陳 雪 翟 欣 楊振智 符德龍 潘金華 徐勝祥? 王美艷 史學(xué)正
(1 貴州省煙草公司畢節(jié)市公司,貴州畢節(jié) 551700)
(2 貴州畢節(jié)市煙草公司金沙公司,貴州金沙 551800)
(3 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所),南京 210008)
喀斯特地貌即水對(duì)碳酸鹽類(lèi)巖石進(jìn)行以化學(xué)溶蝕作用為主,流水沖蝕、潛蝕和崩塌等機(jī)械作用為輔等地質(zhì)作用形成的巖溶地貌。我國(guó)的喀斯特地貌區(qū)約有5.4×105km2,貴州省喀斯特分布面積約有1.3×105km2[1],該區(qū)地理環(huán)境較適合烤煙生長(zhǎng),種植烤煙已成為該區(qū)域農(nóng)民最主要經(jīng)濟(jì)收入之一。貴州省是全國(guó)重要的烤煙產(chǎn)地之一,其中產(chǎn)量位居全國(guó)第二[2]。貴州煙葉生產(chǎn)中施用有機(jī)肥呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì),其中主要分布在金沙縣、仁懷縣、道真縣等地[2]。西南喀斯特地區(qū)由于其自身的物質(zhì)基礎(chǔ)和特殊的二元結(jié)構(gòu),成為我國(guó)四大生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)之一,隨著人為活動(dòng)的增加,喀斯特土壤退化問(wèn)題日益嚴(yán)重[3],同時(shí),由于受到微地形和立體氣候等因素的影響,喀斯特土壤也存在空間高度異質(zhì)性的特點(diǎn)[4]。所以在喀斯特?zé)焻^(qū)施加有機(jī)肥,探討其對(duì)土壤性狀及其烤煙生態(tài)及產(chǎn)質(zhì)量的影響具有重要的科學(xué)意義。
研究發(fā)現(xiàn),施用定量的有機(jī)肥能夠在一定程度上提升土壤有機(jī)質(zhì),同時(shí)由于不同用量及類(lèi)型的有機(jī)肥在組成及性狀上的差異,施用后對(duì)土壤肥力性狀影響程度也存在較大差異[5]。此外,許多研究發(fā)現(xiàn),單施化肥后,有機(jī)質(zhì)含量下降60.5%,堿解氮含量下降62.5%,速效鉀含量下降70.7%,同時(shí),長(zhǎng)期單施化肥會(huì)造成土壤黏重,物理性狀變差,土壤容重增加5.1%,土壤孔隙度降低2.1%[6]。由于不合理施用化肥,一方面造成了投入成本的增加,另一方面有增加土壤氮素淋失的風(fēng)險(xiǎn)從而造成肥料利用率的下降,導(dǎo)致土壤環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻[7]。同時(shí),當(dāng)前普通有機(jī)肥的研究仍存在施用過(guò)程中的局限性,如有機(jī)肥發(fā)酵不徹底[8-9],長(zhǎng)期施用后土壤過(guò)氧化氫酶活性降低,前期養(yǎng)分釋放慢,速效養(yǎng)分偏低等[10],從而導(dǎo)致煙田土壤前期供氮不足,后期供氮過(guò)多,這與烤煙生長(zhǎng)“前期多,后期少”的氮肥需求規(guī)律相違背[11]。
本研究的特點(diǎn)是在利用當(dāng)?shù)仄胀ň圃阌袡C(jī)肥原料的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)特殊發(fā)酵技術(shù)充分腐熟轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分較高的有機(jī)肥,通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)以期驗(yàn)證該特制酒糟有機(jī)肥在喀斯特?zé)焻^(qū)大田環(huán)境下對(duì)烤煙生長(zhǎng)與產(chǎn)質(zhì)量的影響。隨著特制有機(jī)肥的添加,不同用量的特制有機(jī)肥對(duì)喀斯特?zé)焻^(qū)土壤性狀及烤煙生態(tài)及產(chǎn)質(zhì)量的影響需要進(jìn)一步探討和論證。
