復(fù)配多肽對(duì)強(qiáng)酸性土壤條件下“云煙87”的根系生長(zhǎng)調(diào)控

吳紅紅，劉紫薇，李偲，楊升，馮吉，李建平，孫光偉，孫敬國(guó)，陳振國(guó)，李亞?wèn)|

(1.湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，省部共建生物催化與酶工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430062;2.湖北省煙草科學(xué)研究院，湖北 武漢 430030)

0 引言

高品質(zhì)煙葉的種植一直是煙草工業(yè)的技術(shù)要求，但尿素、含酸根化肥的不科學(xué)使用導(dǎo)致土壤嚴(yán)重酸化，產(chǎn)生煙株根系發(fā)育障礙，影響煙株生長(zhǎng)、降低煙葉品質(zhì)等系列問(wèn)題[1-2]，同時(shí)影響土壤微生物種群數(shù)量、氮磷鉀含量；眾多研究表明，煙草根系發(fā)育的好壞，將直接影響煙株的長(zhǎng)相、長(zhǎng)勢(shì)，進(jìn)而影響煙草的產(chǎn)量、質(zhì)量及內(nèi)在品質(zhì)[8]，并且在常規(guī)偏酸或中性土壤種植中，通過(guò)施用有機(jī)肥能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤保水保肥性能[2-4]、有效促進(jìn)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育[5-8]，以及能促進(jìn)煙株根系活力、增加煙草1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)側(cè)根的長(zhǎng)度、數(shù)量[9-14].但事實(shí)上，在山區(qū)的強(qiáng)酸性土壤中難以實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，煙葉種植基地通常不直接使用有機(jī)肥，而使用速效且含有較高比例硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的專用肥，以應(yīng)對(duì)土壤強(qiáng)酸性、高海拔低氣溫、煙株生長(zhǎng)緩慢等問(wèn)題；基于此現(xiàn)狀，以及在課題組前期研究基礎(chǔ)上，將蛋白廢棄物轉(zhuǎn)化為小分子多肽以提高其對(duì)煙株根系生長(zhǎng)的速效性，研究是否可代替含有硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的專用肥，為解決銨態(tài)氮對(duì)土壤的酸化板結(jié)、硝態(tài)氮經(jīng)過(guò)反硝化而產(chǎn)生溫室氣體等建立技術(shù)參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料烤煙品種為云煙87，于湖北省恩施州利川市柏楊壩鎮(zhèn)煙草基地種植,其土壤性質(zhì)為酸化黃黏土，測(cè)得pH為4.20，全氮、全磷、全鉀和全鈣含量分別為0.94、0.32、25.27和16.86 g/kg；所用肥料為多肽(實(shí)驗(yàn)室自備),其pH為10.85，全氮、全磷、全鉀和全鈣含量分別為90.53、0.36、71.62和53.20 g/kg，煙草專用肥(來(lái)自利川煙草基地，N∶P2O5∶K2O含量為1.0∶1.5∶3.0).

1.2 煙草種植實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)田間采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，每個(gè)處理共種植120株，采用單株重復(fù)原則，共120個(gè)重復(fù)，每畝(666.7 m2，全文同)植煙1 010株，株行距55 cm×120 cm.施肥處理方式如表1所示，以含氮量為基準(zhǔn)，N∶P2O5∶K2O為1.0∶1.5∶3.0，同時(shí)根據(jù)烤煙生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采取其他栽培措施.

表1 不同處理施肥方式

3月15日播種，發(fā)苗用時(shí)55 d，5月10日移栽大田，6月1日開始進(jìn)行根系活力的測(cè)定，不同時(shí)期各取一次，共6個(gè)時(shí)期，分別是:伸根期，團(tuán)棵期，旺長(zhǎng)期，現(xiàn)蕾期，打頂期和成熟期.在煙草成熟期進(jìn)行根系長(zhǎng)度和體積，根部氮磷鉀鈣含量，土壤pH及土壤微生物等指標(biāo)的測(cè)定.

