有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙田土壤養(yǎng)分和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

李亞飛，張 翔，李 亮，司賢宗，索炎炎，李 倩，程培軍，徐鳳丹，李 琦

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002；3.河南省煙草公司，河南 鄭州 450018)

0 引言

【研究意義】一直以來，煙田普遍存在化肥用量過高的問題，對(duì)土壤性質(zhì)和煙葉品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。有機(jī)肥成分復(fù)雜，自身含有豐富的大量和微量營養(yǎng)元素以及多種活性物質(zhì)，對(duì)提高土壤養(yǎng)分和活性均有重要的影響。有機(jī)肥部分替代化肥是確保土壤地力提升、兼顧農(nóng)田養(yǎng)分高效利用的有效途徑[1]，因此，開展煙田有機(jī)無機(jī)肥配施效果研究，對(duì)改善煙田土壤結(jié)構(gòu)和提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。【前人研究進(jìn)展】前人研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)肥能夠顯著影響土壤可溶性有機(jī)碳/氮和微生物量碳/氮含量，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)可溶性有機(jī)碳/氮和微生物量碳/氮的影響遠(yuǎn)大于施用化肥，且有機(jī)無機(jī)肥配施效果更好[2-3]。有機(jī)無機(jī)肥配施不僅能促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累[4-6]，而且顯著增加土壤微生物生物量碳(MBC)、易氧化有機(jī)碳(EOOC)、溶解性有機(jī)碳(DOC)[7-8]。有機(jī)肥具有緩慢釋放養(yǎng)分的特點(diǎn)，又富含多種生長調(diào)節(jié)物質(zhì)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，對(duì)作物整個(gè)生育期都具有良好的作用。與單施化肥或單施有機(jī)肥相比，有機(jī)無機(jī)肥配施可促進(jìn)植株養(yǎng)分元素的吸收積累，提高作物干物質(zhì)的積累量?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】有機(jī)肥不僅能夠?yàn)橥寥牢⑸锖妥魑锷L發(fā)育提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)，而且能夠有效改良土壤性質(zhì)和提高煙葉品質(zhì)的作用，但目前針對(duì)河南煙田的有機(jī)無機(jī)肥配施比例還不十分明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以煙田施用不同有機(jī)無機(jī)肥配比為處理對(duì)象，研究其對(duì)煙田土壤養(yǎng)分、調(diào)制后煙葉化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性的影響，旨在為植煙土壤改良及優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在河南省平頂山郟縣白龍廟村進(jìn)行，供試地塊土壤肥力均勻一致，地勢(shì)平坦，排灌方便。試驗(yàn)田基礎(chǔ)土壤肥力：pH 6.93，有機(jī)質(zhì)15.10 g/kg，堿解氮50.30 mg/kg，速效磷17.30 mg/kg，速效鉀80.29 mg /kg。前作為花生。

1.2 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為中煙100，由青島中煙種子有限責(zé)任公司提供。有機(jī)肥為芝麻餅肥(N 5%)，當(dāng)季礦化率按80%計(jì)算，由河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司提供。復(fù)合肥為煙草專用肥(N︰P2O5︰K2O=10︰10︰20)，由湖北香青化肥有限公司提供。硫酸鉀(K2O 50%)、硝酸鉀(N 13%，K2O 46%)由浙江浙農(nóng)愛普貿(mào)易有限公司提供。過磷酸鈣(P2O512%)，由洛陽啟禾生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限責(zé)任公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以煙田施用有機(jī)氮肥與無機(jī)氮肥不同配比為處理對(duì)象，共設(shè)置5個(gè)處理，試驗(yàn)按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。T1處理，對(duì)照(CK)，純施無機(jī)肥，即無機(jī)肥施用比例為100%；T2處理：有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%；T3處理：有機(jī)肥︰無機(jī)肥=50%︰50%；T4處理：有機(jī)肥︰無機(jī)肥=70%︰30%；T5處理：純施有機(jī)肥，不施無機(jī)肥。試驗(yàn)各處理氮水平保持一致，均為60.0 kg/hm2。煙田肥料施用方法和其他管理按照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)操作要求進(jìn)行。不同處理施肥量見表1。

表1 不同處理施肥量Table 1 The fertilizer amount of different treatments kg/hm2

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分 分別在烤煙團(tuán)棵期、旺長期和成熟期取0～20 cm土壤，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分。土壤有機(jī)碳采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定[9]，土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮采用氯仿熏蒸提取方法測(cè)定[10]。

