陳衛(wèi) 王東旭 徐軍 董鳴豪 武云杰 姚鵬偉 沈錚

摘要 近年來，增碳控氮技術(shù)的應(yīng)用在植煙土壤培育和促進煙葉提質(zhì)增效方面效果顯著。對主要碳源和氮素對植煙土壤改良效果、烤煙生長發(fā)育狀況和烤煙產(chǎn)量、烤后煙葉品質(zhì)的影響以及增碳控氮的初步成果進行綜述，探討了增碳控氮應(yīng)用的技術(shù)要點和應(yīng)用前景，為進一步促進植煙土壤改良和優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞 烤煙;增碳控氮;有機物料;植煙土壤;品質(zhì)

中圖分類號 S572? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0001-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.001

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Research Progress of Carbon and Nitrogen Control Technology in Flue-cured Tobacco

CHEN Wei1， WANG Dong-xu2， XU Jun1 et al

（1.Chongqing Tobacco Company Wulong Branch Company， Chongqing 408500;2.College of Tobacco Sciences， Henan Agricultural University， Zhengzhou， Henan 450002）

Abstract In recent years， the application of carbon and nitrogen control technology has achieved remarkable results in the cultivation of tobacco-growing soil and promoting quality and increasing efficiency of tobacco leaves. In this paper， the effects of major carbon sources and nitrogen on the amelioration effect of tobacco-planting soil and development of flue-cured tobacco， the yield of flue-cured tobacco and the quality of cured tobacco leaves， as well as the preliminary results of carbon and nitrogen control were reviewed. The main technical points in the application of carbon and nitrogen control and its application prospect were discussed.The application of this technology will provide reference for further promoting the improvement of tobacco soil and the production of high-quality tobacco leaves.

Key words Flue-cured tobacco;Carbon and nitrogen control;Organic materials;Tobacco planting soil;Quality

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物，土壤營養(yǎng)狀況是影響烤煙生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素[1]。長期以來，煙葉生產(chǎn)中過分依賴化肥，忽略了有機肥的使用，使植煙土壤中的有機質(zhì)含量越來越低，土壤碳氮不平衡，表現(xiàn)出土壤養(yǎng)分失調(diào)、土壤結(jié)構(gòu)性變差、肥料利用率不高等問題，進而引發(fā)煙葉碳氮代謝失調(diào)，出現(xiàn)整體香氣量不足、香氣質(zhì)差、上部煙葉煙堿含量較高等問題[2-3]。同時化肥的過多使用，引起環(huán)境污染及在土壤中造成大量殘留氮，這限制了高質(zhì)量煙葉的可持續(xù)發(fā)展[4]。

近年來，很多煙區(qū)重視煙田的改造，特別是在增施有機物料方面取得了顯著效果[5]。有機物料可有效改善土壤環(huán)境，在調(diào)節(jié)土壤碳氮比、促進土壤微生態(tài)的平衡、提高肥料的利用率等方面均有顯著的效果[6-7]。但是任何類型的有機物料，其養(yǎng)分釋放都要經(jīng)過土壤礦化的過程，同時要符合煙葉“前促后控”的需肥規(guī)律。生產(chǎn)中也存在因?qū)τ袡C物料礦化規(guī)律不明或使用量偏大，造成煙葉成熟后期肥力過旺，煙葉成熟推遲，煙堿含量偏高;或用量不足，效果不明顯，增加煙農(nóng)投入，難以推廣的現(xiàn)象，因此需明確不同類型碳源適宜的碳氮比和養(yǎng)分釋放規(guī)律[8-9]。另外，部分碳源類的有機物料自身含氮量很低，可以通過改善土壤結(jié)構(gòu)，提高肥料利用率的方式來達到控氮提質(zhì)的效果[10-11]。因此，增碳與控氮是相互協(xié)調(diào)的，發(fā)揮不同碳源類的有機物料的最好效果，在改良土壤結(jié)構(gòu)的同時，使土壤養(yǎng)分有效釋放和提高肥料利用率方面展現(xiàn)更大的潛力，是其應(yīng)用的關(guān)鍵。該研究就主要碳源、氮素營養(yǎng)、土壤碳氮比對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響，烤煙增碳控氮技術(shù)對煙葉生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)形成的關(guān)鍵影響因素進行綜述，對烤煙增碳控氮技術(shù)的應(yīng)用要點進行探討，在此基礎(chǔ)上，提出煙田增碳培土與控氮提質(zhì)相協(xié)調(diào)的調(diào)控措施設(shè)想。

