黃振瑞，陳迪文，吳庚福,3，黃躍鵬，李集勤，馬柱文

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/廣東省煙草育種與綜合利用工程技術(shù)研究中心/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.廣東省科學(xué)院生物工程研究所/廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心（資源環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全），廣東 廣州 510316；3.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510225；4.廣東煙草韶關(guān)市有限公司，廣東 韶關(guān) 512000）

【研究意義】土壤是影響煙葉生長(zhǎng)的重要生態(tài)條件之一，土壤質(zhì)量是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙草的重要基礎(chǔ)，植煙土壤的理化性質(zhì)將直接影響煙葉的產(chǎn)量。華南地區(qū)煙草大多種植區(qū)域的土壤類型為紅壤，普遍存在礦質(zhì)養(yǎng)分偏低、pH 值低、有機(jī)質(zhì)含量低以及土壤物理結(jié)構(gòu)較差的問(wèn)題［1］。廣東煙草種植區(qū)域部分煙田土壤也存在養(yǎng)分含量低，土壤結(jié)構(gòu)差、板結(jié)、透氣性差的問(wèn)題。煙區(qū)土壤改良是相關(guān)生產(chǎn)單位和研究機(jī)構(gòu)一直關(guān)注的方向，改良土壤有利于煙葉產(chǎn)量提升與品質(zhì)改善?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】海藻渣是海藻加工產(chǎn)業(yè)的廢棄物，如海帶加工生產(chǎn)海藻酸鹽的工業(yè)利用率僅約30%，還有超過(guò)50%的成分被廢棄，而在廢棄的海藻渣中含有許多對(duì)植物生長(zhǎng)有益的活性物質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如海藻酸、氨基酸、蛋白質(zhì)及多種礦質(zhì)養(yǎng)分元素等［2］。有關(guān)海藻渣的回收利用已經(jīng)引起人們的關(guān)注，包括有機(jī)肥料生產(chǎn)［3-4］、育苗基質(zhì)的制備［5-6］、環(huán)境工程的利用［3］、乙醇的制備［4,7］、動(dòng)物飼料［8］、膳食纖維原料［9］等。海藻渣在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究中，目前以海藻渣的降解工藝、海藻渣作為培養(yǎng)基質(zhì)或肥料或土壤調(diào)理劑的研究為主。對(duì)于海藻渣的降解工藝方面一般是利用微生物或酶在不同條件下進(jìn)行發(fā)酵獲得需要的產(chǎn)物［10-11］，然后對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)一步加工利用。何梅琳等［12］以海帶渣為原料，采用酶解方法制備海帶渣提取物作為葉面肥，在彩椒和茭白的大田試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)海帶提取物對(duì)彩椒和茭白的生長(zhǎng)有顯著的促進(jìn)作用。方金等［5］研究表明基質(zhì)中混配海藻渣含量增加可使基質(zhì)持水孔隙提高，通氣孔隙度降低，從而促進(jìn)黃瓜幼苗生長(zhǎng)和對(duì)主要礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收。李悅等［13］利用海藻渣為原料制備的有機(jī)肥能提高小白菜種子發(fā)芽率，提高小白菜耐鹽性，促進(jìn)白菜生長(zhǎng)。海藻渣對(duì)于改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力等方面具有良好效果。在煙草上有一些關(guān)于海藻中的活性成分海藻酸［14-15］和海藻糖［16-17］的應(yīng)用研究，結(jié)果表明這些活性成分對(duì)提高煙草抗病性、抗旱性和促進(jìn)生長(zhǎng)均具有良好效果。【本研究切入點(diǎn)】有關(guān)海藻渣在煙草上的研究報(bào)道較少，海藻渣對(duì)南方紅壤煙區(qū)土壤的改良以及對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響還鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)擬通過(guò)研究海藻渣施用對(duì)煙草生長(zhǎng)及紅壤理化性質(zhì)的影響，從而評(píng)估海藻渣作為土壤改良劑的可行性，為其在煙草種植上進(jìn)行應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試紅壤取自廣東省韶關(guān)市，其理化性質(zhì)為：pH 5.35，速效鉀含量128.65 mg/kg，速效磷含量11.94 mg/kg，堿解氮含量38.17 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量14.22 g/kg，交換性鈣（Exc-Ca）含量63.36 mg/kg，交換性鎂（Exc-Mg）含量26.15 mg/kg。海藻渣為泡葉藻進(jìn)行海藻活性物質(zhì)提取后的剩余殘?jiān)ㄟ^(guò)堆漚發(fā)酵晾干制作成土壤調(diào)理劑，其主要化學(xué)性質(zhì)為：pH 8.49，氮（N）18.8 g/kg，磷（P）2.5 g/kg，鉀（K）20.2 g/kg，鈣（Ca）2.2 g/kg，鎂（Mg）1.8 g/kg，有機(jī)碳215.8 g/kg。供試煙草品種為云煙87。

