刘迎超 于涛 孙光伟 陈振国 杨趁义 张建波 王玉军

摘  要：以云烟87为供试材料，分析不同剂量保水剂施用对烟株根区土壤水分、根系活力以及上部叶农艺性状、光合参数、碳氮代谢关键酶活性、抗衰老指标及烤后烟叶质量的影响。结果表明，施用保水剂可以提高根际土壤含水量，提升伸根期根系活力及上部叶光合特性，增加叶面积，改善农艺性状，促进开片;同时提高上部叶保护酶（SOD、POD、CAT）及NR、NI活性，加快碳氮代谢，进而使上部叶烟碱含量降低，可溶性糖增加，糖碱比趋于协调，化学品质改善，产量、产值提高。在本试验中，保水剂施用量为4 g/株时效果最优。

关键词：保水剂;烤烟;土壤水分;上部叶;生长发育

Abstract： Yunyan87 was used as the test material to analyze soil moisture， root vigor， upper leaf agronomic traits， photosynthetic parameters， key enzyme activities of carbon and nitrogen metabolism， anti-aging indicators and related enzyme activities， tobacco leaf quality and other indicators after application of different dosages of super absorbent polymer. The results showed that the application of super absorbent polymer can increase water content in the rhizosphere soil， increase root vitality and photosynthetic characteristics of the upper leaves， increase leaf area， improve agronomic traits， and promote opening; And increase the upper leaf protective enzymes （SOD， POD， CAT） and NR， NI activities， accelerate carbon and nitrogen metabolism， and then reduce nicotine content in the upper leaves， increase soluble sugar， improve sugar-base ratio coordinativeness， improve chemical quality， and increase yield and output value. In this study， the effect was the best when the amount of water-retaining agent was 4 g/plant.

Keywords： super absorbent polymer; flue-cured tobacco; soil moisture; upper tobacco leaves; growth and development

水分是烟株生长发育过程中的重要生态因子，烤烟生育后期根系活力有所下降，吸水能力较差，从而影响到叶片的水分含量和物质转化[1-2]，致使上部叶内含物充实，组织结构紧实。前人研究表明，调控土壤水分可以改善叶厚，改善烟叶质量[3]。李永忠等[4]研究表明，烤烟成熟期供水较高时烟叶品质较好，而供水不足时烟叶品质明显下降。因此后期需保持一定的田间持水量以满足上部叶生长发育的需求，促进烤烟内在化学成分的协调[5]。保水剂是一种具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能吸收大量的土壤水分加以储存并缓慢释放，供作物生长发育，增强土壤的蓄水保墒能力，改善烤烟农艺性状[6-7]。

我国大部分烟区降雨量少且季节分布不均，部分地区灌溉措施有限，无法提供烟株正常生长发育所需水分。采用保水剂能够在较短时间内吸收其自身质量几百倍的水分，其吸持的水分可以缓慢释放供给植株利用[8-9]。本试验通过研究不同保水剂用量对上部叶生长发育和内在质量的影响，旨在探明上部叶生长发育适宜的水分条件，为提高上部叶质量提供支撑。

1  材料与方法

1.1  试验地点与材料

试验于2018年在湖北省恩施州利川市柏杨镇进行，供试品种为云烟87，土壤为砂壤土，有机质2.39%，pH 5.91，速效氮91.00 mg/kg，有效磷49.34 mg/kg，速效钾158.00 mg/kg，海拔高度1193 m，年降水量1200～1400 mm。

保水劑（聚丙烯酸钾），由武汉华翔科洁生物技术有限公司生产。

1.2  试验设计

试验设置4个处理：CK，不施保水剂;T1，施保水剂1 g/株;T2，施保水剂2 g/株;T3，施保水剂4 g/株。施用方法：将保水剂与营养土混匀，移栽时施入移栽穴内。每处理均施纯氮90 kg/hm2，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶1.5∶2.5，行距1.2 m，株距0.55 m，每小区3行，每行10株，重复3次，其他技术措施和田间管理按常规生产方法执行。

