馬宜林 吳廣海 申洪濤 王新中 趙世民 馬君紅王麗華 劉 領(lǐng)

(1河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽 471023；2河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000；3 河南省煙草公司洛陽市公司技術(shù)中心，河南 洛陽 471023)

目前，我國烤煙(Nicotiana tabacumL.)生產(chǎn)中存在長期連作、化學(xué)肥料施用不合理、忽視有機(jī)肥料施用等問題，造成煙區(qū)土壤板結(jié)、養(yǎng)分和酸堿平衡失調(diào)以及微生物活性降低，并導(dǎo)致煙株生長發(fā)育受阻、煙葉品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響煙農(nóng)種煙效益和煙區(qū)可持續(xù)發(fā)展[1－3]。有機(jī)肥與化肥配施可以改善土壤環(huán)境和營養(yǎng)供應(yīng)，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量[4－5]。適當(dāng)比例的有機(jī)無機(jī)氮素營養(yǎng)是獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)煙葉的關(guān)鍵[6]。季璇等[7]研究表明，菜籽餅肥N 替代30%化肥N 處理能夠顯著提高烤煙成熟期干物質(zhì)積累量。沈方科等[8]研究表明，配施蠶沙有機(jī)肥可以提高煙葉產(chǎn)量并改善煙葉品質(zhì)，以配施50%有機(jī)N 的增產(chǎn)提質(zhì)效果最佳。李司童等[9]研究表明，一定比例的蚯蚓糞肥替代化肥能改善土壤肥力，增加土壤速效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤酶活性及微生物數(shù)量，以蚯蚓糞肥N 替代70%化肥N 效果最佳。由此可知，合適的有機(jī)無機(jī)氮配施比例，對改善土壤條件、促進(jìn)煙株生長發(fā)育、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有十分重要的意義。

羊糞是一種常見的微堿性有機(jī)肥源，具有養(yǎng)分濃度高，有機(jī)質(zhì)含量多等特點(diǎn)。邱吟霜等[10]研究了牛糞和羊糞有機(jī)肥對玉米生長的影響，結(jié)果表明羊糞有機(jī)肥對玉米農(nóng)藝性狀的改善效果最優(yōu)；閔星星等[11]研究表明，在相同施肥量下腐熟羊糞對青海草地早熟禾的增產(chǎn)效果明顯優(yōu)于生羊糞，土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效養(yǎng)分均隨著腐熟羊糞施肥量的增加而增加；殷端等[12]研究表明，增施腐熟羊糞對香料煙的還原糖、總糖、煙堿含量以及煙葉的香氣質(zhì)和香氣量均有一定的提高。然而，目前羊糞有機(jī)肥施用對煙株生長發(fā)育的影響及煙區(qū)土壤的培肥效應(yīng)仍有待進(jìn)一步研究。