試驗(yàn)于2017年在貴州省畢節(jié)市金沙縣煙草科技園基地進(jìn)行(106°22′E,27°49′N(xiāo)),氣候?qū)儆趤啛釒嘏瘽駶?rùn)性氣候,年均氣溫為12.5℃~16.5℃,年均降水量為1 050 mm,年日照時(shí)長(zhǎng)為1 098 h。土壤為頁(yè)巖發(fā)育的黃壤,質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏壤土。試驗(yàn)煙田土壤的基本理化性狀:有機(jī)質(zhì) 22.8 g?kg-1,速效磷 22.1 mg?kg-1,速效鉀325 mg?kg-1,有效硫 71.7 mg?kg-1,氯離子 21.3 mg?kg-1,pH 6.32。土壤顆粒組成:黏粒(<0.002 mm)45.1%,粉粒(0.002~0.05 mm)42.1%,砂粒(0.005~2.0 mm)12.8%。
試驗(yàn)共設(shè)常規(guī)酒糟有機(jī)肥3 t?hm-2(CK)、特制酒糟有機(jī)肥3 t?hm-2(T1)、特制酒糟有機(jī)肥3.6 t?hm-2(T2)、特制酒糟有機(jī)肥3.6 t?hm-2+鉀肥300 kg?hm-2(T3)、特制酒糟有機(jī)肥1 t?hm-2+化肥2 t?hm-2(T4)等5個(gè)處理,其中特制酒糟有機(jī)肥為深度腐熟的酒糟有機(jī)肥(全氮含量約為40 g?kg-1)。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù),采取隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)小區(qū)面積為70 m2,共計(jì)15個(gè)小區(qū),煙苗行株距為1.1 m×0.55 m。供試烤煙品種為當(dāng)?shù)剡m宜的烤煙種植品種K326。所有試驗(yàn)處理的施肥均按照貴州煙草公司的有關(guān)技術(shù)規(guī)范實(shí)施,首先將有機(jī)肥料進(jìn)行條施,然后起壟移栽煙苗,移栽當(dāng)天每個(gè)小區(qū)施入煙草專(zhuān)用提苗肥。
分別在團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期測(cè)定烤煙株高、莖圍、有效葉片數(shù)及葉面積等農(nóng)藝性狀,每個(gè)小區(qū)隨機(jī)觀測(cè)記錄10棵煙株。同時(shí)進(jìn)行烤煙病害調(diào)查,參照煙草病蟲(chóng)害分級(jí)及調(diào)查方法[12],分別調(diào)查各處理烤煙的病害發(fā)生情況,并計(jì)算烤煙發(fā)病率[13]。
發(fā)病率(%)=(發(fā)病煙株數(shù))/(調(diào)查總煙株數(shù))×100
每個(gè)小區(qū)各選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的代表性煙株,截取煙株根部供實(shí)驗(yàn)分析,首先稱(chēng)取新鮮煙株根部重量,然后在105℃高溫下殺青15 min,然后再以65℃烘至恒重,分別記錄根部的新鮮態(tài)和干物質(zhì)的質(zhì)量。按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》(YC/T142—1998)中的要求,采用排水法測(cè)定煙株根部體積[14]。
煙葉成熟時(shí)分小區(qū)進(jìn)行采收和編竿,在當(dāng)?shù)乜痉堪凑杖问胶婵竟に囘M(jìn)行掛牌烘烤調(diào)制,烤后由畢節(jié)市煙草公司技術(shù)人員按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí),分級(jí)后統(tǒng)計(jì)各校區(qū)煙葉總質(zhì)量和各等級(jí)煙葉質(zhì)量。根據(jù)2017年貴州省畢節(jié)市煙葉收購(gòu)價(jià)格計(jì)算烤煙產(chǎn)值,并計(jì)算各小區(qū)煙葉均價(jià)及上、中等煙葉比例。最后,收集烤后中部煙葉作為測(cè)定樣品,在45℃條件下烘干至恒重,粉碎、過(guò)60目篩,測(cè)定氮、磷、鉀、氯、煙堿、總糖、還原糖等常規(guī)化學(xué)成分指標(biāo)含量,分析方法參照文獻(xiàn)[15]。