1.3  测定项目及方法

1.3.1  土壤水分  采用MH-TS土壤水分测量仪，分别于伸根期、旺长期、成熟期测定根系周围地下5 cm、10 cm处土壤水分含量。

1.3.2  农艺性状  每小区采取中间行代表性上部叶（自上往下数第5叶位）5片，测量叶长、叶宽，计算长宽比，叶面积。

1.3.3  根鲜干质量及根系活力  上部叶采摘结束后取回烟株根系，测定根鲜、干质量，并采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[10]测定烟株根系活力。

1.3.4  光合参数  烟叶成熟期利用Li-6400光合仪测定上部叶光合参数[11]，包括净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率。

1.3.5  酶类活性  上部叶成熟后随机取5片烟叶进行测定，采用试剂盒（购自南京建成生物工程研究所）测定硝酸还原酶（nitrate reductase，NR）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、α淀粉酶（alpha amylase）、β淀粉酶（beta amylase）、总淀粉酶（total amylase）、中性转化酶（neutral invertase，NI）活性，丙二醛（malondialdehyde，MDA）、过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）含量，测定方法参照文献[10]进行。

1.3.6  化学成分  上部叶采收后，在常规密集烤房内采用常规三段式烘烤[12]，烤后随机取B2F等级烟叶3片进行制样测定。烟碱、总糖、还原糖含量按照YC/T 159～160—2002烟草及烟草制品化学成分连续流动法测定。

1.4  数据处理

所有试验数据均通过Microsoft Office Excel 2016和SPSS 19.0软件进行统计分析，多重比较采用Duncan法。

2  结  果

2.1  保水剂用量对土壤水分含量的影响

由表1可知，伸根期、旺长期T1、T2、T3处理根系5 cm、10 cm处土壤水分均高于CK，水分含量关系为T3>T2>T1>CK且T3处理显著高于CK。伸根期、旺长期、上部叶成熟期的土壤根系5 cm处水分含量较对照相比分别增加了38.7%、20.4%、29.8%，10 cm处水分含量分别增加了35.5%、17%、23.3%。由此可知，施用保水剂可以提高土壤含水量，本试验中以T3处理保水效果最优。

2.2  保水剂用量对上部叶生长的影响

由表2可知，施用保水剂有利于增加上部叶叶面积，T3处理相较于CK显著增加23.7%，其余处理无显著差异。此外，与CK相比，施用保水剂可降低上部叶长宽比，且T3处理差异显著，可见增加土壤水分含量有利于烟草上部叶的开片。

2.3  保水剂用量对烟株根系活力的影响

由表3可知，伸根期各处理烟株根系活力关系为T3>T2>T1>CK，且T2、T3处理根系活力显著高于CK。旺长期各处理根系活力均高于CK但差异不显著。与CK相比，成熟期T1、T2、T3处理根系活力均有提高且T2、T3处理差异显著，T3处理根系活力最高。说明增施保水剂可以提高伸根期烟株根系活力，促进根系的生长发育，以T3处理最优。

2.4  保水剂用量对上部叶光合参数的影响

由表4可知，随着保水剂用量的提高，上部叶净光合速率、气孔导度、蒸腾速率不断提升，胞间CO2浓度则呈下降趋势。T1、T2、T3处理之间差异不显著，但变化趋势一致。与CK相比，T2、T3处理显著增加上部叶净光合速率和蒸腾速率，分别增加38.21%、61.04%，32.48%、57.32%。此外，T3处理较CK显著增加上部叶气孔导度，降低胞间CO2浓度。综合来看，施用保水剂改善了上部叶光合特性，有利于干物质的积累，其中以T3处理最优。

2.5  保水剂用量对上部叶碳氮代谢的影响

NR是植株氮代谢的关键酶，反映了氮代谢水平。由表5可知，随着保水剂施用量的增加，NR酶活性呈上升的趋势。与CK相比，T3显著提高NR酶活性，T1、T2差异不显著。说明施用4 g/株剂量的保水剂可以提升上部叶NR酶活性，增加氮代谢。与CK相比，各处理均可提高α淀粉酶、β淀粉酶、总淀粉酶、NI酶活性和蔗糖含量，且T3处理差异显著，说明增施保水剂可以提高上部叶碳代谢相关酶活性。同时，随着保水剂施用量的增加，上部叶中蛋白质含量减少，且T2、T3处理较CK差异显著。综合来看，施加保水剂改善了烟叶品质，以T3处理效果最优。