洛陽煙區(qū)是全國優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)之一，但近年來長期施用化肥，導(dǎo)致了土壤退化、煙葉品質(zhì)下降等問題。同時，全市有較多的羊養(yǎng)殖企業(yè)，年產(chǎn)原羊糞3 萬多噸，糞污無序排放不僅對環(huán)境有害，而且對人類和動物會產(chǎn)生不利的影響。為了解決這些問題，洛陽市煙草公司結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，重點(diǎn)開展了羊糞有機(jī)肥在烤煙生產(chǎn)中的開發(fā)和應(yīng)用工作，但目前生產(chǎn)中僅考慮單施或增施羊糞有機(jī)肥，忽視了化肥和羊糞有機(jī)肥的配比問題，造成了煙株前期養(yǎng)分供應(yīng)不足、后期煙葉貪青晚熟等問題，不利于煙株生長發(fā)育和煙葉成熟采收烘烤。基于此，本研究通過盆栽受控試驗(yàn)探討了腐熟羊糞有機(jī)肥與化肥不同配施比例對烤煙生長、光合特性、土壤養(yǎng)分以及土壤酶活性的影響，旨在為羊糞有機(jī)肥在洛陽煙區(qū)的合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為中煙101，煙苗由洛陽市宜陽縣煙草公司集中漂浮育苗。供試腐熟羊糞有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)49.70%、氮1.42%、磷1.32%、鉀2.44%)由河南正輝肥業(yè)有限公司生產(chǎn)。供試無機(jī)肥為煙草專用復(fù)合肥(N ∶P2O5∶K2O＝18 ∶18 ∶18)，由洛陽市煙草公司提供。過磷酸鈣(16% P2O5)和硫酸鉀(50% K2O)購自天津市大茂化學(xué)試劑廠，用于平衡試驗(yàn)處理中的磷、鉀養(yǎng)分。供試土壤釆自河南科技大學(xué)農(nóng)場0～20 cm 耕層，除去石子等雜物后風(fēng)干過10 目篩網(wǎng)備用。土壤類型為褐土，基本化學(xué)性質(zhì)為pH 值7.6、有機(jī)質(zhì)12.32 g·kg－1、 總氮0.84 g·kg－1、堿解氮43.70 mg·kg－1、速效磷14.10 mg·kg－1、速效鉀102.10 mg·kg－1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)7 個處理，分別為:CK(不施加肥料)、T0(單施100%無機(jī)肥N)、T20(20%羊糞有機(jī)肥N＋80%無機(jī)肥N)、T40(40%羊糞有機(jī)肥N＋60%無機(jī)肥N)、T60(60%羊糞有機(jī)肥N＋40%無機(jī)肥N)、T80(80%羊糞有機(jī)肥N＋20%無機(jī)肥N)、T100(單施100%羊糞有機(jī)肥N)，每處理8 盆，共56 盆。T0、T20、T40、T60、T80 和T100 為等量施肥處理，分別采用腐熟羊糞有機(jī)肥和煙草專用復(fù)合肥控制氮素用量(每盆氮用量為0.40 g)，磷、鉀養(yǎng)分用過磷酸鈣和硫酸鉀(按N ∶P2O5∶K2O＝1 ∶1.5 ∶3)進(jìn)行補(bǔ)充，確保各處理氮、磷、鉀等量施用。于2019年4月25日，稱取12 kg 過篩土樣與各處理所用肥料充分混勻后分別加入塑料培養(yǎng)盆(盆口直徑34 cm，高24 cm)。5月2日將大小均勻一致、健壯無病的煙苗移栽于培養(yǎng)盆中，每盆移栽1 株煙苗，隨機(jī)排列放置于網(wǎng)室中，試驗(yàn)期間定期等量澆水，維持煙苗正常水分需求。于煙苗移栽后30 和60 d 分別取樣每處理的4 個重復(fù)用于測定煙株的農(nóng)藝性狀、生理指標(biāo)和土壤指標(biāo)。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀 按照煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T 142－2010[13]測定各處理株高、有效葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬，并計算最大葉面積(最大葉面積＝最大葉長×最大葉寬×0.634 5)。

1.3.2 生物量和根系形態(tài)特征 根部取樣后洗凈用濾紙吸干，用Epson Expression 1680 Scanner 掃描儀(Seiko Epson Corp，日本)掃描根系形態(tài)，WinRHIZO 根系分析系統(tǒng)(Regent Instruments Inc.，加拿大)進(jìn)行分析，然后將煙株根系與地上部一起放入烘箱中，先于105℃殺青30 min，然后75℃烘干至恒重，稱取干物質(zhì)重。

1.3.3 光合特性 分別于移栽后30 d 和移栽后60 d上午9:00 ―11:00 測定各處理中從上往下數(shù)第3 片葉的光合指標(biāo)。氣體交換參數(shù)采用LI－6400XT 光合作用儀(LI-COR 公司，美國)測定，測定時選擇紅藍(lán)光源葉室，使用開放式氣路，葉室溫度設(shè)定為25℃，CO2濃 度 為 400 μmol·mol－1，光 照 強(qiáng) 度 為1 200 μmol·m－2·s－1，每個葉片測定10 次，取其平均值。葉綠素相對含量用 SPAD (soil and plant analyzer development)值表示，采用SPAD－502PLUS 葉綠素儀(柯尼卡美能達(dá)，日本)進(jìn)行測量，每片葉測定葉尖、葉中和葉基3 個部位，取平均值。

