+聚天冬氨酸处理烟叶氮磷钾累积量涨幅分别为2.79%～8.66%、2.31%～9.2%、1.15%～4.45%；土壤速效氮、速效磷、速效钾分别增加了6.79%～32.29%，5.71%～21.31%和1.36%～31.08%；烟叶产量变幅为–6.28%～2.46%，两处理间差异不显著。可见，施用聚天冬氨酸可以提高烤烟对养分的吸收，减少肥料施用量；以添加5%聚天冬氨酸效果较好。

关键词：聚天冬氨酸；烤烟；肥料利用率；光合特征

中图分类号：S572.062 文章编号：1007-5119（2018）05-0057-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.05.008

Abstract： To improve the utilization of nutrients and reduce the application of chemical fertilizers in flue-cured tobacco farming， a field experiment was conducted to study the effects of polyaspartic acid on the tobacco growth， yield and mineral elements absorption with ‘Nanjiang No.3. The results indicated that with 20% reduction of fertilizer application， polyaspartic acid could promote flue-cured tobacco growth and dry matter accumulation， and increase the root system activity， ATPase physiological activity and photosynthetic characteristics. Furthermore， the high-level polyaspartic acid was more conducive to the tobacco final growth than any other levels. Compared with the contrast， the treatment which combined the reduction of fertilizer with the application of polyaspartic acid revealed that the accumulation of N， P and K in tobacco leaves increased by 2.79%-8.66%， 2.3%-9.2% and 1.15%-4.45%， respectively； the siol available N， P and K contents increased by 6.79%-32.29%， 5.71%-21.31% and 1.36%-31.08%， respectively； the output of tobacco leaves varied from -6.28% to 2.46% with no significant difference was found between the two treatments. It was concluded from this study that the addition of polyaspartic acid could increase the flue-cured tobacco absorption of nutrients and reduce the use of chemical fertilizer， and that the application of 5% polyaspartic acid showed the best effect.

Keywords： polyaspartic acid； flue-cured tobacco； fertilizer utilization rate； photosynthetic characteristics

施用化肥是现今人类补偿土壤养分的重要手段，但肥料利用率低带来的一系列负面影响已成为农业生产面临的主要难题[1-3]。目前，我国烟草人员较多致力于优化施肥技术，对肥料本身的增值提效潜能关注较少，烤烟种植中的肥料利用率仍不理想[4]。聚天冬氨酸（Polyaspartic acid，PASP）是一种多功能高分子材料，无毒，易降解，对钙无机盐具有良好的螯合能力，广泛用作水源、矿物盐的阻垢剂和钢铁缓蚀剂[5-7]；因其含有大量的活性基团，具有分散和螯合等功能，在种子包衣、农药复配、缓温保墒方面也表现出良好的应用前景；作为新型肥料增效剂，聚天冬氨酸可富集植物根部土壤养分，增强作物对肥料和水分的吸收，促进作物生长发育[8-9]，因此越来越多地应用于农业生产。孙克刚等[10]发现与单施全量氮肥相比，在减施氮肥的情况下添加聚天冬氨酸小麦植株长势更佳，但产量并无显著降低，说明聚天冬氨酸可在保证产量的情况下减少氮肥使用量。DENG等[11]研究表明尿素添加聚天冬氨酸后可降低水稻开花前的表观氮盈余和开花后的氮亏缺，提高其吸氮量和氮肥利用率。根施一定量的聚天冬氨酸可以促进黄瓜生长发育，提高土壤有效养分含量、矿质元素含量及产量[12]。此外，采用叶面喷施和随水冲施的方式施用聚天冬氨酸，可增加黄瓜维生素C含量、促进可溶性糖的積累、降低硝酸盐含量、改善蔬菜品质[13]。聚天冬氨酸能提高肥料利用率的机理可能是羧基、酰胺等基团活化了处于固态的元素，吸附了过量的养分，在其被降解后释放出来，抑制了氨挥发、阻止了氮下渗、减少了磷的固定与沉积，从而提升肥效，减少浪费[14-15]。可见，聚天冬氨酸在农业生产中的应用和研究已逐渐增多，但在烤烟生产上鲜有报道。本试验就现行烤烟肥料利用率不理想的问题，在肥料减施的基础上，研究聚天冬氨酸不同添加量对烤烟生长、产量以及矿质养分吸收的影响，以期为聚天冬氨酸应用于烤烟生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年4—10月在贵州省开阳县马场镇烟草种植区（海拔1108 m，27°19′ N，107°09′ E）进行。供试品种为南江三号，开阳烟草公司育苗场提供。农用聚天冬氨酸（PASP）质量分数≥97%，石家庄德赛化工提供。供试肥料为贵阳市现行使用的烤烟专用基肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=9∶10∶27]和专用追肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=13∶0∶26]，湖北香青化肥厂提供。试验地土壤为砂质黄壤土，土地平整，肥力均匀，pH 6.10，全氮1.62 g/kg，速效氮69.32 mg/kg，速效磷26.60 mg/kg，速效钾202.88 mg/kg，有机质27.36 g/kg。

