海藻渣对植烟土壤理化性质和烟草生长的影响

黄振瑞，陈迪文，吴庚福,3，黄跃鹏，李集勤，马柱文

（1.广东省农业科学院作物研究所/广东省烟草育种与综合利用工程技术研究中心/广东省农作物遗传改良重点实验室，广东 广州 510640；2.广东省科学院生物工程研究所/广东省现代农业产业技术研发中心（资源环境与农产品安全），广东 广州 510316；3.仲恺农业工程学院资源与环境学院，广东 广州 510225；4.广东烟草韶关市有限公司，广东 韶关 512000）

【研究意义】土壤是影响烟叶生长的重要生态条件之一，土壤质量是生产优质烟草的重要基础，植烟土壤的理化性质将直接影响烟叶的产量。华南地区烟草大多种植区域的土壤类型为红壤，普遍存在矿质养分偏低、pH 值低、有机质含量低以及土壤物理结构较差的问题［1］。广东烟草种植区域部分烟田土壤也存在养分含量低，土壤结构差、板结、透气性差的问题。烟区土壤改良是相关生产单位和研究机构一直关注的方向，改良土壤有利于烟叶产量提升与品质改善。【前人研究进展】海藻渣是海藻加工产业的废弃物，如海带加工生产海藻酸盐的工业利用率仅约30%，还有超过50%的成分被废弃，而在废弃的海藻渣中含有许多对植物生长有益的活性物质或营养物质，如海藻酸、氨基酸、蛋白质及多种矿质养分元素等［2］。有关海藻渣的回收利用已经引起人们的关注，包括有机肥料生产［3-4］、育苗基质的制备［5-6］、环境工程的利用［3］、乙醇的制备［4,7］、动物饲料［8］、膳食纤维原料［9］等。海藻渣在农业领域的应用研究中，目前以海藻渣的降解工艺、海藻渣作为培养基质或肥料或土壤调理剂的研究为主。对于海藻渣的降解工艺方面一般是利用微生物或酶在不同条件下进行发酵获得需要的产物［10-11］，然后对所得产物进一步加工利用。何梅琳等［12］以海带渣为原料，采用酶解方法制备海带渣提取物作为叶面肥，在彩椒和茭白的大田试验中发现海带提取物对彩椒和茭白的生长有显著的促进作用。方金等［5］研究表明基质中混配海藻渣含量增加可使基质持水孔隙提高，通气孔隙度降低，从而促进黄瓜幼苗生长和对主要矿质营养的吸收。李悦等［13］利用海藻渣为原料制备的有机肥能提高小白菜种子发芽率，提高小白菜耐盐性，促进白菜生长。海藻渣对于改善土壤结构、增加土壤肥力等方面具有良好效果。在烟草上有一些关于海藻中的活性成分海藻酸［14-15］和海藻糖［16-17］的应用研究，结果表明这些活性成分对提高烟草抗病性、抗旱性和促进生长均具有良好效果。【本研究切入点】有关海藻渣在烟草上的研究报道较少，海藻渣对南方红壤烟区土壤的改良以及对烟草生长的影响还鲜见报道。【拟解决的关键问题】本试验拟通过研究海藻渣施用对烟草生长及红壤理化性质的影响，从而评估海藻渣作为土壤改良剂的可行性，为其在烟草种植上进行应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试红壤取自广东省韶关市，其理化性质为：pH 5.35，速效钾含量128.65 mg/kg，速效磷含量11.94 mg/kg，碱解氮含量38.17 mg/kg，有机质含量14.22 g/kg，交换性钙（Exc-Ca）含量63.36 mg/kg，交换性镁（Exc-Mg）含量26.15 mg/kg。海藻渣为泡叶藻进行海藻活性物质提取后的剩余残渣，通过堆沤发酵晾干制作成土壤调理剂，其主要化学性质为：pH 8.49，氮（N）18.8 g/kg，磷（P）2.5 g/kg，钾（K）20.2 g/kg，钙（Ca）2.2 g/kg，镁（Mg）1.8 g/kg，有机碳215.8 g/kg。供试烟草品种为云烟87。