1.3.4 土壤養(yǎng)分和酶活性 分別于移栽后30 和60 d取各處理根際土壤樣品，風(fēng)干備用。參照鮑士旦[14]的方法測定土壤養(yǎng)分含量，參照關(guān)松萌[15]的方法測定土壤酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。采用IBM SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，差異顯著性運(yùn)用Duncan′s 檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。采用Origin 9.5 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由圖1 可知，在煙苗移栽后30 d，烤煙株高、最大葉面積和地上部干重總體均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加呈降低趨勢，T20、T40 和T60 的株高與T0 差異不顯著，T20 和T40 的最大葉面積與T0 差異不顯著，T20 的地上部干重與T0 差異不顯著；根干重則隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，于T20 達(dá)到最大值，顯著高于T0。在煙苗移栽后60 d，烤煙株高、最大葉面積、地上部干重和根干重均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加先增加后降低，呈現(xiàn)拋物線特征，均以T40 和T60 較高；其中與T0 相比，T40 和T60 株高顯著提高了7.7%和4.5%，最大葉面積顯著提高了11.9%和10.7%，地上部干重顯著提高了11.9%和9.6%，根干重顯著提高了12.1%和26.8%?？傮w來看，單施無機(jī)肥料或羊糞有機(jī)肥配施比例較低處理(N≤20%)雖能夠更好地促進(jìn)移栽后0～30 d 煙苗的生長，但在移栽后30～60 d 對煙株農(nóng)藝性狀的改善有所減弱；而單施羊糞有機(jī)肥或羊糞有機(jī)肥配施比例偏高(N≥80%)不利于煙苗的早發(fā)快長；合理的羊糞有機(jī)肥和無機(jī)肥配施比例(T40、T60)不僅能夠保障煙苗生育前期的生長勢，而且有利于煙株中后期的干物質(zhì)積累。

2.2 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對烤煙根系形態(tài)參數(shù)的影響

由表1 可知，移栽后30 d 烤煙總根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)均表現(xiàn)為隨羊糞有機(jī)肥配比的增加呈先增加后降低趨勢，于T20 達(dá)到最大值；移栽后60 d 烤煙總根長、根表面積、根體積和根尖數(shù)也均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加而先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，其中T60 和T40 的總根長較T0 顯著增加了6.0%和3.6%，根表面積顯著增加了26.4%和13.4%，根體積顯著增加了35.8%和26.4%。

表1 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對烤煙根系形態(tài)參數(shù)的影響Table 1 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on root morphological parameters of flue-cured tobacco

2.3 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對烤煙光合特性的影響

由表2 可知，在移栽后30 d，烤煙葉片的SPAD 值、凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr) 和 氣 孔 導(dǎo) 度( stomatal conductance，Gs)均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低，于T20 達(dá)到最大值；胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)則隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先降低后增加，于T20 達(dá)到最小值。在移栽后60 d，葉片的SPAD 值、Pn、Tr 和Gs 均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低，于T40 達(dá)到最大值，Ci 隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先降低后增加，于T40 達(dá)到最小值；與T0 相比，T40 的SPAD 值顯著提高了8.8%，Pn 顯著提高了17.6%，Tr 顯著提高了35.0%，Gs 顯著提高了11.6%，Ci 顯著降低了15.4%。

2.4 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對土壤養(yǎng)分的影響

由圖2-A 可知，土壤有機(jī)質(zhì)含量在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加而增加，除T0 外，其余處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK；在移栽后30 d，T40、T60、T80 和T100 土壤有機(jī)質(zhì)含量較T0 顯著增加；在移栽后60 d，配施羊糞有機(jī)肥處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量較T0 顯著提高了18.0%～53.9%。由圖2-B可知，土壤堿解氮含量在煙苗移栽后30 和60 d 均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低；在移栽后30 d，以T20 最高；在移栽后60 d，以T60 最高，T40次之，分別較T0 顯著提高了28.5%和24.4%。由圖2-C 和圖2-D 可知，土壤速效磷和速效鉀含量在煙苗移栽后30 和60 d 均表現(xiàn)為隨羊糞有機(jī)肥配比的增加而降低；在移栽后60 d，以T40 最高，T60 次之，與T0相比，T40 和T60 速效磷含量顯著提高了39.4%和27.1%，速效鉀含量顯著提高了25.2%和20.7%。

