王小蒙 邵海峰 包雪梅 王 剛 田龍軍 吳定旺

（湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司，湖北 荊門 448000）

近年隨著農(nóng)田土壤質(zhì)量持續(xù)惡化，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)明顯下降[1]，有機(jī)肥的應(yīng)用顯得至關(guān)重要。在農(nóng)業(yè)部發(fā)出《開展果菜茶有機(jī)肥替代化肥行動(dòng)方案》的通知后，有機(jī)肥市場(chǎng)供不應(yīng)求，尋找優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源顯得尤為關(guān)鍵。

我國(guó)煙草種植面積和產(chǎn)量居世界第1位，每年產(chǎn)煙葉約300萬t。而煙草在采收和生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生25%的廢棄煙末等下腳料不能使用，數(shù)量高達(dá)75萬t[2,3]。廢棄煙末本身含有大量有機(jī)質(zhì)及多種微量元素,同時(shí)具有易于集中處理、成本低等特點(diǎn),極適合作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源[4,5]。煙末腐熟的有機(jī)肥能顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)，且效果優(yōu)于其他秸稈腐熟的有機(jī)肥，但是煙末腐熟至少需要30d以上，嚴(yán)重影響煙末有機(jī)肥的生產(chǎn)效率。而未腐熟廢棄煙末直接施入土壤，在特定條件下，則可能發(fā)酵腐熟，導(dǎo)致作物出現(xiàn)燒苗、感染病害、減產(chǎn)等問題。

腐熟的廢棄煙末有機(jī)肥對(duì)作物生長(zhǎng)的影響已有許多研究，為煙草廢棄物資源化利用做出許多貢獻(xiàn)，但是未腐熟的煙末直接應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的報(bào)道卻并不多見。筆者以煙草公司廢棄煙末為原料，葉菜類作物上海青為研究對(duì)象，通過盆栽試驗(yàn)研究廢棄煙直接加入土壤對(duì)上海青生長(zhǎng)及生物量的影響，探索未腐熟煙末影響上海青生長(zhǎng)的最佳用量和限值。通過本試驗(yàn)研究為廢棄煙末的資源化利用提供新的思路和方向，為廢棄煙末直接在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)，為發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)和循環(huán)農(nóng)業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省荊門市子陵鎮(zhèn)洋豐溫室大棚。

供試土壤采自大田表層土，上一茬作物為玉米，土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

供試作物：上海青，京豐618；

供試煙末：云南海利實(shí)業(yè)有限公司提供，粉碎過80目篩，其主要成分如表2所示；

供試化肥：普通硫酸鉀（15-15-15），湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司提供。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

表2 煙末基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理，不施煙末為對(duì)照處理(CK)，每1kg土煙末添加量2g（T1）、4g（T2）、8g（T3）、12g（T4）、16g（T5），每個(gè)處理重復(fù)3次，共18盆，隨機(jī)排列。盆栽在聚乙烯塑料盆中進(jìn)行，每盆裝土5kg（風(fēng)干土）。底肥（復(fù)合肥）用量0.66 g/kg，與土壤混勻，各處理肥料用量如表3所示。選取處于三葉一心期，長(zhǎng)勢(shì)基本一致的穴盤苗移栽，每盆移栽1株。移栽后用水定容，統(tǒng)一澆灌，確保沒有水漏出，此后每次澆水保持一致。

表3 試驗(yàn)處理

1.3 分析測(cè)定方法

種植40d后，統(tǒng)一進(jìn)行采收，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)；

葉片SPAD：葉綠素儀（型號(hào)Chlorophyll Meter Model SPAD-502）測(cè)定；

葉寬、葉長(zhǎng)：直尺測(cè)定，單位為mm；

生物量：自來水清洗植株3遍，蒸餾水清洗1遍。根系與地上部分開，放入烘箱，105殺青30min，70烘干至恒重，用1%天平稱其生物量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2013和SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件，利用最小顯著性差異法（ Least—Signif i cant Diあerence）進(jìn)行均值比較，文圖中不同小寫字母表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)上海青生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

上海青生長(zhǎng)過程中未出現(xiàn)燒苗，感染病害等現(xiàn)象。在上海青采收前調(diào)查其生長(zhǎng)狀況，結(jié)果如表4所示：各處理對(duì)上海青葉長(zhǎng)、葉寬、葉片SPAD影響顯著（p＜0.05）。CK處理上海青葉長(zhǎng)、葉寬、SPAD值均最小，隨著煙末的施用，T1-T5各處理上海青生長(zhǎng)性狀指標(biāo)均增加，葉長(zhǎng)增幅為5.2%～12.6%，葉寬增幅為7.3%～14.6%，SPAD增幅為4.7%～23.6%；其中T3處理各項(xiàng)指標(biāo)均最大。

表4 上海青生長(zhǎng)指標(biāo)

2.2 不同處理對(duì)上海青生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

采收后對(duì)上海青莖葉和根系生物量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1所示：對(duì)于莖葉生物量而言，CK處理最小，平均為8.77g；而T3處理則最大，平均為12.87g，二者相差46.8%。其余各處理莖葉生物量較CK均增加，其增幅為18.8%～39.7%。對(duì)于根系生物量而言，同樣CK處理最小，平均為2.62g，T3處理則最大，平均為3.45g，二者相差31.7%，其余各處理根系生物量較CK均增加，其增幅為6.5%～23.3%。由此表明，隨著煙末用量增加，上海青莖葉和根系生物量表現(xiàn)為先增加后減低，但均高于未施用煙末處理因此煙末雖然能顯著提高上海青生物量（p＜0.05），但并非用量越大越好，本試驗(yàn)表明煙末用量為8g/kg土?xí)r，上海青莖葉、根系生物量最大。

