保水劑施用對恩施煙區(qū)上部煙葉生長發(fā)育的影響

劉迎超 于濤 孫光偉 陳振國 楊趁義 張建波 王玉軍

摘 ?要：以云煙87為供試材料，分析不同劑量保水劑施用對煙株根區(qū)土壤水分、根系活力以及上部葉農(nóng)藝性狀、光合參數(shù)、碳氮代謝關(guān)鍵酶活性、抗衰老指標(biāo)及烤后煙葉質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，施用保水劑可以提高根際土壤含水量，提升伸根期根系活力及上部葉光合特性，增加葉面積，改善農(nóng)藝性狀，促進(jìn)開片;同時(shí)提高上部葉保護(hù)酶（SOD、POD、CAT）及NR、NI活性，加快碳氮代謝，進(jìn)而使上部葉煙堿含量降低，可溶性糖增加，糖堿比趨于協(xié)調(diào)，化學(xué)品質(zhì)改善，產(chǎn)量、產(chǎn)值提高。在本試驗(yàn)中，保水劑施用量為4 g/株時(shí)效果最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：保水劑;烤煙;土壤水分;上部葉;生長發(fā)育

Abstract： Yunyan87 was used as the test material to analyze soil moisture， root vigor， upper leaf agronomic traits， photosynthetic parameters， key enzyme activities of carbon and nitrogen metabolism， anti-aging indicators and related enzyme activities， tobacco leaf quality and other indicators after application of different dosages of super absorbent polymer. The results showed that the application of super absorbent polymer can increase water content in the rhizosphere soil， increase root vitality and photosynthetic characteristics of the upper leaves， increase leaf area， improve agronomic traits， and promote opening; And increase the upper leaf protective enzymes （SOD， POD， CAT） and NR， NI activities， accelerate carbon and nitrogen metabolism， and then reduce nicotine content in the upper leaves， increase soluble sugar， improve sugar-base ratio coordinativeness， improve chemical quality， and increase yield and output value. In this study， the effect was the best when the amount of water-retaining agent was 4 g/plant.

Keywords： super absorbent polymer; flue-cured tobacco; soil moisture; upper tobacco leaves; growth and development

水分是煙株生長發(fā)育過程中的重要生態(tài)因子，烤煙生育后期根系活力有所下降，吸水能力較差，從而影響到葉片的水分含量和物質(zhì)轉(zhuǎn)化[1-2]，致使上部葉內(nèi)含物充實(shí)，組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)。前人研究表明，調(diào)控土壤水分可以改善葉厚，改善煙葉質(zhì)量[3]。李永忠等[4]研究表明，烤煙成熟期供水較高時(shí)煙葉品質(zhì)較好，而供水不足時(shí)煙葉品質(zhì)明顯下降。因此后期需保持一定的田間持水量以滿足上部葉生長發(fā)育的需求，促進(jìn)烤煙內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)[5]。保水劑是一種具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能吸收大量的土壤水分加以儲存并緩慢釋放，供作物生長發(fā)育，增強(qiáng)土壤的蓄水保墑能力，改善烤煙農(nóng)藝性狀[6-7]。

我國大部分煙區(qū)降雨量少且季節(jié)分布不均，部分地區(qū)灌溉措施有限，無法提供煙株正常生長發(fā)育所需水分。采用保水劑能夠在較短時(shí)間內(nèi)吸收其自身質(zhì)量幾百倍的水分，其吸持的水分可以緩慢釋放供給植株利用[8-9]。本試驗(yàn)通過研究不同保水劑用量對上部葉生長發(fā)育和內(nèi)在質(zhì)量的影響，旨在探明上部葉生長發(fā)育適宜的水分條件，為提高上部葉質(zhì)量提供支撐。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2018年在湖北省恩施州利川市柏楊鎮(zhèn)進(jìn)行，供試品種為云煙87，土壤為砂壤土，有機(jī)質(zhì)2.39%，pH 5.91，速效氮91.00 mg/kg，有效磷49.34 mg/kg，速效鉀158.00 mg/kg，海拔高度1193 m，年降水量1200～1400 mm。

保水劑（聚丙烯酸鉀），由武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理：CK，不施保水劑;T1，施保水劑1 g/株;T2，施保水劑2 g/株;T3，施保水劑4 g/株。施用方法：將保水劑與營養(yǎng)土混勻，移栽時(shí)施入移栽穴內(nèi)。每處理均施純氮90 kg/hm2，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶1.5∶2.5，行距1.2 m，株距0.55 m，每小區(qū)3行，每行10株，重復(fù)3次，其他技術(shù)措施和田間管理按常規(guī)生產(chǎn)方法執(zhí)行。