1.2 试验设计

试验设置5个处理，T1：当地常规施肥；T2：当地常规施肥减量20%，不添加聚天冬氨酸（PASP）；T3：当地常规施肥减量20%+2.5% PASP；T4：当地常规施肥减量20%+5% PASP；T5：当地常规施肥减量20%+7.5% PASP。其中2.5%、5%和7.5% PASP指添加聚天冬氨酸的量与施用肥料总氮量的百分比，即每100克氮中添加2.5、5、7.5 g聚天冬氨酸；施肥减量20%指基肥和追肥在常规施肥量的基础上皆减量20%。试验具体施肥量见表1。试验采用随机区组设计，重复3次，共15个小区。每小区67 m2，行株距110 cm×55 cm，种植密度16 500株/hm2。小区间及区组间均设置保护行和走道。

试验常规施肥氮肥基追比为7∶3，基追肥用量分别为750和225 kg/hm2，聚天冬氨酸使用比例同氮肥基追比。烟苗于4月20日移栽，基肥在起垄前条施，追肥于移栽30 d穴施，小区烟叶成熟时单采单收，栽培种植及田间管理均按当地优质烟生产标准，且在同一作业日完成。

1.3 测定指标

1.3.1 农艺性状及烤烟干物质测定 于7月10日随机选取每个处理长势均一的烟株，按YC/T 142—2010农艺性状记录标准进行烟株株高、茎围、节距、最大叶片长、最大叶片宽等指标测定；同时整株取样，将根部泥土洗净，根、茎、叶分离，105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重并称量记录。

1.3.2 烤烟氮磷钾含量测定 在干物质量测定完毕后对烟株各部位样品进行粉碎处理以测定全氮、 全磷、全钾。测定方法：H2SO4-H2O2法消化后，分别用开氏法、钒钼黄比色法、火焰光度法测定全氮、全磷、全钾含量[16]。各养分吸收量采用下述公式进行计算：

烟株氮（磷、钾）吸收量（g/株）=烟株根氮（磷、钾）含量×烟株根干物质量 + 烟株茎氮（磷、钾）含量×烟株茎干物质量 + 烟叶氮（磷、钾）含量×烟叶干物质量。

1.3.3 土壤速效养分测定 于7月20日取0～20 cm土壤用于速效氮、速效磷、速效钾的测定[17]。

1.3.4 根系活力、ATPase活性测定 采用氯化三苯基四氮唑（TTC）比色法测定烟株根系活力，根系ATPase活性测定利用张志良[18]方法进行前期处理后，采用ATPase活性试剂盒（南京建成生物研究所）进行测定。

1.3.5 光合作用参数测定 于7月16日（晴天）上午10：30，各个处理选定长势一致的烟株，使用LI-6400便携式光合测定仪（LI-Cor Ins，USA）测定烤烟叶片（上数第7片叶）的净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）。测定时选择红蓝光源叶室，叶室温度设置25 ℃，CO2浓度400 μmol/mol，光量子通量密度为800 μmol/（m2·s）。

1.3.6 烤后烟叶经济性状测定 烤烟成熟后单采单收、挂牌标记、统一烘烤方式采摘烟叶，按处理统计烤后烟叶产量，每公顷产量由小区产量折算。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件进行统计分析，采用Duncan's新复极差法进行多重比较（p≤0.05）。