圖1 不同處理對(duì)上海青生物量的影響

2.3 土壤煙末用量與上海青地上生物量關(guān)系模型

為了可以定量判斷上海青地上部生物量與土壤中添加煙末質(zhì)量濃度的關(guān)系，可以對(duì)二者進(jìn)行數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)。常見典型的預(yù)測(cè)模型有線性、指數(shù)、對(duì)數(shù)、乘冪、多項(xiàng)式等[6]。采用回歸分析的方法, 建立上海青地上部生物量( y 為測(cè)定值，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度 ( x, mg/kg)的線性、對(duì)數(shù)、乘冪、指數(shù)、多項(xiàng)式5 類回歸模型, 并對(duì)模型進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，如表4所示（結(jié)果保留3位小數(shù)）。通過判定各方程的決定系數(shù) R2（越大越好）,檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)樣本值的擬合程度,最后確定采用多項(xiàng)式y(tǒng)=8.818+0.833x-0.044x2表達(dá)上述二者關(guān)系。

通過上述關(guān)系式可知：當(dāng)x=18.932時(shí)，y=8.818即：當(dāng)土壤添加煙末質(zhì)量濃度為18.932g/kg時(shí)，上海青地上部分生物量與未添加煙末處理相同。當(dāng)x=19.937時(shí)，y=7.936即：當(dāng)土壤添加煙末質(zhì)量濃度為19.937g/kg時(shí)，上海青地上部分生物量較未添加煙末處理減產(chǎn)10%。若以蔬菜作物可食部位減產(chǎn)10%為臨界標(biāo)準(zhǔn)[7]，則煙末在土壤中添加限值為19.937g/kg，約44.86t/hm2。

表5 上海青地上部生物量( y，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度( x, g/kg)回歸方程

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

煙末混入土壤后在特定水分、氧氣、溫度、微生物等條件下會(huì)進(jìn)行腐熟，其腐熟過程主要經(jīng)歷溫度上升、高溫和溫度下降至常溫3個(gè)階段，在此過程炭氮循環(huán)形成腐殖質(zhì)[8]。因此煙末在腐熟過程對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，腐熟過程有熱量放出，可能影響作物根系及根系微生物，抑制作物生長(zhǎng)；腐熟過程產(chǎn)生伴隨著腐殖質(zhì)、氮、磷、鉀及鐵、錳、銅、鋅等營(yíng)養(yǎng)元素釋放，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[9]。

當(dāng)土壤中煙末添加量低時(shí)，腐熟過程釋放的熱量不足以影響作物根系生長(zhǎng)及微生物活動(dòng)，而釋放出的腐殖質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)元素則被吸收利用，改善根際微生態(tài)，提高養(yǎng)分利用率，必然促進(jìn)作物生長(zhǎng)；本試驗(yàn)土壤煙末0～16.0g/kg時(shí)，促進(jìn)上海青生長(zhǎng)，效果類似于腐熟煙末有機(jī)肥。已有研究表明667m2施煙草廢棄物有機(jī)肥可明顯促進(jìn)煙葉生長(zhǎng)，如較對(duì)照株高、最大葉長(zhǎng)、葉寬分別增加3.2%、11.5%、3.1%，最終增產(chǎn)13.7%[10]；煙末有機(jī)肥對(duì)番茄和黃瓜株高、葉長(zhǎng)、葉面積等有顯著促進(jìn)作用，可使番茄增產(chǎn)20.0%～22.8%，黃瓜增產(chǎn)23.9%～29.6%[11]。煙末有機(jī)肥與化肥配施，可使玉米籽粒、花椰菜、辣椒、楊梅產(chǎn)量分別提高10.11%、15.57%、14.04%、5.45%[4]。這些研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)上海青地上生物量增產(chǎn)6.5%～23.3%一致。

相反當(dāng)土壤中煙末添加量高時(shí)，腐熟過程產(chǎn)熱，溫度升高，研究表明堆肥10d溫度可達(dá)65℃，且能保持14d[9]；此外還產(chǎn)生氨氣、硫化氫等刺激氣體，抑制根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致養(yǎng)分運(yùn)輸不暢，作物生長(zhǎng)受阻[12]。本試驗(yàn)通過回歸方程預(yù)測(cè)，當(dāng)土壤中煙末添加量超過18.932g/kg，開始抑制上海青生長(zhǎng)；當(dāng)超過19.937g/kg，上海青地上生物量減產(chǎn)10%。由于施用未腐熟的有機(jī)物料會(huì)導(dǎo)致包括燒苗、減產(chǎn)、病害等問題，因此這方面研究較少，高用量煙末施用導(dǎo)致作物減產(chǎn)其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié)論

土壤中添加廢棄煙末可以促進(jìn)上海青生長(zhǎng)，添加量為2～16g/kg時(shí)，較對(duì)照上海青最大葉長(zhǎng)、葉寬增幅分別為5.2%～12.6%，7.3%～14.6%；葉片SPAD增幅為4.7%～23.6%；上海青地上生物量增產(chǎn)6.5%～23.3%；其中煙末最佳用量為8g/kg。

采用回歸分析的方法, 建立上海青地上部生物量( y為測(cè)定值，g)與土壤煙末質(zhì)量濃度 ( x, g/kg) 的最佳回歸模型為y=8.818+0.833x-0.044x2。若以蔬菜作物可食部位減產(chǎn)10%為臨界標(biāo)準(zhǔn)，則煙末在土壤中最大添加量不能超過19.937g/kg。