1.3 ?測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 ?土壤水分 ?采用MH-TS土壤水分測量儀，分別于伸根期、旺長期、成熟期測定根系周圍地下5 cm、10 cm處土壤水分含量。

1.3.2 ?農(nóng)藝性狀 ?每小區(qū)采取中間行代表性上部葉（自上往下數(shù)第5葉位）5片，測量葉長、葉寬，計(jì)算長寬比，葉面積。

1.3.3 ?根鮮干質(zhì)量及根系活力 ?上部葉采摘結(jié)束后取回?zé)熤旮担瑴y定根鮮、干質(zhì)量，并采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[10]測定煙株根系活力。

1.3.4 ?光合參數(shù) ?煙葉成熟期利用Li-6400光合儀測定上部葉光合參數(shù)[11]，包括凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。

1.3.5 ?酶類活性 ?上部葉成熟后隨機(jī)取5片煙葉進(jìn)行測定，采用試劑盒（購自南京建成生物工程研究所）測定硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、α淀粉酶（alpha amylase）、β淀粉酶（beta amylase）、總淀粉酶（total amylase）、中性轉(zhuǎn)化酶（neutral invertase，NI）活性，丙二醛（malondialdehyde，MDA）、過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）含量，測定方法參照文獻(xiàn)[10]進(jìn)行。

1.3.6 ?化學(xué)成分 ?上部葉采收后，在常規(guī)密集烤房內(nèi)采用常規(guī)三段式烘烤[12]，烤后隨機(jī)取B2F等級煙葉3片進(jìn)行制樣測定。煙堿、總糖、還原糖含量按照YC/T 159～160—2002煙草及煙草制品化學(xué)成分連續(xù)流動法測定。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過Microsoft Office Excel 2016和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan法。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?保水劑用量對土壤水分含量的影響

由表1可知，伸根期、旺長期T1、T2、T3處理根系5 cm、10 cm處土壤水分均高于CK，水分含量關(guān)系為T3>T2>T1>CK且T3處理顯著高于CK。伸根期、旺長期、上部葉成熟期的土壤根系5 cm處水分含量較對照相比分別增加了38.7%、20.4%、29.8%，10 cm處水分含量分別增加了35.5%、17%、23.3%。由此可知，施用保水劑可以提高土壤含水量，本試驗(yàn)中以T3處理保水效果最優(yōu)。

2.2 ?保水劑用量對上部葉生長的影響

由表2可知，施用保水劑有利于增加上部葉葉面積，T3處理相較于CK顯著增加23.7%，其余處理無顯著差異。此外，與CK相比，施用保水劑可降低上部葉長寬比，且T3處理差異顯著，可見增加土壤水分含量有利于煙草上部葉的開片。

2.3 ?保水劑用量對煙株根系活力的影響

由表3可知，伸根期各處理煙株根系活力關(guān)系為T3>T2>T1>CK，且T2、T3處理根系活力顯著高于CK。旺長期各處理根系活力均高于CK但差異不顯著。與CK相比，成熟期T1、T2、T3處理根系活力均有提高且T2、T3處理差異顯著，T3處理根系活力最高。說明增施保水劑可以提高伸根期煙株根系活力，促進(jìn)根系的生長發(fā)育，以T3處理最優(yōu)。

2.4 ?保水劑用量對上部葉光合參數(shù)的影響

由表4可知，隨著保水劑用量的提高，上部葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率不斷提升，胞間CO2濃度則呈下降趨勢。T1、T2、T3處理之間差異不顯著，但變化趨勢一致。與CK相比，T2、T3處理顯著增加上部葉凈光合速率和蒸騰速率，分別增加38.21%、61.04%，32.48%、57.32%。此外，T3處理較CK顯著增加上部葉氣孔導(dǎo)度，降低胞間CO2濃度。綜合來看，施用保水劑改善了上部葉光合特性，有利于干物質(zhì)的積累，其中以T3處理最優(yōu)。

2.5 ?保水劑用量對上部葉碳氮代謝的影響

NR是植株氮代謝的關(guān)鍵酶，反映了氮代謝水平。由表5可知，隨著保水劑施用量的增加，NR酶活性呈上升的趨勢。與CK相比，T3顯著提高NR酶活性，T1、T2差異不顯著。說明施用4 g/株劑量的保水劑可以提升上部葉NR酶活性，增加氮代謝。與CK相比，各處理均可提高α淀粉酶、β淀粉酶、總淀粉酶、NI酶活性和蔗糖含量，且T3處理差異顯著，說明增施保水劑可以提高上部葉碳代謝相關(guān)酶活性。同時(shí)，隨著保水劑施用量的增加，上部葉中蛋白質(zhì)含量減少，且T2、T3處理較CK差異顯著。綜合來看，施加保水劑改善了煙葉品質(zhì)，以T3處理效果最優(yōu)。

