曾宇，葉協(xié)鋒，符云鵬，閆伸，曹曉濤，頓松陽，李建華，劉國順

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州 450002；

2 許昌市煙草公司襄城縣分公司,襄城 461700；

3 河南省煙草公司許昌市公司,許昌 461000

施加腐熟小麥秸稈對土壤容重及烤煙根系生長的影響

曾宇1，葉協(xié)鋒1，符云鵬1，閆伸1，曹曉濤2，頓松陽2，李建華3，劉國順1

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院,鄭州 450002；

2 許昌市煙草公司襄城縣分公司,襄城 461700；

3 河南省煙草公司許昌市公司,許昌 461000

以豫中煙區(qū)主栽品種中煙100為試驗(yàn)材料,通過大田試驗(yàn)研究了腐熟小麥秸稈用量對煙田土壤容重及烤煙根系生長分布的影響。結(jié)果表明：（1）添加腐熟的小麥秸稈可以有效降低土壤容重,增加土壤持水能力,且隨著秸稈用量的增加土壤容重呈降低趨勢。（2）煙草根系在水平方向上主要集中在距離莖基部0～10 cm的土層中,垂直方向上主要集中在距離莖基部0～30 cm的土層中。根干重和根體積在移栽后40～60 d和70～90 d增加速度最快；打頂可以有效促進(jìn)垂直方向上10～30 cm處根系生長；添加秸稈不能改變煙草根系的總體分布,但可以有效促進(jìn)各土層根系的發(fā)育狀況,尤其對垂直方向20～30 cm、水平方向0～10 cm處的土層根系生長有明顯的促進(jìn)作用。（3）在移栽后60 d以前,隨著秸稈用量的增加,根冠比也隨之增加。從根系的指標(biāo)來看,腐熟小麥秸稈的適宜用量在6000～9000 kg/hm2之間。

小麥秸稈；土壤容重； 烤煙；根系發(fā)育；根冠比

近年來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于不合理的農(nóng)作措施和大量施用化學(xué)肥料,造成土壤物理性狀劣化,土壤肥力衰退[1]。尤其在我國部分示范區(qū)有一定的機(jī)械化生產(chǎn)基礎(chǔ),耕整地、播種、施肥、收割均采用小型拖拉機(jī)配套農(nóng)機(jī)具作業(yè),使耕作層變淺,犁底層堅(jiān)硬,土壤容重增加,土壤變得板結(jié)堅(jiān)硬,耕層的有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分不易向深土層滲入,這樣使深層土壤中有機(jī)質(zhì)含量下降,并阻礙了煙草根系生長。根系是植物重要的器官,它影響著植物對土壤養(yǎng)分和水分的吸收[2]。王志進(jìn)、朱建華[3]等提出耕地應(yīng)多施有機(jī)肥,由于耕層有機(jī)肥投入量的逐年減少,土壤中的有機(jī)質(zhì)得不到歸還,土壤容重增大,肥力逐漸下降。許多年來,不少學(xué)者對多種作物的根系構(gòu)型、動(dòng)態(tài)建成規(guī)律以及不同根群的功能及調(diào)控技術(shù)及煙草根系的生長規(guī)律等方面進(jìn)行了研究[4-13],然而關(guān)于土壤容重對煙草根系的生長及其分布的研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)通過添加腐熟小麥秸稈來調(diào)節(jié)煙田土壤容重,采用掘根法對烤煙根系的生長分布進(jìn)行研究,旨在通過降低土壤容重,進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)根系發(fā)育的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用大田原位觀察法,于2012年在許昌襄城縣進(jìn)行。供試品種為中煙100,土壤類型為黃褐土,5月3日移栽,株行距55 cm×110 cm,耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量為12.80 g/kg,速效氮為53.30 mg/kg,速效磷為 6.20 mg/kg,速效鉀為 101.00 mg/kg。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理,對照CK按當(dāng)?shù)卣Ｊ┓?；處理T1在對照的基礎(chǔ)上施用腐熟小麥秸稈3000 kg/hm2；處理T2在對照的基礎(chǔ)上施用腐熟小麥秸稈6000 kg/hm2；處理T3在對照的基礎(chǔ)上施用腐熟小麥秸稈9000 kg/hm2。每個(gè)處理0.02 hm2,重復(fù)3次。大田管理采用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行管理。

