張啟明，陳仁霄，管成偉，苑舉民，何寬信

?

不同有機(jī)物料對(duì)土壤改良和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響①

張啟明，陳仁霄，管成偉，苑舉民，何寬信*

(江西省煙草科學(xué)研究所，南昌 330025)

為改良土壤，提高煙葉質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，采用田間試驗(yàn)的方法，研究了不同有機(jī)物料(普通商品有機(jī)肥、生物有機(jī)肥、生物質(zhì)炭)與化肥配施對(duì)土壤改良和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響。結(jié)果表明：與常規(guī)施肥 (100%化肥)相比，有機(jī)物料與化肥配施能夠提高土壤酶活性、微生物多樣性、烤后煙葉含鉀量，促進(jìn)煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，從而能夠提高煙葉均價(jià)、上等煙比例和經(jīng)濟(jì)效益，其中以生物質(zhì)炭與生物有機(jī)肥聯(lián)合施用的效果最佳。

烤煙；有機(jī)物料；產(chǎn)質(zhì)量；土壤改良

由于長期大量施用化肥，忽視有機(jī)類肥料的施用，造成植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量下降，土壤酸化、板結(jié)，煙葉營養(yǎng)比例失調(diào)，進(jìn)而使煙葉香氣不足、煙堿含量過高和化學(xué)成分不協(xié)調(diào)，從而使煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的提高受到限制[1-3]。近年來，各類有機(jī)物料(如有機(jī)肥和生物質(zhì)炭等)開始用于烤煙生產(chǎn)。已有研究表明，有機(jī)肥和無機(jī)肥的合理配施能提升酸性土壤 pH，促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累，增強(qiáng)土壤酶活性，改良和培肥土壤，增強(qiáng)煙株抗病性，促進(jìn)烤煙的生長發(fā)育，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分，提高煙葉產(chǎn)量，改善煙葉品質(zhì)[4-7]，但不同種類有機(jī)物料作用效果不一，不同地區(qū)的煙田環(huán)境不同，有機(jī)物料的適宜施用量也可能存在差異。近年來江西省已成為我國主要植煙區(qū)之一，雖然一些有機(jī)物料已得到較為廣泛的應(yīng)用，但總體而言，有關(guān)有機(jī)物料用于江西煙田土壤改良和提升烤煙產(chǎn)質(zhì)量方面的研究報(bào)道不多，且研究水平也有待進(jìn)一步提高[8-10]。因此，有必要通過田間試驗(yàn)，研究江西煙區(qū)目前較為普遍施用有機(jī)物料對(duì)煙田土壤改良和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期篩選出更為適合江西煙區(qū)氣候和土壤條件的有機(jī)物料，為江西煙區(qū)進(jìn)一步科學(xué)施用有機(jī)物料提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種：江西主栽品種K326，2015年12月上旬托盤濕潤育苗，3月上旬移栽。

供試土壤：試驗(yàn)田塊位于江西省贛州地區(qū)瑞金市，為地理發(fā)生分類的紫色土(系統(tǒng)分類的紫色濕潤雛形土)旱地，地勢平坦，交通便利，灌溉方便，前茬為撂荒。土壤基本理化性質(zhì)：pH 7.6，有機(jī)質(zhì)9.0 g/kg，堿解氮53.1 mg/kg，有效磷15.1 mg/kg，速效鉀325 mg/kg?？傮w上，供試煙田土壤偏堿、有機(jī)質(zhì)和堿解氮缺乏，有效磷略缺，速效鉀豐富。

供試有機(jī)物料：普通商品有機(jī)肥(養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：N 2%，P2O52%，K2O 2.5%)、生物有機(jī)肥(養(yǎng)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：N 1.76%，P2O51.52%，K2O 2.85%)、生物質(zhì)炭(為花生殼燒制，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，短期內(nèi)較難分解，其所含養(yǎng)分對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響可忽略不計(jì))。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以大田隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)形式進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為2015年3月至7月，田間管理嚴(yán)格按規(guī)范要求操作。每個(gè)小區(qū)面積約40 m2，植煙行株距為 1.2 m × 0.5 m，試驗(yàn)地設(shè)有保護(hù)行，每顆煙株留18 ~ 20片葉。