1.4.2 干物質(zhì)積累 成熟期每個(gè)處理選取3株代表性煙株，分為根、莖、葉3個(gè)部分(用清水將根沖洗干凈)，置于105℃烘箱殺青，60℃烘干，稱重后自封袋保存。

1.4.3 調(diào)制后煙葉化學(xué)成分 對(duì)各處理調(diào)制后煙葉選取具有代表性樣品，用于測(cè)定煙葉常規(guī)化學(xué)成分。按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用流動(dòng)分析法，對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行整理，利用SPSS 17.0進(jìn)行LSD法多重比較和Person相關(guān)性分析，運(yùn)用OriginPro 9.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理植煙土壤的微生物生物量碳和微生物生物量氮含量

2.1.1 微生物生物量碳 土壤微生物生物量碳是土壤有機(jī)質(zhì)中的活性部分，很大程度上反映土壤有效養(yǎng)分狀況和生物活性[11]。由圖1可知，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙田土壤微生物生物量碳均有提高作用，部分處理間差異達(dá)顯著性水平。團(tuán)棵期：隨著有機(jī)肥比例提高，土壤微生物生物量碳有增大趨勢(shì)，與對(duì)照T1相比，T2、T3、T4和T5處理分別提高6.84%、8.44%、75.45%和104.29%。旺長期：土壤微生物生物量碳以T2最高，T2、T3、T4和T5分別較T1提高72.99%、38.49%、41.37%和32.60%。成熟期：T5最大，T2最??；T3、T4和T5分別較T1提高0.07%、26.34%和47.51%。

2.1.2 土壤微生物生物量氮 微生物生物量氮指活微生物體內(nèi)所含的氮，由于微生物生物量氮的周轉(zhuǎn)率比土壤有機(jī)氮快5倍多，所以大部分礦化氮來自于土壤微生物生物量氮，是土壤氮素的重要儲(chǔ)備庫，其在土壤氮素循環(huán)與轉(zhuǎn)化中起重要調(diào)節(jié)作用[12]。從圖1可知，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙田土壤微生物生物量氮存在一定影響，部分處理間差異達(dá)顯著水平。團(tuán)棵期：土壤微生物生物量氮以T3最高，與對(duì)照T1相比，T2、T3、T4和T5分別提高43.10%、50.00%、27.78%和13.41%。旺長期和成熟期：土壤微生物生物量氮均以T5最高，其中，旺長期T2、T3、T4和T5分別較對(duì)照T1提高2.37%、5.76%、34.24%和38.31%，成熟期T2、T3、T4和T5分別較T1提高23.41%、29.60%、38.46%和80.60%。表明有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙株生長各個(gè)階段土壤微生物生物量氮均有提高作用。

注：相同時(shí)期不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。Note:Different letters at the same stage indicate significance of difference at P<0.05.The same below.圖1 煙葉生長各時(shí)期不同處理土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮的含量Fig.1 Soil microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen content at different growth stage of tobacco under different treatments

2.2 不同處理植煙土壤的有機(jī)碳和堿解氮含量

2.2.1 土壤有機(jī)碳 由圖2可知，有機(jī)無機(jī)肥配施后土壤有機(jī)碳含量有升高趨勢(shì)，部分處理間差異達(dá)顯著水平。團(tuán)棵期和成熟期：土壤有機(jī)碳含量以T5最高，對(duì)照T1最低；團(tuán)棵期T2、T3、T4和T5分別較T1提高14.32%、3.16%、10.68%和27.18%；成熟期T2、T3、T4、T5分別較對(duì)照T1提高17.25%、14.25%、20.65%和21.18%。旺長期：土壤有機(jī)碳含量以T2最高，T1最低；T2、T3、T4和T5分別T1提高24.19%、11.91%、13.15%和9.06%。

2.2.2 土壤堿解氮 由圖2可知，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙田土壤堿解氮含量有一定影響，部分處理間差異達(dá)顯著水平。團(tuán)棵期：土壤堿解氮含量以T5最高，較對(duì)照T1提高2.18%。旺長期：土壤堿解氮含量以T2最高，較T1提高2.05%。成熟期：土壤堿解氮含量以T2最高，T1最低；T2、T3、T4和T5分別較T1提高36.56%、26.80%、21.94%和29.25%。有機(jī)無機(jī)肥配施能夠提高煙葉成熟期土壤堿解氮含量，這也可能是延長煙株成熟期的重要原因。