1.2 試驗(yàn)方法

采用盆栽試驗(yàn)，于日光溫室中進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)不施肥（CK）、常規(guī)施肥（普通對(duì)照，S1）、常規(guī)施肥+施用土壤重量1%海藻渣（S2）、常規(guī)施肥+施用土壤重量2.5%海藻渣（S3）、常規(guī)施肥+施用土壤重量5% 海藻渣（S4）5 個(gè)處理，海藻渣按不同處理施用量與土壤充分混勻后裝盆，每盆裝土15 kg，每個(gè)處理6 次重復(fù)?；拭颗枋┯?4-16-15 復(fù)合肥0.36 kg；追肥2 次，移栽2 周后開(kāi)始每個(gè)月施用1 次，每次每盆施用硝酸鉀0.06 kg、硫酸鉀0.03 kg。煙草于2019 年3 月10 日播種育苗，5月5 日移栽，6 月25 日初花打頂，煙葉根據(jù)成熟度將上、中、下部煙葉從下往上分3 次采收，每次6～7 片葉，采收日期分別為7 月5 日、7 月25 日、8 月20 日。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

每一批煙葉收獲時(shí)稱葉片鮮重，同時(shí)測(cè)定煙株最大葉長(zhǎng)和最大葉寬，選擇所有葉片中最大的一片葉子測(cè)量長(zhǎng)和寬；最后一批收獲時(shí)同時(shí)測(cè)定株高（指自地表莖基處至莖部頂端的高度）、莖圍（指離地5 cm 處莖的周長(zhǎng)），采集土壤（0～20 cm）樣品。統(tǒng)計(jì)實(shí)際采收的所有批次葉片總數(shù)為有效葉片數(shù)。

土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析：將盆栽土壤全部倒出剔除根系后晾干，稱取100 g，依次通過(guò)孔徑為3、1、0.25、0.05 mm 的篩子，篩選出不同粒徑的土壤顆粒，分別計(jì)算占總土壤質(zhì)量的比例［18］。

土壤酶活測(cè)定：煙苗移栽后30 d 和60 d 各取1 次土樣，土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定分別采用3,5-二硝基比色法、比色法、磷酸苯二鈉比色法和滴定法［19］。

土壤理化性質(zhì)測(cè)定：pH 值采用水浸提電位法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定，堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量，鉬銻抗比色法測(cè)定有效磷含量，火焰光度法測(cè)定速效鉀含量，原子吸收分光光度法測(cè)定交換性鈣、交換性鎂含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 整理收集，采用SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)煙區(qū)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響