2 结 果

2.1 聚天冬氨酸对烤烟农艺性状的影响

表2显示，与减量20%处理（T2）相比，添加聚天冬氨酸处理显著增加了烤烟的株高、节距、茎围及有效叶数，增幅分别为13.84%～31.97%、11.23%～17.84%、14.70%～23.84%、3.30%～12.09%；添加聚天冬氨酸处理烤烟单叶叶面积也均高于T2处理，整体表现出T3

2.2 聚天冬氨酸对烤烟根系生理活性和干物质累积量的影响

从表3可知，烤烟根系活力、ATPase活性在常规施肥条件下较低，添加聚天冬氨酸均有不同程度的提高，在减肥20%条件下最低。聚天冬氨酸处理（T3、T4、T5）较常规施肥处理的根系活力和ATPase活性分别上升了5.79%～10.74%和21.55%～25.65%，较减量施肥处理增加了1.12～1.51倍和1.42～1.46倍。根系活力以T5处理最高，T4处理次之，ATPase活性以T4处理最高，T5次之，说明T4和T5处理较有利于烟株进行水分運输、养分吸收和能量代谢。与减肥20%处理（T2）相比，烤烟地上部干质量在添加聚天冬氨酸条件下显著增加，增幅分别达14.66%、18.57%、20.77%；与常规施肥（T1）相比，不同聚天冬氨酸添加量处理的地上部干物质累积量表现不一，以T5处理累积量最多，T4次之，分别增加了7.97%、6.01%，二者之间无显著差异，且均显著高于T1和T2处理；同时，添加聚天冬氨酸后，烤烟的根冠比显著下降，说明聚天冬氨酸有促进烤烟地上部干物质累积的作用，以T4、T5处理效果较好。

2.3 聚天冬氨酸对烤烟光合特性的影响

表4显示，与化肥减量处理相比，聚天冬氨酸显著促进了烟叶的净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度，三者增幅分别为39.43%～49.86%、5%～17.5%、25.43%～29.81%。其中，以添加5%PASP对烟叶净光合速率和气孔导度影响最为显著，较常规施肥处理相比，分别增加了24.34%、14.63%；以T5处理聚天冬氨酸处理胞间CO2浓度最佳，T4次之，相比常规施肥处理，二者分别提高了1.23倍和1.22倍。此外，添加聚天冬氨酸减缓了叶片水分蒸腾速率，T4处理较常规施肥处理下降了6.08%，降幅最为显著；其次是T3、T5处理，均显著下降了4.61%。由此可见，添加聚天冬氨酸对烤烟有较好的吸肥保水作用。

2.4 聚天冬氨酸对烤烟氮、磷、钾吸收量的影响

表5显示，添加聚天冬氨酸对烤烟氮、磷、钾吸收量的影响与其对烤烟株高、地上部分干物质累积量的影响基本一致。相比减肥20%处理，添加聚天冬氨酸显著促进了烟株对氮、磷、钾的吸收，增幅分别为24.75%～31.86%、20.27%～28.38%、13.20%～16.88%。其中，T5处理的效果最佳，氮、磷、钾吸收量分别增加了8.66%、9.20%、4.45%；T4处理次之，氮、磷、钾吸收量分别增加了7.82%、6.9%、2.32%。由此说明，添加聚天冬氨酸能够促进烤烟对养分的吸收、提高肥料利用率。

2.5 聚天冬氨酸对土壤速效养分含量的影响

表6显示，相比T2处理，添加聚天冬氨酸后土壤速效氮、速效磷、速效钾含量增幅分别为8.59%～35.52%、8.77%～24.82%、1.76%～31.60%； 其中T3处理的速效磷含量有所增加，但差异不明显。从数据上看，与常规处理相比，T4和T5处理的速效养分增加效果最为显著，二者速效氮、速效磷、速效钾各增加了32.29%、19.94%、28.02和28.84%、21.31%、31.08%。此外，T4、T5处理的速效养分含量均显著高于T3处理。以上说明聚天冬氨酸可提高养分利用率，且以添加高水平的聚天冬氨酸影响较好。