1.2 试验方法

采用盆栽试验，于日光温室中进行。试验设不施肥（CK）、常规施肥（普通对照，S1）、常规施肥+施用土壤重量1%海藻渣（S2）、常规施肥+施用土壤重量2.5%海藻渣（S3）、常规施肥+施用土壤重量5% 海藻渣（S4）5 个处理，海藻渣按不同处理施用量与土壤充分混匀后装盆，每盆装土15 kg，每个处理6 次重复。基肥每盆施用14-16-15 复合肥0.36 kg；追肥2 次，移栽2 周后开始每个月施用1 次，每次每盆施用硝酸钾0.06 kg、硫酸钾0.03 kg。烟草于2019 年3 月10 日播种育苗，5月5 日移栽，6 月25 日初花打顶，烟叶根据成熟度将上、中、下部烟叶从下往上分3 次采收，每次6～7 片叶，采收日期分别为7 月5 日、7 月25 日、8 月20 日。

1.3 测定指标及方法

每一批烟叶收获时称叶片鲜重，同时测定烟株最大叶长和最大叶宽，选择所有叶片中最大的一片叶子测量长和宽；最后一批收获时同时测定株高（指自地表茎基处至茎部顶端的高度）、茎围（指离地5 cm 处茎的周长），采集土壤（0～20 cm）样品。统计实际采收的所有批次叶片总数为有效叶片数。

土壤团粒结构分析：将盆栽土壤全部倒出剔除根系后晾干，称取100 g，依次通过孔径为3、1、0.25、0.05 mm 的筛子，筛选出不同粒径的土壤颗粒，分别计算占总土壤质量的比例［18］。

土壤酶活测定：烟苗移栽后30 d 和60 d 各取1 次土样，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性测定分别采用3,5-二硝基比色法、比色法、磷酸苯二钠比色法和滴定法［19］。

土壤理化性质测定：pH 值采用水浸提电位法测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化-容量法测定，碱解扩散法测定碱解氮含量，钼锑抗比色法测定有效磷含量，火焰光度法测定速效钾含量，原子吸收分光光度法测定交换性钙、交换性镁含量。

试验数据采用Excel 整理收集，采用SPSS19.0进行统计分析，采用LSD法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟区土壤团粒结构的影响

土壤团聚体结构组成能够反映土壤结构保持和养分供应能力。从表1可以看出，不同粒径的土壤团粒结构所占比例差异较大，本试验所用土壤＞3 mm团聚体占比超过50%，各处理间差异不显著。施用海藻渣处理的土壤1～3 mm及0.25～1 mm团聚体占比随着海藻渣施用量增加而增加，其中S4处理0.25～1 mm团聚体占比显著高于CK和S1处理，说明施用5%海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm团聚体的比例，而各处理间的0.05～0.25 mm和≤0.05 mm土壤团聚体占比差异不显著。

2.2 不同处理对烟区土壤养分含量的影响

从表2 可以看出，各施肥处理土壤养分含量比CK 均有显著提高，且施用海藻渣处理的养分含量提高幅度更大。其中，施用海藻渣S2 处理的土壤碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙含量与不施用海藻渣的S1 处理差异均不显著；S3、S4处理土壤碱解氮含量显著高于S1 处理，以S4 处理最高，比S1 处理高12.22%；S3、S4 处理土壤速效磷含量比S1 处理分别高18.77%和20.15%，速效钾含量比S1 处理分别高8.47%和9.51%，交换性钙含量比S1 处理分别高19.88%和34.08%，差异显著。施用海藻渣S2、S3、S4 处理的交换性镁和有机质含量均显著高于S1 处理，且以S4 处理最高，交换性镁和有机质含量比S1 处理分别高68.08%和10.39%。另外，S3、S4 处理土壤pH也显著高于S1。

