陳維林，林葉春，高維常，馬瑩，李震，曾昭松，馬駿，王進，潘文杰

1 貴州省煙草公司黔西南州公司，貴州興義 562400；

2 貴州省煙草科學研究院，貴州貴陽 550081；

3 煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點實驗室，貴州貴陽 550081

烤煙地膜覆蓋栽培是1981年從日本引進的技術(shù)，具有顯著的增溫、保墑、防雜草等積極作用[1]，是保障烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的一項重要農(nóng)藝措施。地膜覆蓋是彌補烤煙生產(chǎn)熱量不足的有效方式，被廣泛應(yīng)用于高緯度和高海拔煙葉產(chǎn)區(qū)[2-3]。烤煙地膜覆蓋栽培地膜平均使用強度為52.5kg/hm2，目前，全國烤煙種植年均地膜使用量高達5.25萬噸。高強度使用地膜帶來了巨大的社會經(jīng)濟效益，同時也產(chǎn)生了“白色污染”，導致生態(tài)和經(jīng)濟效益失衡。

地膜易破碎，主要以片狀、蜷縮圓筒狀和球狀等形態(tài)呈水平、垂直和傾斜狀分布于土壤中，人工或機械回收殘膜難度大[4]、成本高。土壤耕層中殘留大量地膜，殘膜污染將嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。殘膜阻擋土壤水肥運移，惡化土壤結(jié)構(gòu)，不利于作物根系伸展，損壞農(nóng)機部件而影響農(nóng)田機械化操作[5-8]。2015年，農(nóng)業(yè)部出臺了《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，其中，農(nóng)田殘膜污染治理是一個重要方向[8]。黔西南州位于滇黔桂結(jié)合部，春季氣象災(zāi)害發(fā)生頻繁，以干旱[9]和冰雹[10]最為突出，嚴重制約區(qū)域烤煙生產(chǎn)。為了保障移栽煙苗正常生長發(fā)育、減少地膜覆蓋導致的白色污染和提高煙苗抵御自然災(zāi)害的能力，貴州省煙草公司黔西南州公司開發(fā)形成了烤煙杯罩移栽技術(shù)。煙苗移栽后，將杯罩口朝下扣于井窖內(nèi)，杯罩口與井窖中部6cm左右處銜接，罩住井窖內(nèi)移栽的煙苗完成移栽。杯罩移栽技術(shù)可以滿足煙苗移栽前期的增溫、保濕、防蟲、防雨、防雹等生產(chǎn)需求，且杯罩使用后方便清除和循環(huán)使用，可有效避免“白色污染”。本文研究了杯罩移栽井窖內(nèi)空氣溫濕度、土壤溫濕度、煙苗生理特征和煙株根系發(fā)育等，以期初步探明烤煙移栽中杯罩替代地膜的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2017年4月在貴州省黔西南州興義市萬屯鎮(zhèn)進行，該區(qū)位于云貴高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶，海拔1300m，屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)。全年無霜期281～310d，≥13℃的煙苗移栽初日為4月上中旬。4月份多年平均降水量為50mm左右，中度以上春旱持續(xù)時長15～34d，春季干旱是影響本區(qū)烤煙移栽的主要氣象因素。

1.2 供試材料

試驗用烤煙品種為云煙87，移栽煙苗苗齡為4葉1心。杯罩(貴州天興公司提供)為圓臺形，PE材質(zhì)；下杯口直徑8.4cm，上頂直徑6.1cm；頂面為弧形，弧高2cm，頂面預(yù)留0.5cm直徑的圓形小孔以通氣；杯罩總高度為13cm，容積約600mL，杯壁透光率90％以上(圖1)。

圖1 烤煙杯罩結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic map of an upturned cup

1.3 試驗設(shè)計

試驗以烤煙地膜移栽為對照，設(shè)3次重復(fù)，隨機排列，小區(qū)面積7.5×7.2m2。起壟前，分別條施專用復(fù)混肥與菜籽餅肥300kg/hm2和150kg/hm2作為基肥。試驗于2017年4月18日采用井窖式移栽，株行距分別為0.5m和1.2m，密度為1.65萬株/hm2；杯罩移栽的揭杯日期為4月29日。移栽當天施定根肥，專用水溶性配方肥(N:P2O5:K2O=22:14:10)37.5kg/hm2兌水3750kg/hm2，每株噴施230mL；移栽后20d首次追肥，專用水溶性配方肥(N:P2O5:K2O=14:19:20)135kg/hm2兌水600kg/hm2，每株噴施35mL；移栽后40d二次追肥，專用水溶性配方肥(N:P2O5:K2O=10.5:2.5:37.5)187.5kg/hm2兌水900kg/hm2，每株噴施55mL。其他管理同大田生產(chǎn)。

