綠肥還田與磷肥配施對烤煙生長及土壤磷有效性的影響

高 琳，王鑫亮，張士榮，丁效東，王 軍，林昌華

(1.韶關學院英東生物與農(nóng)業(yè)學院，廣東韶關 512005；2.青島農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東青島 266109；3.廣東省煙草科學研究所，廣東韶關 512000)

烤煙品種粵煙97較適合我國南方煙區(qū)及黃淮煙區(qū)種植，現(xiàn)為廣東煙區(qū)的主栽品種之一[1]，在南雄地區(qū)有大量種植。近年來，南雄煙區(qū)出現(xiàn)土壤板結、肥料利用率低、煙葉風味特色不突出等問題[2-3]。大部分煙區(qū)長期連作、施用化肥導致煙葉質量呈現(xiàn)下降的趨勢，而煙葉品質在低危害卷煙配方中占有重要的地位[4]。綠肥可以提高水稻土的生產(chǎn)力和可持續(xù)性[5]，綠肥的摻入會改變微生物過程，從而影響微生物群落結構和養(yǎng)分循環(huán)，尤其是土壤碳(C)、氮(N)和硫(S)添加綠肥有利于提高烤煙中硝酸還原酶的活性，還能提高烤煙轉化酶的活性和成熟期淀粉酶的活性。有研究表明，土壤施磷后有助于煙株對土壤鉀和鈣的吸收，進而提高煙株的含鉀量和含鈣量[6]。適宜的磷肥用量有利于煙株新陳代謝促進烤煙成熟，增進煙葉的色澤與香味進而改善煙葉的內在品質[7-9]。因此，探究綠肥還田和磷肥配施對煙草生長和煙葉品質的影響具有重要意義。

廣東省南雄市屬亞熱帶季風氣候區(qū)[10]，南雄煙區(qū)具有無霜期長、≥10 ℃積溫高、日均溫≥20 ℃持續(xù)天數(shù)多以及0～60 cm土壤含氯量較低等特點，具備生產(chǎn)優(yōu)質煙葉的基本條件；南雄煙區(qū)大田前期光照時數(shù)短、氣溫較低；而后旺長期和成熟期光照時數(shù)較長、氣溫較高，適宜烤煙種植[11]。然而不同粒級團聚體對磷酸根的吸附與解吸性能不同，一般微團聚體粒級越小，則對磷素的吸附保存能力越強，黏土礦物對磷有固定作用，隨著微團聚體粒級的增大，對磷酸根的吸附量明顯減少[12]。稻田黏壤土粉粒占比大，團聚體穩(wěn)定性差，膠體物質易分離，進而造成農(nóng)田中顆粒態(tài)磷的損失[13]。耕地土壤翻壓綠肥可以有效提高土壤有機質和腐殖質含量[14]，能有效促進土壤團聚體結構的形成，對形成穩(wěn)定的土壤團聚體會有一定的積極影響。目前，關于綠肥還田與磷肥配施對烤煙生長及土壤磷有效性的影響研究很少。本試驗通過盆栽處理和施用不同組合的綠肥磷肥，對南雄煙區(qū)牛肝土田和紫色土田的土壤理化性質和烤煙成熟生理性狀進行分析，探究最適合南雄牛肝田烤煙的綠肥磷肥施用量，以期為改善南雄牛肝土田和紫色土田的烤煙品質提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

2021年3—8月在廣東省煙草科學研究所的育苗溫室大棚(25°09′94.25″N、114°27′56.65″E，海拔143 m)中進行盆栽試驗，試驗階段溫室大棚的生長條件為溫度24～35 ℃，光照時間12～14 h，濕度60%～75%。試驗所用的土壤類型為牛肝土和紫色土，均為煙田的水稻土，其土壤理化性質見表1。