采用Microsoft Office Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖,并運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)間差異的多重比較,Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行單因素顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。
從烤煙農(nóng)藝性狀來(lái)看(表1),煙苗移栽大田后進(jìn)入團(tuán)棵期,T2處理的株高顯著低于CK處理(P<0.05,下同),T1處理的莖圍顯著高于T3處理,T1處理的葉面積顯著高于T2處理,其他處理間均無(wú)顯著差異;在烤煙進(jìn)入旺長(zhǎng)期后,煙株生長(zhǎng)加快,除T2處理的莖圍與葉面積顯著低于其他處理,其余各處理均無(wú)顯著差異;當(dāng)烤煙進(jìn)入成熟期時(shí),T4處理的株高和莖圍分別顯著高于T3、T2處理,T2處理的葉面積顯著低于其他處理,其余各處理之間并無(wú)顯著差異。
表1 不同特制酒糟有機(jī)肥處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of specialized vinasse organic manure on agronomic traits of flue-cured tobacco relative to treatment in the experiment
由表2可知,T4處理的烤煙根鮮重、根干重及根體積均顯著高于其他各處理,其余各處理之間差異不顯著,不同有機(jī)肥處理的根鮮重表現(xiàn)為T(mén)4>T3>T1>T2>CK;根干重表現(xiàn)為T(mén)4>T2>T1>T3>CK;根體積表現(xiàn)為T(mén)4>T3>T1>T2>CK。
表2 不同特制酒糟有機(jī)肥處理的烤煙根際指標(biāo)Table 2 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on rhizoshpere indices of flue-cured tobacco
由表3可知,根鮮重、根體積與葉面積、株高、莖圍、葉片數(shù)等指標(biāo)呈正相關(guān),但相關(guān)性不顯著。根鮮重、根體積、根干重相互之間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān),其中根干重與根鮮重的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.932;莖圍與葉面積、葉片數(shù)與株高相互之間均呈顯著正相關(guān),根干重與葉面積、葉片數(shù)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān),但相關(guān)性不顯著。
表3 烤煙根系指標(biāo)與地上部形態(tài)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between root indices and shoot indices of flue-cured tobacco
不同酒糟有機(jī)肥處理的烤煙產(chǎn)量T4處理產(chǎn)量最高,為1 623 kg?hm-2(表4),其次是T3處理,為1 533 kg?hm-2,再次是T1處理,為1 463 kg?hm-2,之后是T2處理,為1 434 kg?hm-2,CK處理最低,為1 299 kg?hm-2。與CK相比,各處理的產(chǎn)量均有不同幅度的增加,T1、T2、T3、T4處理使產(chǎn)量分別增加12.6%、10.4%、18.1%和25.0%。每千克煙葉均價(jià)以T1處理最高,為22.8元,其次是T2處理和CK處理,為22.6元,最低是T3處理和T4處理,為21.7元。每公頃煙葉產(chǎn)值以T4處理最高,為35 219元,其次是T1處理和T3處理,分別為33 356元、33 266元,再次是T2處理,為32 408元,CK處理最低,為29 357元;同時(shí),每公頃煙葉的增收值分別為3 999、3 051、3 909、5 862。從煙葉結(jié)構(gòu)等級(jí)來(lái)看,T1和T2處理的上等煙葉比例較CK處理提高了13.6%、5.5%。