土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)組成能夠反映土壤結(jié)構(gòu)保持和養(yǎng)分供應(yīng)能力。從表1可以看出，不同粒徑的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)所占比例差異較大，本試驗(yàn)所用土壤＞3 mm團(tuán)聚體占比超過(guò)50%，各處理間差異不顯著。施用海藻渣處理的土壤1～3 mm及0.25～1 mm團(tuán)聚體占比隨著海藻渣施用量增加而增加，其中S4處理0.25～1 mm團(tuán)聚體占比顯著高于CK和S1處理，說(shuō)明施用5%海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm團(tuán)聚體的比例，而各處理間的0.05～0.25 mm和≤0.05 mm土壤團(tuán)聚體占比差異不顯著。

2.2 不同處理對(duì)煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量的影響

從表2 可以看出，各施肥處理土壤養(yǎng)分含量比CK 均有顯著提高，且施用海藻渣處理的養(yǎng)分含量提高幅度更大。其中，施用海藻渣S2 處理的土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣含量與不施用海藻渣的S1 處理差異均不顯著；S3、S4處理土壤堿解氮含量顯著高于S1 處理，以S4 處理最高，比S1 處理高12.22%；S3、S4 處理土壤速效磷含量比S1 處理分別高18.77%和20.15%，速效鉀含量比S1 處理分別高8.47%和9.51%，交換性鈣含量比S1 處理分別高19.88%和34.08%，差異顯著。施用海藻渣S2、S3、S4 處理的交換性鎂和有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于S1 處理，且以S4 處理最高，交換性鎂和有機(jī)質(zhì)含量比S1 處理分別高68.08%和10.39%。另外，S3、S4 處理土壤pH也顯著高于S1。

表1 不同處理土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)Table 1 Soil aggregate structure under different treatments

表2 不同處理土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient contents under different treatments

2.3 不同處理對(duì)煙區(qū)土壤酶活性的影響

從表3 可以看出，海藻渣的施用對(duì)土壤各種酶活性產(chǎn)生了顯著影響，施用海藻渣的3 個(gè)處理與不施海藻渣的S1 處理相比，施用海藻渣對(duì)土壤酶活性具有顯著的提升作用。其中，土壤脲酶活性在煙苗移栽后30 d 提高36.06%～56.58%、移栽后60 d 提高22.46%～33.57%，土壤過(guò)氧化氫酶活性在煙苗移栽后30 d 提高44.64%～65.70%、移栽后60 d 提高36.25%～41.92%，土壤蔗糖酶活性在煙苗移栽后30 d 提高77.76%～89.06%、移栽后60 d 提高56.95%～71.83%，土壤磷酸酶活性在煙苗移栽后30 d 提高28.40%～68.95%、移栽后60 d提高20.42%～51.59%。

表3 不同處理土壤酶活性Table 3 Soil enzymatic activities under different treatments

2.4 不同處理對(duì)煙草農(nóng)藝性狀的影響

從表4 可以看出，與CK 相比，各施肥處理煙株的株高、莖粗、葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬均顯著提高。其中，施用海藻渣S2 處理與不施海藻渣S1 處理各項(xiàng)指標(biāo)差異均不顯著，S3、S4處理煙株的株高、莖粗、葉片數(shù)均顯著高于S1 處理，表明施用2.5%～5%海藻渣有利于促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)。

2.5 不同處理對(duì)煙草葉片鮮重的影響

從不同部位煙葉葉片鮮重測(cè)定結(jié)果（表5）來(lái)看，施肥處理均顯著高于不施肥對(duì)照，且施用海藻渣處理比不施用海藻渣處理的各部葉鮮重均有所提高。其中，S3 處理的上部葉，S2、S3 和S4 處理的中部葉及下部葉均顯著高于S1 處理；從不同部位葉片來(lái)看，施用海藻渣對(duì)上部葉鮮重增加幅度較大，S2、S3、S4 處理比S1 處理分別高13.26%、21.27%和17.43%；從總鮮重來(lái)看，S2、S3、S4 處理均顯著高于S1 處理，以S3 處理提高幅度最大、為12.48%。說(shuō)明海藻渣可以促進(jìn)煙草葉片生長(zhǎng)，提高煙葉產(chǎn)量。另外，S2、S3、S4 處理單葉鮮重與S1 處理差異不顯著。

