育苗基質對煙苗生長發育的影響

譚 茜, 平原野, 曾文龍, 熊德中, 蔡海洋

(1.福建農林大學資源與環境學院, 福建 福州 350001；2.福建省煙草農業科學研究所龍巖分所, 福建 龍巖 364000)

福建省龍巖市生態資源優越, 是我國烤煙最適宜種植區之一[1]。煙葉品質受生態、品種和栽培技術的綜合影響，而栽培基質是煙株育苗成功的關鍵[2-3]。近年來，隨著煙草漂浮技術和濕潤技術的推廣，草炭和泥炭資源不斷消耗，對環境造成較大影響[4]。因此，研制就地取材、保護環境、效果良好的育苗基質對龍巖地區烤煙生產具有重要的生態及社會效益。

烤煙濕潤育苗技術在龍巖煙區推廣多年，主要育苗基質為炭化谷殼型基質(炭化谷殼+紅泥土)，具有環保、價格低廉、通透性較好等特點。但在實際應用中炭化谷殼易碎，顆粒較小，使得基質通透性降低，影響烤煙種子的萌發和幼苗的生長。因此，急需開發新的基質材料替代炭化谷殼以優化烤煙育苗基質配方。已有學者開展漂浮育苗基質替代材料研究，包括利用農業生產廢棄物如菌糠、稻殼、畜禽糞便等[5]；工業廢棄物如煤渣、礦渣；地表材料如河砂、山砂、風化石和人造材料如交聯聚丙烯酰胺高分子材料等[6-7]。吳濤等[8]研究表明，秸稈比例低于50%及褐煤比例高于10%替代草炭處理能使煙苗生長較好；韋建玉等[9]采用65%腐熟甘蔗渣+25%膨化珍珠巖+10%煤渣粉配制育苗基質，烤煙育苗效果較好。基質原材料的種類、配比對煙苗生長有不同程度的影響。本研究以龍巖市現有基質配方為基礎，采用農業廢棄物和工業副產品如碳化谷殼、膨脹珍珠巖、碳化竹屑、廣東及海南椰糠、炭化木屑、炭化煙稈、食用菌渣和紅泥土為基質材料，按不同體積比配制成新型代替基質，并探討其對烤煙出苗率及生長狀態的影響，以期為龍巖地區烤煙育苗技術升級換代提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為云煙87，包衣種子及營養液由福建省煙草農業科學研究所龍巖分所提供。育苗盤選用100孔的塑料托盤，由江西尋烏福華秧盤廠生產，長×寬為60.0 cm×33.5 cm。

1.2 試驗設計

試驗地設在福建農林大學資源與環境學院溫室大棚內，選用9種基質材料按不同體積比配得15個處理(M1～M15)，以龍巖市現用基質為對照(CK)，共16個處理(表1)。采用濕潤育苗方法進行育苗，將基質裝進100孔塑料托盤，并放入育苗池。每個處理4次重復，共64盤。在每穴中播2個包衣種子，小十字期盡量保持整個煙苗均勻一致，以便間苗、定苗。播種后棚內溫度保持22 ℃，苗出齊后棚內白天最高溫度控制在28 ℃，夜間棚內溫度13～15 ℃。育苗期間營養池水位高度控制在8 cm左右，共施肥4次。分別于育苗后45 d(出苗)和62 d(成苗)測定各處理養分含量(氮、磷、鉀)，育苗后62 d(成苗)測定各處理生物量參數和中、微量元素含量。

表1 烤煙育苗基質配方(體積比)Table 1 Flue-cured tobacco seedling substrates composition formulations(volume ratio)

1.3 測定項目及方法

1.3.1 基質 基質容重、孔隙度、持水孔隙度、通氣孔隙度、pH值、電導率參考文獻[10]的方法測定；基質氣水比為通氣孔隙和持水孔隙所占基質體積的比例。

1.3.2 煙苗 使用H2SO4-H2O2聯合消煮法，分別采用靛酚藍比色法、釩鋁黃比色法和火焰光度計法測定煙苗全氮、全磷和全鉀含量；采用原子吸收分光光度計法測定煙苗鈣、鎂、銅、錳、鐵、鋅含量[11]。觀察并記錄煙苗出苗率及生長動態。煙苗地上部莖葉和地下部根的干鮮重可作為評定其生物量的重要指標，采用千分之一精度天平測定。