1.3 樣品測(cè)定方法煙草根系活力測(cè)定采用TTC(2，3，5-氯化三苯基四氮唑)法[15]；根系長(zhǎng)度采用標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)量；根系體積采用排水法測(cè)定；煙草根部氮磷鉀鈣含量參照王瑞新等[16]的方法進(jìn)行測(cè)定；土壤pH采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量[17]；土壤微生物群落組成采用高通量測(cè)序，將處理1、處理2、處理3及CK的土壤樣品送至武漢譜渡眾合生命科技有限公司進(jìn)行測(cè)序.

1.4 數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和Origin 2019進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理作圖，SPSS 23.0進(jìn)行單因素方差分析，LSD多重比較(P<0.5為差異顯著).

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配多肽對(duì)煙草根系活力的影響各時(shí)期煙草根系活力的測(cè)定結(jié)果如圖所示.從圖1整體可看出同一處理的根系活力在各時(shí)期基本的變化趨勢(shì)相同，即從伸根期到團(tuán)棵期，煙草根系活力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從團(tuán)棵期到打頂期則呈上升趨勢(shì)，在打頂期后又呈下降趨勢(shì).復(fù)配多肽(處理3)的根系活力在大部分時(shí)期均高于其他處理.

從每個(gè)時(shí)期分析，在伸根期中，處理1的煙草根系活力為229.22 μg/(g·h),處理2的根系活力為188.56 μg/(g·h)，處理3的根系活力為223.34 μg/(g·h)，處理4的根系活力為239.34 μg/(g·h)，分別比CK(180.77 μg/(g·h))提高了26.80%、4.31%、23.55%、32.40%.由此可看出伸根期施加多肽可顯著增加煙草根系活力；由處理1和處理2可知施加多肽越多，根系活力越強(qiáng).

在團(tuán)棵期中，處理1、處理2、處理3、處理4的根系活力分別為74.35、93.27、73.27、82.42 μg/(g·h),比CK(84.53 μg/(g·h))分別提高了-12.04%、10.34%、-13.32%、-2.50%.結(jié)果顯示團(tuán)棵期時(shí)僅處理2根系活力較高，說(shuō)明單施多肽也可以提高根系活力，而處理1根系活力較低，可能是過(guò)量多肽抑制根系活力的緣故.

在旺長(zhǎng)期中，處理1的根系活力為79.79 μg/(g·h),處理2為82.00 μg/(g·h)，處理3為103.05 μg/(g·h)，處理4為95.48 μg/(g·h)，比CK(90.89 μg/(g·h))分別提高了-12.21%、-9.78%、13.38%、5.05%.由結(jié)果可知，旺長(zhǎng)期時(shí)僅單施多肽對(duì)根系發(fā)育效果不明顯，復(fù)配多肽效果顯著，這應(yīng)該是因?yàn)槿笔Я追屎外浄?，降低了煙草根系活力[18-19].復(fù)配多肽也比多肽作追肥的效果好，說(shuō)明復(fù)配多肽的組合為最佳施肥方式.

在現(xiàn)蕾期中，處理1、處理2、處理3、處理4的根系活力分別為126.17、120.77、134.54、130.69 μg/(g·h),比CK(126.52 μg/(g·h))分別提高了-0.28%、-4.54%、6.34%、3.30%.結(jié)果表明現(xiàn)蕾期與旺長(zhǎng)期類似，復(fù)配多肽對(duì)煙草根系效果最顯著.

在打頂期中，處理1的根系活力為125.58 μg/(g·h),處理2為141.61 μg/(g·h)，處理3為184.86 μg/(g·h)，處理4為154.56 μg/(g·h)，比CK(141.29 μg/(g·h))分別提高了-11.12%、0.23%、30.84%、9.39%.從上述結(jié)果可知，打頂期時(shí)復(fù)配多肽組根系活力最強(qiáng)，而處理2比處理1要高，可能是因?yàn)榇罅渴┘佣嚯膶?duì)煙草根系活力沒(méi)有促進(jìn)作用.