2.5 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對土壤酶活性的影響

由圖3-A 可知，土壤蔗糖酶活性在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加而增加；在移栽后30 d，T80 和T100 的土壤蔗糖酶活性顯著高于T0；在移栽后60 d，配施羊糞有機(jī)肥處理的土壤蔗糖酶活性較T0 顯著提高了29.4%～53.7%。由圖3-B 可知，土壤蛋白酶活性在煙苗移栽后30 d 表現(xiàn)為隨羊糞有機(jī)肥配比的增加呈先增加后降低的趨勢，于T20 達(dá)到最大值，但T0、T40 和T60 間差異不顯著；在移栽后60 d，土壤蛋白酶活性隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，且顯著高于其余處理。由圖3-C 可知，土壤脲酶活性在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機(jī)肥配比的增加表現(xiàn)為先增加后降低；在移栽后60 d，以T60 最高，T40 次之，分別較T0 顯著提高了77.7%和63.4%。

表2 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對烤煙光合特性的影響Table 2 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco

圖3 羊糞有機(jī)肥與化肥配施比例對土壤酶活性的影響Fig.3 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on soil enzyme activities

3 討論

烤煙農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)積累量能在一定程度上反映烤煙的質(zhì)量和產(chǎn)量，根系作為植物重要的吸收和代謝器官，直接影響煙株的生長發(fā)育[16]。王林虹[17]研究表明，餅肥與化肥配施能有效促進(jìn)烤煙生長發(fā)育，以配施40%餅肥處理對煙株農(nóng)藝性狀的改善、根系的增強(qiáng)最為明顯，作用時效最持久。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單施無機(jī)肥料或羊糞有機(jī)肥配施比率較低處理(N≤20%)雖能夠更好地促進(jìn)移栽后0～30 d 煙苗的生長和根系發(fā)育，但在移栽后30～60 d 對煙株農(nóng)藝性狀和根系形態(tài)參數(shù)的改善有所減弱；而單施羊糞有機(jī)肥或羊糞有機(jī)肥配施比率偏高處理(N≥80%)不利于煙苗的早發(fā)快長；配施40%和60%羊糞有機(jī)肥處理不僅能夠保障煙苗生育前期的生長勢，而且有利于煙株后期的干物質(zhì)積累。煙株的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累與地上葉片的光合作用密切相關(guān)[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，配施20%、40%和60%羊糞有機(jī)肥處理對葉片光合作用的提升效果明顯優(yōu)于其他處理，可能是在該條件下，根系對水、肥的吸收均衡，煙葉內(nèi)的光合色素總量增加，CO2的擴(kuò)散阻力下降，促進(jìn)氣孔和外界CO2交換，有利于增強(qiáng)對外界CO2的捕獲能力，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度上升，因此促進(jìn)了地上部干物質(zhì)的積累[19]。