1.4 統計與分析

采用SPSS 19、Microsoft Excel軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 基質配方的理化性質

不同基質配方理化性質見表2。由表2可知，M12、M5、M7處理容重較低，分別為0.33、0.38、0.47 g·cm-3；M13處理容重最大，達0.79 g·cm-3； M4、M6、M10、M11、M14、M15處理容重與CK無顯著差異，M1、M9和M13則顯著高于CK。孔隙度是基質重要的理化性質參數，會影響其水分和空氣含量[12]。各處理總孔隙度在53.06%～82.96%之間、持水孔隙度在40.37%～61.26%之間、通氣孔隙度在7.69%～29.82%之間。M2、M8處理總孔隙度與CK無顯著差異，M15處理則顯著高于CK；M3、M4、M5、M8、M9、M10、M12、M14和M15處理持水孔隙度顯著高于CK(46.46%)；M2處理通氣孔隙度高于CK，但無顯著差異，其余處理均小于CK。M12、M13、M14處理pH值>8，M8、M9處理pH值在4.2～4.5之間，偏酸性，其他處理組pH值在5.18～7.83之間，其中M2、M5、M10～M15處理pH值顯著高于CK，M1、M3、M4、M6和M7處理pH值與CK無顯著差異。M3、M4、M8、M10、M12、M13、M14、M15處理電導率均>800 μS·cm-1，其中M12處理電導率最高，為1 430 μS·cm-1。

理想育苗基質pH值為5.4～7.0，電導率<2.5 mS·cm-1[13]。綜合來看，M1、M6、M7和M11處理各理化性質均符合理想育苗基質范圍，有利于烤煙幼苗生長。

表2 不同基質配方的主要理化性質1)Table 2 Main physical and chemical properties of different substrate formulations

1)同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

2.2 基質配方對烤煙出苗率的影響

不同基質配方烤煙出苗率差異明顯(圖1)。由圖1可知，M12處理出苗率最低，僅8%；M13、M14和M15處理較低，為18%～22%，與CK差異較大； M2、M5、M6、M7、M8、M11處理出苗率均>85%，且均高于CK，其中M5處理最高，達93%。總之，M2、M5，M6、M7、M8和M11處理烤煙出苗率較優，M12～M15出苗率較低，可能跟其電導率及pH值較高有關。

圖1 不同基質配方對烤煙出苗率的影響Figure 1 Effects of different substrate formulations on tobacco seed germination rate

2.3 基質配方對煙苗生長動態的影響

由表3可知，M2、M5、M6、M7、M8、M10和M11處理煙苗各生育期天數與CK差異較小。其中，M5、M6、M9、M10及CK處理播種到小十字期的天數最短，僅20 d；M5、M6、M7和CK處理煙苗生長最快，播種到成苗均為60 d。M12、M13在小十字期出現煙苗死亡現象。M14、M15處理煙苗各生育期天數均遲于CK，自大十字期以后生長緩慢，甚至枯死。總之，M5、M6、M7處理煙苗生長較快。

表3 不同基質配方對煙苗生育期的影響1)Table 3 Effects of different substrate formulations on tobacco seedling growth and development

1)“-”表示煙苗枯死或未成苗。

2.4 基質配方對煙苗生物量的影響

地上部莖葉和地下部根的干鮮重是評定煙苗素質的重要指標，反映了煙苗的生長勢[14]。煙苗成苗時(播種后62 d)地上部莖葉和地下部根的生物量見表4。由表4可知，M5、M6和M11處理地上部干、鮮重均高于CK，差異達顯著水平；M1、M4和M9處理地上部干、鮮重則明顯小于CK。M10、M11處理地下部單株鮮重分別比CK提高44%、32%，差異均達顯著水平；M5、M6處理分別比CK提高1%、6%，差異不顯著。M10處理地下部單株干重比CK提高48%，差異達顯著水平；M5、M6和M11處理分別比CK提高7%、10%、17%，但差異不顯著。

表4 不同基質配方對煙苗干鮮重及根冠比的影響1)Table 4 Effects of different substrate formulations on dry weight and root-shoot ratio of tobacco seedlings