圖2 煙葉生長各時(shí)期不同處理土壤的有機(jī)碳和堿解氮含量Fig.2 Soil organic carbon and available nitrogen content at different growth stage of tobacco under different treatments

2.3 不同處理煙株的干物質(zhì)積累量

成熟期干物質(zhì)積累狀況與煙株田間生長階段的長勢(shì)密不可分，提高煙葉干物質(zhì)積累量是增加調(diào)制后煙葉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。由圖3可知，成熟期：煙株根、莖、葉干物質(zhì)積累量各有機(jī)肥配施處理均高于對(duì)照(T1)，部分處理間差異達(dá)顯著性水平。與T1相比，T2、T3、T4和T5煙株根干重分別提高58.08%、32.68%、23.25%和71.10%，莖干重分別提高60.48%、20.64%、20.28%和49.65%，葉干重分別提高44.77%、39.31%、18.28%和17.27%，煙株整株干重分別提高52.97%、31.42%、19.99%和39.52%。表明，有機(jī)無機(jī)肥配施能夠提高煙葉干物質(zhì)積累量，其中以T2處理(有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%)促進(jìn)煙葉干物質(zhì)積累的效果最明顯。

圖3 不同處理成熟期煙株的干物質(zhì)積累量Fig.3 The dry matter accumulation of tobacco plant at maturity stage under different treatments

2.4 不同處理煙葉的化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性

2.4.1 煙葉化學(xué)成分含量 調(diào)制后煙葉化學(xué)成分及其協(xié)調(diào)性是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，是工業(yè)原料應(yīng)用分層管理的重要依據(jù)。由表2可知，不同處理對(duì)調(diào)制后煙葉化學(xué)成分存在一定影響，其中，部分處理間煙葉煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯含量差異達(dá)顯著水平，而處理間煙葉總氮差異未達(dá)顯著水平。煙葉總氮含量表現(xiàn)為T1=T2>T3>T4>T5，T3、T4和T5分別較T1下降4.08%、6.29%和8.39%；煙堿含量表現(xiàn)為T2>T3>T4>T5>T1，T2、T3、T4和T5分別較T1提高9.68%、6.45%、4.30%和3.23%；煙葉總糖含量為T4>T5>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分別較T1提高8.50%、10.78%、28.37%和13.79%；煙葉還原糖含量表現(xiàn)為T4>T5>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分別較T1提高4.41%、6.39%、25.45%和16.83%；煙葉鉀含量表現(xiàn)為T5>T4>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分別較T1提高1.21%、9.90%、13.33%和24.24%；煙葉氯含量表現(xiàn)為T5>T4>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分別較T1提高5.04%、12.32%、35.29%和37.82%。表明，有機(jī)無機(jī)肥配施后，煙葉總氮有下降趨勢(shì)，煙葉煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯含量有一定升高，對(duì)改善煙葉香吃味有積極作用。

2.4.2 煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性 由表2可知，煙葉糖堿比T4最高，T2最低，其中，T4和T5較T1分別提高20.19%和13.08%，差異達(dá)顯著水平。氮堿比T1最高，T5最低，T2、T3、T4和T5較T1分別降低9.71%、10.68%、10.68%和11.65%；兩糖比T5最高，T2最低，T2、T3和T4較T1分別降低3.61%、3.61%和2.41%，而T5較T1提高3.61%；鉀氯比T1最高，T4最低，T2、T3、T4和T5較T1分別降低3.54%、2.02%、16.16%和9.60%。表明，T2處理(有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%)煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好，其他處理相差不大。

表2 不同處理煙葉化學(xué)成分含量及化學(xué)成分協(xié)調(diào)性Table 2 Chemical component content and chemical component coordination of tobacco leaves under different treatments

2.5 不同處理煙葉經(jīng)濟(jì)性狀與產(chǎn)量

由表3可知，不同處理煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例均存在較大差異，部分處理間差異達(dá)顯著性水平。煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例均以T2最高，T1最低。T2煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例較T1分別提高22.00%、28.42%、5.42%和18.98%。表明，有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)提高煙葉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益有積極作用，其中，以T2處理(有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%)的效果最明顯。

表3 不同處理煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量Table 3 The economic traits and yield of tobacco leaves under different treatments

