李亞飛,張 翔,常 棟,李 亮,程培軍,司賢宗,索炎炎,邱嶺軍,毛家偉

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院，河南 鄭州 450002； 2.河南農(nóng)業(yè)大學，河南 鄭州 450002；3.河南省煙草公司平頂山市公司，河南 平頂山 467002)

豆?jié){灌根是豫西旱作煙區(qū)的一種土壤保育和追肥技術，在煙葉生產(chǎn)上應用普遍。在煙草團棵期進行豆?jié){灌根對烤后煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)具有明顯促進作用。有研究指出，發(fā)酵的豆?jié){富含氮、磷、鉀、氨基酸和低聚糖等營養(yǎng)物質(zhì)，能夠為煙草生長發(fā)育和土壤微生物活動提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[1,2]。豆?jié){灌根后，煙田土壤脲酶和過氧化氫酶活性升高，煙株農(nóng)藝性狀良好，抗逆性增強，煙葉調(diào)制后物理特性、化學成分、外觀質(zhì)量和評吸質(zhì)量得到較大改善，中性致香物質(zhì)含量增加[3-7]。戴華鑫等[7]研究指出，豆?jié){灌根后，煙田土壤蛋白質(zhì)、活性有機碳、堿解氮、有效磷和速效鉀含量顯著升高且能夠持續(xù)保持在較高水平，土壤有益菌群數(shù)量增加，病害菌群數(shù)量下降，微生態(tài)環(huán)境得到改善，煙株根系和葉片發(fā)育狀況良好。

鉀是煙草吸收最多的一種營養(yǎng)元素，是多種酶的活化劑，對提高煙葉代謝活動和改善調(diào)制后煙葉顏色、身份、燃燒性和吸濕性有重大作用[8]。河南烤煙普遍存在煙葉鉀含量偏低的問題，提高煙葉鉀一直都是眾多研究者關注的重點[9]。煙草缺鉀時，葉尖和葉緣出現(xiàn)黃綠色、棕褐色斑塊,甚至出現(xiàn)組織壞死，葉緣出現(xiàn)不規(guī)則鋸齒狀，葉面有穿孔現(xiàn)象，對葉片發(fā)育和品質(zhì)形成十分不利[8]。硝酸鉀是煙草生產(chǎn)中常用的速效肥料，能夠為煙葉生長發(fā)育提供豐富的氮源和鉀源[10]。黃腐酸鉀具有分子質(zhì)量小、易吸收、官能團多、生理活性強和易溶于水等特點，對促進根系發(fā)育和增強新陳代謝具有良好作用[11]。目前，在煙葉生產(chǎn)中，關于豆?jié){灌根的研究多集中在其應用效果和影響機制上，而將豆?jié){灌根配合鉀肥施用的報道相對較少。鑒于此，采用黃豆豆?jié){發(fā)酵后溶解不同鉀源肥料分別在移栽時和團棵期進行灌根，研究其對土壤養(yǎng)分、土壤微生物、煙株田間長勢、煙葉氮素和鉀素積累以及調(diào)制后煙葉化學成分和產(chǎn)質(zhì)量的影響，旨在為豆?jié){灌根技術優(yōu)化和煙葉產(chǎn)質(zhì)量提高提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2019年在河南省盧氏縣杜關鎮(zhèn)宋家村煙田和洛寧縣小界鄉(xiāng)王村煙田(以下分別簡稱盧氏和洛寧)進行，2個試驗點肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便。其中，盧氏試驗點土壤基礎理化性狀為pH值7.77，有機質(zhì)18.6 g/kg、全氮1.2 g/kg、速效氮56.7 mg/kg、速效磷20.9 mg/kg、速效鉀198.0 mg/kg，供試烤煙品種為云煙99；洛寧試驗點土壤基礎理化性狀為pH值7.80，有機質(zhì)11.5 g/kg、全氮0.9 g/kg、速效氮72.1 mg/kg、速效磷21.7 mg/kg、速效鉀187.0 mg/kg，供試烤煙品種為中煙203。