2.6 聚天冬氨酸对烤烟产量的影响

图1显示，减肥20%处理（T2）的烤烟产量最低，与其他处理差异显著；在减量施肥情况下，烤烟产量随着聚天冬氨酸添加量的提高而显著提高，且添加后产量与常规施肥处理的产量并无差异。相较于T2处理，T4产量提高最为显著，达2352.5 kg/hm2。相比常规施肥，添加2.5%聚天冬氨酸处理减产112.8 kg/hm2，降低了6.28%，差异不显著；添加5%聚天冬氨酸处理增产42.5 kg/hm2，提高了2.46%，差异不显著。添加7.5%聚天冬氨酸处理减产56.8 kg/hm2，降低了1.84%，差异不显著。由此可见，在烤烟施肥过程中添加聚天冬氨酸可以有效减少肥料使用量，且保证烟叶产量与常规施肥相当，其中以添加5%聚天冬氨酸效果最佳。

3 讨 论

聚天冬氨酸可吸附一定量的养分，低水平聚天冬氨酸吸附养分较少，使植物前期养分充足、长势较好，高水平聚天冬氨酸则反之[19]；随着生长期推进，聚天冬氨酸被生物降解后逐渐释放出来，高水平聚天冬氨酸吸附养分较多，使得植物后期长势较佳，而低水平聚天冬氨酸在前期损失了过多养分，肥料利用率不理想[20]。本试验研究表明添加聚天冬氨酸烤烟株高和地上部生物量随聚天冬氨酸用量的增加而增加，T4、T5处理具有明显的生长优势，表明较高水平聚天冬氨酸更有利于烤烟生长的最终形成，这与谢方淼[21]研究聚天冬氨酸对微生物碳、氮影响的最终结论相一致。

养分供应与植物的光合特征关系密切，尤其是养分供应不足时植物叶片的净光合速率等气体交换参数明显下降，充沛的养分供应具有维持光合器官结构和功能的作用，在一定程度上减弱或消除这种不良反应。本试验研究发现减量施肥20%条件下烟叶光合作用受到了一定的影响，但与常规施肥处理相差不大，这可能是植物自身调节作用的结果[22]；添加PASP烟叶净光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）显著增加，PASP有效促进了烤烟进行光合作用。此外，T4、T5处理具有较高的根系活力、ATPase生理活性和较小的根冠比，表明高水平的聚天冬氨酸有利于根系发育，同时促进养分向地上部分运输。

聚天冬氨酸可以影响尿素在土壤中的运动，活化土壤养分，减少化肥损失[23]。雷全奎等[24]发现聚天冬氨酸有利于花生对矿质养分的吸收，同时土壤中氮、磷、钾养分在各个时期均保持较高的有效性。JU等[25]、DENG等[26]研究表明，聚天冬氨酸可促进水稻开花前器官对氮的积累，提高氮肥回收率，改善氮需求与氮输入间的平衡，减少氮损失。本试验研究发现添加聚天冬氨酸烤烟氮、磷、钾吸收量 显著增加，与烤烟株高、地上部分干物质累积量的影响一致；同时添加聚天冬氨酸土壤速效氮、速效磷、速效钾含量显著提高；说明添加PASP提高了肥料利用率，减少了养分损失，这与相关研究一致。

玉米根施一定量的聚天冬氨酸，相比对照，植株长势更佳，提高产量[27]。孙克刚[28]研究也证实，在夏玉米施肥时添加聚天冬氨酸有利于植株生长，产量显著提高，减少施量肥，玉米不减产。本试验研究表明，在减肥20%条件下，添加聚天冬氨酸显著提高了烟叶产量；从试验数据上看，以添加5%聚天冬氨酸处理产量最高，说明聚天冬氨酸添加比例以5%较为适宜；相比常规施肥处理增产42.5 kg/hm2，提高了2.46%；说明添加聚天冬氨酸可以减少肥料使用量，且烟叶产量不减少。

4 结 论

在减少肥料20%施用量的基础上添加一定比例的聚天冬氨酸，煙株长势与常规施肥处理相当乃至更佳，聚天冬氨酸增加了土壤速效养分含量，促进了烤烟对氮、磷、钾养分的累积，提高了肥料利用率；且烟叶产量变幅较常规施肥相比差异不显著。从试验结果上看，聚天冬氨酸用量以氮肥减量的5%比例处理效果较好，可在减少化肥使用量的情况下保证烟叶产量。本试验研究为聚天冬氨酸促进烤烟生长发育、提高养分吸收率、减少肥料使用提供了一定的理论依据，但由于试验设计和试验条件的限制，对于是否存在更佳的聚天冬氨酸用量以及更好的配施方式尚不得知，待进一步研究。

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