育苗基质对烟苗生长发育的影响

谭 茜, 平原野, 曾文龙, 熊德中, 蔡海洋

(1.福建农林大学资源与环境学院, 福建 福州 350001；2.福建省烟草农业科学研究所龙岩分所, 福建 龙岩 364000)

福建省龙岩市生态资源优越, 是我国烤烟最适宜种植区之一[1]。烟叶品质受生态、品种和栽培技术的综合影响，而栽培基质是烟株育苗成功的关键[2-3]。近年来，随着烟草漂浮技术和湿润技术的推广，草炭和泥炭资源不断消耗，对环境造成较大影响[4]。因此，研制就地取材、保护环境、效果良好的育苗基质对龙岩地区烤烟生产具有重要的生态及社会效益。

烤烟湿润育苗技术在龙岩烟区推广多年，主要育苗基质为炭化谷壳型基质(炭化谷壳+红泥土)，具有环保、价格低廉、通透性较好等特点。但在实际应用中炭化谷壳易碎，颗粒较小，使得基质通透性降低，影响烤烟种子的萌发和幼苗的生长。因此，急需开发新的基质材料替代炭化谷壳以优化烤烟育苗基质配方。已有学者开展漂浮育苗基质替代材料研究，包括利用农业生产废弃物如菌糠、稻壳、畜禽粪便等[5]；工业废弃物如煤渣、矿渣；地表材料如河砂、山砂、风化石和人造材料如交联聚丙烯酰胺高分子材料等[6-7]。吴涛等[8]研究表明，秸秆比例低于50%及褐煤比例高于10%替代草炭处理能使烟苗生长较好；韦建玉等[9]采用65%腐熟甘蔗渣+25%膨化珍珠岩+10%煤渣粉配制育苗基质，烤烟育苗效果较好。基质原材料的种类、配比对烟苗生长有不同程度的影响。本研究以龙岩市现有基质配方为基础，采用农业废弃物和工业副产品如碳化谷壳、膨胀珍珠岩、碳化竹屑、广东及海南椰糠、炭化木屑、炭化烟秆、食用菌渣和红泥土为基质材料，按不同体积比配制成新型代替基质，并探讨其对烤烟出苗率及生长状态的影响，以期为龙岩地区烤烟育苗技术升级换代提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤烟品种为云烟87，包衣种子及营养液由福建省烟草农业科学研究所龙岩分所提供。育苗盘选用100孔的塑料托盘，由江西寻乌福华秧盘厂生产，长×宽为60.0 cm×33.5 cm。

1.2 试验设计

试验地设在福建农林大学资源与环境学院温室大棚内，选用9种基质材料按不同体积比配得15个处理(M1～M15)，以龙岩市现用基质为对照(CK)，共16个处理(表1)。采用湿润育苗方法进行育苗，将基质装进100孔塑料托盘，并放入育苗池。每个处理4次重复，共64盘。在每穴中播2个包衣种子，小十字期尽量保持整个烟苗均匀一致，以便间苗、定苗。播种后棚内温度保持22 ℃，苗出齐后棚内白天最高温度控制在28 ℃，夜间棚内温度13～15 ℃。育苗期间营养池水位高度控制在8 cm左右，共施肥4次。分别于育苗后45 d(出苗)和62 d(成苗)测定各处理养分含量(氮、磷、钾)，育苗后62 d(成苗)测定各处理生物量参数和中、微量元素含量。

表1 烤烟育苗基质配方(体积比)Table 1 Flue-cured tobacco seedling substrates composition formulations(volume ratio)

1.3 测定项目及方法

1.3.1 基质 基质容重、孔隙度、持水孔隙度、通气孔隙度、pH值、电导率参考文献[10]的方法测定；基质气水比为通气孔隙和持水孔隙所占基质体积的比例。

1.3.2 烟苗 使用H2SO4-H2O2联合消煮法，分别采用靛酚蓝比色法、钒铝黄比色法和火焰光度计法测定烟苗全氮、全磷和全钾含量；采用原子吸收分光光度计法测定烟苗钙、镁、铜、锰、铁、锌含量[11]。观察并记录烟苗出苗率及生长动态。烟苗地上部茎叶和地下部根的干鲜重可作为评定其生物量的重要指标，采用千分之一精度天平测定。

