海洋类土壤改良剂对土壤理化性状及烤烟生长和产量的影响

发布时间：2022-02-08

　　摘 要: 为研究海洋类土壤改良剂的作用效果，采用田间对比试验，分析了虾肽肥、鱼蛋白肥、海藻肥 3 种海洋类土壤改良剂对土壤理化性状及烤烟生长和产量的影响。结果表明: 施用虾肽肥可于移栽后 55 d 有效提高土壤碱解氮、速效钾含量，但对烤烟生长和产量无明显影响; 施用鱼蛋白肥可显著提升 55 d 时土壤碱解氮、有效磷、速效钾水平，显著提高烟株根系活力、中部叶最大叶长、干物质积累量，其烤后烟叶产量、产值分别较对照提高 27.79%、29.84%; 施用海藻肥可明显降低 75 d 时土壤容重，于 55 d 显著提升土壤碱解氮、有效磷、速效钾水平，显著提高中部叶最大叶长、干物质积累量，其烤后烟叶产量、产值分别较对照提高 11.75%、20.05%。综上，施用鱼蛋白肥、海藻肥可在一定程度上改良土壤，有效促进烤烟生长，显著提高烟叶产量。

　　关键词: 海洋类土壤改良剂; 土壤; 烤烟; 理化性状; 生物特性; 产量

　　我国当前烟草农业生产中存在长期连作及过量施用化肥的现象，导致植烟土壤通透性变差、有机质含量降低、土壤物理性状恶化、土壤营养供应不均衡，烟叶质量下降[1，2]。因此，对植烟土壤进行合理改良，已成为提高烤烟产质量的重要技术手段。目前，改良土壤性状的方法较多，如实行精耕细作、种植绿肥、合理轮作和增施有机肥等栽培措施[3～ 6]，而施用土壤改良剂是在现代化工基础上发展起来的有别于传统土壤改良方法的新方法[7]。土壤改良剂能有效改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物活动产生积极影响，为植物的生长提供良好条件，从而促进植物生长，提高退化土壤的生产力[7～ 9]。夏海江等[10]研究表明，施入聚丙烯酰胺( polyacrylamide，PAM) 后可增加土壤的保肥能力，减少土壤养分流失; 魏莎等[11]研究发现施用沸石、海藻粉、竹酢液、香叶天竺葵等土壤调理剂均能显著提高切花菊的根系活力; 李富欣等[12]研究发现施用腐殖酸类土壤改良剂能促进烟草早发快长，提高烟叶产量和产值。

　　目前研究较多的土壤改良剂有沸石、石灰、污泥、腐殖酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等，主要集中于天然无机类改良剂、天然有机类改良剂及人工合成改良剂[8，9，13，14]，而对于生物改良剂及提取化合物改良剂研究较少，且存在改良效果不全面或有不同程度负面影响的问题。因此，新型多功能改良剂的研究和应用成为目前的研究热点。海洋中存在大量富含营养元素的动植物，为研究新型土壤改良剂提供了丰富的资源。魏修利等[15]研究表明施用鱼蛋白有机液肥可提高土壤微生物数量及磷酸酶、脲酶和蛋白酶等土壤酶的活性，从而提高土壤肥力; 王明鹏等[16]报道了海藻肥具有促进植物生长、增加植物抗逆性、改善土壤结构等特点，目前已在黄瓜、西红柿、辣椒等蔬菜种植中广泛应用。本研究选取 3 种海洋动植物提取化合物制成的产品作为土壤改良剂，通过田间对比试验，分析其对土壤理化特性及烤烟生长发育的影响，筛选适宜烟田土壤的海洋类改良剂，为进一步研发新型土壤改良剂提供理论参考。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验地点与材料

　　试验在山东省青岛市黄岛区大村镇进行，土壤为棕壤，沙性土。供试土壤 pH 5. 9，全氮 1. 12 g / kg，碱解氮 108 mg / kg，全磷 0.64 g / kg，有效磷 62 mg / kg，全钾 26 g / kg，速效钾 96 mg / kg，有机质 8.73 g / kg，氯离子 4.69 mg / kg，阳离子交换量 28.1 cmol / kg，交换性钙 67. 2 cmol / kg，交换性镁 4. 5 cmol / kg。供试烤烟品种为中烟 100。

