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生物降解膜覆盖对烤烟光合特性、叶绿素荧光和农艺性状的影响

更新时间:2009-03-28

地膜覆盖栽培技术已成为我国北方农业区农业生产中的一项重要栽培技术措施[1-2],覆盖地膜可以在土壤表面形成物理阻隔层,在一定程度上减缓土壤与大气之间水分的交换,使农田土壤中的气、热、肥状况得到改善[3],具有明显的增温保墒、促进土壤中养分转化的作用[4]。在农用地膜被大面积投入使用的过程中,人们也逐渐发现了由此带来的白色污染问题。在作物收获后,烟农从不揭膜可以节省大量人力的省工角度出发,不再对耕地中已用于覆盖的农膜进行清理与回收,残膜的滞留造成土壤板结、通透性变差,使农田土壤环境恶化。在烟株生长的中后期,如不及时进行揭膜,在环境温度的影响下,过高的土壤温度则会限制烟株根系的发育,使其后期的生长受到影响[5]。生物降解膜的发展是可解决此类问题的有效途径,它的作用与普通地膜相同,但因具有可降解特性,使用的过程中在省去揭膜成本的同时还可以减少耕田的白色污染[6]。目前,覆盖生物降解膜在水稻、花生、棉花、小麦等农作物上已有研究应用,尹光华等研究表明,生物降解膜覆盖可以提高花生饱果成熟期叶片的净光合速率(P n),增幅可达17%、21%,蒸腾速率(T r)也提高了15%和52%,利于花生产量的提高[3]。梁美英等研究表明,覆盖降解膜和普通地膜均有显著的增温保水作用,玉米产量和水分利用率(WUE)以降解膜覆盖最高,普通地膜覆盖次之[7]。何文清等对生物降解膜应用于棉花的研究表明,作物种类与作用区域的环境条件与降解膜的降解性能有着直接的关系[8]。在我国,有关生物降解膜对烤烟进行覆盖栽培的研究少有报道,云南省烟草公司曾在2011年开展过生物降解膜应用于烤烟生产的同田对比试验,而在北方烟区尚未出现相关的试验研究。为探索和验证生物降解膜的农田生物效应,于2015年牡丹江烟区范家乡开展了生物降解膜与普通农膜覆盖栽培的对比试验,旨在验证生物降解膜在黑龙江省的使用效果,为烤烟覆盖栽培中生物降解膜的应用及推广提供参考依据。

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1 材料与设计

1.1 试验地概况

试验地点位于黑龙江省牡丹江市宁安范家乡。该地区属第二积温带,无霜期130~140 d,≥10℃活动积温2 600~2 900℃,土壤质地为黏壤土。按植烟地块土壤化验结果施肥,所用肥料为高碳基土壤修复肥,土壤样品分析结果:N含量为0.155%,C含量为 1.587%,S含量为 0.042%,C/N为10.238,有机质含量为 2.612%,碱解氮含量为 76.973 mg/kg,有效磷含量为 19.916 mg/kg,速效钾含量为 127.125 mg/kg,Cl含量为0.036 g/kg,pH值为7.0。施氮量37.5 kg/hm2;施磷量 49.5 kg/hm2;施 钾 量 120.0 kg/hm2;施 有 机 肥181.5 kg/hm2。试验地块前茬作物为大豆,秋翻秋起垄。

1.2 试验材料与设计

供试品种为当地主栽烤烟龙江911。本试验设计3种处理,每个处理3次重复,共计9小区,区组设通道,四周设置保护行,处理设置见表1。于3月13日播种,5月8日覆膜移栽,全生育期覆膜,8月5日第1次采收烘烤。行距1.07 cm,株距50 cm,密度18 691株/m2,留叶数18张左右。本试验田间管理措施按优质特色低危害烟叶生产技术规范进行,各项农事操作及时一致,同一管理措施在同1 d内完成。

 

表1 不同处理设计

  

处理号 处理 膜生产厂家1 露地栽培(CK)2 聚乙烯膜覆盖(OFM) 沈阳市友林园艺科技设备经销处3 生物降解膜覆盖(DFM) 金发科技股份有限公司

1.3 测定指标与方法

1.3.1 光合作用气体交换参数的测定 于7月21日,采用美国CID公司生产的 CI-340便携式光合仪,在晴天09:00—11:00,有效光合辐射值 1 500~2 200μmol/(m2·s),于每小区选取长势均匀一致、有代表性的烟株3株进行指标测定,避开主叶脉测定叶片的光合气体交换参数,读数1 min,得到自然光照下的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度等。