表1 不同处理土壤团粒结构Table 1 Soil aggregate structure under different treatments

表2 不同处理土壤养分状况Table 2 Soil nutrient contents under different treatments

2.3 不同处理对烟区土壤酶活性的影响

从表3 可以看出，海藻渣的施用对土壤各种酶活性产生了显著影响，施用海藻渣的3 个处理与不施海藻渣的S1 处理相比，施用海藻渣对土壤酶活性具有显著的提升作用。其中，土壤脲酶活性在烟苗移栽后30 d 提高36.06%～56.58%、移栽后60 d 提高22.46%～33.57%，土壤过氧化氢酶活性在烟苗移栽后30 d 提高44.64%～65.70%、移栽后60 d 提高36.25%～41.92%，土壤蔗糖酶活性在烟苗移栽后30 d 提高77.76%～89.06%、移栽后60 d 提高56.95%～71.83%，土壤磷酸酶活性在烟苗移栽后30 d 提高28.40%～68.95%、移栽后60 d提高20.42%～51.59%。

表3 不同处理土壤酶活性Table 3 Soil enzymatic activities under different treatments

2.4 不同处理对烟草农艺性状的影响

从表4 可以看出，与CK 相比，各施肥处理烟株的株高、茎粗、叶片数、最大叶长和最大叶宽均显著提高。其中，施用海藻渣S2 处理与不施海藻渣S1 处理各项指标差异均不显著，S3、S4处理烟株的株高、茎粗、叶片数均显著高于S1 处理，表明施用2.5%～5%海藻渣有利于促进烟株的生长。

2.5 不同处理对烟草叶片鲜重的影响

从不同部位烟叶叶片鲜重测定结果（表5）来看，施肥处理均显著高于不施肥对照，且施用海藻渣处理比不施用海藻渣处理的各部叶鲜重均有所提高。其中，S3 处理的上部叶，S2、S3 和S4 处理的中部叶及下部叶均显著高于S1 处理；从不同部位叶片来看，施用海藻渣对上部叶鲜重增加幅度较大，S2、S3、S4 处理比S1 处理分别高13.26%、21.27%和17.43%；从总鲜重来看，S2、S3、S4 处理均显著高于S1 处理，以S3 处理提高幅度最大、为12.48%。说明海藻渣可以促进烟草叶片生长，提高烟叶产量。另外，S2、S3、S4 处理单叶鲜重与S1 处理差异不显著。

表4 不同处理烟草农艺性状Table 4 Agronomic characters of tobacco under different treatments

表5 不同处理烟草叶片鲜重Table 5 Fresh weight of tobacco leaves under different treatments

3 讨论

3.1 海藻渣对土壤团聚体结构的影响

团聚体是土壤结构的基本单元，被称为土壤肥力的中心调节器，对土壤理化性质和生物学性质具有重要影响［20］。团聚体粒径大小和数量及结构体破坏率决定土壤孔隙度和结构稳定性，影响土壤通气透水性和水土保持功能，是评价土壤结构的重要指标。海藻渣是海藻加工业产生的废渣，含有一定量的海藻酸盐、多糖和蛋白质［21-22］。Haslam等［23］研究表明，在每1 kg 土壤中添加8.2～16.4 g海藻后90 d，土壤孔隙度显著增加。谢锦升等［24］研究表明，有机物质输入的增加促进了红壤中团聚体的形成，从而改变了土壤团聚体有机碳含量和分配比例。而Six等［25］研究表明，大于0.25 mm粒径的土壤团聚体影响土壤质量，在一定程度上其含量提高有利于提高土壤质量。本研究结果也表明，施用一定量的海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm团粒的比例，这可能是由于海藻渣中的藻酸盐在土壤阳离子存在下容易聚集并形成物理凝胶［26］，并改变土壤的微观结构，形成了一种胶体土壤颗粒［27］。同时，由于0.25～2 mm团聚体是土壤肥力的重要物质条件，可以作为土壤改良措施的评价指标［28］。因此，海藻渣增加土壤0.25～1 mm团粒的比例表明了其对土壤结构的改善作用。

3.2 海藻渣对土壤养分含量的影响

有研究表明，海藻肥施于烟草土壤能提高土壤pH 和有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量［29］，本研究结果与其相似，施用海藻渣能增加土壤的碱解氮、有效磷和速效钾含量。其原因可能是海藻渣对肥料中氮磷钾养分有缓释作用或者增效作用，也可能与海藻提升土壤有机质含量有关。也有研究表明，海藻施用可以直接或间接增加土壤有机质含量［30］。本研究结果也表明，施用海藻渣可以提高土壤pH 值和有机质含量。土壤有机质含量与土壤质量呈正相关［31］，有机质可以促进土壤碱解氮、速效磷和速效钾的转化［32-33］。同时，本研究结果还表明施用海藻渣可以提高土壤交换性钙和交换性镁含量，可能是由于施用海藻渣提高了土壤pH，而pH 提高有促进交换性钙和交换性镁提高的作用［34］。