供試肥料種類有煙草專用復合肥料(N 10%、P2O512%、K2O 18%)、餅肥(N 5.1%)、硫酸鉀(K2O 50%)、過磷酸鈣(P2O512%)、硝酸鉀(N 13.5%、K2O 46%)、黃腐酸鉀(K2O 12.5%)。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，共設置5個處理，其中，T1為對照(常規(guī)施肥)；T2為豆?jié){發(fā)酵后與硝酸鉀混合，移栽時灌根；T3為豆?jié){發(fā)酵后與硝酸鉀混合，團棵期灌根；T4為豆?jié){發(fā)酵后與黃腐酸鉀混合，移栽時灌根；T5為豆?jié){發(fā)酵后與黃腐酸鉀混合，團棵期灌根。試驗小區(qū)面積72 m2，3次重復?？緹煼N植密度為16 500株/hm2。盧氏試驗點5月10日進行烤煙移栽，10月18日采烤結(jié)束；洛寧試驗點5月10日進行烤煙移栽，10月20日采烤結(jié)束。

試驗田N用量 52.5 kg/hm2，N、P2O5、K2O比例1∶1.5∶3.5。全部磷肥、餅肥、58%氮肥在整地時一次性條施，12%氮肥移栽時施入，剩余氮肥和50%鉀肥于團棵期追施。豆?jié){采用黃豆打漿，密封放置7 d，自然充分發(fā)酵而成；豆?jié){與鉀肥(硝酸鉀或黃腐酸鉀)混勻后灌根，2種鉀源的鉀用量保持一致。豆?jié){溶鉀液，移栽時灌根是作定根水澆施，團棵時灌根是作為追肥澆施；灌根方法為在距離煙株15 cm處打深15 cm的圓孔灌入、封土。田間生產(chǎn)管理措施按當?shù)刈罴阉竭M行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 烤煙農(nóng)藝性狀 在成熟期(移栽后75 d)，選擇各小區(qū)有代表性的煙株，按照煙草行業(yè)標準YC/T 142—2010測定株高、莖圍、有效葉片數(shù)、最大葉長及葉寬等農(nóng)藝性狀。葉面積=葉片長×葉片寬×葉面積系數(shù)，葉面積系數(shù)按通常用的0.634 5計算。

1.3.2 干物質(zhì)積累 在移栽后75 d，選取各處理代表性植株，并分為根、莖、葉三部分，用蒸餾水將煙株清潔后，在烘箱105 ℃中殺青，60 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量，然后粉碎，過0.25 mm孔徑篩子后，自封袋保存。

1.3.3 土壤養(yǎng)分 采烤結(jié)束，各處理取耕層(0～20 cm)土樣，用于分析土壤主要養(yǎng)分含量。土壤全氮含量采用半微量凱氏定氮法[12]測定，銨態(tài)氮含量采用茚三酮比色法[13]測定，硝態(tài)氮含量采用濃H2SO4-水楊酸法[14]測定，速效鉀含量采用醋酸銨浸提—火焰光度法[15]測定。土壤溶解性有機碳含量采用德國Elementar公司生產(chǎn)的有機碳分析儀(VarioMACRO TOC)測定[16]。土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮含量采用氯仿熏蒸提取方法[17]測定。土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量采用平板培養(yǎng)計數(shù)法測定[18]。

1.3.4 調(diào)制后煙葉化學成分 參照煙草行業(yè)標準YC/T 159—2002測定總糖和還原糖含量，分別參照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 162—2002、YC/T 173—2003測定煙堿、總氮、氯、鉀含量。

1.3.5 煙株各器官氮素和鉀素含量 根據(jù)煙草行業(yè)標準YC/T 161—2002、YC/T 173—2003測定1.3.2中根、莖、葉樣品的氮素和鉀素含量，計算烤煙整株氮素積累量和鉀素積累量。

1.3.6 煙葉經(jīng)濟性狀 按照烤煙國標GB 2635—1992對烤后煙葉進行分級和計產(chǎn)，并計算各處理上等煙比例。結(jié)合2019年當?shù)責熑~收購單價，統(tǒng)計和計算煙葉產(chǎn)值和均價。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并進行Duncan’s新復極差法多重比較，采用OriginPro 9.0軟件進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤養(yǎng)分的影響