1.3.2 叶绿素荧光动力学参数 于7月20日09:00—11:30时段,采用德国WALZ公司生产的MINI-PAM超便携式调制叶绿素荧光仪,每小区选田间长势均匀一致、有代表性的烟株5株(五点取样法),首先用暗适应叶夹对中部叶片进行20 min暗处理,然后测定光诱导曲线。直接测定叶片的实际荧光 F,给出饱和脉冲光,测定光下最大荧光 F m[9],得到PSⅡ 的最大光化学量子产量,即 ΦPSⅡ =ΔF/F m′=(F m′-F)/F m′等各项参数。

非光化学淬灭(NPQ)反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分,基本反映了叶黄素循环的非辐射耗散途径的强弱,而有效光化学量子产量反映的则是PSⅡ反应中心原初光能捕获效率[11]。通过对荧光参数结果的分析可以看出,生物降解膜处理,烟叶具有较高的PSⅡ光化学活性;各处理NPQ的强弱存在差异,覆降解膜的处理NPQ较小,说明通过非辐射耗散的热能较少,而F0的上升则可能是由于PSⅡ反应中心破坏或逆失活,F0增幅较小,反应受破坏程度较低。

由表4可知,覆膜的处理下,中部叶F0随生育期呈下降趋势,而上部叶 F0随生育期为上升趋势,普通地膜覆盖(OFM)处理上部叶F m、F v均随叶片部位的升高而降低;生物降解膜覆盖(DFM)的处理中部叶的F m、F0低于下部叶和上部叶,CK、普通地膜覆盖(OFM)处理上部叶F m相对于中部叶分别下降了 20.95%、13.58%,F0升高了 10.12%、2080%,而生物降解膜覆盖(DFM)的处理上部叶F m、F0则分别比中部叶增加了9.29%和24.02%,覆降解膜处理与CK差异性显著;3个处理上部叶PSⅡ最大光化学效率方面表现为生物降解膜覆盖(DFM)>普通地膜覆盖(OFM)>CK,且差异显著。

2.3 两组患者不良反应发生率比较 单孔组肺不张1例,慢性疼痛1例;三孔组肺不张3例,切口感染4例,支气管胸膜瘘1例,皮下气肿2例,慢性疼痛2例。单孔组的不良反应发生率为5.3%(2/38)显著低于三孔组的28.6%(12/42),两组间比较,差异有统计学意义(P<0.05)。

1.4 数据处理与分析

由表2可知,3个处理在净光合速率方面差异显著,其中生物降解膜覆盖(DFM)处理的净光合速率比CK增加了738%;3个处理在蒸腾速率、气孔导度与细胞间隙CO2浓度3个方面差异不显著,生物降解膜覆盖(DFM)处理的蒸腾速率与细胞间隙CO2浓度均高于CK,分别比CK高出7.92%和4.81%,普通地膜覆盖(OFM)处理的胞间CO2浓度比CK高出12.70%,生物降解膜覆盖(DFM)处理在叶片气孔导度方面比普通地膜覆盖(OFM)处理高出11.44%。

2 结果与分析

2.1 生物降解膜覆盖对烤烟中部叶叶片光合参数的影响

采用Excel2007软件处理试验数据;SPSS 16.0软件进行方差分析,多重比较采用Duncans新复极差法,显著性水平为 005。

 

表2 不同覆盖处理下烤烟中部叶片的光合特性

  

注:同列数据后不同小写字母表示不同处理间在0.05水平上差异显著。下表同。

 

处理 净光合速率[μmol/(m2·s)]蒸腾速率[mmol/(m2·s)]气孔导度[mmol/(m2·s)]细胞间隙CO2浓度(μmol/mol )CK 32.23±4.81b 7.07±1.43a 410.21±135.89a 22 2±16.69a 3.00±48.72a普通地膜覆盖(OFM) 28.08±2.54ab 8.18±1.29a 411.12±109.37a 251.32±8.85a生物降解膜覆盖(DFM) 34.61±2.74a 7.63±0.44a 458.15±69.28a 233.7

2.2 生物降解膜覆盖对烤烟叶片荧光特性的影响

校园是学生学习和成长主要地方,良好的校园环境会直接或间接的影响着学生学习和成长的质量。对于中职学校来说,营造良好的校园环境至关重要。

1.3.4 烟根干物质积累 烟株移栽后不定期采取整株烟株,将根洗净晾干,烘干后称量干质量。

9月5日,第十一届中国农药高层论坛在河南新乡召开。会议围绕农药新政、绿色植保、农产品质量安全、乡村振兴等政策进行深入解读和交流。大会通过探讨农药产业管理动态、绿色植保发展战略,为农药产业发展质量变革、绿色变革、动力变革提供根本路径。本次会议由中国农药发展与应用协会主办。原农业部副部长刘坚,中国农药发展与应用协会会长刘永泉,河南省农业厅党组成员、副厅长邹庆鹏出席了本次会议。

