不同育苗基質(zhì)配方對煙苗生長及若干生理代謝的影響

白 霜,平原野,曾文龍,蔡海洋*

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,福建 福州 350000;2.福建省龍巖煙草公司,福建 龍巖 364000)

在煙葉的生產(chǎn)過程中最基礎(chǔ)最重要的一步就是育苗工作,而育苗成功的關(guān)鍵就在于栽培基質(zhì)[1-3]。自我國大力推廣烤煙濕潤育苗技術(shù)以來,對育苗基質(zhì)的數(shù)量要求也不斷擴大[4]。在煙苗的生長過程中,育苗基質(zhì)不僅可以固定煙苗,同時還可為煙苗提供必要的水分和營養(yǎng)物質(zhì),因此優(yōu)良的育苗基質(zhì)決定了所育煙苗的品質(zhì)。然而,在推廣漂浮育苗過程中仍然存在一些缺陷,如育苗成本高、對干旱脅迫的抗性差以及苗期長等問題[5-7],因此,挑選出價格低廉、來源容易、性能優(yōu)良并滿足環(huán)保要求的育苗基質(zhì),已成為當(dāng)今基質(zhì)研究的熱點[8-14]。

當(dāng)前龍巖煙區(qū)采用的育苗基質(zhì)是炭化谷殼型基質(zhì)(炭化谷殼+紅泥土),其環(huán)保廉價且通透性好,但是在實際應(yīng)用中炭化谷殼易碎,顆粒小,使得基質(zhì)通透性降低,進而影響烤煙種子的萌發(fā)和幼苗的生長[15-17]。本次研究以龍巖市現(xiàn)有的基質(zhì)配方為基礎(chǔ),并借鑒前人在基質(zhì)配方技術(shù)方面的研究成果,選擇龍巖煙區(qū)價格低廉、取材容易的炭化谷殼、膨脹珍珠巖、炭化竹屑、椰糠(廣東)、炭化木屑、椰糠(海南)、炭化煙稈和紅泥土等材料,研究了不同基質(zhì)配方(體積比)對煙苗生長情況的影響,以期選擇出適合龍巖煙區(qū)煙苗生長的最佳基質(zhì)配方,為龍巖煙區(qū)烤煙育苗技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為云煙87,包衣種子和營養(yǎng)液由福建省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所龍巖分所提供;育苗盤選用江西尋烏福華秧盤廠生產(chǎn)的100孔的塑料托盤(規(guī)格為60.0 cm×33.5 cm)。

1.2 試驗設(shè)計

烤煙育苗培育試驗于福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院盆栽房進行。以龍巖市目前常規(guī)生產(chǎn)使用的基質(zhì)配方為對照(CK),選用8種基質(zhì)材料并且按照不同的體積比配組得16個配方處理(C1～C16處理)(表1)。采用濕潤育苗方法進行育苗操作,將配得的基質(zhì)裝進塑料托盤并放入育苗池中。每個處理重復(fù)3次,共51盤。為了保證全盤烤煙種子出苗一致,每孔播種兩顆包衣種子,以便進行間苗和定苗工作。營養(yǎng)池水位高度在整個育苗期間保持在8 cm左右；共施肥4次。分別于烤煙種子播種45 d(出苗)和62 d(成苗)后測定各處理煙苗的養(yǎng)分(氮、磷和鉀)含量,于播種62 d(成苗)后測定煙苗根系生長狀況；在烤煙種子出苗40 d后和移栽前,取出整株煙苗測定生理生化指標(biāo)(包括葉綠素含量、根系活力和酶活性)。

表1 烤煙育苗基質(zhì)材料配方(體積比)處理設(shè)置

1.3 測定方法

依據(jù)煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法YC/T 142─1998(國家煙草專賣局，1998), 用卷尺測量烤煙的莖高、莖粗等地上部分農(nóng)藝性狀。使用H2SO4-H2O2消煮法,分別采用釩鉬黃比色法、凱氏定氮法和火焰光度計法測定煙葉的全磷、全氮和全鉀含量。采用丙酮提取煙苗葉片的葉綠素,并用UV-1801型紫外分光光度計(北京瑞利分析儀器有限責(zé)任公司)測定其含量。采用根系掃描儀測定煙根的總表面積、總體積和總根長。采用氯化三苯基四氮唑法測定根系活力。依照試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)說明書中的方法測定煙葉的超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用SPSS 19、Microsoft Excel軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)配方對烤煙種子出苗率及煙苗生育進程的影響