　　3 种土壤改良剂分别为虾肽健叶水溶肥( 美国花王植物营养集团有限公司生产) 、普利登鱼蛋白有机肥( 美国普利登农业科技南京有限公司生产) 、猛生根海藻肥( 青岛鲸灵海洋科技有限公司生产) 。虾肽健叶水溶肥是以虾头为原料，采用生物螯合和酶解技术，提取出多种活性氨基酸、甲壳素、壳聚糖、虾脑磷脂、虾红素等营养成分制成的液体肥料，其中氨基酸含量≥10%; 普利登鱼蛋白有机肥是利用现代生化成型技术，以深海鱼类提取的鱼蛋白为主要原料，配以深海植物提取的有效中微量元素、植物生长因子、酶等生物催化剂生产的纯天然液体有机肥，其中鱼蛋白含量≥ 30%; 猛生根海藻肥是以海藻提取出的海藻酸为原料，配以中微量元素制成的液体肥料，其中海藻酸含量≥13%。

　　1.2 试验设计

　　试验共设 4 个处理，分别为施用虾肽健叶水溶肥( T1) 、普利登鱼蛋白有机肥( T2) 、猛生根海藻肥( T3) 、清水对照( CK) 。每个处理 3 次重复，采用随机区组设计; 每小区植烟 4 行，行距 1.2 m，株距 0.5 m，小区面积 72 m2 。

　　按照每个产品说明书，配制成相应比例液体肥料，移栽烟苗时灌根处理; 3 种土壤改良剂用量均为 22.5 kg / hm2 ，稀释倍数均为 400 倍，CK 处理清水施用量为 9 000 kg / hm2 。烤烟施肥按照当地常规 施 肥 方 案 执 行，纯 氮 用 量 为 75 kg / hm2 ， N ∶P2O5∶K2O= 1∶1∶3，各处理的其他田间管理措施保持一致。

　　1.3 检测方法

　　于移栽后 15 d、35 d、55 d、75 d 采集土壤样品，检测碱解氮、有效磷、速效钾等化学指标，利用环刀法测定土壤容重[17]。

　　于团棵期、现蕾期、平顶期，调查记录烟株农艺性状。于移栽后 15 d、35 d、55 d、75 d 按根、茎、叶分部位采集烟株样品，采用 TTC 还原法测定根系活力[18]，测定干物质重，检测叶片全氮、全磷、全钾等指标[19]。

　　烟叶采收时，以小区为单位，单独采收、绑杆，挂牌标记，烘烤后按照 GB 2635-1992 烤烟[20]进行分级，计算产量、产值。

　　1.4 数据分析

　　采用 Excel 和 SAS 软件对试验数据进行统计分析，利用 Duncan 新复极差法进行多重比较。 2 结果与分析

　　2.1 海洋类土壤改良剂对土壤理化性状的影响

　　2.1.1 海洋类土壤改良剂对土壤容重的影响

　　各处理不同时期烟田土壤容重结果见表 1，随着烤烟生育期推进，所有处理土壤容重都逐步降低，表明随着烤烟生长，植烟土壤逐渐变得疏松; 但在同一生育期时，所有土壤改良剂处理土壤的容重均比对照处理土壤的容重小，且在 75 d 时，T3 处理的土壤容重与对照达显著差异，表明施用海洋类土壤改良剂特别是海藻肥能有效降低土壤容重，有利于根系生长。

　　2.1.2 海洋类土壤改良剂对土壤养分的影响

　　各处理土壤碱解氮动态变化情况见图 1A，3 个土壤改良剂处理碱解氮从移栽后 15 d 至 55 d 持续上升，至 75d 有所下降，对照处理的碱解氮从移栽后 15 d 至 35 d 上升，此后略有下降。不同处理之间相比，在移栽后 55 d 时，T1、T2、T3 处理的碱解氮均显著高于 CK 处理( P< 0.05) ，但其他时期时，各处理碱解氮含量均无显著差异。

　　各处理土壤有效磷动态变化情况见图 1B，从移栽后 15 d 至 75 d，各处理土壤有效磷均持续上升。不同处理之间相比，移栽后 55 d 时，T2、T3 处理的有效磷含量显著高于 CK 处理( P< 0.05) ，而 T1 与 CK 无显著差异; 移栽后 15 d、35 d、75 d 时，各处理土壤有效磷含量均无显著差异。

　　各处理土壤速效钾动态变化情况见图 1C，所有处理的速效钾均于移栽后 35 d 达到最大值，此后逐渐降低，T3、CK 处理于 75 d 时略有上升。移栽后 15 d 时，T1、T3 处理速效钾含量显著高于 CK 处理( P<0.05) ，而 T2 处理与 CK 无显著差异; 移栽后55 d时，T1、T2、T3处理速效钾含量均显著高于 CK 处理( P<0.05) ; 移栽后 35 d、75 d 时，所有处理速效钾含量均无显著差异。