1.4 统计与分析

采用SPSS 19、Microsoft Excel软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 基质配方的理化性质

不同基质配方理化性质见表2。由表2可知，M12、M5、M7处理容重较低，分别为0.33、0.38、0.47 g·cm-3；M13处理容重最大，达0.79 g·cm-3； M4、M6、M10、M11、M14、M15处理容重与CK无显著差异，M1、M9和M13则显著高于CK。孔隙度是基质重要的理化性质参数，会影响其水分和空气含量[12]。各处理总孔隙度在53.06%～82.96%之间、持水孔隙度在40.37%～61.26%之间、通气孔隙度在7.69%～29.82%之间。M2、M8处理总孔隙度与CK无显著差异，M15处理则显著高于CK；M3、M4、M5、M8、M9、M10、M12、M14和M15处理持水孔隙度显著高于CK(46.46%)；M2处理通气孔隙度高于CK，但无显著差异，其余处理均小于CK。M12、M13、M14处理pH值>8，M8、M9处理pH值在4.2～4.5之间，偏酸性，其他处理组pH值在5.18～7.83之间，其中M2、M5、M10～M15处理pH值显著高于CK，M1、M3、M4、M6和M7处理pH值与CK无显著差异。M3、M4、M8、M10、M12、M13、M14、M15处理电导率均>800 μS·cm-1，其中M12处理电导率最高，为1 430 μS·cm-1。

理想育苗基质pH值为5.4～7.0，电导率<2.5 mS·cm-1[13]。综合来看，M1、M6、M7和M11处理各理化性质均符合理想育苗基质范围，有利于烤烟幼苗生长。

表2 不同基质配方的主要理化性质1)Table 2 Main physical and chemical properties of different substrate formulations

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

2.2 基质配方对烤烟出苗率的影响

不同基质配方烤烟出苗率差异明显(图1)。由图1可知，M12处理出苗率最低，仅8%；M13、M14和M15处理较低，为18%～22%，与CK差异较大； M2、M5、M6、M7、M8、M11处理出苗率均>85%，且均高于CK，其中M5处理最高，达93%。总之，M2、M5，M6、M7、M8和M11处理烤烟出苗率较优，M12～M15出苗率较低，可能跟其电导率及pH值较高有关。

图1 不同基质配方对烤烟出苗率的影响Figure 1 Effects of different substrate formulations on tobacco seed germination rate

2.3 基质配方对烟苗生长动态的影响

由表3可知，M2、M5、M6、M7、M8、M10和M11处理烟苗各生育期天数与CK差异较小。其中，M5、M6、M9、M10及CK处理播种到小十字期的天数最短，仅20 d；M5、M6、M7和CK处理烟苗生长最快，播种到成苗均为60 d。M12、M13在小十字期出现烟苗死亡现象。M14、M15处理烟苗各生育期天数均迟于CK，自大十字期以后生长缓慢，甚至枯死。总之，M5、M6、M7处理烟苗生长较快。

表3 不同基质配方对烟苗生育期的影响1)Table 3 Effects of different substrate formulations on tobacco seedling growth and development

1)“-”表示烟苗枯死或未成苗。

2.4 基质配方对烟苗生物量的影响

地上部茎叶和地下部根的干鲜重是评定烟苗素质的重要指标，反映了烟苗的生长势[14]。烟苗成苗时(播种后62 d)地上部茎叶和地下部根的生物量见表4。由表4可知，M5、M6和M11处理地上部干、鲜重均高于CK，差异达显著水平；M1、M4和M9处理地上部干、鲜重则明显小于CK。M10、M11处理地下部单株鲜重分别比CK提高44%、32%，差异均达显著水平；M5、M6处理分别比CK提高1%、6%，差异不显著。M10处理地下部单株干重比CK提高48%，差异达显著水平；M5、M6和M11处理分别比CK提高7%、10%、17%，但差异不显著。

表4 不同基质配方对烟苗干鲜重及根冠比的影响1)Table 4 Effects of different substrate formulations on dry weight and root-shoot ratio of tobacco seedlings