2.6  保水剂用量对上部叶衰老相关生理指标的影响

由表6可知，施用保水剂对烟叶采收时上部叶衰老相关生理指标均具有显著影响。与CK相比，T2、T3处理显著提升SOD酶活性;各处理POD、CAT酶活性均高于CK，且T3处理差异显著。此外，上部叶中MDA、H2O2含量均为T3

2.7  保水剂用量对上部烟叶常规化学成分的影响

由表7可以看出，施用保水剂可降低上部叶烟碱含量，提高还原糖含量，协调糖碱比。与CK相比，各处理烟碱含量T3T2>T1>CK，其中T2、T3处理还原糖含量显著高于CK，而总糖含量各处理间差异不显著。糖碱比大小为T3>T2>T1>CK，且T3差异显著。

2.8  保水剂用量对烤烟经济性状的影响

由表8可以看出，施用保水剂可显著提升烟叶产量和产值，对烟叶均价和上等烟率均有显著影响。其中，T3处理产量显著高于CK，为202.33 kg/667 m2，且各处理中T3产值最高，高出CK处理32.9%，上等烟率达到43.46%。綜上，施加保水剂可显著提升烟叶产量、产值，本试验中以T3处理效果最优。

3  討  论

烟株根系活力的强弱依赖于其根系所处的土壤水分环境[13]。本试验表明，施用保水剂可以提高土壤含水量，进而提高烟株根系活力，这与刘毅等[14]、杨永辉等[15]的研究结果一致。上部叶片较厚、窄，结构较为致密的特点对上部烟叶工业可用性产生了不利的影响[16]，而本研究中施用保水剂的处理上部叶叶面积增加，长宽比减小，开片效果得到优化。

研究发现，保水剂能够促进烟株生长，改善烟叶化学成分，提升烟叶品质[17]。本试验表明，施用保水剂可以提高上部叶净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，降低胞间CO2浓度，改善了上部叶光合特性，为干物质的积累与转化奠定了基础，这与陈振国等[5]的研究结果相一致。

前人研究表明，保水剂对植物碳氮代谢等多种生理过程均有影响，罗云美[18]及杨杰等[19]研究发现施加保水剂显著影响高羊茅、马铃薯叶片中保护酶活性和脂质过氧化产物含量。本研究结果表明，施用保水剂提高了上部叶抗氧化性酶活性，降低MDA、H2O2含量，有效控制了细胞脂膜的过氧化，有利于维持细胞的稳定性，为上部叶的发育奠定了基础[20]。此外，施用保水剂提高了上部叶NR、NI、淀粉酶活性，有效提升了上部叶的碳氮代谢效率，利于物质的转化，进而使烤后上部叶烟碱含量降低，还原糖含量增加，糖碱比得到改善，化学成分协调。同时，施用保水剂显著提升了烟叶的产量、产值，提高了均价和收购上等烟率，改善了整株的经济性状。在本试验中，以保水剂施用量为4 g/株时效果最优。前人研究表明，保水剂的使用能够显著影响土壤的理化性质，保水剂吸水后其周围的理化环境发生改变，从而引起生化性质的变化[21]，但长期施用保水剂对土壤环境的影响有待于进一步研究。

4  结  论

施用保水剂可以增加土壤水分含量，提升烟株根系活力，促进烟叶光合作用，增加上部叶叶面积，优化长宽比，促进上部叶开片;同时提升烟叶的碳氮代谢效率，增加还原糖含量，降低烟碱含量，糖碱比趋于协调，改善了上部叶的烤后质量，提高了整株烟叶的产量和产值，提升了上部叶的可用性。在本试验中以施用量为4 g/株时效果最好。但是，本试验设计的保水剂用量梯度无法探究出对上部叶发育最有利的用量上限，说明该用量梯度有待进一步改善。

参考文献

[1] 牛慧伟，许自成，邵惠芳，等. 不同生育期遮荫淹水对烤烟形态及抗氧化系统的影响[J]. 中国烟草学报，2012，18（5）：39-45.

