鄭亞楠，趙銘欽，賀 凡，單圓圓，毛亞博，康家豪，劉 芳

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聚丙烯酸鹽類改良劑對土壤理化性狀及烤煙根系生長的影響

鄭亞楠，趙銘欽*，賀 凡，單圓圓，毛亞博，康家豪，劉 芳

（河南農(nóng)業(yè)大學煙草學院，鄭州 450002）

為探討聚丙烯酸鹽類土壤改良劑單施和復配作用下的土壤理化性狀及烤煙根系生長變化，采用大田試驗研究了土壤改良劑對植煙土壤肥力、含水量、容重及烤煙根系指標的影響。結(jié)果表明：（1）聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀處理的土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷含量最高，聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀處理的土壤速效鉀含量最高；（2）在提高土壤含水率以及降低土壤容重上，聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀處理效果最好，各土層土壤含水率的提高幅度及容重的降低幅度均表現(xiàn)為20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm；（3）聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀處理的根長、根體積、根干重和根冠比顯著高于其他處理，施用土壤改良劑也明顯提高了20~40 cm土層根系生物量的比重?？偟膩砜?，施用土壤改良劑能改善土壤理化性狀，促進根系生長發(fā)育，以聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀處理效果最佳。

土壤改良劑；烤煙；土壤理化性狀；根系發(fā)育；根冠比

近年來，由于化肥的大量施用和不合理的農(nóng)藝操作，導致土壤耕層變淺，通透性和疏松度變差，元素利用率下降，阻礙了根系的生長[1-3]。土壤狀況是影響煙葉品質(zhì)的重要因素，對煙田土壤的修復及改善一直是煙草大田研究的重中之重[4-5]。施用土壤改良劑能有效促進土壤團粒的形成，降低土壤容重，增加養(yǎng)分含量，從而提高土壤的生產(chǎn)能力[6-8]，影響土壤微生物和土壤酶活性，優(yōu)化根系生長的土壤環(huán)境，進而提高作物產(chǎn)量[9-11]。

煙草研究者在合理施用土壤改良劑改善煙田土壤理化性狀上已取得一定研究成果，王麗麗等[12]、陳釗等[13]、刑世和[14]等研究表明，土壤改良劑作用下，土壤微生物區(qū)系受到影響，病原菌數(shù)量降低；煙葉鎘含量降低，土壤微生物數(shù)量增加，酶活性提高。但目前此方面研究大多集中在單一土壤改良劑對土壤性狀的影響，而改良劑復配對土壤性狀的影響研究較少。因此，本試驗以洛陽植煙土壤為研究對象，結(jié)合當?shù)責焻^(qū)干旱缺水現(xiàn)象，選用抗旱保水型改良劑（聚丙烯酸鹽類土壤改良劑），研究其單施及其復配對植煙土壤理化性狀及根系生長發(fā)育的影響，以期為該區(qū)土壤改良劑合理使用和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在河南洛陽市汝陽縣進行，供試品種為秦煙96，供試土壤為黃褐土。pH為7.45，速效氮含量75.35 mg/kg，速效磷含量5.31 mg/kg，速效鉀含量101.31 mg/kg，有機質(zhì)含量13.37 g/kg。試驗田為肥力均勻、地勢平坦的地塊。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，設6個處理。分別為CK：不施用土壤改良劑（對照）；A1：75 kg/hm2聚丙烯酸鉀；A2：75 kg/hm2聚丙烯酸鉀+150 kg/hm2腐植酸鉀；A3：75 kg/hm2聚丙烯酰胺；A4：75 kg/hm2聚丙烯酰胺+150 kg/hm2腐植酸鉀；A5：150 kg/hm2腐植酸鉀。移栽前將不同土壤改良劑條施于各小區(qū)內(nèi)，常規(guī)施肥以當?shù)氐氖┓仕綖闇剩◤秃戏?5 kg/667m2，生物炭基肥40 kg/667m2，芝麻餅肥20 kg/667m2，硫酸鉀10 kg/667m2，硝酸鉀5 kg/667m2），田間管理按規(guī)范化栽培措施進行。3次重復，每個小區(qū)面積0.02 hm2，區(qū)組設通道，四周設保護行，種植密度120 cm×50 cm。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分含量的測定 有機質(zhì)采用K2Cr2O7滴定法[15]；堿解氮采用NaOH-堿解擴散法[15]；速效磷采用NaHCO3-鉬銻抗比色法[15]；速效鉀采用NH4OAc-火焰光度法[15]。