1.4 測定項目

1.4.1 井窖環(huán)境溫濕度

將U盤式溫濕度記錄儀(MicroLite，以色列)垂直放置于井窖底部，設(shè)定4月21日期間每10min記錄1次井窖內(nèi)的空氣溫度和相對濕度。土壤溫度和土壤含水量由多通道溫濕度記錄儀(EM50采集器和5TE土壤溫度水分傳感器，美國)每10min記錄1次，均記錄井窖底部土壤溫度和土壤含水量。

1.4.2 紅外熱成像

利用紅外熱像儀(FLIR SC660，瑞典)，分別在揭杯前的陰雨低溫天氣(4月21日)和晴朗高溫天氣(4月25日)以及揭杯后晴朗高溫天氣(5月3日)，同時采集不同移栽方式井窖和非井窖區(qū)域的熱成像，分析設(shè)定區(qū)域的溫度差異。每個小區(qū)采集5次重復(fù)。

1.4.3 葉綠素熒光成像

利用葉綠素熒光成像儀(Maxi-Imaging-PAM，德國)，在揭杯前(4月25日)和揭杯后(5月5日)上午9:00～11:00期間，取不同移栽方式同葉位完整葉片，離體條件下暗適應(yīng)20min以上，對Fo、Fm、Fv/Fm等參數(shù)進行成像分析，并在光合有效輻射(PAR)0、1、11、21、36、56、81、111、186、281、396、611和926μmol/(m2.s)水平測量快速光響應(yīng)曲線。

1.4.4 根系分析

分別于移栽后4d(4月22日)和8d(4月26日)取煙苗完整根系，先經(jīng)自來水初洗，再用蒸餾水洗凈，并剔除非根物質(zhì)。用根系掃描儀EPSON Twain PRO(32 bit)和根系分析系統(tǒng)WINRhizo對煙苗根系總長度、根系平均直徑、根系總表面積、根系總體積和總根尖數(shù)等參數(shù)進行分析。分別于揭杯前(4月25日)和揭杯后(5月3日)取完整煙株，洗凈后于105℃殺青30min，之后于70℃烘干至恒重，計算莖葉和根系干物質(zhì)積累量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL進行數(shù)據(jù)整理與制圖，SAS軟件(v8.2)進行Duncan's Multiple Range Test數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 杯罩移栽對井窖內(nèi)空氣溫濕度的影響

杯罩和地膜移栽井窖內(nèi)空氣溫濕度(期間最高大氣溫度較前一日降低了10℃，為強降溫天氣)的連續(xù)24h監(jiān)測結(jié)果表明(圖2)，杯罩移栽井窖內(nèi)氣溫介于12.36℃～18.80℃，均值15.60℃，變幅6.44℃；地膜移栽井窖內(nèi)氣溫13.63℃～20.57℃，均值15.62℃，變幅6.94℃，變化幅度較為一致；杯罩移栽井窖內(nèi)平均空氣溫度與地膜井窖較為一致，且環(huán)境溫度變幅相當。杯罩移栽井窖內(nèi)空氣相對濕度84.22％～92.69％，均值為90.12％，變幅8.47％；地膜移栽52.77％～87.49％，均值為77.40％，變幅34.72％；與地膜移栽比較，杯罩移栽井窖內(nèi)形成了持續(xù)而穩(wěn)定的高濕環(huán)境。

圖2 烤煙杯罩移栽對井窖空氣溫濕度的影響Fig.2 Effects of transplanting methods on the air temperature and humidity

2.2 杯罩移栽對井窖底土壤溫濕度的影響

不同移栽方式井窖底土壤溫濕度的監(jiān)測結(jié)果表明(圖3)，地膜移栽逐日平均地溫17.83℃～25.55℃，均值為19.74℃；杯罩移栽逐日平均地溫15.61℃～22.20℃，均值為17.23℃；與烤煙地膜移栽相比，杯罩移栽井窖底地溫受田間環(huán)境的影響表現(xiàn)為一致的變化趨勢，日均降低了8.30％～15.71％。地膜移栽井窖底土壤平均相對含水量為25.18％，杯罩移栽為14.27％，杯罩移栽比地膜降低了40.00％～46.15％。

圖3 烤煙杯罩移栽對土壤溫濕度的影響Fig.3 Effects of transplanting methods on the soil temperature and soil humidity