1 不同碳源對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

1.1 生物炭對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

生物炭是由生物質(zhì)或化石燃料在缺氧條件下經(jīng)過熱解炭化后形成的，具有多孔、類似木炭的富含碳元素產(chǎn)物，對土壤修復(fù)作用顯著[12-13]。綜合已有研究發(fā)現(xiàn)[14-17]，生物炭對土壤的影響主要包括：第一，生物炭pH呈堿性，可與酸化土壤進行中和，調(diào)節(jié)土壤酸堿度;第二，生物炭可增加土壤肥力，主要是由生物炭表面含有許多具備吸附能力官能團所決定的，這些官能團可以有效保留土壤養(yǎng)分;第三，施用生物炭可緩解土壤N、P的淋失問題;第四，生物炭還可以通過吸收土壤中的重金屬離子來提高煙葉的安全性;第五，生物炭會影響其周圍微生物的活性從而影響微生物的生態(tài)群落和相關(guān)酶活性;第六，生物炭的施用比常規(guī)施肥更有利于增加土壤根際中的水含量，增加了根的活力和根冠比，從而可以改善中上部煙葉的質(zhì)量。此外，生物炭可以改善土壤質(zhì)量，改變土壤相關(guān)酶的活性，更有利于作物生長。D021EF11-C14C-42F2-AABB-2A26C0ECBC69

1.2 綠肥對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

綠肥是以綠色植物為原料，翻壓在土壤里達到一種肥料的效果，烤煙生產(chǎn)中常用的有油菜、黑麥草、苕子、紫云英、黃花苜蓿等[18]。翻壓綠肥能改善土壤的理化性質(zhì)，首先，大量研究發(fā)現(xiàn)，綠肥翻壓在一定范圍內(nèi)可以降低土壤容重，提高土壤含水量和土壤孔隙度[19]。其次，綠肥翻壓在不同程度上可以提高土壤有機質(zhì)含量，還能增加土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀的含量。最后，綠肥翻壓在土壤中經(jīng)過腐化會產(chǎn)生有機酸，從而在一定程度上降低土壤pH[20]，還會增強土壤中酶活性，改善微生物群落生態(tài)結(jié)構(gòu)，為作物生長提供適宜的環(huán)境。劉國等[21]試驗表明，長期翻壓綠肥不但使烤煙化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，明顯提高烤煙的內(nèi)在品質(zhì)，評吸質(zhì)量提高。在云南的定位試驗表明，光葉紫花苕翻壓綠肥15 000 kg/hm2，氮磷鉀化肥減量15%的處理烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值最高[22]。羅貞寶[23]研究了河南5個地市煙葉產(chǎn)區(qū)表明，禾本科綠肥翻壓15 000 kg/hm2、減化肥氮15 kg/hm2，油菜綠肥翻壓15 000 kg/hm2、減化肥氮22.5 kg/hm2，在促進土壤微生態(tài)、有機質(zhì)礦化、煙葉生長發(fā)育和品質(zhì)形成方面效果較好。因此，對于不同類型的綠肥應(yīng)注意播種量、翻壓時間和翻壓量，是決定養(yǎng)分釋放量的釋放規(guī)律的關(guān)鍵。

1.3 秸稈還田對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

從生態(tài)農(nóng)業(yè)和循環(huán)經(jīng)濟的角度，秸稈是質(zhì)量和來源穩(wěn)定、有效、可靠的有機肥料?？緹熃斩掃€田包括小麥、煙稈、玉米、水稻等，有直接還田、間接還田等應(yīng)用方式，方式不同，應(yīng)用效果也不同[24]。作為一種常見的有機材料，秸稈富含氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，秸稈合理的還田還可以降低土壤容重，提升土壤的可耕性，有利于促進土壤的團聚作用，并加快土壤養(yǎng)分的循環(huán)，從而提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[25-27]。裴益樂等[28]研究表明，玉米秸稈還田重量1.5 kg/m2，秸稈粒度5 cm，能有效減少徑流氮素流失量，顯著增加土壤全氮、硝態(tài)氮含量，烤煙氮肥利用率顯著提升。林志等[29]研究表明，當秸稈還田6.75 t/hm2時煙田產(chǎn)量及產(chǎn)值最大，并顯著大于未秸稈還田對照。因此，對于秸稈還田可有效促進廢物利用的同時，還可以提高養(yǎng)分的利用效率。應(yīng)用的關(guān)鍵是在明確同類型的秸稈養(yǎng)分釋放規(guī)律的基礎(chǔ)上，選擇合適的施用方式和用量。