NIU H W， XU Z C， SHAO H F， et al. Effects of shading and flooding on flue-cured tobacco morphology and antioxidant system in different growth stages[J]. Chinese Journal of tobacco， 2012， 18（5）： 39-45.

[2] 陈芳泉，邵惠芳，崔登科，等. 保水剂对烟草生理特性的影响[J]. 中国农业科技导报，2017，19（1）：51-57.

CHEN F Q， SHAO H F， CUI D K， et al. Effect of water retaining agent on physiological characteristics of tobacco[J]. China Agricultural Science and Technology Review， 2017， 19（1）： 51-57.

[3] 段淑辉，杨亿军，刘建利，等. 烟草需水规律研究进展[J]. 中国烟草科学，2012，33（4）：99-105.

DUAN S H， YANG Y J， LIU J L， et al. Research progress on tobacco water demand law[J]. China Tobacco Science， 2012， 33（4）： 99-105.

[4] 李永忠，丁善荣，罗济，等. 不同供水状况对烤烟镁元素吸收和分配的影响[J]. 云南农业大学学报，2001（1）：42-45.

LI Y Z， DING S R， LUO J， et al. Effects of different water supply conditions on the absorption and distribution of magnesium elements in flue-cured tobacco[J]. Journal of Yunnan Agricultural University， 2001（1）： 42-45.

[5] 陈振国，李进平，冯吉，等. 不同水肥条件对烤烟产量和质量的影响[J]. 湖北农业科学，2018，57（2）：87-91.

CHEN Z G， LI J P， FENG J， et al. Effects of different water and fertilizer conditions on yield and quality of flue-cured tobacco[J]. Hubei Agricultural Sciences， 2018， 57（2）： 87-91.

[6] 徐露，张丹，青会，等. 保水剂结合黑麦草绿肥对烟田土壤的改良效应及烤烟品质的影响[J]. 山地学报，2017，35（5）：727-733.

XU L， ZHANG D， QING H， et al. Effects of water-retaining agent combined with ryegrass green manure on soil improvement of tobacco field and quality of flue-cured tobacco[J]. Journal of Mountain Research， 2017， 35（5）： 727-733.

[7]  白岗栓，耿伟，何登峰. 保水剂施用量对秦巴山区土壤特性及烤烟生长的影响[J]. 浙江大学学报（农业与生命科学版），2019，45（3）：343-354.

BAI G S， GENG W， HE D F. Effects of water-retaining agent application on soil characteristics and flue-cured tobacco growth in Qinba Mountain area[J]. Journal of Zhejiang University （Agriculture & Life Sciences）， 2019， 45（3）： 343-354.

[8] 廖佳丽，徐福利，赵世伟. 不同保水剂对宁南山区马铃薯生长发育和产量的影响[J]. 西北农业学报，2009，18（1）：238-242.

LIAO J L， XU F L， ZHAO S W. Effects of different water retaining agents on growth and yield of potato in Ningnan Mountain area[J]. Northwest Agricultural Journal， 2009， 18（1）： 238-242.

[9] 王娟，李德全. 逆境条件下植物体内渗透调节物质的积累与活性氧代谢[J]. 植物学报，2001，18（4）：459-465.

WANG J， LI D Q. Accumulation of osmotic adjustment substances and active oxygen metabolism in plants under adverse conditions[J]. Plant Journal， 2001， 18（4）： 459-465.

[10] 高俊凤. 植物生理学实验指导[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

GAO J F. Experimental guidance of plant physiology[M]. Beijing： Higher Education Press， 2006.

[11] 刘冰，白子裕，孙禹，等. 杂交大豆叶片光合相关参数日变化及其与环境因子关系[J]. 江苏农业科学，2019，47（4）：77-79.