由表1可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，土壤溶解性有機碳、全氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量均較對照(T1處理)有所升高，且部分處理間差異達到顯著水平。在盧氏試驗點，T2—T5處理土壤溶解性有機碳、全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量分別較對照提高6.19%～30.31%、13.59%～29.13%、54.39%～456.14%、11.50%～50.46%和3.76%～17.60%，以T2和T3處理表現(xiàn)較高，說明豆?jié){搭配硝酸鉀灌根能夠提高土壤養(yǎng)分含量，尤其是在團棵期(T3處理)進行效果最佳，土壤溶解性有機碳、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、速效鉀含量分別較對照提高30.31%、370.18%、21.34%、17.60%。在洛寧試驗點，T2～T5處理土壤溶解性有機碳、全氮、銨態(tài)氮和速效鉀含量分別較對照提高24.02%～36.59%、1.96%～13.73%、11.85%～65.40%和3.79%～10.92%。豆?jié){搭配不同鉀源在團棵期灌根(T3、T5處理)后，土壤溶解性有機碳、銨態(tài)氮和速效鉀含量有升高趨勢，T3處理土壤溶解性有機碳、銨態(tài)氮和速效鉀含量分別較對照升高25.45%、40.76%、10.92%，效果明顯好于T5處理，但兩處理指標間差異多未達到顯著水平。由此說明，豆?jié){搭配硝酸鉀在烤煙團棵期進行灌根(T3處理)對土壤養(yǎng)分含量增加有明顯促進作用。

表1 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2 不同處理對土壤微生物的影響

由表2和圖1可知，與對照相比，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，土壤放線菌數(shù)量增加，真菌數(shù)量減少，部分處理間差異達到顯著水平。在盧氏試驗點，T2—T5處理土壤細菌和放線菌數(shù)量分別較對照增加12.12%～47.42%和4.98%～18.89%，真菌數(shù)量下降2.22%～53.33%，土壤微生物生物量碳和生物量氮分別較對照增加10.47%～26.91%和8.55%～28.07%，以T3處理表現(xiàn)最佳，土壤細菌數(shù)量、放線菌數(shù)量、微生物生物量碳含量和微生物生物量氮含量分別較對照增加47.42%、18.89%、26.91%和28.07%，說明豆?jié){搭配硝酸鉀于烤煙團棵期灌根對土壤微生物數(shù)量增加有明顯的促進作用。在洛寧試驗點，與對照相比，在烤煙移栽期進行豆?jié){溶鉀灌根(T2和T4處理)，土壤細菌和放線菌數(shù)量均增加，而在烤煙團棵期進行豆?jié){溶鉀灌根(T3和T5處理)后，土壤細菌和真菌數(shù)量均減少，不同處理土壤微生物生物量碳和生物量氮含量均以T3處理最高，分別較對照增加139.27%和25.88%。

表2 不同處理對土壤微生物數(shù)量的影響

不同小寫字母表示同一地點不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

2.3 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)和葉面積均增加，部分處理間差異達到顯著水平，2個試驗點均以T3處理效果最佳，說明在烤煙團棵期進行豆?jié){搭配硝酸鉀灌根，對煙株農(nóng)藝性狀有明顯促進作用。在盧氏試驗點，與對照相比，T2—T5處理煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)和葉面積分別增加9.00%～16.27%、6.60%～18.02%、5.56%～11.11%和4.14%～26.71%；而在洛寧試驗點，T2—T5處理煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)和葉面積分別較對照增加2.55%～8.64%、2.91%～14.66%、0.00%～4.35%和7.83%～20.67%。

表3 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

2.4 不同處理對煙株物質(zhì)積累的影響

2.4.1 煙株氮素和鉀素積累量 由圖2和圖3可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，2個試驗點煙株氮素和鉀素積累量均較對照(T1處理)顯著增加；不同處理間煙株氮素和鉀素積累量均以T3處理最高，T5處理次之，T1處理最低，說明在團棵期進行豆?jié){溶鉀灌根有利于提高煙株氮素和鉀素積累，尤其是豆?jié){搭配硝酸鉀(T3處理)表現(xiàn)最佳。在盧氏試驗點，T2—T5處理煙株根、莖、葉和整株的氮素積累量分別較對照增加9.33%～87.56%、44.78%～68.28%、28.48%～94.42%和43.55%～87.94%，鉀素積累量分別增加28.76%～70.92%、56.28%～100.00%、17.75%～60.75%和31.65%～68.30%，其中，T3處理煙株根、莖、葉和整株的氮素積累量分別較對照增加87.56%、68.28%、94.42%和87.94%，鉀素積累量分別增加70.92%、81.97%、60.75%和68.30%。在洛寧試驗點，T2—T5處理煙株根、莖、葉和整株的氮素積累量分別較對照增加17.51%～81.92%、60.19%～121.58%、23.39%～95.49%和30.02%～98.83%，鉀素積累量分別增加40.96%～87.15%、75.39%～106.26%、28.60%～75.97%和44.10%～84.49%，其中T3處理煙株根、莖、葉和整株的氮素積累量分別較對照增加81.92%、121.58%、95.49%和98.83%，鉀素積累量分別增加87.15%、98.66%、75.97%和84.49%。

