烟草漂浮育苗基质配方的筛选

徐威，王晓巍，2，王文丽，李娟

（1. 甘肃农业大学园艺学院，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070；3. 甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070）

烟草（Nicotiana tabacum）属于茄科（Solana⁃ceae）烟草属（Nicotiana），为一年生或有限多年生草本植物，全体被腺毛，夏秋季开花结果［1］，烟草栽培最早源于南美洲，据今已有两千多年的历史。烟草是现今世界重要经济作物，也是我国重要的经济作物之一［2］。烟草漂浮育苗主要利用特殊育苗基质替代土壤，将烟草包衣种子直播于装有特殊基质的育苗穴盘中，然后将穴盘放入装有一定深度专用育苗水盘中，需隔一定时间添加适量营养液［3］。漂浮育苗基质是烟苗生长发育过程中不可缺少的部分，基质不仅支持和固定烟苗，为烟苗生长提供所需营养物质和水分，还可以避免土壤中病、虫、杂草的危害，摆脱土壤束缚，提高烟苗的成活率。传统育苗基质是以草炭为主要成分，但草炭是不可再生资源且大量开采会破坏生态环境，许多国家已限制或禁止开采。育苗基质质量的优劣直接影响作物的生长与发育，随着我国农业科技推广和对育苗基质要求的提高，寻求更好的育苗基质已成为农业育种研究的热点问题之一［4］。

我国是农业大国，农业废弃物量大，生态环境问题严峻，实现农业废弃物资源化利用是我国农业资源环境可持续发展必然途径。近年来农业科研工作者不断尝试新的、廉价的栽培基质，这些基质通过通过简单处理，再配比其他无机材料均能达到替代常规育苗基质效果，甚至更优。我国各大烟草生产区相继开展了牛粪［9］、蚯蚓粪［10］、花生糠［11］、菌渣［12］、碳化谷壳［13］等农业废弃物作为基质原料的研究，均有较好的效果。畜牧业是甘南藏族自治州的基础产业，产生大量的牛羊粪便，每年可利用羊粪总量约为40 万t，羊粪中含有大量元素和微量元素，如氮、磷、钾、硫、钙、镁、维生素、激素、酶、生长素、叶酸等，合理使用羊粪能促进植物生长，提高植物抗逆性、抗病性、抗虫性，提高农产品品质［14］。中国水稻年总产量达5 亿t，产生约1 亿t 稻壳，占世界总量的50 %［17］，稻壳含有多种纤维素、微量元素和二氧化硅，脂肪和蛋白质含量较低，碳氮比高达75.6%［18］。这些农业有机废弃物未被资源化利用，任其堆置，会造成严重的环境污染和有机资源浪费。

基质化可以将有机农业废弃物中的有效养分充分利用，减轻对环境的污染，实现农业废弃的高效再利用。因此，利用本地廉价农业废弃物材料，开发绿色环保型育苗基质，对育苗基质产业的发展和农业废弃物的高效利用具有深远的意义。目前已有许多将牛粪基质化利用的研究报道［19］，但将羊粪基质化利用进行烟苗育苗的研究较少，因此，本试验以稻壳和腐熟羊粪代替部分草炭，辅以珍珠岩，旨在筛选适合烟苗育苗的基质配比，通过测定不同配比基质的理化性质筛选出适宜烟苗生长最佳基质配比。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种为秦烟99，种子由陕西省烟草公司咸阳市公司提供。羊粪取自甘南藏族自治州夏河县甘加草原，经高温发酵腐熟后过4mm 筛备用。珍珠岩、稻壳、草炭均购于兰州农意农业生产资料有限公司。

1.2 试验设计

试验于2021年5月至7月在甘肃省农业科学院蔬菜研究所玻璃温室内进行，采用四因素三水平的正交试验设计，共设置9 种不同配比的基质（表1），以草炭作对照（CK），每个配方设置3个重复，每穴盘烟苗作为1次重复。选取完整、大小均匀的烟草包衣种子移入12孔装有育苗基质的穴盘中，苗期管理方法同烟草大田生产漂浮育苗。每种配料的理化性质见表2。