表4 不同處理煙草農(nóng)藝性狀Table 4 Agronomic characters of tobacco under different treatments

表5 不同處理煙草葉片鮮重Table 5 Fresh weight of tobacco leaves under different treatments

3 討論

3.1 海藻渣對(duì)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的影響

團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，被稱為土壤肥力的中心調(diào)節(jié)器，對(duì)土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)具有重要影響［20］。團(tuán)聚體粒徑大小和數(shù)量及結(jié)構(gòu)體破壞率決定土壤孔隙度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，影響土壤通氣透水性和水土保持功能，是評(píng)價(jià)土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。海藻渣是海藻加工業(yè)產(chǎn)生的廢渣，含有一定量的海藻酸鹽、多糖和蛋白質(zhì)［21-22］。Haslam等［23］研究表明，在每1 kg 土壤中添加8.2～16.4 g海藻后90 d，土壤孔隙度顯著增加。謝錦升等［24］研究表明，有機(jī)物質(zhì)輸入的增加促進(jìn)了紅壤中團(tuán)聚體的形成，從而改變了土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量和分配比例。而Six等［25］研究表明，大于0.25 mm粒徑的土壤團(tuán)聚體影響土壤質(zhì)量，在一定程度上其含量提高有利于提高土壤質(zhì)量。本研究結(jié)果也表明，施用一定量的海藻渣有利于增加土壤0.25～1 mm團(tuán)粒的比例，這可能是由于海藻渣中的藻酸鹽在土壤陽(yáng)離子存在下容易聚集并形成物理凝膠［26］，并改變土壤的微觀結(jié)構(gòu)，形成了一種膠體土壤顆粒［27］。同時(shí)，由于0.25～2 mm團(tuán)聚體是土壤肥力的重要物質(zhì)條件，可以作為土壤改良措施的評(píng)價(jià)指標(biāo)［28］。因此，海藻渣增加土壤0.25～1 mm團(tuán)粒的比例表明了其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善作用。

3.2 海藻渣對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

有研究表明，海藻肥施于煙草土壤能提高土壤pH 和有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量［29］，本研究結(jié)果與其相似，施用海藻渣能增加土壤的堿解氮、有效磷和速效鉀含量。其原因可能是海藻渣對(duì)肥料中氮磷鉀養(yǎng)分有緩釋作用或者增效作用，也可能與海藻提升土壤有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)。也有研究表明，海藻施用可以直接或間接增加土壤有機(jī)質(zhì)含量［30］。本研究結(jié)果也表明，施用海藻渣可以提高土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤質(zhì)量呈正相關(guān)［31］，有機(jī)質(zhì)可以促進(jìn)土壤堿解氮、速效磷和速效鉀的轉(zhuǎn)化［32-33］。同時(shí)，本研究結(jié)果還表明施用海藻渣可以提高土壤交換性鈣和交換性鎂含量，可能是由于施用海藻渣提高了土壤pH，而pH 提高有促進(jìn)交換性鈣和交換性鎂提高的作用［34］。