表4 不同特制酒糟有機(jī)肥處理對(duì)烤煙產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of specialized vinasse organic manure on yield of flue-cured tobacco
由表5可知,T4處理的黑脛病發(fā)病率最高,為7%,其次是T3處理,為5%,再次是CK處理,發(fā)病率為3.33%,最低是T1和T2處理,發(fā)病率均為1.7%;從氣候斑點(diǎn)病的結(jié)果來(lái)看,T2處理的氣候斑點(diǎn)病發(fā)病率最高,達(dá)到33%,其次為CK處理,為13%,再次是T4處理,也有10%的發(fā)病率,T3處理的發(fā)病率為8.3%,最低是T1處理,發(fā)病率為5%;花葉病的發(fā)病情況與黑脛病、氣候斑點(diǎn)病均存在差異,除CK處理(發(fā)病率:1.7%)與T1處理(3.3%)呈現(xiàn)出發(fā)病情況外,其余各處理均未出現(xiàn)該病害的發(fā)生。
表5 不同特制酒糟有機(jī)肥處理對(duì)烤煙病害的影響Table 5 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on plant disease of flue-cured tobacco
從表6的結(jié)果來(lái)看,所有處理的煙堿含量范圍為1.78%~2.91%,其中有機(jī)肥處理的T1為1.78%、T2為2.59%、T3為2.62%處理的煙堿含量均低于CK處理(2.70%),而T4處理的煙堿含量最高,達(dá)到2.91%。從總氮含量的結(jié)果來(lái)看,除T4處理(1.54%)的總氮含量高于1.5%之外,其余處理均低于1.5%。從總磷含量來(lái)看,各處理的總磷含量大小排序?yàn)門(mén)1>T3>T2>CK>T4,與總氮含量變化相反。從總鉀含量來(lái)看,不同處理的總鉀含量大小排序?yàn)門(mén)1>T4>T3>T2>CK,所有處理的總鉀含量均低于2%,比較煙堿、總氮、總磷、總鉀的結(jié)果來(lái)看,各處理之間均無(wú)顯著差異??緹煹目偮群孔兓齌4處理(0.06%)顯著低于CK處理(0.10%)和T3處理(0.10%)外,其余各處理間無(wú)顯著差異??緹煹目偺呛颗c還原糖含量的變化呈現(xiàn)出一致性,均表現(xiàn)為T(mén)1>CK>T2>T3>T4,其中T1處理最高,分別為21.3%、17.7%,T4處理最低,分別為14.7%、12.5%,且T1處理與T4處理存在顯著差異,其余各處理均無(wú)顯著差異。
表6 不同特制酒糟有機(jī)肥處理對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響Table 6 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on chemical composition of flue-cured tobacco
烤煙生育期間的農(nóng)藝性狀與肥料施用存在一定程度的相關(guān)性,從研究結(jié)果來(lái)看,添加不同有機(jī)肥后,進(jìn)入團(tuán)棵期表現(xiàn)出葉面積的提升,在旺長(zhǎng)期,則表現(xiàn)為株高、莖圍和葉面積的綜合提升,進(jìn)入成熟期后,有利于葉片數(shù)和葉面積等性狀的提升,從而有利于葉片干物質(zhì)的積累和轉(zhuǎn)化。這可能是由于使用了適量的有機(jī)肥后,有利于土壤速效養(yǎng)分的提升,使之進(jìn)入大田生育期后有機(jī)肥能長(zhǎng)期、持續(xù)、平穩(wěn)地為煙株提供所需養(yǎng)分[16]。