表1 基质配方（质量比）Table 1 The matrix formula（mass ratio）

表2 配料理化性质Table 2 Physical and chemical properties of ingredients

1.3 测定指标与方法

1.3.1 基质理化学性质测定 基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、pH、EC、有机质、全氮、全磷、全钾，按国家农业行业标准NY/T 2018-2012（蔬菜育苗基质）测定。

1.3.2 出苗率测定 出苗率=烟草幼苗出苗数/播种的烟草种子总数，播种8 d 后开始记录出苗率，至18 d结束。

1.3.3 烟草种苗生长生理指标测定 培育58 d后开始测定烟苗生长和生理指标：

1） 株高用直尺测量茎基部至生长点的长度（cm）；

2） 最大叶面积（cm2）采用最大叶的长×宽×0.634 5的方法计算，用直尺测量叶尖至叶柄起点的距离为叶长，叶宽为叶片最宽处距离；

3） 茎粗采用电子游标卡尺测量子叶处茎基部直径；

4） 植株干质量：测定烟苗地上（下）部分时，先剪取地上部分装入纸袋，然后将纸袋放入105 ℃烘箱进行杀青30 min，再将温度降至80 ℃烘72 h至恒重后，将烘干烟苗放入称量纸上称取的质量即为烟草地上（下）部干质量；

5） 壮苗指数=（茎粗/株高+地下干物质量/地上干物质量） ×全株干物质量［21］；

6） 根冠比=地下干物质量/地上干物质量；

7） 叶绿素：采用SPAD-502 Plus型便携式叶绿素仪测定；

8） 根系活力采用TTC法测定［15］；

9） 根系形态指标： 使用WinRHIZOProLA2400根系扫描仪对清洗过的根系进行扫描，后使用Win⁃RHIZO分析系统计算根体积、总根长、根表面积、根平均直径、根尖数。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010 进行数据的统计，SPSS 25.0 软件进行单因素方差显著性分析（Dun⁃can法，α=0.05），进行主成分分析综合评价，综合得分最高的为最优基质配方。

2 结果与分析

2.1 不同配比基质的理化性质

不同配比基质的理化性质见表3。各配方的容重显著低于CK，除CK 外各配比基质容重均在0.1～0.35 g/cm³的理想范围内；各配方的总孔隙度显著高于CK ，其中T2配方与T3配方较CK 分别提高了232.00%和230.00%；T1配方、T2配方、T3配方、T4配方、T5配方、T7配方、T8配方的通气孔隙度显著高于CK，T6配方、T9配方与CK 差异不显著；各配方的持水孔隙显著高于CK；各配方的pH 显著高于CK，除CK 外各配比基质的pH 均处于5.00～6.80 的理想范围内，显弱酸性；不同配比基质的EC值差异较大，其中T1配方、T2配方、T3配方、T4配方、T5配 方、T6配 方、T8配 方 与CK 均 在≤800 μS/cm的理想范围内。

表3 不同配方育苗基质理化性质Table 3 Physical and chemical properties of seedling substrates of different formula

2.2 不同配方基质对烟苗生长的影响

2.2.1 不同配方基质对烟草出苗率的影响 由图1可见，不同配比基质间烟草出苗率差异显著，播种后8～10 d，T4配方出苗率最高，达到23.72%；在播种后12 d，T2配方与T3配方出苗率显著高于CK，分别达到56.18%和62.24%，其余各配方均显著低于CK；在播种后14 d，T2配方、T3配方、T4配方、T8配方的出苗率显著高于CK，较CK 分别提高了29.63%、27.04%、26.18%、30.82%，；到播种后16 d，T2配方完全出苗，出苗率最高，达到93.63%，T3配方、T4配方次之，均显著高于CK；到播种后18 d完全出苗，T2配方、T3配方、T4配方的出苗率均显著高于CK，各配方的出苗率由高到低排序为T3>T2>T4>CK>T8>T5>T7>T6>T1>T9。

图1 不同配比基质对烟草出苗率的影响Figure 1 The effect of different formula substrates on the emergence rate of tobacco