1)同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

植株地上部生長與地下部生長呈密切正相關關系，既相互依賴，又相互競爭[15]。各處理鮮重根冠比為0.055～0.070，其中M10處理最大，M7最小；M1、M3、M8、M9、M10、M11處理鮮重根冠比均高于CK，其中M10和M11與CK差異達顯著水平。各處理干重根冠比為0.040～0.052；M3、M4、M5、M6、M10處理干重根冠比均高于CK(0.047)，其中M3、M4、M5與CK差異達顯著水平，說明該基質有利于煙株干物質量的積累。綜合來看，M1、M3、M8、M9、M10、M11處理營養條件較好，根、莖、葉發育較好，生長速度比CK快。

綜上所述，M5、M6、M10和M11處理煙苗各生物量均優于CK。

2.5 基質配方對煙苗養分含量的影響

2.5.1 氮、磷、鉀含量 (1)氮是烤煙中蛋白質、酶、葉綠素、氨基酸、煙堿等多種有機化合物的組成成分[16]。由表5可知，播種后45、62 d，各處理煙苗氮含量在3.33%～4.80%之間。播種后45 d，M3處理氮含量最高，為4.80%，M10處理最低，僅3.33%，與CK差異均達顯著水平；播種后62 d，M6處理氮含量最高，為4.57%，M10處理最低，僅3.55%，且均與CK差異顯著。煙苗氮含量與施肥量密切相關，烤煙煙株含氮量一般為3%[17]。各基質配方煙苗氮含量普遍較高，可能與溫室栽培有關。其中，M4、M6、M7、M8、M9顯著高于CK，可能由于椰糠有利于煙株氮含量的積累。(2)磷是烤煙體內一系列重要化合物的組成部分，能維持細胞結構穩定，是植物分裂、能量代謝的必需元素[18-19]。播種后62 d，各處理煙苗磷含量與播種后45 d相比均有所上升。播種后45 d，M2、M8、M11處理煙苗磷含量與CK無顯著差異，M1、M3、M4、M5和M9處理則顯著大于CK。播種后62 d，M5處理煙苗磷含量最高，為0.82%。烤煙植株含磷量一般為0.5%[17]，M5處理磷含量為0.82%，是CK的2.2倍，說明M5處理相較于其他基質最有利于煙苗植株磷含量的積累。(3)煙葉含鉀量是評價其品質的重要指標之一[20]。鉀素在維持細胞膨壓、促進烤煙生長、酶適性及光合作用方面有重要作用[20-21]。播種后45 d，M9處理鉀含量最大，達4.94%，M6處理最小，僅2.84%，與CK差異均達顯著水平；播種后62 d，M1處理鉀含量最高，達4.06%，M5處理最低，僅2.25%，M1、M2、M4、M6、M9、M11處理鉀含量均顯著大于CK。各基質配方鉀含量滿足優質烤煙含鉀量要求(鉀含量>2%[22])。

2.5.2 中、微量元素含量 鈣是細胞代謝的總調節劑，可降低其他礦質營養元素在高濃度時的毒害作用[23]。由表6可知， M3～M7處理鈣含量均>2%，顯著高于CK。M4和M5處理最高，達2.68%，M9最低，僅1.67%。鎂是葉綠素的組成成分，也是酶的激活劑，在能量轉移中可參與蛋白質和脂肪的合成[24]。各處理鎂含量差別不大，在1.22%～1.30%之間。其中，M3處理最高，為1.30%，M1及CK處理最低，僅1.22%。烤煙中的銅元素一般可與氨基酸或酶結合形成銅蛋白[25]。 M5、M6、M9處理銅含量分別為21.40、22.93、19.52 mg·kg-1，高于其他處理。除了M2、M3、M7處理以外，其他處理銅含量均顯著高于CK。錳是煙草生長發育中必須的微量元素之一，具有多種生理功能[26]。各基質配方錳含量均小于CK(223.09 mg·kg-1)，其中M10處理最低，僅105.43 mg·kg-1；M2、M11處理與CK較為接近，分別為199.60、197.68 mg·kg-1。缺鐵會影響植株葉綠素合成，嚴重時會使葉綠體變小，甚至被解體或液泡化[27]。 M5、M11處理鐵含量分別為264.44、266.98 mg·kg-1，均顯著高于CK(252.47 mg·kg-1)，其他處理均小于CK，其中M7處理最小，僅126.31 mg·kg-1。鋅是色氨酸不可缺少的組成部分，能促進植物光合作用，也是多種酶的組分和激活劑[28]。各處理鋅含量在56.91～89.33 mg·kg-1之間。其中，M5和M6處理鋅含量>80 mg·kg-1，顯著高于CK。