在固定總氮用量為135 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)置4個(gè)處理，T1：對(duì)照，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，為100% 煙草專用復(fù)合肥(湖南金葉肥料有限公司生產(chǎn)，N∶P2O5∶K2O=10∶8∶20)；T2：普通商品有機(jī)肥，有機(jī)氮用量占總氮用量的20%；T3：T1+生物質(zhì)炭(1 500 kg/hm2)；T4：生物質(zhì)炭(1 500 kg/hm2)+生物有機(jī)肥，有機(jī)氮用量占總氮用量的20%。每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3 樣品采集與分析

土壤樣品采集與測定：分別在烤煙的團(tuán)棵期、旺長期、打頂期和采收結(jié)束4個(gè)關(guān)鍵生育期采集每個(gè)小區(qū)煙株的根際土壤樣品，每個(gè)土樣為5 ~ 8個(gè)點(diǎn)的混合樣品。土壤酶活性的測定見文獻(xiàn)[11]；土壤微生物數(shù)量的測定采用稀釋涂布平板菌落計(jì)數(shù)法；土壤微生物代謝多樣性的測定采用Biolog ECO板碳素利用法[12]。

煙葉樣品采集與測定：按照“下部葉適時(shí)早采、中部葉成熟采收、上部葉充分成熟采收”的原則，分小區(qū)單獨(dú)采摘，烘烤，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。煙葉分級(jí)后按處理分別稱重記錄，計(jì)算各級(jí)產(chǎn)量和產(chǎn)值。

煙草化學(xué)指標(biāo)的測定：總糖及還原糖[13]、煙堿[14]、總氮含量[15]用連續(xù)流動(dòng)法測定；鉀含量用火焰光度法測定[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013和和IBM Statistics SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶作為土壤組分中最活躍的有機(jī)成分之一，其活性不僅能反映出土壤微生物活性的高低，而且能表征土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和運(yùn)移能力的強(qiáng)弱，是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要參數(shù)[17]。圖1表明煙株根際土壤過氧化氫酶、脲酶和蔗糖酶活性在不同處理間存在顯著差異，其中3種有機(jī)物料處理煙株根際土壤過氧化氫酶、脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性均高于T1處理(對(duì)照)，其中過氧化氫酶活性T2、T3和T4處理分別比T1處理增加81.6%、49.5% 和144.9%；脲酶活性T2、T3和T4處理分別比T1處理增加34.2%、11.6% 和49.5%；蔗糖酶活性T2、T3和T4處理分別比T1處理增加19.8%、3.5% 和28.2%。

2.2 不同處理對(duì)烤煙不同生育期根際土壤微生物數(shù)量的影響

微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，主要包含細(xì)菌、真菌和放線菌3大類微生物，其變化能敏感地反映土壤質(zhì)量和肥力的變化[18]。由圖2可知，在烤煙生長的整個(gè)生育期內(nèi)，根際土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。在旺長期、打頂期和采收結(jié)束3個(gè)時(shí)期，T2和T4處理根際土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于T1處理，T3處理與T1處理相比差異不顯著。在旺長、打頂和采完三個(gè)時(shí)期，T2和T4處理真菌顯著高于T1和T3處理，T2和T4處理在打頂時(shí)差異顯著，且T4處理高于T2處理，T3和T1處理差異不顯著。在整個(gè)生育期，T2、T3和T4處理根際土壤放線菌數(shù)量均顯著高于T1處理，T2和T4處理之間差異不顯著，T3處理與T2、T4處理之間有顯著差異。

圖1 不同處理對(duì)根際土壤酶活性的影響(打頂期)

圖2 不同處理對(duì)烤煙不同生育期根際土壤微生物數(shù)量的影響

2.3 不同處理對(duì)土壤微生物群落代謝活性的影響

平均顏色變化率( average well color develop- ment，AWCD) 是微平板上反應(yīng)孔的平均吸光值，其隨時(shí)間的變化是微生物碳源利用強(qiáng)度的反映，也是微生物活性的一個(gè)有效指標(biāo)[19]。從圖3可以看出，不同處理之間土壤微生物群落的AWCD在培養(yǎng)期間差異顯著，且T2、T3、T4處理的AWCD值明顯高于T1處理。分析發(fā)現(xiàn)，隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，微生物碳源利用量呈增加趨勢。在24 h之內(nèi)，AWCD值均較小，表明培養(yǎng)24 h內(nèi)，有較少的碳被微生物所利用；在24 h后，AWCD值迅速上升，說明24 h后碳源開始被微生物大量利用，且呈顯著差異。