2.2.2 不同配比基质对烟苗生长期的影响 由表4 可知播种到小十字期，各配方均早于CK，其中T2配方、T3配方、T4配方比CK 提前6 d，T5配方比CK提前5 d，T8配方比CK 提前4 d，T1配方、T6配方、T7配方、T9配方比CK 提前3 d；播种到大十字期，T2配方、T3配方、T4配方比CK提前6 d，T5配方和T8配方比CK提前3 d，T1配方、T6配方、T7配方和T9配方比CK 提前2 d；播种到成苗期，各配方均比CK 提前到达成苗期，其中T2配方、T3配方、T4配方、T5配方比CK 提前6 d，T6配方、T8配方比CK 提前5 d，T7配方比CK 提前了4 d，T1配方和T9配方比CK 提前2 d；T2配方、T3配方、T4配方、T5配方、T6配方、T7配方、T8配方的烟苗叶片数显著高于CK，其中T2配方的叶片数最多，较CK 提高了39.88%，T1配方和T9配方相比CK无显著差异；T2配方、T3配方、T4配方、T5配方、T6配方长势较强，其他配方长势较弱；T2配方、T3配方与CK苗色为绿色，其余各配方苗色为浅绿或黄绿。

表4 不同配比基质对烟苗生长期的影响Table 4 Effect of different substrates on the growth period of tobacco seedlings

2.2.3 不同配比基质对烟苗成苗期农艺性状的影响 由表5 可以看出，T2配方植株最高，T3配方、T4配方、T5配方次之，其较CK 分别提高130%、85.38%、80.38%、86.15%，T9配方、T1配方与CK 差异不显著；T1配方、T2配方、T3配方、T4配方、T5配方、T6配方茎粗显著高于CK，较CK 分别提高34.53%、64.17%、44.30%、43.65%、39.41%、33.22%，T7配方、T8配方、T9配方与CK无显著差异；最大叶面积和地上部干质量，T1配方、T2配方、T3配方、T4配方、T5配方、T6配方、T7配方、T8配方显著高于CK，其中T2配方值最高，较CK 分别提高199.90%、300.00%，T9配方与CK无显著差异；各配方烟苗地下部干质量显著高于CK，其中T2配方最大，较CK提高440%；根冠比，T3配方、T4配方、T5配方与CK差异不显著，T1配方、T2配方、T6配方、T7配方、T8配方、T9配方显著高于CK；各配方烟苗壮苗指数显著高于CK，其中T2配方值最大，较CK 提高336.36%。

表5 不同配比基质对烟苗成苗期农艺性状的影响Table 5 Effect of different formula substrates on agronomic traits of tobacco seedlings

2.2.4 不同配比基质对烟苗根系状况的影响 由表6 可知，T2配方、T3配方、T4配方烟苗根系活力显著高于CK，其中T2配方较CK分别提高78.88%，其余各配方烟苗根系活力与CK无显著差异；各配方烟苗的总根长度、根表面积、根体积、根尖数显著高于CK，其中T2配方值最大，相比CK 增幅分别达到了344.46%、318.10%、289.02%、223.91%；各配方烟苗根平均直径与CK无显著差异。

表6 不同配比基质对烟苗根系生长状况的影响Table 6 Effect of different substrates on root growth of tobacco seedlings

2.3 不同配比基质对烟苗SPAD值的影响

由图2 可以看出，T2配方烟苗叶片的SPAD值显著高于CK，其余各配方与CK 差异不显著，T2配方较CK烟苗叶片的SPAD值提高了7.55%，T8配方和T9配方烟苗叶片的SPAD值最低，各配方烟苗叶片的SPAD值含量排序为T2>CK=T3>T5=T4>T6=T8=T1>T7=T9。

图2 不同配比基质对烟苗叶片中SPAD值的影响Figure 2 Effects of different substrates on SPAD value in tobacco seedling leaves

2.4 不同配比基质对烟苗生长发育的综合性评价

主成分分析结果见表7。前两个主成分的累积贡献率为89.17%，符合条件，可以概括所提取的公因子，能够评价指标的大部分信息，具有很好的代表性，所选用的两个主成分可以代替原来的15项指标变量。从表7 可以看出第一主成分贡献率达到68.57%，主要代表株高、茎粗、最大叶面积、地下干质量、地上干质量等指标信息；第二主成分贡献率为20.6%，主要代表出苗率、根平均直径、叶绿素等指标信息。