1.3.2 土壤容重和含水率的測定 土壤容重采用環(huán)刀法測定[16]；土壤含水率采用烘干法測定[16]。

1.3.3 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，包括根的干重、根長、根體積。每次測定選取具有代表性的3株煙測定垂直方向（距離主莖基部0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm）切出剖面，取出根系，用清水沖洗干凈，測定每個采樣區(qū)的根系干重、根長和根體積。

1.3.4 干物質(zhì)測定 于移栽后30 d開始，每處理每隔10 d取長勢一致的煙株，根、莖、葉分別在105 ℃下殺青30 min，60 ℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)重量。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010以及SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié) 果

2.1 土壤改良劑對土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

由表1可知，施用土壤改良劑可以明顯提高土壤養(yǎng)分含量。各處理土壤有機質(zhì)含量明顯高于對照，且與對照間均達到了顯著水平，以A4處理最高，比對照高28.87%；各處理堿解氮含量均顯著高于對照，各處理間差異均達到了顯著水平，以A4處理最高，比對照高22.88%，除A5外，各處理速效磷含量均與對照間差異顯著，其中A4含量最高，比對照高50.09%；速效鉀含量在各處理間存在顯著差異，其中A2處理含量最高，比對照高70.85%。

2.2 土壤改良劑對土壤含水率的影響

由表2可知，施用土壤改良劑有助于提高各土層土壤的保水性能。0~10 cm，10~20 cm和20~40 cm土層各處理土壤含水率提高幅度表現(xiàn)為20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm。

表1 土壤改良劑對土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

注：同列小寫字母不同表示處理間差異達到5%顯著水平，下同。

0~40 cm各土層土壤含水率在大田生育期內(nèi)均呈先升高后降低的變化趨勢，在旺長期各處理土壤含水率達到最高，以A4處理最高，其次是A2處理，分別比對照高23.74%和20.33%。成熟期土壤含水率下降，施用改良劑處理的土壤含水率下降緩慢，且顯著高于對照。在整個生育期內(nèi)，A4處理土壤含水率最高，A5最低。

2.3 土壤改良劑對土壤容重的影響

由圖1可知，各土層土壤容重表現(xiàn)為0~10 cm<10~20 cm<20~40 cm。大田生育期內(nèi)土壤容重均呈先降低后升高的變化趨勢，旺長期各土層土壤容重均達到最小值，在0~20 cm土層，A4處理最小，20~40 cm土層，A2處理最小，0~10 cm土層分別比對照低4.47%和4.32%，10~20 cm土層分別比對照低4.54%和4.34%，20~40 cm分別比對照低4.55%和4.36%。旺長期到成熟期土壤容重逐漸增大，施用改良劑的土壤容重始終低于對照。在整個生育期內(nèi)，各處理土壤容重的降低幅度表現(xiàn)為20~40 cm>10~20 cm>0~10 cm。

2.4 土壤改良劑對垂直方向烤煙根系發(fā)育的影響

由表3可知，施用土壤改良劑促進了根系的生長，移栽后30~70 d根系生長速度最快，除移栽后30 d外，A4處理均顯著高于其他處理，比對照高25.25%，其次是A2處理，與其他處理間均達到了顯著水平，其余處理與對照間差異也達到了顯著水平。在整個生育期內(nèi)，A4處理根系長度最長，A1、A2和A3處理次之，A5處理最短。

烤煙根系體積在移栽后50~60 d、70~80 d增長速率較快。在整個生育期內(nèi)，與對照相比，施用改良劑處理的烤煙根系體積均明顯增大，且與對照存在顯著差異。除移栽后80 d外，A4處理根系體積在整個生育期均顯著高于其他處理，比對照高47.19%，其次是A2處理，在整個生育期均與其他各處理也達到顯著水平，A5處理根系體積最小。

