綠肥模式下減量施氮對(duì)烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

趙文軍， 楊繼周， 尹梅， 陳檢鋒， 薛開政， 胡保文， 付利波，王偉， 王志遠(yuǎn)， 楊艷鮮， 陳華*

（1.紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南 玉溪 653100； 2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205）

云南是我國優(yōu)質(zhì)烤煙的重要產(chǎn)地，地屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，煙草旺長(zhǎng)期光溫水適中、成熟期溫度較低，煙葉屬于典型的清甜香型[1]。受優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)所需特殊地理環(huán)境的限制，煙草種植區(qū)連作現(xiàn)象嚴(yán)重，加上過度依賴化肥，導(dǎo)致土壤肥力不平衡，烤煙品質(zhì)和產(chǎn)量不穩(wěn)定[2]。因此，如何科學(xué)施肥、培肥煙田土壤、進(jìn)一步提升烤煙品質(zhì)是云南煙草行業(yè)面對(duì)的主要問題之一。

綠肥在替代化肥、改善土壤理化性狀、調(diào)控土壤微生物群落結(jié)構(gòu)、提升作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面具有重要作用[3-5]，在我國煙草種植上也得到了較為廣泛的研究和應(yīng)用，研究表明，綠肥-煙草輪作能夠有效增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮及有效養(yǎng)分含量[6]，提高土壤微生物功能多樣性及土壤酶活性[7]，降低煙草根腐病和黑脛病的發(fā)生率[8],改善烤煙煙堿、糖堿比、氮堿比、鉀氯比等化學(xué)成分組成，提升烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)[9-10]。

光葉紫花苕子是云南地區(qū)納入煙草輪作制度中常見的豆科綠肥，能與根瘤菌共生固氮，每667 m2產(chǎn)2 000 kg鮮草時(shí)，可固純氮約6 kg[11]。煙草對(duì)肥料反應(yīng)敏感，需嚴(yán)格控制養(yǎng)分。在栽培中，化肥施用量過低，嚴(yán)重影響烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)；過高，則會(huì)造成葉片“大、深、厚”，單葉重增加、糖堿比與感官評(píng)吸質(zhì)量降低[12-13]。因此，煙草-綠肥種植制度下，為保證烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)，需合理調(diào)控氮肥施用量，但截至目前在種植利用光葉紫花苕子模式下氮肥的施用量尚未明確。因此，本研究在煙草-綠肥輪作制度下，研究不同施氮水平對(duì)煙草農(nóng)藝性狀、烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在為云南煙區(qū)節(jié)肥、增效、可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于昆明市嵩明縣小街鎮(zhèn)云南省業(yè)科學(xué)院基地（25°21′11.21″N， 103°6′47.24″E，海拔1 910 m）開展。該地屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均降雨量987.1 mm，年平均氣溫14.2 ℃。供試土壤為紅色石灰土，土壤質(zhì)地為粘壤。試驗(yàn)開始前，耕層土壤（0—20 cm）基礎(chǔ)理化性狀為：有機(jī)質(zhì)22.1 g·kg-1，全氮0.9 g·kg-1，全磷1.6 g·kg-1，全鉀9.8 g·kg-1，堿解氮76.1 mg·kg-1，有效磷30.7 mg·kg-1，速效鉀144.5 mg·kg-1，pH 7.1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以烤煙品種K326為試驗(yàn)材料，以光葉紫花苕子為綠肥作物。試驗(yàn)于2017年10月種植綠肥開始，于2019年9月烤煙收獲后結(jié)束，連續(xù)2年定位，試驗(yàn)數(shù)據(jù)為2019年烤煙收獲后測(cè)試數(shù)據(jù)。設(shè)置冬閑（F）和冬種綠肥（G）2種種植模式，在此基礎(chǔ)上設(shè)置不施氮肥（N0）和分別施用55%（N55）、70%（N70）、85%（N85）和100%氮肥（N100）5個(gè)氮肥水平，共計(jì)10個(gè)處理，每處理3次重復(fù)。試驗(yàn)地小區(qū)面積21 m2，采用隨機(jī)區(qū)組排列，根據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行日常管理。綠肥原位種植，并于煙草移植前20 d收獲并就地翻壓，綠肥還田生物量45 000 kg·hm-2，綠肥種植季全程不施肥，煙草季按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行施肥。100%氮肥（N100）處理的施氮量為N 120 kg·hm-2，其他處理按比例遞減；各處理磷、鉀肥施用量均為P2O590 kg·hm-2、K2O 405 kg·hm-2。