優(yōu)質(zhì)煙葉的生長(zhǎng)發(fā)育應(yīng)符合“前期早發(fā)、中期快長(zhǎng)、后期落黃”的生長(zhǎng)特征[11],通過(guò)有機(jī)肥的添加能夠使烤煙農(nóng)藝性狀呈現(xiàn)出生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),然而某些指標(biāo)與對(duì)照沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì),主要原因可能是由于不同用量及類(lèi)型的有機(jī)肥釋放速度存在著差異,同時(shí)不同有機(jī)肥存在著腐熟程度和配置比例的差異,均會(huì)對(duì)烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響[17]。
從烤煙根系指標(biāo)的結(jié)果來(lái)看,不同有機(jī)肥的施入促進(jìn)根系重量和體積的提升,主要原因可能是有機(jī)肥的施入提升了土壤肥力及改善了煙株根際土壤環(huán)境,曹仕明等[18]發(fā)現(xiàn),施用腐熟秸稈肥增加了土壤細(xì)菌、放線菌、硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌的數(shù)量,在烤煙旺長(zhǎng)期達(dá)到最高值;同時(shí)也增加了土壤磷酸酶和脲酶的活性。曾宇等[19]認(rèn)為,通過(guò)大田實(shí)驗(yàn)施加腐熟秸稈后,土壤含水率可增加0.66%~44.1%,土壤容重降低可達(dá)1.59%~12.2%,且容重隨秸稈用量的增加而降低,同時(shí),對(duì)根系的影響體現(xiàn)在垂直方向上的生長(zhǎng),增加了根冠比。李艷平等[20]認(rèn)為,有機(jī)肥的施用對(duì)土壤根際生態(tài)區(qū)域的影響關(guān)系密切,提高了烤煙根系活力,于移栽后60d較對(duì)照提高了200%;同時(shí)土壤脲酶、蔗糖酶和微生物生物量碳分別較對(duì)照提高了53.5%、34.0%和61.9%。高家合等[21]發(fā)現(xiàn),增施腐熟有機(jī)肥促進(jìn)了烤煙一級(jí)和二級(jí)側(cè)根的發(fā)生發(fā)育,一級(jí)和二級(jí)側(cè)根的長(zhǎng)度、數(shù)量、體積及干重顯著提高。
從烤煙病害的調(diào)查結(jié)果來(lái)看,添加不同有機(jī)肥后,烤煙病害狀況有著不同程度的改善。張子穎等[22]發(fā)現(xiàn),添加一定量的碳基肥料后,氣候斑點(diǎn)病發(fā)病率下降13.4%~47.3%,花葉病發(fā)病率下降5.04%~39.7%。呂達(dá)[23]經(jīng)過(guò)大田試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥配施化肥對(duì)黑脛病、氣候斑病、花葉病均有很好的抗性。羊小洪等[24]則認(rèn)為烤煙病害的發(fā)生也與有機(jī)肥的種類(lèi)與施用時(shí)間存在相關(guān)性,腐熟秸稈有機(jī)肥較腐熟豬糞和菜籽餅有機(jī)肥對(duì)煙葉花葉病的發(fā)病率和病情指數(shù)有更好的控制。竇玉青等[25]發(fā)現(xiàn),配施有機(jī)肥可以增加煙株抗病性,減少煙葉發(fā)病率,其中黑脛病的平均發(fā)病率可以減少84.6%。
從烤煙的產(chǎn)量結(jié)果來(lái)看,施加特制酒糟有機(jī)肥后,煙葉產(chǎn)量均呈增加趨勢(shì),最高產(chǎn)量為T(mén)4處理,達(dá)到1 623 kg?hm-2,最低為T(mén)2處理,為1 434 kg?hm-2;在增產(chǎn)率方面,施加特制酒糟有機(jī)肥處理的煙葉增產(chǎn)率為10.4%~25.0%。韓小斌等[26]發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥和餅肥的添加可以顯著提高煙葉產(chǎn)量,較不施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量提高12.3%,有機(jī)肥處理的產(chǎn)量最高可達(dá)到2 195 kg?hm-2。