烤煙在大田生長過程中根系干重快速增加，移栽后60~80 d，根系干重增幅最大，這與根長和根體積增長基本一致。在整個生育期內(nèi)，不同處理烤煙根系干重與對照間差異達顯著水平，以A4處理烤煙根系干重最大，比對照增加68.95%，其次是A2處理，比對照增加55.71%，與各處理差異顯著，A5處理根系干重最小，但與對照存在顯著差異。由表4可知，烤煙在垂直方向上的根系主要集中在0~40 cm處。移栽60 d之前，垂直方向上0~10 cm的根系生物量在總根系生物中占很大比重。60 d之后，隨根系下延，垂直方向0~10 cm的根系生物量所占比例逐漸減少，而20~40 cm的根系生物量占總根系生物量的比值逐漸升高，占總根重的25%左右。與CK相比，各處理均促進了烤煙根系在垂直方向上的生長，各處理垂直方向上20~40 cm的根系生物量占總根系生物量的比重表現(xiàn)為A4>A2>A3>A1>A5>CK，表明A4處理對烤煙根系在垂直方向上的生長促進作用最好，A1、A2和A3處理次之，A5效果最差。

表2 土壤改良劑對各土層土壤含水率的影響

圖1 土壤改良劑對不同土層土壤容重的影響

Fig. 1 Effects of soil amendments on soil bulk density in vertical direction

表3 土壤改良劑對烤煙根系生長發(fā)育的影響

表4 垂直方向上各土層根系生物量占總根系生物量的比重

2.5 土壤改良劑對烤煙根冠比的影響

由表5可知，施用土壤改良劑使烤煙各時期根冠比增大，烤煙根冠比在40~60 d急劇增大，60~80 d根冠比變化較小。移栽后第60 d，A5處理根冠比與對照間差異不明顯，但高于對照，其余時期各處理根冠比均高于對照，且各處理與對照間均達到了顯著水平。移栽后30~50 d、60 d、80 d時，A2處理根冠比最大且顯著高于其他處理，但移栽后60 d和80 d時，A2與A4間差異不顯著，移栽后70 d和90 d時，A4處理根冠比最大，并顯著高于對照。

表5 大田生長期各處理根冠比的變化

3 討 論

土壤含水量是反映土壤肥力狀況的重要指標，也是作物生長的基礎[17]。劉慧軍等[18]的研究結(jié)果表明，施用土壤改良劑能夠提高土壤養(yǎng)分和水分含量，這與本研究結(jié)果是一致的，可能原因是聚合物與土壤混在一起，利用自身的吸附特性，吸收土壤中的水分，從而使溶解于水中的養(yǎng)分含量升高[19]。本研究發(fā)現(xiàn)不同處理間土壤水分和養(yǎng)分含量存在明顯差異，以聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀配施提鉀效果最佳，可能因兩種改良劑自身均含有鉀離子；在提高土壤其他養(yǎng)分及含水量上，以聚丙烯酰胺與腐殖酸鉀配施效果較好，可能是不同種類的改良劑其分子量、離子類型和粒徑等不同造成的[20]。此發(fā)現(xiàn)可以為生產(chǎn)中因地制宜選擇改良劑提供參考。例如：鉀元素缺乏的土壤，通過配施聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀，能在最大程度提高土壤速效鉀含量的同時，保證土壤中其他養(yǎng)分含量也相對較高。

容重是土壤主要的物理特性之一，主要表現(xiàn)在土壤通氣性、含水量以及礦質(zhì)元素的運輸?shù)确矫妫瑢ν寥赖目紫抖燃巴寥来┩缸枇Ξa(chǎn)生影響，從而影響土壤肥力的發(fā)揮和作物的生長[21-23]。一般結(jié)構(gòu)良好的土地，耕作層的容重大約在1.14~1.26 g/cm3，容重太小則土壤過松，保水保肥能力差，容重太大則土壤過緊實，土壤透水透氣性差，而本試驗地區(qū)植煙土壤容重總體偏大[24]。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤改良劑作用下各層土壤容重均降低，且各土層容重的降低幅度與土層含水量提高幅度一致，說明改良劑可能是通過提高土壤水分含量、增加土壤的孔隙度而降低土壤容重。其中20~40 cm土層土壤容重降低幅度最大，這是因為改良劑的施用方式為條施，起壟后改良劑存在位置距地表25 cm。本研究還發(fā)現(xiàn)，不同處理間土壤容重的降低幅度不同，以聚丙烯酰胺與腐殖酸鉀配施效果最佳，其次是聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀配施，腐殖酸鉀效果最差。這種差異可能是各處理在提高土壤含水量上的不同造成的。