　　试验结果表明，施用海洋类土壤改良剂能于移栽后 55 d 时显著提高土壤中碱解氮、有效磷、速效钾水平，为烟株旺长时期的生长提供充足的养分供应。

　　2.2 海洋类土壤改良剂对烤烟生物特性的影响

　　2.2.1 海洋类土壤改良剂对烟株根系活力的影响 烟株根系活力变化情况见表 2，各处理根系活力均随着生育期推进而升高，至移栽后 55 d 时达最大值，随后逐渐降低。移栽后 15 d 时，各处理根系活力基本一致，不同处理之间无显著差异;

　　移栽后 35 d 时，T2 处理根系活力显著高于其他处理，其他 3 个处理之间无显著差异; 移栽后 55 d 时，T2 处理根系活力显著高于 T1、CK 处理，而 T1、T3 与 CK 之间无显著差异; 移栽后 75 d 时，T2 处理根系活力显著高于 CK 处理，但 T1、T3 与 CK 之间无显著差异。试验结果表明，施用海洋类土壤改良剂特别是鱼蛋白肥能有效提高烟株根系活力。

　　2.2.2 海洋类土壤改良剂对烟株农艺性状的影响 不同时期烟株农艺性状变化情况见表 3。团棵期时，T1、T2、T3 处理株高均比 CK 高，达显著差异; T1、T2、T3 处理茎围均比 CK 大，其中 T2 与 CK 差异显著; T1、T2、T3 处理最大叶长、叶宽均比 CK 大，其中 T1 与 CK 差异显著; T1、T2、T3 处理叶片数均比 CK 大，且差异显著。现蕾期时，各处理所有农艺性状相似，无显著差异。平顶期时， T1、T2、T3 处理株高均比 CK 高，其中 T1、T2 与 CK 差异显著; T1、T2、T3 处理茎围均比 CK 大，其中 T3 与 CK 差异显著; T1、T2、T3 处理最大叶长、宽均比 CK 大，其中 T2、T3 最大叶长与 CK 差异显著; T1、T2、T3 处理叶片数均比 CK 大，其中 T1、T3 与 CK 差异显著。

　　试验结果表明，施用海洋类土壤改良剂能有效促进烤烟叶片生长，显著提高烤烟中部叶最大叶长，有利于提高烟叶产量。

　　2.2.3 海洋类土壤改良剂对烤烟干物质重的影响 烤烟不同时期整株干物质重变化情况见表 4。移栽后 15 d，T2 处理干物质重显著高于 CK，而 T1、T3 与 CK 无显著差异; 移栽后 35 d、 55 d，所有处理干物质重均无显著差异; 移栽后 75 d 时，T1、T2、T3 处理干物质重均高于 CK，且 T2、T3 处理与 CK 差异显著。试验结果表明，施用海洋类土壤改良剂特别是鱼蛋白肥、海藻肥能有效促进烤烟生长，有利于干物质积累。

　　2.3 海洋类土壤改良剂对烟叶养分含量的影响

　　不同处理中部叶全氮含量变化情况见图 2A，除 T1 处理外，其他处理中部叶全氮含量均随生育期推进而持续下降，T1 处理 75 d 时全氮含量比 55 d 略有上升。不同处理在各生育期时中部叶全氮 含 量 基 本 一 致，各处理间无显著差异 ( P>0.05) 。

　　不同处理中部叶全磷含量变化情况见图 2B， T1 与对照处理中部叶全磷含量随生育期推进而逐渐下降，至 75 d 时略有上升，而 T2 与 T3 处理中部叶全磷含量自 15 d 至 35 d 时略有上升，此后持续下降。不同处理之间相比，T1 处理在 15 d 至 35 d 时全磷含量高于对照处理，而 T2、T3 处理在 35 d 至 55 d 时全磷含量高于对照处理，但各处理间全磷含量差异未达显著水平( P>0.05) 。

　　不同处理中部叶全钾含量变化情况见图 2C，各处理中部叶全钾含量变化趋势一致，均在 15 d 至 35 d 时上升，此后持续下降。不同处理在各生育期时中部叶全钾含量基本一致，各处理间无显著差异( P>0.05) 。

　　2.4 海洋类土壤改良剂对烤烟产量和产值的影响

　　各处理烤后烟叶的经济性状见表 5。由表 5 可知，海洋类土壤改良剂对烤后烟叶产量和产值有重要影响，其中 T2 处理烟叶产量、产值最高，分别较 CK 提高 27.79%、29.84%; 其次是 T3 处理，烟叶产量、产值分别较 CK 提高 11.75%、20.05%; T2 和 T3 产量、产值与 CK 之间均达到显著性差异; 而 T1 处理产量、产值与 CK 基本一致，无显著差异; 各处理烤烟均价和上中等烟比例均高于对照，但差异不显著。