1.4 生物有機肥對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

生物有機肥料多以糞便、生活垃圾、動植物的殘留物等為原料，并混合有一定量微量元素，具有特定功能（例如釋放有益元素），是一種具有微生物繁殖力和有機肥料功能的肥料[30]。研究表明，生物有機肥料中的微生物可以改良土壤結(jié)構(gòu)，利于土壤的團聚作用，使土壤容重下降，增加土壤通透性和土壤保水率[31]。與傳統(tǒng)肥料相比，生物有機肥料可以減少氮、磷元素的流失，增加有機質(zhì)含量，降低土壤的酸度，并提高土壤持肥能力[32]。生物有機肥料本身包含豐富的微生物種群和數(shù)量，可以改善根際土壤微生物群落的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，并增加土壤和土壤酶活性的多樣性[33]。

生物有機肥對烤煙的生長發(fā)育有明顯的促進作用，可調(diào)節(jié)煙葉內(nèi)部化學(xué)成分，可用性指數(shù)從3.40%提高到606%[34]，煙葉中糖與煙堿的比例、糖氮比及氮堿比更優(yōu)，煙葉的質(zhì)量更好[35]。介曉磊等[36]指出，生物有機肥料可以降低煙葉中的氯含量并改善煙葉的可燃性，煙葉的品質(zhì)提高，口感更好。

1.5 餅肥對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

餅肥亦稱枯餅肥、餅粕，是農(nóng)作物的種子或果核經(jīng)榨油后的渣粕，富含有機質(zhì)和煙草所需要的多種養(yǎng)分，是一種優(yōu)質(zhì)的有機肥。餅肥的種類分為很多種，生產(chǎn)中常見的有菜籽餅、芝麻餅、花生餅、大豆餅、棉籽餅、油茶餅、蓖麻餅、油桐餅等[37]。研究表明，施用菜籽餅肥會導(dǎo)致土壤pH和容重有一定的下降，并與其施用量成反比。郭群召等[38]發(fā)現(xiàn)，在不同的土壤施用菜籽餅肥，都可以增加土壤中的真菌、細菌、放線菌的數(shù)量，增強土壤中尿酶、蔗糖酶、過氧化氫酶的活性。武雪萍等[39]研究表明，50%芝麻餅肥與50%化肥配施，煙葉香氣成分明顯提高，內(nèi)在化學(xué)成分較好。芝麻餅肥和菜籽餅肥均可促進煙株生長發(fā)育，并對煙葉油分和色澤有利，橘黃煙比例增多，上部葉的柔韌性增強[40-41]。

2 氮素對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

烤煙對氮素十分敏感，大量研究表明，施氮量偏少時，煙葉生長緩慢，發(fā)育不協(xié)調(diào)，達不到適宜的產(chǎn)量和優(yōu)異的品質(zhì);施氮量偏多則代謝旺盛，煙葉貪青晚熟，氮代謝產(chǎn)物總氮和煙堿等較高，煙葉不易烘烤，煙葉品質(zhì)低劣[42]。施氮量是否適宜，可在生長發(fā)育速度、氮代謝關(guān)鍵酶硝酸還原酶和谷氨酰胺合成酶、代謝相關(guān)產(chǎn)物可溶性蛋白、葉片銨離子濃度、質(zhì)體色素含量等方面體現(xiàn)，特別是煙葉成熟期的氮代謝協(xié)調(diào)性，是煙葉體內(nèi)香氣前體物轉(zhuǎn)化和品質(zhì)形成的關(guān)鍵[43]。因此烤煙對營養(yǎng)的需求，特別是氮素營養(yǎng)表現(xiàn)出前期充足、后期相對控制的特點，更有利于煙葉成熟落黃和品質(zhì)的形成[44]?？緹煹氖┑渴谴_定一個品種在當?shù)卦耘嗉夹g(shù)的最關(guān)鍵指標之一[43]，烤煙施氮量在南北方煙區(qū)由于生態(tài)條件的原因差異很大，比如河南煙區(qū)多在60 kg/hm2左右，云南、貴州等地多在此2倍左右。因此，烤煙氮素營養(yǎng)在土壤中的釋放，必須符合煙株的規(guī)律，有機無機肥料配施后的養(yǎng)分釋放量及釋放規(guī)律，是增碳控氮技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵指標。