表5 不同基質配方對煙苗氮、磷、鉀含量的影響1)Table 5 Effects of different substrate formulations on nitrogen, phosphorus, and potassium contents of tobacco seedlings %

1)同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

表6 不同基質配方對煙苗中、微量元素含量的影響1)Table 6 Effects of different substrate formulations on the contents of secondary and trace elements of tobacco seedlings

1)表中數據為“平均值±標準差”；同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

3 討論與結論

3.1 各基質配方下煙苗的生長情況

育苗基質為植物根系提供養分，其理化性質直接影響幼苗生長發育[29]。本研究表明，M2、M5，M6、M7、M8和M11處理出苗率優于CK；M5、M6、M7處理生育期較短，可能與煙苗在該基質配方下孔隙度較大，保水、保溫效果較好，根系呼吸及舒展較好有關。M5、M6、M10和M11處理地上部、地下部干鮮重及根系比均表現較佳，說明在該基質配方下煙苗生長發育較好，干物質積累較多。選擇基質時不僅要關注理化性質，還要考慮適宜的配比。在基質配方中增加紅泥土可提高基質的保水性，確保煙苗育苗時所需的水分，但其在基質中占比過多(M4、M9和M11)或過少(M12)均不利于煙苗發育，甚至導致煙苗死亡。

綜合來看，M5、M6處理各方面表現較好，較適合煙苗生長。

3.2 各基質配方下煙苗的養分含量

微量元素是烤煙苗期生長的必需營養元素，不足或者過量均會引起作物生理機能失調，生長發育受阻[30]。戴高興等[31]研究表明，鈣可以保護細胞質膜、維持正常光合作用、調節植物體內的生理生化反應。陳春宏等[32]發現鐵、錳兩種元素之間存在強烈拮抗作用，鐵能顯著抑制錳的吸收和累積，而錳的供應也影響植物對鐵的吸收。本研究表明，各處理煙苗鎂含量差別不大，錳、鐵含量差別較大，可能是這兩種元素間的拮抗作用和基質本身攜帶的微量元素差異所導致。目前對于煙苗中各微量元素的含量未見適宜指標，本研究在對煙苗出苗率、生長動態、生物量的研究中表現較好的處理所含微量元素范圍為：鈣含量2.1%～2.7%、鎂含量1.2%～1.3%、銅含量16.3～24.9 mg·kg-1、錳含量126.4～177.3 mg·kg-1、鐵含量191.0～269.4 mg·kg-1、鋅含量73.54～95.90 mg·kg-1，可為煙苗適宜的微量元素范圍提供參考。

3.3 各基質配方下煙苗的育苗效果

本研究表明，M5、M6處理在出苗率、生育期、生物量等方面均高于其他處理。M1處理對煙苗的育苗效果較差，可能是該基質配方中含有炭化竹屑，使得總孔隙度較小。M2處理烤煙幼苗長勢與CK相近，但各項指標又稍有欠缺，可能是由于炭化谷殼的加入使氣水比超出了煙苗的適宜范圍。基質氣水比對烤煙出苗率和農藝性狀有較大影響，這與馬福生等[33]的研究結果一致。炭化木屑和炭化谷殼均由農業廢棄物加工而成，相比于草炭資源更豐富，更加綠色環保，具有較好的利用前景。曾文龍等[34]認為，炭化谷殼∶紅泥土為7∶3和 6∶4(體積比)的配方育苗效果較好，且成本低廉、環保，可在烤煙育苗生產上推廣應用。黃石旺等[35]研究表明，以泥炭∶珍珠巖∶炭化谷殼∶沙子=20∶50∶10∶20為基質成本較低，烤煙各項生理和形態指標較好。因此，可將炭化木屑、炭化谷殼和膨脹珍珠巖作為烤煙育苗基質的首選。

綜上所述，M5(炭化木屑∶紅泥土=7∶3)、M6(炭化谷殼∶膨脹珍珠巖∶炭化木屑∶紅泥土=2∶2∶2∶4)處理各項生理和形態指標均達較高水平，可作為煙葉濕潤育苗新基質加以實踐和完善。