2.3 杯罩移栽對紅外熱成像的影響

不同移栽方式不同區(qū)域的紅外熱成像結(jié)果顯示(圖4)，在揭杯前陰雨低溫天氣條件下，與非井窖區(qū)域?qū)Ρ?，井窖?nèi)均表現(xiàn)為高溫熱成像。與地膜移栽比較，杯罩移栽在井窖和非井窖區(qū)域的熱成像溫度均降低。地膜移栽井窖區(qū)域的平均溫度為14.30℃，杯罩移栽為13.40℃；地膜移栽非井窖區(qū)域的平均溫度為11.13℃，杯罩移栽為10.63℃；杯罩移栽在井窖和非井窖區(qū)域的溫度與地膜移栽無顯著差異。

圖4 揭杯前紅外成像溫度差異(陰雨天氣)Fig.4 The infrared imaging temperature before taking the transplanting cups(rainy days)

不同移栽方式不同區(qū)域的紅外熱成像結(jié)果顯示(圖5)，在揭杯前晴朗高溫天氣條件下地膜和杯罩移栽在井窖區(qū)域均表現(xiàn)為突出的低溫熱成像，非井窖區(qū)域為鮮明的高溫熱成像。地膜移栽井窖區(qū)域的平均溫度為27.55℃，杯罩移栽為26.30℃，兩種移栽方式井窖區(qū)域溫度差異不顯著；地膜移栽非井窖區(qū)域平均溫度為36.38℃，杯罩移栽為32.76℃，杯罩移栽顯著降低了9.95％。

圖5 揭杯前紅外成像溫度差異(晴朗天氣)Fig.5 The infrared imaging temperature before taking the transplanting cups(sunny days)

不同移栽方式不同區(qū)域的紅外熱成像結(jié)果顯示(圖6)，在揭杯后高溫天氣條件下，地膜和杯罩移栽在井窖區(qū)域均表現(xiàn)為低溫熱成像，非井窖區(qū)域表現(xiàn)為鮮明的高溫熱成像。熱成像數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析顯示：地膜移栽井窖區(qū)域平均溫度為34.50℃，杯罩移栽為33.30℃，兩種移栽方式井窖區(qū)域溫度差異不顯著；地膜移栽非井窖區(qū)域平均溫度為46.03℃，杯罩移栽為44.10℃，杯罩移栽顯著降低了4.19％。

揭杯前，低氣溫條件下杯罩移栽對井窖區(qū)域具有一定的增溫效應(yīng)，能夠保障煙苗生長在安全溫度線以上(＞13℃)；高氣溫條件下，杯罩移栽對井窖區(qū)域具有顯著的減緩增溫作用；杯罩與地膜移栽在調(diào)節(jié)井窖內(nèi)煙苗生長環(huán)境溫度的作用一致。

圖6 揭杯后的紅外成像溫度差異(晴朗天氣)Fig.6 The infrared imaging temperature after taking the transplanting cups(sunny days)

2.4 杯罩移栽對煙苗葉片熒光成像的影響

揭杯前后不同移栽方式煙苗的葉綠素熒光參數(shù)的對比分析結(jié)果表明(圖7)，揭杯前后杯罩移栽均顯著提高了初始熒光(Fo)，但兩種移栽方式的可變熒光(Fv)和最大熒光(Fm)差異不顯著。揭杯前，兩種移栽方式最大光化學效率(Fv/Fm)差異不顯著，但揭杯后杯罩移栽顯著降低了3.11％。

圖7 移栽方式對煙苗葉片F(xiàn)o、Fv、Fm和Fv/Fm的影響Fig.7 Effects of transplanting methods on Fo,Fv,Fm and Fv/Fm of PSII

揭杯前后，測定了不同移栽方式的PAR-ETR光響應(yīng)曲線(圖8)。揭杯前，隨著光合有效輻射(PAR)的增加，不同移栽方式煙苗葉片的ETR值呈逐漸增大的趨勢，并在600μmol/(m2.s)左右光照條件下達到最大。光合有效輻射＞200μmol/(m2.s)，杯罩移栽的煙苗葉片ETR值明顯高于地膜移栽，這種差異至最大測定PAR時一直保持。揭杯后，隨著PAR的增加，不同移栽方式煙苗葉片的ETR值呈逐漸增大的趨勢。不同移栽方式在光合有效輻射在300μmol/(m2.s)左右時表現(xiàn)出明顯的差異：杯罩移栽的ETR值逐漸低于地膜移栽，且這種差異隨PAR增加進一步增大。

2.5 杯罩移栽對煙苗根系發(fā)育的影響

試驗結(jié)果表明(表1)，移栽4d，杯罩與地膜移栽在根總長和根直徑存在顯著差異，杯罩移栽根總長顯著增加了12.46％，但根直徑顯著減小了8.15％，其他根系參數(shù)無顯著差異。