3.3 海藻渣对土壤酶活性的影响

土壤酶主要来自微生物和植物根系的分泌作用，是土壤肥力的一个重要标志，也是土壤有机养分转化的一个重要因素，因此土壤酶活性高表明植物根系附近的土壤微生物多、根系活性高，营养物质转化活泼，尤其是影响氮磷钾、蛋白质、呼吸作用和糖类相关酶即磷酸酶、脲酶等。本研究表明，海藻渣可以提高土壤磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。Wang 等［35］研究表明，海藻肥料处理过的土壤酶（转化酶，脲酶，蛋白酶和磷酸酶）的活性高于对照，与本研究结果相似。研究表明，土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性与有机质和大多数土壤养分含量呈显著线性相关［36］，其中脲酶活性表征土壤中氮素水平，磷酸酶活性代表土壤中磷素的转化活性与强度，蔗糖酶活性一般反映土壤熟化程度以及生物学活性强度，过氧化氢酶活性表示土壤的呼吸强度。本研究中，施用海藻渣后土壤碱解氮含量及与之对应的土壤脲酶活性提高，土壤有效磷含量及与之对应的磷酸酶活性也提高，说明土壤养分含量的增加与土壤酶活性的提高是一个相互作用的过程。究其原因，一方面可能是由于海藻渣富含一些微生物进入土壤，增加微生物数量和改善微生物群落从而提高了酶活性；另一方面海藻渣作为一种有机质的补充，改变土壤pH 值和养分，改善土壤微生物活性，进而提高土壤酶活性。

3.4 海藻渣对烟草生长的影响

海藻中含有丰富的生物活性物质和矿质营养元素，对作物生长具有显著的促进作用［37］，海藻渣中活性物质和养分含量虽然不及海藻提取物，但仍然保留着一部分有益物质，可以作为一种肥料或者土壤调理剂。其他作物上应用海藻渣的研究表明，海藻渣可以促进小白菜［38］、菠菜［39］、冬瓜［40］等的生长，提高产量，改善品质，本试验研究也取得类似结果，海藻渣的施用有利于增加烟草的株高、茎粗和叶片数，同时提高烟叶的产量。其原因主要可能是海藻渣改善土壤结构，提高土壤养分，以及其本身含有有利于植物生长的活性物质共同作用促进烟草的生长发育。具体对不同部位的叶片来说，本研究结果表明海藻渣对烟株上部叶鲜重的提升幅度大于中部叶和下部叶，上部叶是最晚采收的，可能是由于海藻渣在土壤中发挥最大效果需要一定的时间，直到烟草生育后期对土壤的改善作用更加明显从而影响到烟草生长。不同用量的海藻渣处理中，烟叶鲜重最大的是添加2.5%海藻渣的处理，添加5%海藻渣处理烟叶鲜重有一定下降，说明海藻渣的施用量并不是越多越好，有一个最佳的用量范围，本研究条件下的最佳用量是施用土壤重量的2.5%。由于本研究采用盆栽试验，海藻渣的施用量按照盆栽土壤重量的一定比例计算，而大田生产中的土壤情况跟盆栽不同，因此，还需进一步通过田间试验来验证效果以及确定合适的施用量。

4 结论

本研究结果表明，在盆栽试验条件下，按照土壤重量比例施用一定量的海藻渣有利于改善红壤烟区植烟土壤的团聚体结构，使土壤中0.25～1 mm 团聚体的比例提高。海藻渣还能提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶的活性，提升土壤速效钾、速效磷、碱解氮、有机质、交换性钙及交换性镁等养分含量。施用海藻渣也有利于促进烟草植株生长，使株高、茎粗、叶片数均显著提高，从而提高烟叶产量，其中施用土壤重量2.5%的海藻渣效果较好。