1.2 測定項(xiàng)目與方法

1.2.1 土壤容重及含水率 移栽當(dāng)天及移栽后20～90 d,每隔10 d測定不同處理耕層土壤容重和含水率。土壤容重采用環(huán)刀法測定[14]；土壤含水率采用烘干法測定[14]。

1.2.2 根系發(fā)育 于移栽后30 d開始,每隔10 d測定煙株根系生長情況,包括根干重、根長、根體積、根系分布。每次測定時(shí),各處理選具有代表性的煙株3株測定根系分布,取樣方法為以主莖基部為原點(diǎn),水平（取距離主莖基部0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm）和垂直（取距離主莖基部0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm）切出剖面,取出根系,沖凈泥土,測定每個(gè)采樣區(qū)的根系干重。根長、根體積測量時(shí),每處理取代表性煙株3株,將根系用清水沖洗干凈后,先測量最大根長,然后用排水法測量根系體積。

1.2.3 干物質(zhì)積累 于移栽后30～90 d,每隔10 d在各個(gè)處理取長勢較為一致的煙株,根、莖、葉分別在105 ℃下殺青30 min,60 ℃烘干至恒重,稱干物質(zhì)重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和SPSSl7.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈用量對耕層土壤 容重及含水率的影響

由表1可知,在各測定時(shí)期,施用秸稈處理均降低了耕層土壤容重,且多數(shù)測定時(shí)期施用秸稈處理與對照之間土壤容重的差異達(dá)到顯著或極顯著水平。在移栽30 d之后,隨秸稈用量的增加,土壤容重呈降低趨勢。表1表明,煙田施用腐熟小麥秸稈可以提高土壤的保水性能,且隨秸稈用量增加土壤含水率呈增加趨勢,尤其在嚴(yán)重干旱的時(shí)期如移栽后40 d時(shí),施用秸稈處理與對照之間土壤含水率的差異性均達(dá)到極顯著水平。

2.2 烤煙根系最大根長動(dòng)態(tài)變化及模型構(gòu)建

由圖1可知,在生長過程中,各處理最大根長持續(xù)增加,且均可以用對數(shù)函數(shù)y=b0·b1㏑（x）進(jìn)行模擬,不同處理的參數(shù)b0和b1不同。移栽后30～60 d根系的長度大幅度增加,各處理之間T2、T3均大于T1,T1大于CK,T2、T3之間無明顯差異。結(jié)合表1可知,容重高的土壤,烤煙根系長度受阻,這是因?yàn)橥寥廊葜卦龃?土壤的堅(jiān)硬度也越大,對根系的生長穿插阻力增大, 阻礙了根系的生長。

圖1 烤煙根系最大根長的變化及曲線擬合Fig.1 Curve fitting and changes of maximum root length of fluecured tobacco

2.3 施加秸稈對烤煙根系總干重變化的影響

如圖2和圖3所示,在烤煙大田生長過程中,總根干重持續(xù)增加,根干重的增加有兩個(gè)高峰期,即移栽后50～60 d、70～80 d,且第二高峰的增長速率明顯高于第一高峰期,這與黃澤春[15]的研究結(jié)果相符。移栽后80～90 d煙株根系增長緩慢,處理間根干重的變化表現(xiàn)為 T3＞T2＞T1＞CK。

圖2 烤煙根系總根干重的變化Fig.2 Changes of total dry weight of flue-cured tobacco root

圖3 烤煙根系根干重增長率的變化Fig.3 Growth rate changes of root dry weight of flue-cured tobacco

2.4 施加秸稈對烤煙根體積動(dòng)態(tài)變化的影響

由圖4可知,烤煙在大田生長過程中根體積快速增加,根體積的增長速率除CK外均有兩個(gè)高峰期,即移栽后50～60 d和80～90 d,這與根長、根干重的增長基本相一致,只是第二個(gè)高峰期出現(xiàn)的時(shí)間稍晚,這可能是由于取樣的不同,也可能是由于CK處理后期根系老化、根活力下降導(dǎo)致根體積增加幅度較小,而施用腐熟小麥秸稈的處理由于根系活力仍然較強(qiáng),能夠從土壤中吸收較多的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)等物質(zhì)促進(jìn)地上部葉片物質(zhì)積累,使得根系獲得較多的光合產(chǎn)物繼續(xù)保持體積快速增長狀態(tài)。