在成熟期中，處理1、處理2、處理3、處理4的根系活力分別為83.32 μg/(g·h)、89.21 μg/(g·h)、81.11 μg/(g·h)、73.26 μg/(g·h),比CK(76.80 μg/(g·h))分別提高了8.49%、16.16%、5.61%、-4.61%.經(jīng)分析可知，成熟期時(shí)處理1和處理2根系活力較強(qiáng)，單施多肽可在后期對(duì)根系活力起作用，但此時(shí)煙葉即將采摘，故對(duì)煙草發(fā)育效果較差；處理4與CK相比，根系活力略弱，但此時(shí)不影響煙草生長(zhǎng)；從旺長(zhǎng)期開始復(fù)配多肽對(duì)根系活力的影響效果一直較顯著.

以上結(jié)果表明，單獨(dú)施加多肽(處理1、處理2)在前期對(duì)煙草根系活力影響不明顯，后期才逐漸升高，但煙草生長(zhǎng)發(fā)育受到較大影響；復(fù)配多肽(處理3)則對(duì)煙草根系活力有著顯著的促進(jìn)作用，且將多肽作為追肥(處理4)施加也具有增加根系活力的作用.

2.2 復(fù)配多肽對(duì)煙草根系長(zhǎng)度的影響在成熟期進(jìn)行煙草根系長(zhǎng)度測(cè)定，如圖2所示.處理1的煙草根系長(zhǎng)度為47.47 cm,處理2為52.70 cm，處理3為56.17 cm，處理4為54.63 cm，比CK(54.37 cm)分別提高了-12.7%、-3.1%、3.3%、0.48%.由結(jié)果分析可知處理3，處理4與CK相比沒(méi)有顯著性差異，但處理3數(shù)值最高，說(shuō)明復(fù)配多肽促進(jìn)煙草根系伸長(zhǎng)；處理1與處理2根系長(zhǎng)度較短，由前面結(jié)果也知單獨(dú)施加多肽對(duì)于根系發(fā)育效果不顯著.以上結(jié)果表明成熟期時(shí)相較煙草專用肥，復(fù)配多肽對(duì)煙草根系長(zhǎng)度有一定促進(jìn)作用.

2.3 復(fù)配多肽對(duì)煙草根系體積的影響在成熟期進(jìn)行煙草根系體積測(cè)定，如圖3所示.處理1、處理2、處理3、處理4的煙草根系體積分別為306.67、406.67、490.00、418.33 cm3,比CK(436.67 cm3)分別高了-29.77%、-6.87%、12.21%、-4.20%.分析可知成熟期時(shí)復(fù)配多肽的根系體積顯著高于其他處理，而處理4與CK相比沒(méi)有顯著性差異，處理1和處理2與CK有顯著性差異.以上結(jié)果表明，在成熟期時(shí)復(fù)配多肽對(duì)煙草根系體積有顯著作用.

2.4 復(fù)配多肽對(duì)根系氮含量的影響在成熟期進(jìn)行根系氮含量測(cè)定，結(jié)果如圖4所示.不同處理根部氮含量分別為9.67，9.45，12.74，11.19 g/kg，比CK(11.32 g/kg)分別提高了-14.49%、-16.52%、12.54%、-1.15%.分析可知，處理3顯著高于其他處理，處理4與CK之間差異未達(dá)到顯著水平，處理1與處理2也沒(méi)有顯著差異.以上結(jié)果說(shuō)明，成熟期時(shí)復(fù)配多肽顯著提升煙草根系氮含量.