不同基質(zhì)配方的物理化學(xué)性狀不同,對烤煙種子的出苗率會產(chǎn)生一定的影響。從圖1可以看出：在17個基質(zhì)配方處理中,以C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的烤煙種子出苗率居前2位,分別達92.63%、92.85%; C16處理(炭化谷殼∶椰糠(廣東)∶紅泥土=4∶4∶2)的烤煙種子出苗率最低,僅78.34 %；對照CK(炭化谷殼∶膨脹珍珠巖∶紅泥土=4∶2∶4)的出苗率為85.67%；C2、C3、C4、C7、C13、C14、C15和C16處理的烤煙種子出苗率明顯低于CK,低3.00～7.33個百分點；C5、C6、C8、C9、C10、C11和C12處理的出苗率均大于85.67%,高于CK。本試驗結(jié)果說明,炭化木屑∶紅泥土=6∶4、炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的基質(zhì)配方有利于烤煙種子的萌發(fā)和出苗。

圖1 不同基質(zhì)配方對烤煙種子出苗率的影響

從表2可以看出：C1、C5、C10和C12處理的出苗時間較早,比CK均提前了2 d,可見在育苗基質(zhì)中加入一定比例的生物質(zhì)炭可以促進煙苗種子的萌發(fā)；其余處理的出苗時間均晚于CK,其中C2、C3處理的出苗較晚,比CK晚3～4 d；從出苗到小十字期期間,C15處理煙苗的生長速度最快，歷時只有7 d; C5、C12處理的煙苗生育期最短,與CK相比縮短了1 d?？梢?炭化谷殼∶紅泥土=6∶4、炭化木屑∶紅泥土=6∶4和炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的基質(zhì)配方可以促進烤煙種子的萌發(fā),但對煙苗整體生長期的影響較小。

表2 不同基質(zhì)配方對煙苗生長期的影響

2.2 不同基質(zhì)配方對煙苗農(nóng)藝性狀的影響

在播種60 d后對煙苗的農(nóng)藝性狀進行測定,結(jié)果如表3所示,C12處理的煙苗植株最高,為 33.47 cm,明顯高于CK；C2處理的煙苗植株最矮,為17.00 cm;不同處理煙苗的莖高表現(xiàn)為C11>C9>C10>C5>C12>C4>C15>C1>CK;在莖圍方面各處理與CK相比差異不顯著;在有效葉片數(shù)方面，C5、C12處理顯著高于CK,但在其余各處理間差異不顯著。總體來看，C5、C11以及C12處理的各項農(nóng)藝性狀均高于CK,C2處理的各項農(nóng)藝性狀分別比CK低19.80%、45.00%、34.58%。因此C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C11(炭化煙稈∶紅泥土=6∶4)、C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的煙苗素質(zhì)較好,苗高、莖高較高,莖圍較粗,煙苗生長發(fā)育良好。

表3 不同處理在播種后60 d的煙苗農(nóng)藝性狀

2.3 不同基質(zhì)配方對煙苗根系生長的影響

植物的健壯生長與根系發(fā)達緊密相關(guān),而根系的健康狀況可以由根系的形態(tài)特征直觀表現(xiàn)出來[18]。評價煙苗根系生長的重要指標(biāo)有總根長、分支數(shù)、根體積等。由表4可知,與CK相比,除總根體積外,各處理的總根表面積、總根長和分支數(shù)均有不同程度的增加,其中,C11處理的總根表面積最大,為82.35 cm2；C5處理的總根體積最高,達到0.96 cm3；平均根直徑最大的是C11和C12處理,均為0.40 mm；總根長最長的是C10處理,為818.79 cm,比CK長210.59%；分支數(shù)最多的是C12處理,比CK多159.54%；C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的總根表面積、總根體積、總根長和分支數(shù)較CK分別提高了195.33%、146.34%、215.00%和159.54%,顯著高于CK。從總體來看,在各個育苗基質(zhì)上煙株根系均比CK更加健壯與發(fā)達,說明對現(xiàn)有基質(zhì)進行合理調(diào)整可以促進煙苗根系的生長。

表4 不同基質(zhì)配方處理對煙草根系參數(shù)的影響

2.4 不同基質(zhì)配方對煙苗生物量的影響

煙苗的地上部和地下部生物量可以反映煙苗的生長勢,是煙苗素質(zhì)優(yōu)劣的重要表現(xiàn)[19]。從表5可以看出：在播種45 d后, C5處理煙苗的地上部鮮重和干重均最高,分別比CK高55.51%、74.37%；C7處理煙苗的地上部鮮重和干重均最低,分別比CK降低了90.81%、160.00%;C4處理煙苗的地下部鮮重最高,達到0.380 g,但與CK差異不顯著；C11的地下部干重最高,為0.034 g,但也與CK沒有顯著性差異。