煙草根系是煙堿等重要有機物質(zhì)的主要合成部位，對煙葉品質(zhì)有重要的調(diào)節(jié)作用[25]。根系作為最重要的吸收器官，對水分和礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，一方面取決于所接觸的土壤空間，另一方面取決于根系的生理活性和吸收能力[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，烤煙根系主要集中在地下0~40 cm區(qū)域，改良劑的施用使20~40 cm土層根系生物量比重提高，可能是土壤改良劑的施用使20~40 cm土層容重降低，土壤的堅硬度降低，對根系生長的穿插阻力減小，促進了根系的生長，說明施用土壤改良劑可有效促進烤煙根系下扎，吸收更多的水分和養(yǎng)分。本研究還發(fā)現(xiàn)，不同處理對根系生長的影響程度不同，以聚丙烯酰胺與腐殖酸鉀配施效果最佳，其次是聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀配施，單施腐殖酸鉀效果最差，這種差異有可能是聚丙烯酰胺與腐殖酸鉀配施條件下，土壤容重降低幅度最大，土壤含水率最多，有利于土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，為根系的生長發(fā)育提供了更加適宜的土壤環(huán)境。

根冠比是地上部與地下部協(xié)調(diào)程度的反應，其增加有利于提高作物的抗旱能力[27]。而過大的根冠比會造成根系冗余，消耗過多的光合產(chǎn)物，降低作物產(chǎn)量[28]。因此適宜的根冠比有利于提高作物產(chǎn)量?？緹熢谡麄€生育期內(nèi)，施用土壤改良劑既能促進根系的生長，又有利于烤煙地上部分的生長發(fā)育。可能是適宜的土壤環(huán)境，有利于根系從土壤中吸收較多的水分和礦質(zhì)元素等物質(zhì)促進地上部分物質(zhì)的積累，同時使根系獲得較多的光合產(chǎn)物。

4 結(jié) 論

施用保水性土壤改良劑，有利于提高土壤中水分和養(yǎng)分含量，降低土壤容重，改善烤煙根系生長環(huán)境，聚丙烯酰胺+腐植酸鉀處理可以保持較低的土壤容重和較高的土壤養(yǎng)分和水分含量。增施土壤改良劑可促進根系的生長發(fā)育，尤其對垂直方向上20~40 cm處的根干重有明顯的促進作用。從對土壤理化性狀的改良和根系生長發(fā)育狀況來看，聚丙烯酰胺+腐植酸鉀處理較適宜。

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Effects of Polyacrylic Acid Salt Soil Amendment on Soil Properties and Root Growth of Flue-cured Tobacco

ZHENG Yanan, ZHAO Mingqin*, HE Fan, SHAN Yuanyuan, MAO Yabo, KANG Jiahao, LIU Fang

(College of Tobacco Science, Henan Agriculture University, Zhengzhou 450002, China)

A field experiment was carried out to investigate the functions of polyacrylic acid salt soil amendments by single and mixed application in improving soil physicochemical properties and the root growth of flue-cured tobacco. To study the effects of different treatments on soil fertility, soil water content, soil bulk density and root index. The results showed that: (1) The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate showed the highest content in soil organic matter, available N, available P. The Polyacrylic acid potassium plus potassium humate treatment showed the highest content in available K. (2) The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate showed the greatest improvement of water retention capacity and bulk density of soil, with the performance in the increase of soil moisture content of soil and the reduction of density being 20-40 cm>10-20 cm>0-10 cm. (3) Soil amendments could increase the root-shoot ratio of the tobacco. Root length, root volume and root dry weight were increased the most significantly with the treatment of Polyacrylamide plus potassium humate. The soil amendments increased the proportion of total root biomass at 20-40 cm in the vertical direction. The treatment of Polyacrylamide plus potassium humate is more effective than others to improve soil physicochemical properties and promote growth of flue-cured tobacco roots in the vertical direction to some extent.

soil amendment; flue-cured tobacco; soil physicochemical properties; root growth; root-shoot ratio

S572.061

1007-5119（2017）02-0039-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.02.007

河南省洛陽市煙草公司項目“洛陽‘崤山’牌煙葉風格特色解讀與品牌提升工程”（LYKJ2014001）

鄭亞楠（1992-），女，碩士研究生，研究方向為煙草栽培生理生化研究。E-mail：2422359015@qq.com

，E-mail：zhaomingqin@126.com

2016-07-25

2016-12-18