圖2 不同處理對煙株氮素積累量的影響

圖3 不同處理對煙株鉀素積累量的影響

2.4.2 煙株干物積累 由圖4可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，煙株不同器官(根、莖、葉)干物質(zhì)積累均較對照明顯增加，部分處理間差異達到顯著水平；2個試驗點均以T3和T5處理表現(xiàn)較好，二者差異不顯著，說明在團棵期進行豆?jié){溶鉀灌根對煙株干物質(zhì)積累有明顯促進作用，且豆?jié){搭配硝酸鉀(T3處理)與豆?jié){搭配黃腐酸鉀(T5處理)差異未達到顯著水平。在盧氏試驗點，T2—T5處理煙株根、莖、葉和整株干物質(zhì)積累量分別較對照增加17.51%～50.21%、10.74%～32.37%、9.32%～34.86%和11.67%～37.72%，其中，T3處理分別增加50.21%、32.37%、34.86%和37.72%，T5處理分別升高37.37%、20.73%、29.13%和28.55%；在洛寧試驗點，T2—T5處理煙株根、莖、葉和整株干物質(zhì)積累量分別較對照增加27.78%～60.14%、20.43%～41.11%、18.87%～43.78%和21.43%～46.83%，其中T3處理分別增加60.14%、41.11%、43.78%和46.83%，T5處理分別升高50.66%、32.40%、41.63%和40.98%。

圖4 不同處理對煙株干物質(zhì)積累的影響

2.5 不同處理對烤后煙葉化學成分的影響

由表4可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，煙葉煙堿、總氮、還原糖和鉀含量有升高趨勢，總糖含量有下降趨勢，均在優(yōu)質(zhì)煙葉要求的范圍之內(nèi)，煙葉化學成分協(xié)調(diào)性強。在盧氏試驗點，T2—T5處理煙葉煙堿、總氮、還原糖和鉀含量分別較對照升高14.79%～19.45%、0.56%～14.53%、7.08%～17.65%和16.45%～33.55%；其中，T3處理分別升高14.79%、10.06%、7.08%和33.55%。在洛寧試驗點，T2—T5處理煙葉煙堿、總氮和鉀含量較對照分別升高2.65%～15.18%、2.32%～18.78%和17.62%～36.43%；其中，T3處理分別升高15.18%、10.76%和36.43%。

表4 不同處理對煙葉化學成分的影響

2.6 不同處理對煙葉經(jīng)濟性狀的影響

由表5可知，豆?jié){溶鉀灌根(T2—T5處理)后，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例均較對照增加，部分處理差異達到顯著水平，2個試驗點均以T3處理表現(xiàn)最佳，說明在團棵期進行豆?jié){搭配硝酸鉀灌根，對提高煙葉經(jīng)濟性狀有明顯促進作用。在盧氏試驗點，T2—T5處理煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例分別較對照增加4.07%～15.99%、5.79%～20.78%、1.65%～4.13%和2.82%～14.11%，其中T3處理分別提高15.99%、20.78%、4.13%和14.11%；在洛寧試驗點，T2—T5處理煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例分別較對照增加12.79%～24.07%、16. 43%～37.22%、3.23%～10.60%和14.75%～38.98%，其中T3處理分別提高24.07%、37.22%、10.60%和28.77%。

表5 不同處理對煙葉經(jīng)濟性狀的影響

2.7 煙葉化學成分與土壤養(yǎng)分含量和土壤微生物數(shù)量的相關性分析

由表6可知，煙葉化學成分、干物質(zhì)積累與煙田土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)量密切相關。煙葉氮素和鉀素含量及積累量、葉片干物質(zhì)積累量與土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、溶解性有機碳、全氮、銨態(tài)氮含量及細菌數(shù)量呈正相關，與土壤硝態(tài)氮含量呈負相關，部分指標間相關系數(shù)達到顯著或極顯著水平，煙葉煙堿、總氮和還原糖含量與溶解性有機碳、全氮、銨態(tài)氮含量及細菌數(shù)量呈正相關，相關系數(shù)均達到顯著水平，說明煙葉碳氮化合物和鉀素物質(zhì)積累與土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量密切相關。