表5 烤煙種子播后45 d的煙苗生物量 g/株

由表6可知：在播種60 d后,C12處理煙苗的地上部和地下部鮮干重均為最高；同時處理C4、C5、C9、C10和C11的煙苗依舊保持著較強的生長勢,尤其是C12處理,與播種后45 d相比其生物量增加了93.67%,增長幅度最大;C10、C11和C12的地下部干重和鮮重均顯著高于CK的?？偟膩碚f。C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)處理的煙苗在整個生長期都表現(xiàn)出了良好的生長勢。

表6 烤煙種子播后60 d的煙苗生物量 g/株

2.5 不同基質(zhì)配方對煙苗氮、磷、鉀含量的影響

氮元素是烤煙體內(nèi)蛋白質(zhì)、酶、葉綠素、煙堿和各種氨基酸等有機化合物的組成成分;磷元素是烤煙中一系列重要化合物的組成成分,并且維持細胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,是植物細胞分裂和能量代謝的必需元素;煙葉的含鉀量是評價其品質(zhì)的重要指標(biāo)之一;鉀元素在植株體內(nèi)起著維持細胞膨壓、促進生長和光合作用等重要作用,并且可以增強對低溫、干旱、鹽堿和病蟲害的抗性。由表7可知：在播種45 d和62 d后,煙苗氮含量均維持在2.50%～4.26%；在播種后62 d時，C5處理煙苗的氮含量最高,為4.07%,較45 d時有所降低,而C10處理的氮含量最低,為3.02%,較45 d時有所提高。C9和C10處理的磷含量較高,在播種后45 d時比CK分別高137.93%、56.90%,在播種后62 d時比CK分別高67.44%、9.30%,表明C9和C10處理相比于其他處理更有利于磷的積累。在播種后45 d時C10處理的鉀含量最大,達4.27%,C8處理的鉀含量最低，僅有3.16%;在播種后62 d時C13處理的鉀含量最高,達到4.16%,其次是C11和C10,分別為4.06%和4.07%,而C7處理的鉀含量最低，只有3.37%?？傮w來看,C10(炭化煙稈∶紅泥土=7∶3)可以提高基質(zhì)中的氮磷鉀含量,改善基質(zhì)理化性質(zhì),從而改良煙株的生長環(huán)境。

表7 不同基質(zhì)配方對煙苗氮、磷、鉀含量的影響

2.6 不同基質(zhì)配方對煙苗葉片葉綠素含量及根系活力的影響

葉綠素是植物進行光合作用的基礎(chǔ),其結(jié)構(gòu)和含量會直接影響作物葉片的光合速率[20,21]。煙苗根系活力是衡量幼苗是否健壯和根系吸收能力的重要指標(biāo)之一,同時也是衡量植株是否具有較強的潛在生長能力的標(biāo)準(zhǔn)之一。從表8可以看出,除C10、C11、C12處理外,其他處理煙苗葉片的葉綠素含量均低于CK；C12處理的葉綠素含量最高,比對照CK高出7.41%,差異達到了顯著水平;C3處理的葉綠素含量和根系活力均最低,分別僅為1.194 mg/g、453.39 μg/(g·h),分別比CK低21.65%、19.36%?？傮w來看,處理C12在試驗中表現(xiàn)較好,處理C3則不能很好地支撐煙苗后續(xù)生長發(fā)育的進行。

表8 不同基質(zhì)配方對煙苗葉綠素含量和根系活力的影響

2.7 不同基質(zhì)配方對煙苗酶活性的影響

在成苗期對各個處理煙苗素質(zhì)測定的結(jié)果表明C1、C4、C5、C9、C10、C11、C12和C15處理在各個方面均優(yōu)于CK,因此對這8個處理煙苗的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量進行檢測,并與CK對比，結(jié)果如圖2所示。

SOD是可以顯示植物生理狀況的一種保護酶,其活性與植物的抗逆性息息相關(guān),反映植物的生長狀態(tài)[22-24]。由圖a可知：C12處理的SOD活性最高,達298.97 U/(min·g FW)；其次是C4、C5和C10處理；而C9處理的SOD活性最低,比CK降低了10%。處理C12、C4和C5均加入了適量體積的炭化煙稈和炭化木屑，提升了煙苗清除活性氧自由基的能力，促進了煙苗抵御不良環(huán)境的能力；而加入過多椰糠(海南)的處理則會促進煙苗葉片膜脂過氧化作用,導(dǎo)致煙株抗衰老的能力下降。