表7 相关系数矩阵的特征值、贡献率及累计贡献率Table 7 Eigenvalues，contribution rate and cumulative contribution rate of the correlation coefficient matrix

由表8可以看出，T2综合得分最高，且远高于其他配方和CK，说明T2配方的基质配方对烟苗生长更有益，是最佳基质配方。

表8 不同配方烟苗的生长生理指标综合评价结果Table 8 Comprehensive evaluation results of growth physiological indexes of tobacco seedlings of different formula

3 讨论

近年来就地取材，选择价格低廉的基质材料替代或部分替代草炭配方，成为基质研究的主要方向。在育苗基质中合理地复配禽畜粪便可以使育苗基质拥有良好的理化性质，提高基质的养分含量［23］。芦伟等［24］研究发现羊粪具有养分浓度高，有机质含量高，适用于多种农作物和土壤，而且可以促进植物根系发育，改善土壤的理化性质和生物环境，减少土壤侵蚀。李学东等［25］研究表明，烟草育苗基质较合理的容重为0.1～0.35 g/cm³、pH 值5.0～6.8、电导率≤800 μS/cm。在育苗基质中总孔隙度越大，基质越轻，则容纳空气和水的量也越大，有利于根的发育［26］。在本试验中，T2配方和T3配方总孔隙度值最大，均在理想范围内。大量研究表明［27］，作物幼苗的好坏受到出苗率的影响，出苗率越好则该基质更适宜幼苗的生长，产量越高。在本试验中，T2配方和T3配方出苗率较高，但T2配方出苗率最高，出苗率达到了93.63%，这表明T2配方和T3配方基质都适宜烟苗的生长。

根系是烟苗生长发育的基础，不仅支撑固定烟苗植株，而且为烟苗提供所需的水分和养分，对烟苗生长发育有重要的影响［28］。作物地下部的生长强弱直接影响作物地上部生长发育、品质与产量。根系状况是评价烟苗根生长的重要生理指标，研究发现［29］，烟苗的根系活力、根系体积、根系表面积、根平均直径、根体积等值越高，对水分和养分的吸收能力就越强。在本试验中，T2配方根系活力最强，且总根长、根表面积、根体积、根尖数最大，其株高、茎粗、地上干质量、地下干质量、也相应最大。

叶片是植物的营养器官，是植物进行光合作用的组织，叶面积越大越有利于植物进行光合作用。本试验中，T2配方的最大叶面积值最高，显著高于对照和其他处理，这表明T2配方烟苗生长良好，可为植物生长提供更多能量；叶绿素总量是光合作用的重要指标，叶绿素含量的多少直接影响植物的光合作用的强弱，植物的生长、发育所需要的能量都是光合作用来提高的［30-31］。本试验中T2配方叶绿素含量高于其他配方，这说明T2配方烟苗生长较好，制造有机物较多。

主成分分析通过正交变换将一组可能存在相关性的变量转换为一组线性不相关的变量，贾廷新等［32］利用主成分分析法综合评价了不同复配基质对辣椒生长发育的影响，筛选出了最适复配基质；杜鑫宇等［33］利用主成分分析法，对不同烟草品种耐寒性进行综合分析。本试验中对各配方烟苗的生长生理指标数据进行主成分分析，并对其排名，其中T2配方综合排名第一，表明T2配方基质最优，适合烟苗生长。

4 结论

T2配比（羊粪∶草炭∶稻壳∶珍珠岩=2∶4∶0.75∶2）基质的pH 值、EC、容重、总孔隙度等理化性质在适宜范围内，该基质培育的烟苗株高、茎粗、最大叶面积、地上干物质量、地下干物质量、根冠比、壮苗指数、根系活力等指标最高。主成分分析结果表明，T2配方烟苗得分最高，为5.132 5。因此，T2配方的烟苗育苗基质可以替代以草炭为主的烟苗育苗基质。