表1 供試土壤理化性質

1.2 試驗材料與設計

烤煙品種為廣東省煙草南雄科學研究所提供的粵煙97(原MS96-7)。盆栽試驗2種土分別設置磷水平和綠肥水平2個因素，施磷(P2O5)水平設P0(不施磷)、P1(常規(guī)磷，5.59 kg/666.7 m2)、P2(1.5倍常規(guī)磷，8.85 kg/666.7 m2)3個水平；綠肥救荒野豌豆(ViciasativaL.)設C0(不施綠肥)、C1(1 500 kg/666.7 m2綠肥)、C2(2 250 kg/666.7 m2綠肥)3個水平；每種土壤共設置9個處理，具體如下：P0C0(不施用磷肥與綠肥)、P0C1(不施用磷肥與施用 1 500 kg/666.7 m2綠肥)、P0C2(不施用磷肥與施用2 250 kg/666.7 m2綠肥)、P1C0(施用 5.59 kg/666.7 m2磷肥與不施用綠肥)、P1C1(施用5.59 kg/666.7 m2磷肥與施用 1 500 kg/666.7 m2綠肥)、P1C2(施用 5.59 kg/666.7 m2磷肥與施用 2 250 kg/666.7 m2綠肥)、P2C0(施用8.85 kg/666.7 m2磷肥與不施用綠肥)、P2C1(施用8.85 kg/666.7 m2磷肥與施用 1 500 kg/666.7 m2綠肥)、P2C2(施用 8.85 kg/666.7 m2磷肥與施用2 250 kg/666.7 m2綠肥)。每種土壤類型每個處理6次重復，花盆隨機區(qū)組排列。

試驗花盆的規(guī)格為高260 mm，直徑340 mm，每盆裝土20 kg。氮鉀肥用量按照純養(yǎng)分(N、K2O)計算，即每盆土N為180 mg，K2O為310 mg。供試肥料包括有機肥(N∶P2O5∶K2O=2.3∶2.2∶7.1)、硝酸鉀(N∶K2O=13.50∶44.50)、硫酸鉀(含K2O 50%)、碳酸氫銨(N含量17%)、鈣鎂磷肥(P2O5含量12%，Mg含量9.8%)、硫酸鎂(Mg含量9.8%)、救荒野豌豆(含磷量0.36%)。氮肥分3次施用，70%作為基肥(移栽前)，5%用作提苗肥，余下的25%用于烤煙團棵期前施用。鉀肥分3次用作基肥、提苗肥和團棵期前肥。磷肥作為基肥直接一次性施入土壤。在整個生育期中，調換花盆的位置和澆水，不噴施殺蟲劑和殺菌劑，適時進行人工除草。

1.3 樣品采集與分析

在烤煙團棵期、旺長期、成熟期進行株高、莖粗和葉長等的生長性狀調查，在烤煙打頂期后采集土壤樣品和植株樣品。(1)株高(莖高)的測量：按照YC/T 142—1998《煙草農(nóng)藝性狀調查方法》，不打頂植株在第一青果期測量自地表莖基處至第一蒴果基部的高度；打頂植株在打頂后莖端生長定型時測量自地表莖基處至莖部頂端的高度，又稱莖高；現(xiàn)蕾期以前的株高為自地表莖基處至生長點的高度。(2)莖粗的測量：用游標卡尺在株高1/3處測量莖的直徑，計算周長。(3)最大葉長：選取1株烤煙中最長的葉片，用直尺從煙葉葉柄與莖稈連接處開始，一直到葉尖的長度。(4)最大葉寬：直尺測量煙葉最寬處的長度。(5)葉片數(shù)：除去7張底部葉片，從下往上記錄煙葉數(shù)量。(6)土壤理化指標測定：采用PHS-25/3C臺式數(shù)顯酸度計測定土壤pH值，采用HCLO4-H2SO4法[15]測定全磷含量；采用 0.5 mol/L NaHCO3法[15]測定土壤有效磷含量。(7)土壤微生物磷含量測定：采用土壤熏蒸提取法測定微生物磷含量(SMBP)[16]。計算公式如下：