2.5 復(fù)配多肽對(duì)根系磷含量的影響在成熟期進(jìn)行根系磷含量測(cè)定，結(jié)果如圖5所示.不同處理的根部磷含量分別為1.93、2.22、2.88、2.31和2.49 g/kg，分析可知，處理3顯著水平最高，比CK提高了15.67%，處理1、2、4顯著低于CK，其中處理2與處理4之間沒(méi)有顯著差異.以上結(jié)果表明，復(fù)配多肽顯著提升煙草根系磷含量.

2.6 多肽對(duì)根系鉀含量的影響在成熟期進(jìn)行根系鉀含量測(cè)定，結(jié)果如圖7所示.不同處理的根部鉀含量分別為23.86、18.46、30.04、24.35和28.17 g/kg，分析可知，處理3根部鉀含量高于其他處理，雖然與CK之間差異未達(dá)顯著水平，但比CK提高6.64%.以上結(jié)果表明相比煙草專用肥，復(fù)配多肽對(duì)成熟期根系鉀含量有一定促進(jìn)作用.

2.7 多肽對(duì)根系鈣含量的影響在成熟期進(jìn)行根系鈣含量測(cè)定，結(jié)果如圖7所示.不同處理根部鈣含量分別為29.67、18.09、29.06、26.14 g/kg，比CK(27.19 g/kg)分別提高了9.12%，-33.47%，6.88%，-3.86%，分析可知，處理1顯著高于其他處理，說(shuō)明大量施加多肽可以提升根系鈣含量，處理3與處理1之間無(wú)顯著差異，與CK之間差異也沒(méi)有達(dá)到顯著水平,但高于CK，說(shuō)明復(fù)配多肽可以提升根系鈣含量，另外處理4與CK之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明煙草專用肥作基肥，多肽作追肥的處理也可以達(dá)到全施煙草專用肥的效果.以上結(jié)果表明，施加多肽多少可以影響根系鈣含量，但綜合煙草根系數(shù)據(jù)，復(fù)配多肽更適合用于煙草根系生長(zhǎng)發(fā)育.

2.8 多肽對(duì)種植土壤pH的影響在成熟期進(jìn)行種植土壤pH測(cè)定，結(jié)果如圖8所示.不同處理的土壤pH值分別為4.78，4.86，5.13，5.06，5.03，分析可知，處理3、4和CK之間差異未達(dá)到顯著水平，但處理3的土壤pH值比CK提高0.10個(gè)單位，處理4比CK提高0.03個(gè)單位，處理1、2之間無(wú)顯著差異且低于其他處理.以上結(jié)果表明，相比煙草專用肥，復(fù)配多肽可提升煙草種植土壤pH值，煙草專用肥作基肥，多肽作追肥的處理也有一定作用，單獨(dú)施加多肽則不能明顯提升種植土壤pH值.

2.9 多肽對(duì)種植土壤微生物的影響在打頂期時(shí)取處理1(T100)、處理2(T60)、處理3(TPK)和CK(YF)進(jìn)行種植土壤微生物多樣性的測(cè)定，結(jié)果如圖所示.圖9為對(duì)相對(duì)豐度排名前30位的土壤微生物物種組成進(jìn)行的分析.前10位物種分別是:norank_JG30-KF-AS9豐度最高，占6.19%～13.12%；丘氏桿菌(Chujabacter, 0.81%～12.83%)、羅河桿菌(Rhodanobacter，2.51%～13.39%)、嗜酸菌(Acidthermus, 1.36%～2.66%)、norank_f_norank_o_Gaiellales, 1.24%～2.32%、norank_f_norank_o_norank_ c_norank_p_WPS,1.08%～2.13%)、芽孢桿菌(Bacillus，0.69%～2.09%)、JG30a-KF-32, 0.67%～1.84%)、norank_f_norank_o_EIsterales, 0.53%～1.53%) 和八疊球菌(Sporosarcina, 0.51%～1.69%).這10種微生物的相對(duì)豐度共占15.59%～53.60%.各樣本中norank_JG30-KF-AS9、丘氏桿菌、羅河桿菌的相對(duì)豐度均高于5%,共計(jì)達(dá)9.51%～39.34%,為優(yōu)勢(shì)微生物.