圖3 烤煙打頂期不同處理平均顏色變化率(AWCD)的變化

2.4 不同處理對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響

從表1可以看出，與T1處理相比，不同有機(jī)物料處理均不同程度地提高煙葉總糖、還原糖含量，T2處理的含量較高，比T1處理分別提高3.78% 和2.03%；不同有機(jī)物料處理煙堿含量均有不同程度的降低，其中以T4處理的堿含量最低，比T1處理降低1.06%；鉀含量T4處理最高，顯著高于T1處理。一般認(rèn)為優(yōu)質(zhì)煙化學(xué)成分品質(zhì)指標(biāo)水溶性總糖與煙堿的比值接近于10，總氮與煙堿的比值接近1 為佳[20]，與T1處理糖堿比8.01、氮堿比0.55相比，其他處理的糖堿比(11.8 ~ 12.8)和氮堿比(0.71 ~ 0.86)更趨近優(yōu)質(zhì)煙化學(xué)成分品質(zhì)指標(biāo)范圍。

2.5 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表2可以看出，不同有機(jī)物料處理烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值分別比T1處理增加142 ~ 393 kg/hm2和3 430 ~ 114 369元/hm2，其中，產(chǎn)量以T2處理增幅最大，提高11.8%，產(chǎn)值以T4處理增幅最大，提高29.3%。有機(jī)物料處理上等煙比例、上中等煙比例、均價(jià)分別較T1處理高9.0% ~ 19.6%、0.1% ~ 9.0%、3.6% ~ 15.7%，其中，以T4處理最高，分別提高19.6%、9.0% 和15.7%。

表1 不同處理烤煙化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)

注：同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示處理間差異顯著(<0.05)。

表2 不同處理烤煙經(jīng)濟(jì)性狀

3 討論

有機(jī)肥與化肥配施，可培肥土壤，補(bǔ)充煙株生長發(fā)育所需的營養(yǎng)元素[21-22]，但不同的有機(jī)肥與化肥配施的效果具有一定的差異[23-24]。本文研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥(100% 專用復(fù)合肥)相比，施用有機(jī)肥和生物質(zhì)炭能促進(jìn)煙株生長，提高烤煙產(chǎn)量、中上等煙葉比例和均價(jià)，增加了烤煙產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益，并改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)，也對(duì)土壤生物學(xué)性狀具有改善作用，其中生物炭+生物有機(jī)肥處理效果優(yōu)于其他有機(jī)物料處理，應(yīng)該是兩者優(yōu)勢綜合體現(xiàn)的結(jié)果。

生物質(zhì)炭作為肥料緩釋載體，可延緩肥料養(yǎng)分在土壤中的釋放，土壤中施用生物質(zhì)炭后，能夠提高土壤肥力，降低養(yǎng)分損失，提高肥料養(yǎng)分利用率[25]。有研究表明，施用生物質(zhì)炭可以促進(jìn)烤煙生長和產(chǎn)量的提高，同時(shí)能顯著提高烤煙內(nèi)在化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，改善烤煙品質(zhì)[25-27]。同時(shí)施用生物質(zhì)炭能夠顯著提高植煙土壤有機(jī)碳含量，提高土壤酶活性，改善土壤微生物學(xué)性狀[28-30]，本研究也得出了一致的結(jié)果。生物有機(jī)肥是一種完全肥料，不僅能促進(jìn)烤煙對(duì)大量元素的平衡吸收，而且還能滿足煙株對(duì)微量元素的營養(yǎng)需求，使?fàn)I養(yǎng)成分更加協(xié)調(diào)，有利于煙葉產(chǎn)量的形成。同時(shí)，烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)，煙葉含鉀量顯著提高[31-32]。另外，生物有機(jī)肥不僅本身對(duì)土壤養(yǎng)分有添加作用，而且其所含有大量微生物進(jìn)入土壤后，有助于分解和釋放速效養(yǎng)分[33]，同時(shí)能夠改善土壤微生物的群體結(jié)構(gòu)，活化土壤中被固定的養(yǎng)分，改善煙株根際營養(yǎng)，增強(qiáng)煙株吸收能力[34]，本研究也得出了一致的結(jié)果。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥 (100%專用復(fù)合肥)相比，有機(jī)物料(有機(jī)肥和生物質(zhì)炭)與常規(guī)復(fù)合肥的配施能夠提高土壤酶活性和微生物多樣性，顯著提高烤后煙葉含鉀量，促進(jìn)煙葉化學(xué)成分更為協(xié)調(diào)，能提高煙葉均價(jià)、上等煙比例和經(jīng)濟(jì)效益，其中以生物質(zhì)炭與生物有機(jī)肥聯(lián)合施用的效果最佳，可在江西煙區(qū)推廣使用。