1.3 樣品采集與測(cè)定

于2019年烤煙下部葉開始采收前1 d，每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的3株測(cè)定株高、莖圍、有效葉數(shù)、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬?？緹煶墒旌?，分小區(qū)采用掛牌編竿烘烤，烘烤結(jié)束后實(shí)測(cè)各小區(qū)產(chǎn)量，同時(shí)由煙草公司收購系統(tǒng)技術(shù)人員按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙葉進(jìn)行等級(jí)評(píng)定，并統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、均價(jià)、上等煙比例和產(chǎn)值等經(jīng)濟(jì)性狀。對(duì)烤后煙葉分別取C3F等級(jí)煙葉2 kg進(jìn)行煙葉化學(xué)成分檢測(cè)，采用電位滴定法測(cè)定氯離子含量[14]，采用連續(xù)流動(dòng)法分別測(cè)定鉀、煙堿、還原糖、總糖和總氮含量[15-18]；并計(jì)算葉面積、糖堿比和氮堿比，計(jì)算公式如下。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 8.1軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異（least significant difference，LSD）法進(jìn)行方差分析、多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠肥配施減量化肥對(duì)煙草農(nóng)藝性狀的影響

雙因素方差分析結(jié)果（表1）表明，有無綠肥顯著影響煙草株高及有效葉數(shù)量，而氮肥的施用水平對(duì)煙草不同農(nóng)藝性狀影響不同。在N55、N70、N85處理下，冬種綠肥較冬閑顯著提高了煙草的有效葉數(shù)，其中N85處理還顯著提高了煙草株高，較冬閑模式株高增加7%；N55、N70處理煙草的有效葉數(shù)較冬閑模式分別增加15%、13%。施氮水平對(duì)煙草農(nóng)藝性狀的影響存在差異，其中，隨著施氮水平的提高，煙草的株高、有效葉數(shù)呈上升趨勢(shì)，在N85處理下煙草的有效葉數(shù)量與株高達(dá)最大值；而施氮水平對(duì)煙草的最大葉面積與莖圍影響較小。

表1 不同處理下煙草的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of flue-cured tobacco under different treatments

2.2 綠肥配施減量化肥對(duì)烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值的影響

雙因素方差分析結(jié)果（表2）表明，有無綠肥、氮肥水平及二者的交互作用均顯著影響烤煙產(chǎn)量、上等煙比例、烤煙均價(jià)及烤煙產(chǎn)值。由表2可知，相比冬閑，冬種綠肥顯著增加了烤煙產(chǎn)值、烤煙均價(jià)、中上等煙比例、上等煙比例和烤煙產(chǎn)量；施用氮肥著提高了烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值，其中N100處理烤煙的產(chǎn)量最高，較N0處理增加38.5%；N70和N100處理烤煙的產(chǎn)值最高，分別較N0處理增加48.2%和38.7%。此外，氮肥減施（施肥量占常規(guī)用量的55%～85%）處理烤煙的上等煙比例、中上等煙比例以及烤煙均價(jià)均處于較高水平，表明氮肥適量減施有利于提高烤煙品質(zhì)。冬種綠肥模式下，以N70%處理的中上等煙比例、烤煙均價(jià)以及烤煙產(chǎn)值最高，較常規(guī)施肥處理（冬閑100%化肥處理）分別增加18.3%、14.9%和11.2%。綜上可知，本試驗(yàn)條件下，冬種綠肥配合施用70%氮肥能實(shí)現(xiàn)烤煙產(chǎn)值最大化。

表2 不同處理下烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值Table 2 Yield and output value of flue-cured tobacco under different treatments

2.3 綠肥配施減量化肥對(duì)烤煙品質(zhì)的影響

雙因素方差分析（表3）表明，有無綠肥顯著影響烤煙化學(xué)成分中的煙堿含量、糖堿比和氮堿比；氮肥水平顯著影響烤煙中總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯含量、糖堿比、氮堿比和鉀氯比；兩者的交互作用顯著影響總糖、還原糖、鉀含量、氮堿比和鉀氯比。由表3可知，烤煙化學(xué)成分中以N55和N70處理的總糖、還原糖含量最高；N100處理的煙堿、總氮含量最高；N70處理的總氯含量最低。2種種植模式下，烤煙的煙堿和總氮含量均隨著氮肥施用量的增加呈上升趨勢(shì)，而糖堿比則反之。在相同施氮水平下，冬種綠肥較冬閑顯著提升了烤煙的總氮、煙堿含量，表明種植綠肥對(duì)烤煙特定化學(xué)品質(zhì)具有一定的改善作用。綜上表明，冬種綠肥并適當(dāng)降低氮肥投入能夠有效改善烤煙的化學(xué)品質(zhì)，其中施用70%氮肥時(shí)烤煙的化學(xué)品質(zhì)整體表現(xiàn)最優(yōu)。