SMBp=(f-uf)/(k×r)。

式中：f為熏蒸的土壤浸提液中的磷量；uf為未熏蒸的土壤磷量；k為微生物磷系數(shù)，即微生物磷浸提測定比例，取0.4；r為無機磷的回收率。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Microsoft Excel 2010 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理。采用SPSS 20.0 做單因素方差分析，用SigmaPlot 14.0軟件對數(shù)據(jù)進行多重比較分析，用Origin 2018軟件對數(shù)據(jù)進行作圖。

2 結果與分析

2.1 綠肥還田與磷肥水平對烤煙生長的影響

由圖1可知，2種土C0、C1水平下施磷量為P1時，其株高均最高；C2水平下，紫色土不施磷處理的株高最高；總體來看，牛肝土P1C1處理的株高表現(xiàn)最好。2種土的磷肥和綠肥處理間的最大葉長多數(shù)差異不顯著(P>0.05)(圖2)。在紫色土C0、C1水平下，隨著施磷量增加，最大葉寬提高；牛肝土中除了不施綠肥的P1處理外，牛肝土P1C1、牛肝土P1C2處理的最大葉寬均值較高，其中以牛肝土P1C1處理的葉寬最大(圖3)。在紫色土C1、C2和牛肝土C0處理下，隨著施磷量的增加，煙株莖圍呈遞增趨勢，紫色土P2C2和牛肝土P1C1處理的莖圍均值表現(xiàn)較好(圖4)。

2.2 綠肥還田與磷肥水平對烤煙光合特性的影響

從表2可以看出，隨著施磷量的減少，在紫色土和牛肝土C0處理下，烤煙葉片胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(E)的均值在不斷增加。在紫色土C0處理下，隨著施磷量減少，后一個處理的Ci較前一個處理依次增加3.47%(P1與P2相比)和8.50%(P0與P1相比)，而在牛肝土中，則分別增加2.99%和12.44%，其中牛肝土P0C0處理的Ci最大。而同為施磷量依次減少，紫色土C1、C2和牛肝土C1處理的Ci則表現(xiàn)為先降低后升高。在紫色土的C0處理下，隨著施磷量的減少，后一個處理的E較前一個處理分別增加31.47%和16.49%；而在牛肝土中，則分別增加27.91%和131.82%，其中牛肝土P0C0處理的E最大。從表3可以看出，在C0條件下紫色土和牛肝土的氣孔導度隨施磷量的減少而增大。在C1、C2條件下，A和Ci相關關系不大，胞間CO2濃度還涉及到許多因素，不能簡單認為胞間CO2濃度就代表了凈光合速率，可能是廣東南雄地區(qū)特殊地理環(huán)境因素的影響。

表2 綠肥還田與磷肥水平下的烤煙胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(E)

表3 綠肥還田與磷肥水平下的烤煙凈光合速率(A)和氣孔導度(Gs)

2.3 綠肥還田與磷肥水平對紫色土和牛肝土全磷含量的影響

從表4可以看出，同處理條件下紫色土全磷含量明顯高于牛肝土全磷含量。在C1處理下，隨著施磷量的增加，紫色土和牛肝土全磷含量的增加量分別為29.35%、3.36%和29.27%、20.75%；C2處理下，隨著施磷量的增加，紫色土全磷含量的增加量分別為15.79%、30.00%。P1水平下的紫色土，隨著綠肥還田量的增加，土壤中磷素被植株吸收，全磷含量依次遞減23.23%、7.56%。在P0水平下的牛肝土中，隨綠肥還田量的增加，土壤全磷含量依次增加2.50%、2.44%。

表4 綠肥還田與磷肥水平對紫色土和牛肝土全磷含量的影響

2.4 綠肥還田與磷肥水平對紫色土和牛肝土有效磷含量的影響

從表5可以看出，施用綠肥能夠明顯提高土壤有效磷含量(紫色土的P0處理和牛肝土的P1處理除外)。在紫色土的P1和P2水平下，隨著綠肥量的增加，有效磷含量分別依次增加12.36%、44.28%和0.41%、13.29%。在牛肝土的P0和P2水平下，有效磷含量分別依次增加2.03%、6.70%和9.43%、40.76%。