[1] 李洪勛. 有機(jī)肥與烤煙生產(chǎn)關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 中國土壤與肥料, 2007(1): 5–8, 12

[2] 王樹會(huì), 納紅艷, 陳發(fā)榮, 等. 有機(jī)肥與化肥配施對(duì)烤煙品質(zhì)及土壤的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2011, 13(4): 110–114

[3] 武雪萍, 鐘秀明, 秦艷青, 等. 不同種類餅肥與化肥配施對(duì)煙葉香氣質(zhì)量的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2006, 39(6): 1196–1201

[4] 唐莉娜, 陳順輝. 不同種類有機(jī)肥與化肥配施對(duì)烤煙生長和品質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24(11): 258– 262

[5] 施河麗, 譚軍, 秦興成, 等. 不同生物有機(jī)肥對(duì)烤煙生長發(fā)育及產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 中國煙草科學(xué), 2014, 35(2): 74–78

[6] 楊云高, 王樹林, 劉國, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量及土壤改良的影響[J]. 中國煙草科學(xué), 2012, 33(4): 70–74

[7] 陳山, 龍世平, 崔新衛(wèi), 等. 施用稻殼生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分及烤煙生長的影響[J]. 作物研究, 2016, 30(2): 142–148

[8] 苑舉民, 何寬信, 李立新, 等. 江西烤煙生產(chǎn)常用有機(jī)肥質(zhì)量研究[J]. 中國煙草科學(xué), 2016, 37(2): 29–35

[9] 唐民, 賴建春, 楊春江, 等. 有機(jī)無機(jī)肥種類對(duì)煙葉工業(yè)可用性的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 45(6): 12–16

[10] 張友武, 王利兵, 馮小虎, 等. 8種有機(jī)無機(jī)活性肥在撫州煙區(qū)烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2012,(18): 228,237

[11] 關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1986

[12] 張紅, 呂家瓏, 曹瑩菲, 等. 不同植物秸稈腐解特性與土壤微生物功能多樣性研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2014, 51(4): 743–752

[13] 中國人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．煙草及煙草制品、水溶性糖的測定、連續(xù)流動(dòng)分析法 YC/T159-2002[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2002

[14] 中國人民共和國行業(yè)標(biāo). 煙草及煙草制品、總植物堿的測定、連續(xù)流動(dòng)法 YC/T160-2002[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2002

[15] 中國人民共和國行業(yè)標(biāo). 煙草及煙草制品、總氮的測定、連續(xù)流動(dòng)法 YC/T161-2002[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2002

[16] 中國人民共和國行業(yè)標(biāo). 煙草及煙草制品、鉀的測定、火焰光度法 YC/T173-2003[S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003

[17] Paz Jimenez M D, Horra A M, Peuzzo L, et a1. Soil quality: A new index based on microbiological and biochemical parameters[J]. Biology and Fertility of Soils, 2002, 35:302–306

[18] 李秀英, 趙秉強(qiáng), 李絮花, 等. 不同施肥制度對(duì)土壤微生物的影響及其與土壤肥力的關(guān)系[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(8): 1591–1599

[19] Choi K H, Dobbs F C. Comparison of two kinds of biolog microplates (GN and ECO) in their ability to distinguish among aquatic microbial communities[J]. Journal of Microbiological Methods, 1999, 36, 203–213