3.3 海藻渣對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶主要來(lái)自微生物和植物根系的分泌作用，是土壤肥力的一個(gè)重要標(biāo)志，也是土壤有機(jī)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要因素，因此土壤酶活性高表明植物根系附近的土壤微生物多、根系活性高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化活潑，尤其是影響氮磷鉀、蛋白質(zhì)、呼吸作用和糖類相關(guān)酶即磷酸酶、脲酶等。本研究表明，海藻渣可以提高土壤磷酸酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和蔗糖酶活性。Wang 等［35］研究表明，海藻肥料處理過(guò)的土壤酶（轉(zhuǎn)化酶，脲酶，蛋白酶和磷酸酶）的活性高于對(duì)照，與本研究結(jié)果相似。研究表明，土壤脲酶、磷酸酶和過(guò)氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)和大多數(shù)土壤養(yǎng)分含量呈顯著線性相關(guān)［36］，其中脲酶活性表征土壤中氮素水平，磷酸酶活性代表土壤中磷素的轉(zhuǎn)化活性與強(qiáng)度，蔗糖酶活性一般反映土壤熟化程度以及生物學(xué)活性強(qiáng)度，過(guò)氧化氫酶活性表示土壤的呼吸強(qiáng)度。本研究中，施用海藻渣后土壤堿解氮含量及與之對(duì)應(yīng)的土壤脲酶活性提高，土壤有效磷含量及與之對(duì)應(yīng)的磷酸酶活性也提高，說(shuō)明土壤養(yǎng)分含量的增加與土壤酶活性的提高是一個(gè)相互作用的過(guò)程。究其原因，一方面可能是由于海藻渣富含一些微生物進(jìn)入土壤，增加微生物數(shù)量和改善微生物群落從而提高了酶活性；另一方面海藻渣作為一種有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充，改變土壤pH 值和養(yǎng)分，改善土壤微生物活性，進(jìn)而提高土壤酶活性。

3.4 海藻渣對(duì)煙草生長(zhǎng)的影響

海藻中含有豐富的生物活性物質(zhì)和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)作物生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用［37］，海藻渣中活性物質(zhì)和養(yǎng)分含量雖然不及海藻提取物，但仍然保留著一部分有益物質(zhì)，可以作為一種肥料或者土壤調(diào)理劑。其他作物上應(yīng)用海藻渣的研究表明，海藻渣可以促進(jìn)小白菜［38］、菠菜［39］、冬瓜［40］等的生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)，本試驗(yàn)研究也取得類似結(jié)果，海藻渣的施用有利于增加煙草的株高、莖粗和葉片數(shù)，同時(shí)提高煙葉的產(chǎn)量。其原因主要可能是海藻渣改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤養(yǎng)分，以及其本身含有有利于植物生長(zhǎng)的活性物質(zhì)共同作用促進(jìn)煙草的生長(zhǎng)發(fā)育。具體對(duì)不同部位的葉片來(lái)說(shuō)，本研究結(jié)果表明海藻渣對(duì)煙株上部葉鮮重的提升幅度大于中部葉和下部葉，上部葉是最晚采收的，可能是由于海藻渣在土壤中發(fā)揮最大效果需要一定的時(shí)間，直到煙草生育后期對(duì)土壤的改善作用更加明顯從而影響到煙草生長(zhǎng)。不同用量的海藻渣處理中，煙葉鮮重最大的是添加2.5%海藻渣的處理，添加5%海藻渣處理煙葉鮮重有一定下降，說(shuō)明海藻渣的施用量并不是越多越好，有一個(gè)最佳的用量范圍，本研究條件下的最佳用量是施用土壤重量的2.5%。由于本研究采用盆栽試驗(yàn)，海藻渣的施用量按照盆栽土壤重量的一定比例計(jì)算，而大田生產(chǎn)中的土壤情況跟盆栽不同，因此，還需進(jìn)一步通過(guò)田間試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證效果以及確定合適的施用量。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在盆栽試驗(yàn)條件下，按照土壤重量比例施用一定量的海藻渣有利于改善紅壤煙區(qū)植煙土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，使土壤中0.25～1 mm 團(tuán)聚體的比例提高。海藻渣還能提高土壤中蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、過(guò)氧化氫酶的活性，提升土壤速效鉀、速效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)、交換性鈣及交換性鎂等養(yǎng)分含量。施用海藻渣也有利于促進(jìn)煙草植株生長(zhǎng)，使株高、莖粗、葉片數(shù)均顯著提高，從而提高煙葉產(chǎn)量，其中施用土壤重量2.5%的海藻渣效果較好。