LIU B， BAI Z Y， SUN Y， et al. Diurnal variation of photosynthesis related parameters of hybrid soybean leaves and its relationship with environmental factors[J]. Jiangsu Agricultural Sciences， 2019， 47（4）： 77-79.

[12] 廖宏涛. 烤烟“三段式”烘烤技术探讨[J]. 现代农业科技，2012（16）：68-69.

LIAO H T. Discussion on the "three-stage" curing technology of flue-cured tobacco[J]. Modern Agricultural Science and Technology， 2012（16）： 68-69.

[13] 杨贵羽，罗远培，李保国，等. 冬小麦根系对水分胁迫期间和胁迫后效的响应[J]. 中国农业科学，2005，38（12）：2408-2413.

YANG G Y， LUO Y P， LI B G， et al. Response of winter wheat roots to water stress and stress after effect[J]. Chinese Agricultural Sciences， 2005， 38（12）： 2408-2413.

[14] 劉毅，胡义强，申昌优，等. 保水剂在烟叶生产上的应用研究[J]. 江西农业学报，2011，23（7）：47-52.

LIU Y， HU Y Q， SHEN C Y， et al. Application of water retaining agent in tobacco leaf production[J]. Jiangxi Journal of Agricultural Sciences， 2011， 23（7）： 47-52.

[15] 杨永辉，武继承，吴普特，等. 保水剂用量对小麦不同生育期根系生理特性的影响[J]. 应用生态学报，2011，22（1）：73-78.

YANG Y H， WU J C， WU P T， et al. Effect of the amount of water-retaining agent on the physiological characteristics of roots in different growth stages of wheat[J]. Journal of Applied Ecology， 2011， 22（1）： 73-78.

[16] 师超，丁敬芝，上官力，等. 施肥量对烤烟产量和上部烟叶质量的影响[J]. 湖北农业科学，2018，57（4）：90-92，95.

SHI C， DING J Z， SHANGGUAN L， et al. Effects of fertilization amount on flue-cured tobacco yield and quality of upper tobacco leaves[J]. Hubei Agricultural Sciences， 2018， 57（4）： 90-92， 95.

[17] 钟秋瓒，郭伟，肖先仪，等. 保水剂对烤烟生长及产量的影响[J]. 广东农业科学，2014，41（19）：18-22.

ZHONG Q Z， GUO W， XIAO X Y， et al. Effects of water retention agent on growth and yield of flue-cured tobacco[J]. Guangdong Agricultural Sciences， 2014， 41（19）： 18-22.

[18] 罗云美. 保水剂对马铃薯生长及抗旱生理指标的影响[J]. 云南农业，2018（4）：73-76.

LUO Y M. Effect of water retaining agent on potato growth and drought resistance physiological indexes[J]. Yunnan Agriculture， 2018（4）： 73-76.

[19] 杨杰，曹昀，王秀文，等. 保水剂对高羊茅种子萌发及幼苗生理的影响[J]. 水土保持研究，2017，24（1）：351-356.

YANG J， CAO Y， WANG X W， et al. Effects of water retaining agent on seed germination and seedling physiology of tall fescue[J]. Research of Soil and Water Conservation， 2017， 24（1）： 351-356.

[20] 陈芳泉，邵惠芳，王凯悦，等. 保水剂对烤烟品种生长发育和生理特性的影响[J]. 烟草科技，2017，50（3）：31-38.

CHEN F Q， SHAO H F， WANG K Y， et al. Effects of water retention agent on growth， development and physiological characteristics of flue-cured tobacco varieties[J]. Tobacco Science & Technology， 2017， 50（3）： 31-38 .

[21] 李芳然，趙亚锋，赵名彦，等. 高分子保水剂在水土保持中的应用研究综述[J]. 甘肃农业科技，2019（5）：56-60.

LI F R， ZHAO Y F， ZHAO M Y， et al. A review of the application of polymer water retention agents in soil and water conservation[J]. Gansu Agricultural Science and Technology， 2019（5）： 56-60.