圖4 烤煙根系體積的變化Fig.4 Volume changes of flue-cured tobacco root

2.5 烤煙根系時(shí)空分布變化

2.5.1 垂直方向烤煙根系時(shí)空分布變化

結(jié)合圖2與表2的數(shù)據(jù),可以得出烤煙在垂直方向上的根系主要集中在0～30cm處, 0～10 cm處的根系在移栽后30～60 d,70～80 d快速增加,其它時(shí)期增長緩慢,各處理間表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK；垂直方向上10～20 cm的根系在移栽后50～60 d、70～80 d增長速度較快,80～90 d基本不再增加,各處理間表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK。垂直方向上20～30 cm的根系在70～80 d增長幅度較大,各處理間在移栽后 30 ～ 70 d 表現(xiàn)為 T2＞T3＞T1＞CK,移栽后 80 ～ 90 d 表現(xiàn)為 T3＞T2＞T1＞CK。垂直方向上30～40 cm處在移栽后40 d之前僅有極少量的根系,40 d以后根系快速增加, 70～90 d保持較高的增長速率；該層次根系干重在移栽后70 d之前表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK,70 d 之后表現(xiàn)為 T2＞T3＞T1＞CK。經(jīng)擬合,0～10 cm土層中根系干重均符合“S”型曲線變化,10～20 cm土層中的根系生物量均符合冪函數(shù)增長曲線,20～30 cm土層中的根干重也符合“S”型曲線變化,30～40 cm的根干重均可以用線性函數(shù)和二次函數(shù)經(jīng)行擬合,但不同處理的b值不同,這表明在煙田施用腐熟麥秸稈不能夠改變煙草的根系生長的生長曲線,但可以有效的調(diào)節(jié)根系在土壤中的發(fā)育。

表2 垂直方向上各層次根系生物量占總根系生物量的比重分布Tab.2 Root biomass ratio at different height in vertical direction

由表2可以看出,各處理移栽后50 d之前,垂直方向上0～20 cm的根系生物量占總根系生物量的比重很大。在60 d之后,垂直方向上0～10 cm的根系生物量在總根系生物量的比重逐漸減小,而10～30 cm處的根系生物量在總根系生物量中占主要地位,30～40 cm的根系生物量占總根系生物量的比例依然很小,但較60天以前的比值來看已有大幅度的增加,這表明在煙葉大田生長過程中,打頂能夠有效的促進(jìn)下層根系的生長發(fā)育,對提高煙葉品質(zhì)有著積極意義。

由表2還可以看出,試驗(yàn)各處理垂直方向上20～30 cm的根系生物量在總根系生物量的比重基本表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK,這表明在大田中添加腐熟的秸稈可有效的促進(jìn)烤煙根系下扎,使其吸收更多的礦質(zhì)營養(yǎng)元素和水分。

2.5.2 水平方向烤煙根系時(shí)空分布變化

由圖5-7可知,烤煙在水平方向的根系主要集中在0～10 cm處,隨著大田生育期的延伸,水平方向上0～10 cm處的根干重基本呈直線增加,處理間表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK；10～20 cm處的根干重在移栽后80 d之前持續(xù)增加,全生育期中這一層的根系的增長高峰在移栽后50～80 d之間,移栽后80～90 d這一層的根系幾乎不再增加,處理間基本表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK；20～30 cm處,在移栽后30 d僅有T3出現(xiàn)了極為少量的根系,其他處理均未有根系發(fā)生,從移栽后40d開始根系逐漸增加,其中在移栽后50～80 d根系增加速度較快,在移栽后80～90 d除T3的根系保持增加以外其余各處理可能由于根系的老化等因素均出現(xiàn)明顯的負(fù)增長。

圖5 水平方向上距離莖基部0～10 cm的根系發(fā)育狀況Fig.5 Root growth status in areas 0-10cm away from stem in horizontal direction

圖6 水平方向上距離莖基部10～20 cm的根系發(fā)育狀況Fig.6 Root growth status in areas 10-20cm away from stem in horizontal direction

圖7 水平方向上距離莖基部20～30 cm的根系發(fā)育狀況Fig.7 Root growth status in areas 20-30cm away from stem in horizontal direction