2.6 ?保水劑用量對上部葉衰老相關(guān)生理指標(biāo)的影響

由表6可知，施用保水劑對煙葉采收時(shí)上部葉衰老相關(guān)生理指標(biāo)均具有顯著影響。與CK相比，T2、T3處理顯著提升SOD酶活性;各處理POD、CAT酶活性均高于CK，且T3處理差異顯著。此外，上部葉中MDA、H2O2含量均為T3

2.7 ?保水劑用量對上部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

由表7可以看出，施用保水劑可降低上部葉煙堿含量，提高還原糖含量，協(xié)調(diào)糖堿比。與CK相比，各處理煙堿含量T3T2>T1>CK，其中T2、T3處理還原糖含量顯著高于CK，而總糖含量各處理間差異不顯著。糖堿比大小為T3>T2>T1>CK，且T3差異顯著。

2.8 ?保水劑用量對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表8可以看出，施用保水劑可顯著提升煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值，對煙葉均價(jià)和上等煙率均有顯著影響。其中，T3處理產(chǎn)量顯著高于CK，為202.33 kg/667 m2，且各處理中T3產(chǎn)值最高，高出CK處理32.9%，上等煙率達(dá)到43.46%。綜上，施加保水劑可顯著提升煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值，本試驗(yàn)中以T3處理效果最優(yōu)。

3 ?討 ?論

煙株根系活力的強(qiáng)弱依賴于其根系所處的土壤水分環(huán)境[13]。本試驗(yàn)表明，施用保水劑可以提高土壤含水量，進(jìn)而提高煙株根系活力，這與劉毅等[14]、楊永輝等[15]的研究結(jié)果一致。上部葉片較厚、窄，結(jié)構(gòu)較為致密的特點(diǎn)對上部煙葉工業(yè)可用性產(chǎn)生了不利的影響[16]，而本研究中施用保水劑的處理上部葉葉面積增加，長寬比減小，開片效果得到優(yōu)化。

研究發(fā)現(xiàn)，保水劑能夠促進(jìn)煙株生長，改善煙葉化學(xué)成分，提升煙葉品質(zhì)[17]。本試驗(yàn)表明，施用保水劑可以提高上部葉凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，降低胞間CO2濃度，改善了上部葉光合特性，為干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)化奠定了基礎(chǔ)，這與陳振國等[5]的研究結(jié)果相一致。

前人研究表明，保水劑對植物碳氮代謝等多種生理過程均有影響，羅云美[18]及楊杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)施加保水劑顯著影響高羊茅、馬鈴薯葉片中保護(hù)酶活性和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物含量。本研究結(jié)果表明，施用保水劑提高了上部葉抗氧化性酶活性，降低MDA、H2O2含量，有效控制了細(xì)胞脂膜的過氧化，有利于維持細(xì)胞的穩(wěn)定性，為上部葉的發(fā)育奠定了基礎(chǔ)[20]。此外，施用保水劑提高了上部葉NR、NI、淀粉酶活性，有效提升了上部葉的碳氮代謝效率，利于物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使烤后上部葉煙堿含量降低，還原糖含量增加，糖堿比得到改善，化學(xué)成分協(xié)調(diào)。同時(shí)，施用保水劑顯著提升了煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值，提高了均價(jià)和收購上等煙率，改善了整株的經(jīng)濟(jì)性狀。在本試驗(yàn)中，以保水劑施用量為4 g/株時(shí)效果最優(yōu)。前人研究表明，保水劑的使用能夠顯著影響土壤的理化性質(zhì)，保水劑吸水后其周圍的理化環(huán)境發(fā)生改變，從而引起生化性質(zhì)的變化[21]，但長期施用保水劑對土壤環(huán)境的影響有待于進(jìn)一步研究。

4 ?結(jié) ?論

施用保水劑可以增加土壤水分含量，提升煙株根系活力，促進(jìn)煙葉光合作用，增加上部葉葉面積，優(yōu)化長寬比，促進(jìn)上部葉開片;同時(shí)提升煙葉的碳氮代謝效率，增加還原糖含量，降低煙堿含量，糖堿比趨于協(xié)調(diào)，改善了上部葉的烤后質(zhì)量，提高了整株煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值，提升了上部葉的可用性。在本試驗(yàn)中以施用量為4 g/株時(shí)效果最好。但是，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的保水劑用量梯度無法探究出對上部葉發(fā)育最有利的用量上限，說明該用量梯度有待進(jìn)一步改善。

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