圖8 移栽方式對煙苗葉片光響應(yīng)曲線的影響(揭杯前，4月25日；揭杯后，5月5日)

移栽8d，杯罩和地膜移栽在根總長、根表面積、根直徑和根尖數(shù)等參數(shù)均無顯著性差異，但杯罩比地膜移栽根體積顯著提高了9.29％。

杯罩和地膜移栽的煙苗生長發(fā)育情況較為一致，均以地上部發(fā)育為主，莖葉干物質(zhì)積累迅速；不同移栽方式在煙苗莖葉和根系干物質(zhì)積累方面無顯著性差異(表2)。

表1 不同時期煙苗根系形態(tài)Tab.1 Root morphology of the tobacco seedlings on 4 and 8 days after transplanting

表2 揭杯前后煙苗干物質(zhì)量Tab.2 The dry matter of tobacco seedlings before and after taking the cups g/株

3 討論

3.1 杯罩移栽對煙苗生長發(fā)育的影響

植物苗期地上部生長與根系發(fā)育(如根系表面積)存在密切聯(lián)系，植物根系表面積越大，根系對水肥的吸收面積越大，越有利于促進苗期地上部的生長[11]。對比烤煙地膜移栽，杯罩移栽4d，根系表面積差異不顯著；移栽8d，煙苗根系表面積差異仍不顯著；但隨著根系的生長發(fā)育，移栽8d較移栽4d時新發(fā)生根系與土壤接觸更加充分。根系取樣過程中會造成較多的新根系損失，可能影響在不同取樣時期的根系結(jié)果比較。揭杯前后，杯罩與地膜移栽在煙苗莖葉和根系干物質(zhì)積累量方面差異不顯著，兩種移栽方式對煙苗的促生效應(yīng)較為一致。

3.2 杯罩移栽對煙苗生理生態(tài)的影響

井窖式移栽可明顯改善煙苗移栽初期井窖內(nèi)的大氣和土壤等環(huán)境水熱條件，是應(yīng)對不適宜生長條件的重要栽培措施[12]，對煙苗的促生效應(yīng)突出[13]。覆膜栽培是烤煙生產(chǎn)中普遍采用的一項技術(shù)，具有明顯的增溫保墑作用[14]。對比地膜移栽，杯罩移栽的井窖底部土壤溫度比地膜移栽降低了8.30％～15.71％，顯著降低了井窖區(qū)域外的壟體溫度，但井窖區(qū)域的溫度未顯著減小。與地膜移栽比較，杯罩移栽大幅減小了壟體覆蓋，壟體土壤溫度會降低；利用杯罩僅對井窖區(qū)域進行扣杯處理，形成了較為封閉的煙苗生長空間，這種類似“微型溫室”的空間結(jié)構(gòu)保障了煙苗生長對環(huán)境溫度的需求。杯罩移栽土壤水分蒸發(fā)散失面增大，短時期無有效降水將降低壟體土壤墑情；杯罩阻擋了雨水落入，同時有效遏止了井窖水分散失，封閉的空間內(nèi)容易形成高濕環(huán)境。因此，杯罩移栽井窖底部的土壤含水量低于地膜移栽，但杯罩移栽井窖內(nèi)仍能保持更高、更穩(wěn)定的空氣相對濕度。高濕環(huán)境下，植物葉片水勢保持較高水平[15]，將有利于煙苗快速緩苗和早生快發(fā)。揭杯前后，杯罩移栽煙苗均顯著提高了初始熒光；揭杯后，杯罩移栽煙苗PSII最大光化學效率和電子傳遞效率均降低；揭杯后環(huán)境改變對煙苗生長有一定抑制作用，下一步需要明確避免或緩解負面效應(yīng)的相應(yīng)技術(shù)措施，如改善杯罩上端透氣孔位置、大小和數(shù)量或改變杯罩頂端顏色等避免發(fā)生日灼。

4 結(jié)論

烤煙杯罩移栽井窖內(nèi)空氣溫度略降低，空氣相對濕度明顯增加。杯罩移栽在井窖區(qū)域的紅外成像溫度與地膜移栽無顯著差異，且降低了晴朗天氣條件下非井窖區(qū)域的壟體溫度。移栽4d時杯罩移栽煙苗的總根長顯著增加，移栽8d時其根總體積顯著提高。揭杯前后，杯罩移栽煙苗的莖葉和根系干物質(zhì)積累量與地膜移栽差異不顯著?？緹煴忠圃跃褍?nèi)的環(huán)境水熱條件較為適宜，煙苗生長發(fā)育與地膜移栽較為一致，可作為地膜移栽的一種替代技術(shù)。

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