2.6 施加秸稈對烤煙根冠比動(dòng)態(tài)變化的影響

由表3可以看出烤煙在大田生長期間各處理的根冠比在40～60 d之間急劇增大,即這個(gè)時(shí)期產(chǎn)生了大量的根系,可能與當(dāng)年在移栽后40 d時(shí)土壤干旱刺激了根系的生長有關(guān),這也是植物對環(huán)境適應(yīng)性的一種表現(xiàn),這時(shí)期根系的快速增加對于旺長期根系吸收水分和養(yǎng)分供葉片發(fā)育具有重要作用。60～90 d時(shí),根冠比變化較小,這時(shí)期葉片光合產(chǎn)物主要用于地上部分的生長發(fā)育。表3表明,施用秸稈處理除移栽后30 d外均有較高的根冠比,且與對照之間的差異達(dá)到顯著或極顯著的水平,表明煙田施用腐熟秸稈既有利于根系生長,同時(shí)也有利于葉片的生長發(fā)育。

表3 大田生長期間各處理根冠比的變化Tab.3 Changes of root shoot ratio under different treatment

3 討論

容重是土壤的重要物理性質(zhì),主要表現(xiàn)在土壤含水量、通氣性以及礦質(zhì)元素的運(yùn)移等方面[16]。它影響到土壤的孔隙度與孔隙大小分布以及土壤的穿透阻力[17],進(jìn)而影響植物根系的生長。已有研究結(jié)果表明,玉米根干重、根體積、根吸收總表面積、對氮磷鉀的吸收隨土壤容重的增加而降低,土壤酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性隨容重的增加而降低[18]。因此通過調(diào)節(jié)土壤容重能夠在一定程度上達(dá)到促進(jìn)根系發(fā)育的目的。

根系是植物重要的器官,它影響著植物對土壤養(yǎng)分和水分的吸收[2]。而煙草的根系是合成煙堿的主要部位,且對煙葉的產(chǎn)量與品質(zhì)有著重要的調(diào)節(jié)作用。馬新明等[19]研究表明煙草在整個(gè)生育期中的根系生長無論是對生長著的地上部還是烤后煙葉的品質(zhì)都有顯著的相關(guān)性。根系小、分布淺致使煙株發(fā)育不良是我國烤煙生產(chǎn)中普遍存在的問題之一,因此生產(chǎn)上可采取一些積極的農(nóng)藝措施促進(jìn)根系發(fā)育,達(dá)到優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的目的。

根冠比是反映地下部與地上部生長協(xié)調(diào)狀況的重要指標(biāo),是在環(huán)境因素的作用下,經(jīng)作物自我適應(yīng)、自我調(diào)節(jié)后表現(xiàn)出的綜合指標(biāo)。根冠比增加有利于作物的抗旱,然而過分龐大的根系會(huì)影響到地上部的生物學(xué)產(chǎn)量,出現(xiàn)根系冗余。因此,適宜的根冠比可以帶來作物的高產(chǎn)[20]。由于煙草是一種特殊的作物,并非只追求高產(chǎn),更注重的是品質(zhì),因此不能僅依靠根系的指標(biāo)來說明哪個(gè)處理最好。

4 結(jié)論

添加腐熟的小麥秸稈可以有效降低煙田土壤容重,保持土壤水分,秸稈用量在6000～9000 kg/hm2,可以保持較低的土壤容重和較高的土壤含水量。增施秸稈可促進(jìn)烤煙根系發(fā)育,尤其對垂直方向20～30 cm、水平方向0～10 cm處的根干重有明顯的促進(jìn)作用。隨腐熟麥秸稈用量的增加,烤煙根冠比呈增加趨勢,從根系發(fā)育來看,腐熟小麥秸稈的用量在6000～9000 kg/hm2之間較適宜。

[1]駱光林,趙勻,阮俊華,等.農(nóng)業(yè)工程技術(shù)創(chuàng)新與可持續(xù)農(nóng)業(yè)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1999,15(1):22-26.

[2]馬新明,席磊,熊淑萍,等.大田期煙草根系構(gòu)型參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(3):373-376.

[3]王志進(jìn),朱建華.耕地施肥研究[J].土壤肥料,2002,(2):18-21.

[4]廖紅,戈振場,嚴(yán)小龍.水磷耦合脅迫下植物磷吸收的理想根構(gòu)型:模擬與應(yīng)用[J].科學(xué)通報(bào),2001,46(8):641-646.

[5]樊小林,史正軍,吳平.水肥(氮)對水稻根構(gòu)型參數(shù)的影響及其基因型差異[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)·自然科學(xué)版,2002,30(2):1-5.

[6]李鵬,李占斌,郝明德,等.黃土高原天然草地根系主要參數(shù)的分布特征[J].水土保持研 究,2003,10(1):144-146.