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

植株地上部生长与地下部生长呈密切正相关关系，既相互依赖，又相互竞争[15]。各处理鲜重根冠比为0.055～0.070，其中M10处理最大，M7最小；M1、M3、M8、M9、M10、M11处理鲜重根冠比均高于CK，其中M10和M11与CK差异达显著水平。各处理干重根冠比为0.040～0.052；M3、M4、M5、M6、M10处理干重根冠比均高于CK(0.047)，其中M3、M4、M5与CK差异达显著水平，说明该基质有利于烟株干物质量的积累。综合来看，M1、M3、M8、M9、M10、M11处理营养条件较好，根、茎、叶发育较好，生长速度比CK快。

综上所述，M5、M6、M10和M11处理烟苗各生物量均优于CK。

2.5 基质配方对烟苗养分含量的影响

2.5.1 氮、磷、钾含量 (1)氮是烤烟中蛋白质、酶、叶绿素、氨基酸、烟碱等多种有机化合物的组成成分[16]。由表5可知，播种后45、62 d，各处理烟苗氮含量在3.33%～4.80%之间。播种后45 d，M3处理氮含量最高，为4.80%，M10处理最低，仅3.33%，与CK差异均达显著水平；播种后62 d，M6处理氮含量最高，为4.57%，M10处理最低，仅3.55%，且均与CK差异显著。烟苗氮含量与施肥量密切相关，烤烟烟株含氮量一般为3%[17]。各基质配方烟苗氮含量普遍较高，可能与温室栽培有关。其中，M4、M6、M7、M8、M9显著高于CK，可能由于椰糠有利于烟株氮含量的积累。(2)磷是烤烟体内一系列重要化合物的组成部分，能维持细胞结构稳定，是植物分裂、能量代谢的必需元素[18-19]。播种后62 d，各处理烟苗磷含量与播种后45 d相比均有所上升。播种后45 d，M2、M8、M11处理烟苗磷含量与CK无显著差异，M1、M3、M4、M5和M9处理则显著大于CK。播种后62 d，M5处理烟苗磷含量最高，为0.82%。烤烟植株含磷量一般为0.5%[17]，M5处理磷含量为0.82%，是CK的2.2倍，说明M5处理相较于其他基质最有利于烟苗植株磷含量的积累。(3)烟叶含钾量是评价其品质的重要指标之一[20]。钾素在维持细胞膨压、促进烤烟生长、酶适性及光合作用方面有重要作用[20-21]。播种后45 d，M9处理钾含量最大，达4.94%，M6处理最小，仅2.84%，与CK差异均达显著水平；播种后62 d，M1处理钾含量最高，达4.06%，M5处理最低，仅2.25%，M1、M2、M4、M6、M9、M11处理钾含量均显著大于CK。各基质配方钾含量满足优质烤烟含钾量要求(钾含量>2%[22])。

2.5.2 中、微量元素含量 钙是细胞代谢的总调节剂，可降低其他矿质营养元素在高浓度时的毒害作用[23]。由表6可知， M3～M7处理钙含量均>2%，显著高于CK。M4和M5处理最高，达2.68%，M9最低，仅1.67%。镁是叶绿素的组成成分，也是酶的激活剂，在能量转移中可参与蛋白质和脂肪的合成[24]。各处理镁含量差别不大，在1.22%～1.30%之间。其中，M3处理最高，为1.30%，M1及CK处理最低，仅1.22%。烤烟中的铜元素一般可与氨基酸或酶结合形成铜蛋白[25]。 M5、M6、M9处理铜含量分别为21.40、22.93、19.52 mg·kg-1，高于其他处理。除了M2、M3、M7处理以外，其他处理铜含量均显著高于CK。锰是烟草生长发育中必须的微量元素之一，具有多种生理功能[26]。各基质配方锰含量均小于CK(223.09 mg·kg-1)，其中M10处理最低，仅105.43 mg·kg-1；M2、M11处理与CK较为接近，分别为199.60、197.68 mg·kg-1。缺铁会影响植株叶绿素合成，严重时会使叶绿体变小，甚至被解体或液泡化[27]。 M5、M11处理铁含量分别为264.44、266.98 mg·kg-1，均显著高于CK(252.47 mg·kg-1)，其他处理均小于CK，其中M7处理最小，仅126.31 mg·kg-1。锌是色氨酸不可缺少的组成部分，能促进植物光合作用，也是多种酶的组分和激活剂[28]。各处理锌含量在56.91～89.33 mg·kg-1之间。其中，M5和M6处理锌含量>80 mg·kg-1，显著高于CK。