[20] 王瑞新. 煙草化學(xué). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2003

[21] 唐莉娜, 熊德忠. 有機(jī)肥與化肥配施對(duì)烤煙生長發(fā)育的影響[J]. 煙草科技, 2000(10): 32–34

[22] 武雪萍, 朱凱, 劉國順, 等. 有機(jī)無機(jī)肥配施對(duì)煙葉化學(xué)成分和品質(zhì)的影響[J]. 土壤肥料, 2005(1): 10–13

[23] 熊德中, 劉淑欣, 李春英, 等. 有機(jī)-無機(jī)肥配施對(duì)土壤養(yǎng)分和烤煙生育的影響[J]. 福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1996, 25(3): 345–349

[24] 楊春江, 胡鐘勝, 施旭, 等. 氮條件下餅肥與無機(jī)肥配合施用對(duì)烤煙生長與土壤養(yǎng)分淋失的影響[J]. 土壤, 2013, 45(3): 399–404

[25] 陳敏, 杜相革. 生物炭對(duì)土壤特性及煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2015(1): 80–83

[26] 趙殿峰, 徐靜, 羅璇, 等. 生物炭對(duì)土壤養(yǎng)分、烤煙生長以及煙葉化學(xué)成分的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 23(3): 85–92

[27] 劉新源, 劉國順, 劉宏恩, 等. 生物炭施用量對(duì)煙葉生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 43(2): 58–62

[28] 李靜靜, 丁松爽, 李艷平, 等. 生物炭與氮肥配施對(duì)烤煙干物質(zhì)積累及土壤生物學(xué)特性的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 28(1): 96–103

[29] 張繼旭, 張繼光, 張忠鋒, 等. 秸稈生物炭對(duì)烤煙生長發(fā)育、土壤有機(jī)碳及酶活性的影響[J]. 中國煙草科學(xué), 2016, 37(5): 16–21

[30] 劉領(lǐng), 王艷芳, 宋久洋, 等. 生物炭與氮肥減量配施對(duì)烤煙生長及土壤酶活性的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 45(2): 62–66

[31] 常劍波, 祁春苗, 李致新. 微生物有機(jī)肥對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分和致香物質(zhì)含量的影響試驗(yàn)[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2011, (2): 60–61

[32] 姚忠達(dá), 黃一蘭, 吳克松, 等. 不同有機(jī)肥對(duì)煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(36): 17951– 17953

[33] 李俊華, 沈其榮, 褚貴新, 等. 氨基酸有機(jī)肥對(duì)棉花根際和非根際土壤酶活性和養(yǎng)分有效性的影響[J]. 土壤, 2011, 43(2): 277–284

[34] 楊云高, 王樹林, 劉國, 等. 生物有機(jī)肥對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量及土壤改良的影響[J]. 中國煙草科學(xué), 2012, 33(4): 70–74

Effects ?of? Different ?Organic? Materials ?on ?Soil Improvement and Tobacco Yield and Quality

ZHANG Qiming, CHEN Renxiao, GUAN Chengwei, YUAN Jumin, HE Kuanxin*

(Jiangxi Tobacco Research Institute, Nanchang 330025, China)

A field experiment was conducted to study the application effects of different organic materials (including conventional commercial organic fertilizer, bio-organic fertilizer and biochar) on soil improvement and flue-cured tobacco yield and quality in order to realize the sustainability of flue-cured tobacco production. The results showed that compared with the local conventional fertilization (100% chemical fertilizer), the combination of organic materials with chemical fertilizers could enhance soil enzyme activities and soil microbial functional diversity, significantly increase potassium content and improve the coordination of chemical composition of flue-cured leaves, promote average price, fine tobacco ratio and economic benefits of flue-cured leaves. Comparatively, the combined application of bio-organic fertilizer and biochar is more effective.

Flue-cured tobacco; Organic materials; Yield and quality; Soil improvement

廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司項(xiàng)目(粵煙工05XM-QK[2014]012)和江西省煙草專賣局科技項(xiàng)目(201301004)資助。

(hekuanxin@163.com)

張啟明(1979—)，男，河南西平人，博士，農(nóng)藝師，主要從事烤煙栽培技術(shù)研究。E-mail: zhangqiming1979@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.05.011

S572.06

A