[7]孫廣玉,張榮華,黃忠文.大豆根系在土層中分布特點(diǎn)的研究[J].中國油料作物學(xué)報(bào),2002,24(1):45-47.

[8]任安芝,高玉葆,王金龍.不同沙地生境下黃柳(Salix gordejevii)的根系分布和冠層結(jié)構(gòu)特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001,21(3):399-404.

[9]Lynch J P.Root architecture and plant productivity[J].Plant Physiology, 1995, 109:7-13.

[10]楊林波,邵慧芳,章新軍,等.煙草根系研究進(jìn)展[J].煙草科技,2002（10）:45-48.

[11]馬新明,王小純,倪紀(jì)恒,等.不同土壤類型煙草根系發(fā)育特點(diǎn)研究[J].中國煙草學(xué)報(bào),2003,9(1):39-44.

[12]晁逢春,張福鎖,楊宇虹,等.影響煙草根系發(fā)育的幾個(gè)因素探討[J].中國煙草科學(xué),2003,24(2):5-8.

[13]陸秀明,黃慶,劉懷珍,等.華南超級(jí)稻根系特點(diǎn)和根系活力研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2012,28(06):30-34.

[14]南京大學(xué).土壤農(nóng)化分析[M].北京;農(nóng)業(yè)出版社,1986.

[15]黃澤春,屠乃美,朱宗第,等.大田期烤煙根系生長與分布研究[J].中國煙草學(xué)報(bào),2012,18(1):35-39.

[16]鄭存德,依艷麗,張大庚,等.土壤容重對高產(chǎn)玉米根系生長的影響及調(diào)控研究[J].華北 農(nóng)學(xué)報(bào),2012,27(3):142-149.

[17]莊恒揚(yáng),劉世平,沈新平,等.長期少免耕對稻麥產(chǎn)量及土壤有機(jī)質(zhì)與容重的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1999,32(4):39-44.

[18]李卓,吳普特,馮浩,等.容重對水分蓄持能力影響模擬實(shí)驗(yàn)研究[J].土壤學(xué)報(bào),2010,47(4):611-620.

[19]馬新明,劉國順,王小純,等.煙草根系生長發(fā)育與地上部相關(guān)性的研究[J].中國煙草學(xué) 報(bào),2002,3(9):26-29.

[20]武榮,李援農(nóng).水氮耦合對冬小麥根系分布和根冠比及產(chǎn)量的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,44(6):963-967.

Effects of fertilizing rotten wheat straw on soil bulk density and root growth of flue-cured tobacco

ZENG Yu, YE Xiefeng, FU Yunpeng, YAN Shen, CAO Xiaotao, DUN Songyang, LI Jianhua, LIU Guoshun
1 College of Tobacco, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China；
2 Xiangcheng Branch of Xuchang Tobacco Company, Xiangcheng 461700, China；
3 Henan Xuchang Tobacco Company, Xuchang 461000, China

Field experiment was carried out to investigate effect of different rotten wheat straw rates on soil bulk density and root growth distribution of flue-cured tobacco in central Henan province.Results showed that: (1) adding rotten wheat straw can reduce soil bulk density effectively and increase soil water holding capacity and the increased use of rotten wheat straw can result in reduced bulk density.(2) tobacco roots concentrated mainly in the area that 0-10cm away from stem horizontally, and 0-30cm away from stem vertically.The periods when root length and volume increased fastest were 40-60 days and 70-90 days after transplanting.Topping can promote tobacco root growth effectively at 10-30cm depth in vertical direction.Adding different amount of mature wheat straw did not change the overall distribution of tobacco root but can regulate root development status effectively, especially for those 20-30cm away from stem in vertical direction and 0-10cm away from stem in horizontal direction.(3) in the period of 60 days after transplanting, the more rotten wheat straw was applied, the faster the root-shoot ratio increased.The appropriate amount of rotten wheat straw is 6000 -9000kg/hm2.

wheat straw; soil bulk density; flue-cured; root growth; root-shoot ratio

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.03.011

S572.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1004-5708（2014）03-0068-05

中國煙草總公司特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)重大專項(xiàng)“濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)”（Ts-01-2011005）

曾宇（1987—）,在讀碩士研究生,主要從事煙草栽培生理生化研究,Email：zengyu1402@163.com

符云鵬(1964—),教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事煙草栽培生理生化研究,Email：ypfu01@163.com

2013-09-02