表5 綠肥還田與磷肥水平對紫色土和牛肝土有效磷含量的影響

2.5 綠肥還田與磷肥水平對紫色土和牛肝土土壤微生物磷含量的影響

從表6可以看出，伴隨著綠肥還田量的逐漸增加，煙株土壤中微生物磷含量也在不斷提高；其中，以牛肝土P1水平的C0、C1、C2處理之間差異最為顯著，微生物磷含量依次提升50.51%、31.65%。紫色土C0處理下的P0、P1、P2處理間差異顯著，微生物磷含量依次提升73.12%、12.50%；紫色土C2水平下的P0、P1、P2處理間差異顯著，微生物磷含量依次提升58.23%、34.39%。從盆栽試驗結果可以看出，在紫色土P1、P2和牛肝土P0、P2水平下，綠肥提高了2種土的有效磷含量；并提高了土壤微生物活性，卻降低了牛肝土烤煙胞間CO2濃度。

表6 不同肥料配施對2種土微生物磷含量的影響

3 討論

3.1 綠肥還田與磷肥水平對烤煙生長的影響

施磷對烤煙光合作用的增加程度雖不及氮素，但也可以顯著提高改變烤煙的外部性狀，葉片舒展性較好、煙葉含梗率較低且組織結構發(fā)育較好，地上煙株部分生長健康茁壯，煙株按正常時期成熟，葉片能夠適時落黃[17]。土壤磷元素以多種方式參與煙株的重要生命物質活動，比如煙株的光合作用和呼吸作用，影響著煙株體內脂肪、維生素和糖類等物質代謝和物質運輸以及植株的生長發(fā)育[18]。本研究結果顯示，在煙草生長的團棵期添加綠肥處理后，最大葉長、株高和最大葉寬有所增加，這與齊耀程等的研究成果[19-20]相符，因為施加綠肥到土壤，經(jīng)過翻壓后，提高了土壤肥力，有助于土壤的疏松和含水量的增加，同時加強了光合效率，從而促進烤煙對土壤養(yǎng)分的吸收和生長發(fā)育；在隨著施磷量的減少，葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率不斷提高，但葉片凈光合速率和氣孔導度差異不顯著，牛肝土P1C1處理的光合速率最優(yōu)，牛肝土P0C0處理的氣孔導度最優(yōu)，這可能是因為隨著氣孔導度的增大，煙葉光合作用需要大量的CO2，且葉片隨著陽光直射溫度上升，使得煙葉細胞水勢增高，其胞間CO2濃度也不斷增高。

3.2 綠肥還田與磷肥水平對烤煙土壤磷有效性的影響

不同綠肥水平處理下土壤全磷含量差異基本不顯著，紫色土各處理全磷含量高于牛肝土，這可能取決于南雄地區(qū)土壤的獨特物理化學性質，因為南方酸性土壤中游離的有效磷很少，大部分的磷會與土壤中的鐵、鋁、鈣等金屬離子形成難溶性的磷酸鹽化合物或者與土壤中的有機物質結合轉化成了穩(wěn)定的有機磷；牛肝土C1處理下全磷含量表現(xiàn)為P2>P1>P0，差異顯著；C2處理下全磷含量表現(xiàn)為P1>P2>P0，差異顯著。施用綠肥能夠顯著提高土壤有效磷含量；在紫色土的P1、P2和牛肝土的P2水平下，有效磷含量隨著綠肥施用量的增加而增加。微生物磷含量的最大值分別出現(xiàn)在紫色土P2C2處理和牛肝土P1C2處理，綠肥量的增加可能會增加土壤微生物的豐度。

4 結論

在本研究條件下，從提高南雄地區(qū)土壤無機磷有效性以及植株生長體發(fā)育穩(wěn)定性綜合分析可得，紫色土P1C1(磷肥5.90 kg/666.7 m2、救荒野豌豆 1 500 kg/666.7 m2)處理和牛肝土P1C2(磷肥 5.90 kg/666.7m2、救荒野豌豆2 250 kg/666.7 m2)處理對烤煙生長發(fā)育及土壤理化性狀的處理效果較優(yōu)。