比Potassium /氯鉀chlorine比Reduced sugar/糖兩total sugar比Nitrogen/堿氮alkaloid nder different treatments比Sugar/alkaloid堿糖量含分成acco u學(xué)氯Chlorideion/%化要主cured tob的煙鉀Total總烤potassium/%下理處同不總3ponent contents of flue-表hemical com氮Total nitrogen/%Table 3 C 煙堿Alkaloid/%Reduced原糖sugar/%還總糖Total sugar/%理Treatm ent處植種模式Plant pattern 5.85±0.41 bα 7.63±0.12 abα 0.68±0.08 aα 0.73±0.03 aα 0.93±0.03 aα 0.86±0.04 aα 3.46 aβ 17.00±2.55 abα 15.33±0.24±0.02 abα 0.21±0.04 bcα 1.30±0.02 cα 1.48±0.15 cα 1.07±0.02 dα 1.48±0.07 cα 1.34±0.05 cα 1.70±0.09 bα 0.61 cβ 11.90±0.43 aα 21.21±2.29 aα 26.77±1.40 abβ 23.96±N0N55 0.99 aα 11.45±0.68±0.05 aα 0.91±0.06 aα 0.11 bcβ 12.64±0.16±0.02 dα 1.87±0.05 abα 1.49±0.13 cβ 2.39±0.12 abα 2.56 aα 20.49±2.94 aα 27.00±N70 G 8.56±1.08 abα 0.69±0.05 aα 0.89±0.02 aα 8.61±0.74 cα 0.27±0.03 aα 1.78±0.03 abα 1.96±0.09 bβ 2.55±0.14 aα 0.22 bα 14.69±1.71 cα 18.51±N85 0.76 aα 11.23±0.69±0.06 aα 0.83±0.06 aα 8.05±0.88 cα 0.17±0.01 cdα 1.90±0.05 aα 2.20±0.04 aα 2.84±0.23 aα 1.95 bcα 13.69±1.61 bcα 22.04±N100 6.01±1.35 bα 7.69±0.53 abα 0.64±0.04 aα 0.76±0.03 aα 0.92±0.02 aα 0.90±0.05 aα 1.79 aα 23.07±1.08 bα 15.77±0.22±0.03 aα 0.18±0.01 aα 1.31±0.19 cα 1.59±0.08 bcα 1.25±0.05 cdα 1.45±0.13 cα 1.17±0.03 dβ 1.64±0.05 cdα 1.24 abcα 17.21±1.67 abβ 18.15±1.05 bβ 17.52±0.68 aα 28.91±N0N55 1.00 aα 11.41±0.69±0.07 aα 0.84±0.05 aα 0.47 bα 15.18±0.17±0.06 aα 1.82±0.06 abα 2.17±0.09 abα 1.78±0.06 cβ 2.34 aα 18.63±2.25 aα 30.24±N70 F 7.62±0.61 abα 0.75±0.10 aα 0.87±0.04 aα 9.93±1.41 cα 0.23±0.03 aα 1.95±0.04 aα 2.28±0.14 abα 2.26±0.11 bα 0.60 cα 13.78±1.18 bα 21.39±N85 0.83 aα 11.20±0.68±0.08 aα 0.84±0.01 aα 9.44±0.95 cα 0.19±0.07 aα 1.83±0.09 abα 2.33±0.18 aα 2.61±0.05 aα 2.85 bcα 15.10±4.43 bα 20.09±N100 P＜0.13 5.09*2.98*0.05和P＜abet indicate示alph別在表reek 0.17 1.65 0.61**分；*和著顯異48.55**50.59**24.41**差平0.05 level； different G P＜levels， respectively.0.05水在0.01 1.43 6.61*9.99**理間d P＜e nitrogen level at P＜an 處肥0.05不氮同下0.78 0.75 6.37*式模植種同相icate significant at P＜ical fertilizer treatments of sam 3.23示1.33 4.22*表母d ** ind chem an字文同英；不manure and 0.05 level； *0.44著4.36*0.50顯異at P＜平0.05水差e plant pattern 9.07*P＜在19.05**2.29ifferences between green理處間肥化與0.08 16.82**5.59*肥綠下n indicate significant d平水氮e colum施同0.00 16.89**10.15**相示表母字etween different nitrogen treatments under the sam臘nglish letters in sam希同。FGFN FG×N 不著列顯：同平Different E注0.01水Note：significant differences b