土壤速效養(yǎng)分供應(yīng)狀況是影響煙株生長發(fā)育的另一重要因素[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，單施無機(jī)肥料或羊糞有機(jī)肥配施比率較低處理(N≤20%)能更好地提高移栽后30 d 的土壤速效養(yǎng)分含量，但在移栽后60 d 對土壤速效養(yǎng)分的改善有所減弱；而單施羊糞有機(jī)肥或羊糞有機(jī)肥配施比率偏高(N≥80%)則不能滿足煙苗前期對養(yǎng)分的需求；配施40%和60%羊糞有機(jī)肥處理能夠保障土壤速效養(yǎng)分在移栽后30 和60 d 均處于相對較高的水平。這與肥料特性有關(guān)，化肥能迅速提高土壤速效養(yǎng)分含量但容易淋溶，而有機(jī)肥中的有機(jī)養(yǎng)分需經(jīng)過一定時間的降解才能充分釋放[21－22]。配施40%和60%羊糞有機(jī)肥處理能有效均衡有機(jī)肥和化肥的優(yōu)缺點(diǎn)，既能有效富集化肥中的速效養(yǎng)分減少淋溶，同時羊糞有機(jī)肥緩慢釋放養(yǎng)分，也能有效保障烤煙生長后期對養(yǎng)分的需求。土壤酶是土壤中活躍的有機(jī)成分之一，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長所需養(yǎng)分的供給過程中起到重要作用[23]。本研究結(jié)果表明，與不施肥處理相比，配施羊糞有機(jī)肥處理能顯著提高土壤蔗糖酶活性，且酶活性隨著羊糞有機(jī)肥比率的增高而增加，可能是由于羊糞有機(jī)肥中含有大量的碳水化合物，為細(xì)菌、真菌和放線菌等微生物提供了豐富的碳源，從而提高了土壤蔗糖酶活性，促進(jìn)了土壤碳循環(huán)[24－25]。由此可見，本研究中配施40%和60%羊糞有機(jī)肥處理均衡了有機(jī)肥和化肥的優(yōu)缺點(diǎn)，提高了土壤養(yǎng)分供給的有效性和持續(xù)性，這不僅有利于煙苗早發(fā)快長，而且有利于煙株中后期根系的構(gòu)建和地上部葉片的生長發(fā)育。在一定范圍內(nèi)，土壤保持較高的有機(jī)質(zhì)含量對穩(wěn)定煙區(qū)煙葉質(zhì)量和風(fēng)格特色方面具有重要意義[26]。研究表明，與不施肥相比，施用有機(jī)肥可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，而單施化肥對土壤有機(jī)質(zhì)含量提升效果相對較差，長期大量單施化肥甚至?xí)档屯寥烙袡C(jī)質(zhì)含量[27]。本研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著羊糞有機(jī)肥配施比率的增加而增加，T20 和T0 處理在移栽后30 d 土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，除此之外，配施羊糞有機(jī)肥處理土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于單施無機(jī)肥處理。馮煥德等[28]研究也表明羊糞發(fā)酵肥替代化肥顯著提高了芒果園土壤有機(jī)質(zhì)含量，且羊糞發(fā)酵肥替代比例越大對土壤有機(jī)質(zhì)含量的提升效果越明顯。羊糞有機(jī)肥能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，一方面是由于自身含有大量有機(jī)質(zhì)，另一方面也與其施入土壤后促進(jìn)了根際土壤微生物的繁殖生長，增加了微生物碳庫有關(guān)[29]。

本研究通過盆栽受控試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了無機(jī)肥和有機(jī)肥的肥效差異，表明在洛陽丘陵褐土區(qū)單施無機(jī)肥肥效快而中后期不足，且不利于土壤肥力維持；羊糞有機(jī)肥雖有利于土壤培肥但肥效慢，施用比率偏高(N≥80%)不利于煙苗的早發(fā)快長；配施40%～60%羊糞有機(jī)肥更適合烤煙的需肥特征，能夠兼顧烤煙生產(chǎn)和土壤肥力維持。然而，羊糞有機(jī)肥和無機(jī)肥配施對烤煙產(chǎn)量品質(zhì)的影響以及田間配施的長期效應(yīng)尚不明確，且不同土壤類型下羊糞有機(jī)肥和無機(jī)肥適宜的配施比率是否存在差異也需進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，等量施肥條件下羊糞有機(jī)肥與無機(jī)肥配施比率影響了煙株地上部的生長發(fā)育和根系的構(gòu)建，在洛陽丘陵褐土區(qū)配施40%～60%羊糞有機(jī)肥更有利于滿足烤煙的需肥規(guī)律，改善煙株生長，維持煙區(qū)土壤肥力。增施有機(jī)肥是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，保護(hù)耕作土壤，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量的重要途徑。結(jié)合當(dāng)?shù)赜袡C(jī)肥源，進(jìn)一步深入開展有機(jī)肥在烤煙生產(chǎn)中應(yīng)用的研究，對穩(wěn)定煙區(qū)煙葉質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)煙草農(nóng)業(yè)的綠色、生態(tài)與循環(huán)發(fā)展具有重要意義。