POD屬于血紅蛋白酶,是廣泛存在于植物體內(nèi)的活性較高的一種酶,其與呼吸作用、光合作用和生長素的氧化都有關(guān)系。CAT活性與植物的抗逆性呈正相關(guān)。這兩種酶在烤煙遭受逆境脅迫時均能清出煙株體內(nèi)過量的AOS,從而維持煙株的代謝平衡,在一定程度上可以讓煙株抵御和忍受逆境脅迫,因此兩者的活性均可以反映煙株的抗逆性強弱[25-26]。本試驗結(jié)果(見圖2b和圖2c)表明：C12處理的POD、CAT活性均最高,相較于CK分別增加了10%、8%；C9處理的POD、CAT活性均最低,與CK相比均降低了13%；C1和C11處理的CAT活性與CK無明顯差別。說明采用炭化煙稈∶紅泥土=5∶5的栽培基質(zhì)可以提升煙苗的抗逆性。

MDA是植物在逆境環(huán)境下或器官開始衰老時發(fā)生膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物之一,其含量的高低可反映植物遭受逆境的傷害程度。如圖2d所示,C9處理的MDA含量最高,比CK提高了20%；C11處理次之,表明C9、C11處理的煙苗受逆境傷害較為嚴(yán)重；C5處理的MDA含量最低且顯著低于CK,表明采用炭化木屑∶紅泥土=6∶4的基質(zhì)可以降低煙葉細胞膜脂的過氧化程度,使煙株在逆境條件下反應(yīng)較弱。

3 結(jié)論與討論

眾多研究表明向土壤中加入適量的生物質(zhì)炭可以修復(fù)土壤炭骨架,為植株生長提供充足的養(yǎng)分。在本研究中，C5、C10和C12處理在煙苗性狀和生理代謝方面均表現(xiàn)優(yōu)良,可能與這幾種基質(zhì)含有一定體積的炭化木屑或炭化煙稈有關(guān)。生物質(zhì)炭可以促進土壤微生物的生長和繁衍,從而提高微生物對基質(zhì)的利用效率和呼吸代謝,增強土壤肥力,促進煙株根系的發(fā)育,所以在本研究中向育苗基質(zhì)加入一定體積的生物質(zhì)炭可以顯著提高煙苗的總根表面積、總根長以及分支數(shù)。本研究還發(fā)現(xiàn)：C12處理煙苗的葉片葉綠素含量和根系活力均最高；C5、C10和C12處理煙苗的SOD、POD、CAT均表現(xiàn)出較高的活性,而C9處理的SOD、POD、CAT活性以及MDA含量均低于CK。本研究結(jié)果還表明,在基質(zhì)配方中加入適當(dāng)體積比的紅泥土可以提高基質(zhì)的保水性,確保烤煙育苗時所需的水分；但在育苗基質(zhì)中紅泥土占比過多(C14、C16)或過少(C3、C9)均對煙苗發(fā)育有阻礙作用,甚至?xí)?dǎo)致煙苗死亡。

由于炭化谷殼顆粒小,易碎,作為育苗基質(zhì)成分時通透性不好,從而影響煙株的生長發(fā)育；而炭化煙稈結(jié)構(gòu)較堅硬耐壓,物理性質(zhì)更穩(wěn)定,可以促進植株的生長發(fā)育,所以C4、C6、C13、C15、C16處理基質(zhì)雖然也含有一定體積的生物質(zhì)炭,但是對煙苗的各項指標(biāo)并沒有明顯改善。

綜上所述,炭化木屑和炭化煙稈是適合龍巖地區(qū)烤煙育苗的基質(zhì)材料,其與紅泥土適當(dāng)配比得到的基質(zhì)配方C5、C10和C12處理可以提高烤煙的出苗率,提高煙苗的地上部農(nóng)藝性狀和生物量，增強煙株的根系活力,提高煙苗的酶活性,促進煙株的健康生長。因此C5(炭化木屑∶紅泥土=6∶4)、C10(炭化煙稈∶紅泥土=7∶3)和C12(炭化煙稈∶紅泥土=5∶5)是適合龍巖烤煙幼苗生長的最佳配方。