王洪云等[27]通過(guò)添加腐熟菜籽油枯發(fā)現(xiàn),煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值均呈上升趨勢(shì)。此外,有些學(xué)者則認(rèn)為有機(jī)肥添加效應(yīng)存在差異,如馬坤等[28]則認(rèn)為,雖然產(chǎn)量方面有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥達(dá)到最高,而單施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量則呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),但煙葉品質(zhì)則出現(xiàn)改善,煙葉質(zhì)量效應(yīng)高于產(chǎn)量效應(yīng)。劉月華等[29]的田間試驗(yàn)結(jié)果顯示,不同種類(lèi)有機(jī)肥處理的煙葉則較對(duì)照出現(xiàn)下降趨勢(shì),減產(chǎn)幅度最大達(dá)到了38.2%。
從烤煙的內(nèi)在品質(zhì)結(jié)果來(lái)看,施加特制酒糟有機(jī)肥后,促進(jìn)植煙土壤養(yǎng)分的協(xié)調(diào),提高煙株對(duì)土壤及肥料養(yǎng)分的吸收,其中煙葉氮和煙堿含量趨于協(xié)調(diào),呈現(xiàn)降低的趨勢(shì);磷、鉀含量呈現(xiàn)升高的趨勢(shì),氯含量則進(jìn)一步降低;同時(shí)影響糖類(lèi)的積累,改善了煙葉的協(xié)調(diào)性。這與楊云高等[30]、毛君杰等[31]的結(jié)果基本一致,這可能是因?yàn)橛袡C(jī)肥的添加可以提高氮素的礦化率,但有機(jī)肥配施化肥的氮礦化率仍可能低于單施化肥處理,土壤氮素礦化量與有機(jī)質(zhì)、全氮儲(chǔ)量、活性炭、氮組分均呈顯著的線性相關(guān),同時(shí)氮礦化率隨有機(jī)質(zhì)及全氮含量的提高而提高后基本趨于穩(wěn)定[32]。而黃志浩等[33]通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),化肥配施有機(jī)肥處理的土壤硝態(tài)氮淋溶累積量均顯著高于有機(jī)肥替代化肥處理。此外也有學(xué)者認(rèn)為,有機(jī)肥的輸入會(huì)在不同程度上增加烤煙生育期根際土壤有機(jī)質(zhì)、水溶性碳含量、微生物生物量碳和氮含量,煙株根際土壤有機(jī)質(zhì)和水溶性碳含量隨有機(jī)碳輸入量的增加而增加,而微生物生物量碳和氮?jiǎng)t呈先增加后下降的趨勢(shì),這與生育前期對(duì)氮素吸收和累積的增加,生育后期顯著降低的結(jié)論是一致的[34]。
本試驗(yàn)立足于喀斯特?zé)焻^(qū)土壤質(zhì)地黏重,養(yǎng)分含量下降等基本狀況,綜合考慮了4種特制酒糟有機(jī)肥施入方式對(duì)喀斯特?zé)焻^(qū)土壤環(huán)境的影響,研究其對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、根際指標(biāo)、抗病性和煙葉品質(zhì)等方面的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不同特制酒糟有機(jī)肥施入后,有利于土壤養(yǎng)分的提高,提高煙株生長(zhǎng)發(fā)育和根系指標(biāo)及對(duì)煙株病害的抗性,增加煙葉產(chǎn)量,降低烤煙的煙堿、全氮及糖分含量,提高磷、鉀離子的含量,進(jìn)一步協(xié)調(diào)煙葉內(nèi)部化學(xué)品質(zhì)。特制酒糟有機(jī)肥適宜在喀斯特?zé)焻^(qū)推廣應(yīng)用,可以有效利用當(dāng)?shù)刎S富的酒糟資源,實(shí)現(xiàn)煙草農(nóng)業(yè)的綠色、生態(tài)與循環(huán)發(fā)展。但關(guān)于不同土壤類(lèi)型下特制酒糟有機(jī)肥的種類(lèi)選取及合理施用量的確定仍需進(jìn)一步探究。