表6 煙葉化學成分和干物質(zhì)積累與土壤養(yǎng)分含量及土壤微生物數(shù)量間的相關性分析

續(xù)表6 煙葉化學成分和干物質(zhì)積累與土壤養(yǎng)分含量及土壤微生物數(shù)量間的相關性分析

3 結(jié)論與討論

有機肥對煙田土壤養(yǎng)分和微生物活動均有重要影響[19]。在豫西山地煙區(qū)，植煙土壤相對貧瘠，土層較薄，煙農(nóng)有進行豆?jié){灌根的習慣，但關于烤煙豆?jié){灌根的深入研究相對較少。前期研究發(fā)現(xiàn)，豆?jié){灌根初期，參與養(yǎng)分循環(huán)、分泌生長調(diào)節(jié)劑和抑制病害的有益菌種豐度增加，根際土壤微環(huán)境得到改善，對煙株根系和葉片發(fā)育均有明顯促進作用；豆?jié){灌根35 d后，土壤速效氮和速效鉀含量達到高峰，土壤活性有機碳和土壤蛋白質(zhì)含量有升高趨勢，且后者能夠在較長時段內(nèi)保持在較高水平，對提高上部葉開片和可用性十分有利，這可能是豫西山地煙區(qū)在團棵期進行豆?jié){灌根的重要原因[3]。本試驗中，在團棵期進行豆?jié){溶鉀灌根后，煙田土壤養(yǎng)分升高，煙株田間長勢良好，調(diào)制后煙葉化學成分協(xié)調(diào)性強，經(jīng)濟效益增加。微生物生物量碳和生物量氮含量是衡量微生物活性的指示性參數(shù)，是土壤有效養(yǎng)分的重要來源[20]。有研究指出，土壤微生物生物量碳和生物量氮含量降低，微生物活性和土壤肥力下降[21-23]。硝酸鉀肥料易溶于水，NO3-有利于煙葉對K+的吸收，對植株根系發(fā)育有促進作用[15,24]。本試驗中，豆?jié){溶鉀灌根后，土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和速效鉀含量明顯升高，說明豆?jié){溶鉀灌根對提高微生物活性和土壤速效鉀含量有積極作用。

豆?jié){灌根對煙葉化學成分協(xié)調(diào)性和品質(zhì)提升有良好作用。豆?jié){富含多種有機營養(yǎng)物質(zhì)，對煙株進行灌根后，煙株根系形態(tài)發(fā)育良好，葉片大小和根干質(zhì)量提高，為優(yōu)質(zhì)煙葉形成提供了物質(zhì)基礎[3]。韋鳳杰等[25]研究指出，在豫西煙區(qū)進行豆?jié){灌根后，不同部位煙葉中性致香物質(zhì)含量均有增加趨勢，尤其是棕色化產(chǎn)物類、類西柏烷類和胡蘿卜素類物質(zhì)。本試驗中，在團棵期進行豆?jié){溶鉀灌根后，煙葉總氮、煙堿、還原糖和鉀含量升高，化學成分協(xié)調(diào)性強，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例增加，與程蘭等[26]的研究結(jié)果較為相似。由相關性分析結(jié)果可知，煙葉氮素、鉀素含量及積累量，調(diào)制后煙葉化學成分與煙田土壤有機碳、全氮、銨態(tài)氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮含量和細菌數(shù)量密切相關，這說明豆?jié){灌根后，可能通過改變土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量及活性，進而影響煙葉的品質(zhì)形成，有待于進一步研究確定。

豆?jié){溶鉀灌根后，煙田土壤有機碳、銨態(tài)氮和速效鉀含量升高，煙株株高、莖圍、葉片數(shù)和葉面積有所增加，農(nóng)藝性狀表現(xiàn)良好，煙株氮素和鉀素含量及積累量和根、莖、葉干物質(zhì)積累量明顯增加，烤后煙葉煙堿、總氮、還原糖和鉀含量升高，煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例提高。綜合而言，以T3處理表現(xiàn)最佳。因此，在烤煙團棵期采用豆?jié){搭配硝酸鉀進行灌根，是提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量的有效栽培措施。