　　3 讨论

　　容重是影响作物生长发育的土壤重要物理性状之 一，施 用 沸 石、蛭 石、膨润土等天然矿物类[21]、粉煤 灰、炉 渣、城市污泥等固体废弃物类[22]、聚丙 烯 酰 胺、聚 乙 烯 醇 ( polyving akohol， PVA) 等 人 工 合 成 类[23] 以及腐殖酸等有机质类[24]土壤改良剂均能有效降低土壤容重，促进植物生长。本研究表明，施用海洋类土壤改良剂海藻肥能有效降低植烟土壤容重。海藻肥主要成分为海藻酸，由于海藻酸具有凝胶特性，在农业、工业中常被用于稳定剂、乳化剂和增稠剂等[25]，因此推测海藻肥降低土壤容重的作用机理与聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等人工合成高聚物相似，因其较强的絮凝能力，施用该类型物质可对土壤分散颗粒起到团聚化作用，使土壤团粒组成发生变化，土壤团聚度明显提高，总孔隙度增加，土壤容重降低。

　　许多研究证明土壤改良剂的施用对土壤固定态或缓效态养分起到调节或激活作用，分析其中机制包括土壤结构改良、土壤酸碱度调节、土壤微生物数量及酶活性提高、改良介质对土壤养分的保蓄效应等几个方面，多种因素导致土壤养分元素有效性的提高[9，26]。本研究表明，施用虾肽肥、鱼蛋白肥、海藻肥等海洋类土壤改良剂能于烤烟生长关键时期有效提高土壤中碱解氮、有效磷、速效钾的含量，为烟株生长提供充足养分供应。虾肽肥、鱼蛋白肥等海洋动物类改良剂富含低分子肽类和氨基酸等养分，因此推测其可为土壤微生物提供丰富的能源物质，有利于增强其活性，促进土壤有机质的分解转化和速效养分的释放，进而改善土壤质量。海藻酸由于其结构特性，其保肥作用机理与高聚物类相似，通过改良土壤结构，减少土壤养分流失，改善土壤养分供应状况。

　　施用海洋类土壤改良剂对促进烟株生长、提高烟叶产量具有积极作用。本研究发现，施用鱼蛋白肥可在移栽后 35 d 至 75 d 内显著提高烟株根系活力。土壤的物理性状、水肥条件、微生物活动等对作物的根系活力有明显影响[4，18，27，28]，鱼蛋白肥含有多种氨基酸，可提高土壤微生物数量及磷酸酶、脲酶和蛋白酶等土壤酶的活性，进而提高土壤肥力[15]，为根系生长提供充足养分，从而提高根系活力。本研究结果表明，施用鱼蛋白肥、海藻肥均能显著提高烟株中部叶最大叶长、75 d 时干物质积累量、烤后烟叶产量和产值，但施用虾肽肥对烤烟生长和产量无明显影响。鱼蛋白肥、海藻肥的施用能够改良土壤特性，降低土壤容重，增强保肥性，并提高烟株根系活力，因此能促进烟株生长，增加单叶长度，提高烟叶产量和产值。研究显示，海洋类土壤改良剂对烤烟各生育期中部叶全氮、全磷、全钾含量无显著影响。土壤改良剂的施用对土壤养分起到调节或激活作用，但其并非为主要提供植物养分的物料[29]，其对土壤养分的调节作用是有限的，鱼蛋白、海藻酸在有限调节土壤养分供应条件下能有效促进烟株生长，使烟株干物质积累显著高于对照处理，导致烟叶中氮、磷、钾含量与对照无显著差异。

　　海洋类土壤改良剂由于其环保、增产的特性已被部分应用于蔬菜、棉花、花生等经济作物的种植中[30～ 32]。本研究分析了海洋类土壤改良剂对土壤特性、烤烟生长及产量的作用效果，表明施用鱼蛋白肥、海藻肥可在一定程度上改良土壤，有效促进烟株生长，显著提高烟叶产量，显示了利用海洋动植物资源研发新型土壤改良剂的良好前景。

　　对于鱼蛋白、海藻酸对烤后烟叶质量的影响及其对土壤、烤烟产生影响的作用机理还需进一步研究。——论文作者：孙延国1 ， 闫慧峰1 ， 石 屹1 ， 马兴华1* ， 许家来2 ， 胡希好3

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