表5 不同基质配方对烟苗氮、磷、钾含量的影响1)Table 5 Effects of different substrate formulations on nitrogen, phosphorus, and potassium contents of tobacco seedlings %

1)同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

表6 不同基质配方对烟苗中、微量元素含量的影响1)Table 6 Effects of different substrate formulations on the contents of secondary and trace elements of tobacco seedlings

1)表中数据为“平均值±标准差”；同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。

3 讨论与结论

3.1 各基质配方下烟苗的生长情况

育苗基质为植物根系提供养分，其理化性质直接影响幼苗生长发育[29]。本研究表明，M2、M5，M6、M7、M8和M11处理出苗率优于CK；M5、M6、M7处理生育期较短，可能与烟苗在该基质配方下孔隙度较大，保水、保温效果较好，根系呼吸及舒展较好有关。M5、M6、M10和M11处理地上部、地下部干鲜重及根系比均表现较佳，说明在该基质配方下烟苗生长发育较好，干物质积累较多。选择基质时不仅要关注理化性质，还要考虑适宜的配比。在基质配方中增加红泥土可提高基质的保水性，确保烟苗育苗时所需的水分，但其在基质中占比过多(M4、M9和M11)或过少(M12)均不利于烟苗发育，甚至导致烟苗死亡。

综合来看，M5、M6处理各方面表现较好，较适合烟苗生长。

3.2 各基质配方下烟苗的养分含量

微量元素是烤烟苗期生长的必需营养元素，不足或者过量均会引起作物生理机能失调，生长发育受阻[30]。戴高兴等[31]研究表明，钙可以保护细胞质膜、维持正常光合作用、调节植物体内的生理生化反应。陈春宏等[32]发现铁、锰两种元素之间存在强烈拮抗作用，铁能显著抑制锰的吸收和累积，而锰的供应也影响植物对铁的吸收。本研究表明，各处理烟苗镁含量差别不大，锰、铁含量差别较大，可能是这两种元素间的拮抗作用和基质本身携带的微量元素差异所导致。目前对于烟苗中各微量元素的含量未见适宜指标，本研究在对烟苗出苗率、生长动态、生物量的研究中表现较好的处理所含微量元素范围为：钙含量2.1%～2.7%、镁含量1.2%～1.3%、铜含量16.3～24.9 mg·kg-1、锰含量126.4～177.3 mg·kg-1、铁含量191.0～269.4 mg·kg-1、锌含量73.54～95.90 mg·kg-1，可为烟苗适宜的微量元素范围提供参考。

3.3 各基质配方下烟苗的育苗效果

本研究表明，M5、M6处理在出苗率、生育期、生物量等方面均高于其他处理。M1处理对烟苗的育苗效果较差，可能是该基质配方中含有炭化竹屑，使得总孔隙度较小。M2处理烤烟幼苗长势与CK相近，但各项指标又稍有欠缺，可能是由于炭化谷壳的加入使气水比超出了烟苗的适宜范围。基质气水比对烤烟出苗率和农艺性状有较大影响，这与马福生等[33]的研究结果一致。炭化木屑和炭化谷壳均由农业废弃物加工而成，相比于草炭资源更丰富，更加绿色环保，具有较好的利用前景。曾文龙等[34]认为，炭化谷壳∶红泥土为7∶3和 6∶4(体积比)的配方育苗效果较好，且成本低廉、环保，可在烤烟育苗生产上推广应用。黄石旺等[35]研究表明，以泥炭∶珍珠岩∶炭化谷壳∶沙子=20∶50∶10∶20为基质成本较低，烤烟各项生理和形态指标较好。因此，可将炭化木屑、炭化谷壳和膨胀珍珠岩作为烤烟育苗基质的首选。

综上所述，M5(炭化木屑∶红泥土=7∶3)、M6(炭化谷壳∶膨胀珍珠岩∶炭化木屑∶红泥土=2∶2∶2∶4)处理各项生理和形态指标均达较高水平，可作为烟叶湿润育苗新基质加以实践和完善。