 

表3 生物降解膜覆盖对烤烟叶片PSⅡ实际光化学量子产量的影响

  

实际光化学量子产量下部叶部位 处理 光化学淬灭 非光化学淬灭NPQ PSⅡCK 1.012±0.314b 2.846±1.259a 0.452±0.183b普通地膜覆盖(OFM) 1.153±0.287a 2.843±0.525a 0.495±0.117a生物降解膜覆盖(DFM) 1.110±0.400ab 2.148±0.604a 0.521±0.178a中部叶CK 1.385±0.287ab 1.450±0.634b 0.657±0.131a普通地膜覆盖(OFM) 1.145±0.440a 2.030±1.025a 0.502±0.187b生物降解膜覆盖(DFM) 1.297±0.300ab 1.530±0.626ab 0.601±0.139a上部叶CK 1.803±0.235a 2.346±0.603a 0.437±0.080a普通地膜覆盖(OFM) 1.850±0.178a 2.331±1.214a 0.472±0.127a生物降解膜覆盖(DFM)1.699±0.339a 2.087±0.614a 0.430±0.048a

 

表4 生物降解膜覆盖对烤烟叶片PSⅡ最大光化学效率的影响

  

最大光化学效率下部叶 CK 495.778±113.481a 1 811.333±481.292a 1 315部位 处理 初始荧光(F0)最大荧光(F m)可变荧光(F v) PSⅡ.556±395.306a 0.722±0.040a普通地膜覆盖(OFM) 585.778±174.190a 2 142.667±633.449a 1 556.889±594.203a 0.714±0.093a生物降解膜覆盖(DFM) 625.778±140.102a 2 235.222±268.431a 1 609.444±271.367a 0.718±0.065a中部叶 CK 637.500±242.148a 2 076.500±298.824a 1 439.000±285.708a 0.694±0.107a普通地膜覆盖(OFM) 543.667±79.939a 2 012.500±456.435a 1 468.833±511.701a 0.711±0.107a生物降解膜覆盖(DFM) 539.333±84.085a 1 730.333±635.538a 1 191.000±604.779a 0.656±0.113a上部叶 CK 702.000±175.133a 1 641.500±298.100ab 939.500±390.919a 0.555±0.142b普通地膜覆盖(OFM) 656.750±139.237a 1 739.250±331.521a 1 082.500±458.164ab 0.602±0.129ab生物降解膜覆盖(DFM) 668.875±131.964a 1 891.000±196.701bc 1 222.125±256.423c 0.642±0.085a

2.3 生物降解膜覆盖对烤烟农艺性状的影响

从图1可以看出,生物降解膜覆盖(DFM)处理与CK在有效叶数上存在较大差异,与普通地膜覆盖(OFM)处理相比,生物降解膜覆盖(DFM)处理的叶数多约2张;总体上,生物降解膜覆盖(DFM)处理烟株茎围、株高、有效叶数的数值均为最高,在圆顶期,生物降解膜覆盖(DFM)处理茎围比CK增加1.7 cm,差异显著;中部叶采收前株高在各处理的差异表现为生物降解膜覆盖(DFM)>普通地膜覆盖(OFM)>CK,生物降解膜覆盖(DFM)处理株高比CK高15.8 cm,差异显著;生物降解膜覆盖(DFM)处理圆顶期有效叶数与CK差异显著。

 

2.4 生物降解膜覆盖对烟根干物质积累的影响

植物的光合作用对环境的变化十分敏感,是一个由内外因子共同作用的复杂过程,在生态系统能量流动与物质循环中起着极其重要的作用,同时也决定着作物的产量与质量,影响到作物的农艺性状[10]。在本研究中,生物降解膜覆盖处理下的叶片净光合速率有一定程度的提高,可知生物降解膜覆盖可以使叶片制造较多的光合产物,可能与农膜覆盖起到的保温保湿作用有关,促进了烟株的早生快发,而随生长期的推进,这类可降解农膜逐步产生降解,这个过程中产生的有机物又可作用于土壤,使土壤活性产生变化,进而促进农田土壤中养分转化,增强叶片光合产物制造的强度。

 