3 討論

煙草需肥量較大，尤其對(duì)氮肥的需求量較高，然而煙草碳氮代謝的協(xié)調(diào)與否直接關(guān)系到煙草本身的生長(zhǎng)發(fā)育[19]。本研究結(jié)果表明，冬種綠肥較冬閑處理顯著提升煙草株高及有效葉數(shù)；氮肥施用水平對(duì)煙草的農(nóng)藝性狀影響較小，與儲(chǔ)劉專等[20]和鄒正[21]研究結(jié)果一致。煙草農(nóng)藝性狀可反映烤煙的產(chǎn)量情況[22]，在N55和N70施氮水平下，種植綠肥使煙草的有效葉數(shù)分別增加15%及13%；在N85施氮水平下，種植綠肥使煙草株高提升7%。種植綠肥模式下，N70處理烤煙的產(chǎn)值最高，較N0處理增加48.2%?？梢姡G肥配合氮肥減量可通過協(xié)調(diào)煙草生長(zhǎng)，提高烤煙產(chǎn)值。郭云周等[23]在云南紅壤旱地通過2年的定位試驗(yàn)證實(shí)，綠肥納入煙草種植體系可顯著提高烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值，且產(chǎn)值增幅超過產(chǎn)量增幅。本研究表明，在相同施氮水平下，種植綠肥顯著提高了烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀，其中N70處理煙草的上等煙比例、烤煙均價(jià)和烤煙產(chǎn)值最高，較常規(guī)施肥處理（冬閑100%化肥處理）分別增加18.3%、14.9%和11.2%。這可能由于冬種綠肥配合適量氮肥施用，一方面優(yōu)化了煙草碳氮代謝，促進(jìn)了煙草生長(zhǎng)發(fā)育[24]；另一方面綠肥改善了土壤環(huán)境，可持續(xù)供應(yīng)煙草養(yǎng)分[25-26]，有利于提升煙葉經(jīng)濟(jì)性狀。

煙草是特殊葉用作物，優(yōu)質(zhì)比高產(chǎn)更受關(guān)注[27]，烤煙化學(xué)成分可以作為鑒定烤煙品質(zhì)的重要指標(biāo)[28]。通常認(rèn)為，烤煙質(zhì)量的優(yōu)劣與烤煙中總糖、煙堿等成分含量有關(guān)。在本試驗(yàn)條件下，烤煙總糖含量為20.0%～28.6%，還原糖含量為14.2%～19.7%，煙堿含量為1.1%～3.2%，達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)[29]。研究表明，種植烤煙的土壤通過種植翻壓綠肥后，烤煙中總氮、總糖、煙堿的含量更加協(xié)調(diào)[30-31]。本研究結(jié)果表明，N55和N70處理對(duì)烤煙化學(xué)成分影響較大，其中烤煙總糖、還原糖含量最高，冬閑與冬種綠肥2種種植模式下烤煙的煙堿、總氮含量均隨著氮肥施用量增加呈上升趨勢(shì)，且綠肥模式均優(yōu)于冬閑模式，表明冬種綠肥有利于提高烤煙化學(xué)品質(zhì)。羅貞寶[32]、劉霞[33]和郭飛[34]研究發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥能顯著提升烤煙的總糖含量，降低煙堿含量，協(xié)調(diào)氯、鉀等營養(yǎng)元素的平衡，使烤煙的營養(yǎng)成分更趨于協(xié)調(diào)。王允白等[35]研究表明，新鮮綠肥在分解過程中除釋放養(yǎng)分外還可產(chǎn)生多種激素，這些激素一方面促進(jìn)煙草代謝，另一方面有利于糖分和芳香物的累積，從而提高烤煙品質(zhì)。煙堿是烤煙中重要的化學(xué)成分，含量過高使人有腔刺不悅的感覺，但過低又會(huì)造成吸味淡薄而不過癮。豆科綠肥生長(zhǎng)期間根系的分泌物質(zhì)能夠活化土壤中的難溶性養(yǎng)分[36]，有利于煙草根系前期發(fā)育，促進(jìn)煙堿合成，而到生長(zhǎng)后期為保證營養(yǎng)物質(zhì)向生長(zhǎng)中心轉(zhuǎn)移，根系煙堿合成得到抑制。研究表明，煙草對(duì)氮肥非常敏感，生產(chǎn)中氮肥用量少不利于提高烤煙產(chǎn)量，施用量過多又會(huì)使煙草碳氮代謝失衡，降低烤煙品質(zhì)[37]。本研究也證實(shí)，冬種綠肥并適當(dāng)降低氮肥投入能夠有效改善烤煙的化學(xué)品質(zhì)，其中冬種綠肥配施70%氮肥時(shí)烤煙的化學(xué)品質(zhì)整體表現(xiàn)最優(yōu)，可作為煙區(qū)提高煙草種植效益與可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

綠肥與煙草輪作體系下，冬種綠肥配施減量化肥可顯著提升烤煙經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)，提高煙區(qū)種植效益。種植綠肥可顯著提升煙草農(nóng)藝性狀，尤其提高煙草株高和有效葉數(shù)，從而促進(jìn)了烤煙產(chǎn)值最大化。因此，冬種光葉紫花苕子配施氮肥的施肥方式可作為保障烤煙優(yōu)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)與可持續(xù)發(fā)展的良好田間管理模式。