2.6 土壤養(yǎng)分含量與調(diào)制后煙葉化學(xué)成分的相關(guān)性

土壤養(yǎng)分含量與調(diào)制后煙葉化學(xué)成分含量具有一定相關(guān)性。由表4可知，土壤微生物生物量碳與煙葉總氮含量呈顯著正相關(guān)；土壤有機(jī)碳與煙葉煙堿和鉀氯比呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與煙葉鉀、氯含量呈極顯著正相關(guān)。說明，土壤微生物生物量碳、有機(jī)碳與煙葉總氮、煙堿和鉀氯含量密切相關(guān)。這可能是由于有機(jī)無機(jī)肥配施提高了土壤有機(jī)碳庫水平，有利于改良土壤微生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)植株的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理，從而達(dá)到提高煙葉品質(zhì)的效果。

表4 土壤養(yǎng)分與調(diào)制后煙葉化學(xué)成分指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 4 The correlation coefficient of soil nutrient and chemical component index of cured tobacco

3 討論

土壤中可溶性有機(jī)碳含量與施肥密切相關(guān)，一般認(rèn)為，土壤中可溶性有機(jī)碳含量在不同施肥類型中表現(xiàn)為有機(jī)無機(jī)肥配施>單施有機(jī)肥>單施化肥，其中，有機(jī)無機(jī)肥配施的耕作土壤有機(jī)碳較單施化肥高1.5倍[13-14]。在有機(jī)肥長期定位試驗(yàn)中，有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%配施后，煙田土壤中可溶性有機(jī)碳、微生物生物量碳、輕組有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳含量分別較純施化肥處理提高61.19%、96.03%、52.17%和33.55%，表明有機(jī)無機(jī)肥配施可使土壤有機(jī)碳總量和有機(jī)碳密度不斷增加，呈富集趨勢(shì)[15]。在本試驗(yàn)中，有機(jī)無機(jī)肥配施后，土壤微生物生物量碳、微生物量氮、有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量明顯升高，與寇智瑞等[15]的研究結(jié)果一致。在長期耕作地塊，土壤中大團(tuán)聚體受到破環(huán)，土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，土壤固碳能力下降，易遭受水、風(fēng)等的侵蝕從而引起土壤有機(jī)碳的損失[16]。何川等[17]研究證實(shí)，連作3年可造成植煙土壤有機(jī)碳大量損失。而本研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施能夠增加土壤有機(jī)碳含量，這對(duì)于提高煙葉品質(zhì)十分有利。

有機(jī)無機(jī)肥配施能夠促進(jìn)土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善土壤微生態(tài)條件，增加土壤有機(jī)氮和有機(jī)碳含量，增強(qiáng)微生物活性，提高土壤碳、氮、磷和鉀的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，進(jìn)而提升煙株生長后期土壤的供氮能力和碳源利用率，提高上部葉的還原糖含量和化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，在一定程度上提高煙葉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀[18-19]。有機(jī)無機(jī)配肥施后，煙株成熟期延長15 d左右，煙葉成熟度高，烘烤性好，對(duì)提高煙葉品質(zhì)有利[20-21]。本研究表明，有機(jī)無機(jī)肥配施后，煙葉總糖、還原糖含量增加，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性增強(qiáng)，煙葉品質(zhì)提升，與前人研究一致。

4 結(jié)論

對(duì)植煙土壤進(jìn)行有機(jī)無機(jī)肥配施，相較于純施無機(jī)肥處理，土壤微生物生物量碳、微生物量氮和有機(jī)碳含量升高，進(jìn)而提高土壤碳庫作用和優(yōu)化土壤養(yǎng)分的釋放規(guī)律，因此，適宜比例的有機(jī)無機(jī)肥配施可明顯改善土壤結(jié)構(gòu)和提高土壤養(yǎng)分。有機(jī)無機(jī)肥配施能夠提高煙葉干物質(zhì)積累量，改善烤后煙葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，烤后煙葉的煙堿、還原糖和總糖含量以及煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值升高。適宜的配制比例為有機(jī)肥︰無機(jī)肥=30%︰70%，該配比處理下，煙株干物質(zhì)積累量及煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值與上等煙比例顯著高于其余處理。

土壤養(yǎng)分含量與調(diào)制后煙葉化學(xué)成分指標(biāo)具有一定相關(guān)性。其中，土壤微生物生物量碳與煙葉總氮含量呈顯著正相關(guān)；土壤有機(jī)碳與煙葉煙堿和鉀氯比呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與煙葉鉀、氯含量呈極顯著正相關(guān)。表明土壤微生物生物量碳、有機(jī)碳與煙葉總氮、煙堿和鉀氯含量密切相關(guān)。