3 讨论

3.1 生物降解膜覆盖对烤烟中部叶片光和特性及叶绿素荧光特性的影响

由图2可知,生物降解膜覆盖(DFM)下的烟株在生长发育过程中,干物质积累呈稳定增加的趋势,移栽70~80 d,普通地膜覆盖(OFM)处理烟根干物质积累量比CK日均增加2.02%,生物降解膜覆盖(DFM)处理比CK日均增加271%;移栽88~117 d,普通地膜覆盖(OFM)处理烟根干物质积累量比CK日均增加1.39%,生物降解膜覆盖(DFM)处理与CK对比增加了1.18%,普通地膜覆盖(OFM)处理和生物降解膜覆盖(DFM)处理烟根干物质积累速率在移栽后88 d时高于同期CK,从高到低依次为生物降解膜覆盖(DFM)>普通地膜覆盖(OFM)>CK。

1.3.3 农艺性状的观测 依照烟草农艺性状调查方法(YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》)测定打顶后烟株株高、茎围、有效叶数,3个性状于各小区调查10株。

如表3所示,总体上,生物降解膜覆盖(DFM)处理的下部叶NPQ值比CK低,与普通地膜覆盖(OFM)处理差异不显著;上部叶NPQ值生物降解膜覆盖(DFM)的处理最低,比CK低0.259,CK处理NPQ最高。不同部位各处理间,生物降解膜覆盖(DFM)的处理下部叶有效光化学量子产量相对较高,比CK高0.069,差异显著;中部叶生物降解膜覆盖(DFM)处理有效光化学量子产量高于普通地膜覆盖(OFM)处理,且差异显著。

2007—2016年,东营市绿色经济发展过程中居民生活消费系统得分整体呈现上升趋势。生活消费系统得分从2007年的0.007 5上升到2016年的0.0148。究其原因,在于政府绿色经济发展观念有所增强,东营市围绕建设美丽幸福新东营的目标,牢牢把握生态宜居城市的发展定位,实施了3大类77个建设项目,累计投资12亿元,一大批事关城市功能完善和增加市民福祉的大项目、好项目建成并投入使用,这进一步增强了中心城的承载能力和服务功能。2007—2016年,东营市人均道路面积不断增加,公共交通数量上升,为城市绿色经济建设提供了基础设施支持和社会发展驱动力。

3.2 生物降解膜覆盖下烟株农艺性状对环境的响应

合理的栽培措施可以使根系发育免受制约,进而提高烟叶产质量。侯加民等认为,根系的发育与土壤环境有关[12]。生物降解膜进行覆盖可以避免由普通地膜覆盖后因回收困难所带来的土壤板结、通透性变差的问题。土壤与大气之间气体交换的不畅以及土壤环境的持续恶化都会阻碍根系的正常发育。马新明等研究表明,烤烟的根数量与株高、叶数呈显著正相关[13]。通过本试验对生物降解膜覆盖下烤烟农艺性状的调查可以看出,覆盖生物降解膜的处理叶数与株高显著高于对照组,这说明覆盖所形成的农田小气候会对烤烟植株生长产生一定的影响,体现在膜下土壤水分的调控、膜内土壤温度的保持,这些因素都会在促进根系发育的同时在一定程度上促进烤烟地上部的生长。

3.3 生物降解膜覆盖下烤烟生育期干物质总量的变化

干物质的合成主要来源于烟叶的光合作用,经筛管输送至根、茎,在烤烟的生长过程中,干物质会不断合成,且合成的量会随烟株的生长发育呈现出不同变化[14]。在烤烟移栽后的一段时间内外界环境温度较低,覆盖栽培有利于烟株的快速还苗进入生长期,相对延长处于旺长期的天数。旺长期是烟株及叶片生理活动最旺盛的时期,也是干物质制造和积累的高峰期,在旺长前期,烟株只进行营养生长,干物质积累较少,而随着生长期的推进,干物质积累迅速增加,养分的吸收强度也随之提高[15]。同一时期,覆盖生物降解膜的处理虽与覆地膜的处理相比较干物质积累量达不到显著差异,但从数据来看,覆盖生物降解膜的处理烟株根干物质的积累仍会在一定程度上有所提高。

4 结论

本试验所采用的金发科技研发生产的降解膜与普遍使用的聚乙烯薄膜具有相同程度的覆盖栽培效果,北方烟区冬季异常寒冷,在烟苗进行移栽时环境温度较低,而覆盖栽培则可以增温保湿,使烟株可以快速还苗进入旺长期,改善根系生长发育的不利条件,增加干物质的积累强度,因其对具有土壤及周围环境无污染的优点,适合在我国北方烟区推广使用。

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[15]韩锦峰.烟草栽培生理[M].北京:农业出版社,2003.

 
纪春艳,张爽,李慧,王昊,郭振楠,贺国强
《江苏农业科学》 2018年第08期
《江苏农业科学》2018年第08期文献

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