排名前10位的土壤微生物的相對(duì)豐度在施加多肽組和煙草專用肥組間大部分不存在顯著差異，有許多未知的菌群不了解其屬性與生長(zhǎng)環(huán)境，其中芽孢桿菌和八疊球菌屬于革蘭氏陽(yáng)性菌，適宜在偏中性或堿性的環(huán)境下生存，而施加多肽對(duì)其數(shù)量有一定提升作用，復(fù)配多肽相比CK分別提高了1.40%和1.18%.以上結(jié)果表明施加多肽對(duì)煙草種植土壤微生物群落物種組成在打頂期后均具有一定影響，且復(fù)配多肽可以提升耐堿細(xì)菌的數(shù)量，證明土壤酸度有所改善，這與土壤pH值變化一致.

4種處理12個(gè)土壤樣本中共檢測(cè)出630個(gè)微生物物種，通過(guò)圖10分析了4種處理土壤微生物群落所共有和特有的細(xì)菌屬，結(jié)果表明:打頂期后,處理1與CK土壤中共有的微生物為387個(gè)，處理1土壤中特有的微生物為10個(gè)，CK土壤中特有的微生物為5個(gè)；處理2與CK土壤中共有的微生物為404個(gè)，處理2土壤中特有的微生物為59個(gè)；處理3與CK土壤中共有的微生物為394個(gè)，處理3土壤中特有的微生物為6個(gè).以上結(jié)果表明相比CK，施加多肽對(duì)土壤微生物多樣性具有一定影響，處理1增加了土壤中特有微生物群落，處理2和處理3增加了土壤微生物多樣性，特有微生物群落也有所增加.

3 結(jié)論

1)煙草種植以優(yōu)質(zhì)煙葉為第一指標(biāo)，而煙草根系發(fā)育旺盛是增長(zhǎng)煙葉品質(zhì)的基礎(chǔ).相比煙草專用肥，復(fù)配多肽顯著提高煙草根系活力5.61%～30.84%；復(fù)配多肽組根系長(zhǎng)度和體積在成熟期比CK分別提高3.3%和12.21%；且在根系氮、磷、鉀、鈣等方面分別比煙草專用肥提高了12.54%、15.67%、6.64%、6.88%.以上結(jié)果表明，復(fù)配多肽顯著促進(jìn)煙草根系生長(zhǎng)，這可為煙葉生長(zhǎng)提供更充分的營(yíng)養(yǎng).

2)強(qiáng)酸性土壤改良的主要指標(biāo)是pH，煙草專用肥含有的銨態(tài)氮、硝態(tài)氮對(duì)土壤酸化沒(méi)有改善作用，而復(fù)配多肽組土壤pH值比CK提高0.10個(gè)單位，這與課題組前期研究結(jié)果一致[20]，且復(fù)配多肽不會(huì)造成土壤板結(jié)等問(wèn)題，可用于強(qiáng)酸性土壤改良.

3)復(fù)配多肽還能提高強(qiáng)酸性土壤微生物多樣性，比煙草專用肥增加5個(gè)微生物群落，同時(shí)還增加了一種特有微生物群落.綜上所述，復(fù)配多肽對(duì)強(qiáng)酸性土壤條件下的煙草根系生長(zhǎng)具有很好的調(diào)控效應(yīng)，還能降低土壤的酸度、改善土壤微生物多樣性，具有優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的肥料潛力，為土壤改良、優(yōu)質(zhì)煙葉種植、以及山區(qū)煙葉種植農(nóng)戶扶貧等建立技術(shù)基礎(chǔ)，也為煙草專用肥制備建立新的技術(shù)儲(chǔ)備，具有研究開發(fā)價(jià)值.