3 不同土壤碳氮比有機肥對植煙土壤及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

土壤碳氮比（C/N）是土壤質(zhì)量的敏感指標，對土壤碳、氮循環(huán)有重要影響[45]。研究表明，土壤碳氮比過高或過低均不利于烤煙的碳氮代謝，影響煙葉的品質(zhì)[46-47]。陳忠莎等[48]用腐熟豬糞和秸稈配置不同的C/N，結(jié)果表明，C/N越高，土壤氮含量降低越慢，C/N越低，土壤氮釋放速度越慢;土壤全氮含量提高最多的是碳氮比為25∶1。李雪利等[9]利用腐熟秸稈，設(shè)計了6個C/N梯度（7、16、20、24、28、32），結(jié)果表明隨著土壤C/N增加，煙葉碳氮代謝酶活性逐漸增加，烤后煙葉總糖和還原糖含量、糖堿比、中性香氣成分均有不同程度的增加，C/N 24～28時煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)。耿富卿[49]研究表明，C/N配方為25∶1、30∶1、35∶1的有機肥可明顯增加煙葉香氣物質(zhì)的含量，有機肥C/N為25∶1～35∶1利于有機肥發(fā)酵和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的提高。此外，土壤的碳氮比直接影響了煙葉的碳氮代謝相關(guān)產(chǎn)物的含量，煙葉碳氮比是衡量其碳代謝與氮代謝之間協(xié)調(diào)性的一個重要指標，與煙草感官質(zhì)量呈顯著的相關(guān)關(guān)系[3]。D021EF11-C14C-42F2-AABB-2A26C0ECBC69

4 增碳控氮技術(shù)研究進展

4.1 烤煙增碳控氮技術(shù)對植煙土壤和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

不同有機物料在增加養(yǎng)分釋放和肥料利用率方面均有顯著的促進作用。近年來，很多研究也嘗試在增碳的同時，適量的減氮，一方面緩解有機物料養(yǎng)分釋放緩慢的特點，有利于使養(yǎng)分釋放規(guī)律與烤煙的需肥規(guī)律契合;另一方面，增碳減氮，緩解了土壤狀況進一步惡化，減少了投入，提高了肥料利用率。盧鈺升等[50]研究表明，有機肥替代化肥15%N處理提高了土壤速效磷、全氮、全鉀、有效硅含量，提高了土壤轉(zhuǎn)化酶、脲酶、脫氫酶活性，對促進烤煙產(chǎn)質(zhì)量以及土壤肥力的效果最好。聶慶凱等[51]研究表明，減氮配施有機肥土壤中有機質(zhì)含量和土壤酶活性提高，土壤微生物功能多樣性增強，高碳基肥和炒芝麻部分替代化肥在烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值方面效果最好。高碳基肥是碳基與化肥科學(xué)配比制成的，近年來在烤煙上應(yīng)用廣泛，在促進土壤改良、煙株生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)形成上效果顯著[52]。

張瑞平等[53]研究表明，生物有機肥與減施化肥5%處理配施時，植煙土壤pH降低，堿解氮和速效鉀、有機質(zhì)含量充足，土壤微生態(tài)較平衡，還有效控制烤煙土傳病害。劉魁等[54]研究表明，有機肥氮替代10%～30%化肥N均有助于改善煙葉外觀質(zhì)量、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和香韻，提高致香成分總量，其中以有機氮替代30%化肥氮處理表現(xiàn)更優(yōu)。研究還表明，在總施氮量相同的條件下，增碳減氮生育期推遲4 d左右[55]，不同的有機物料表現(xiàn)為牛糞>芝麻餅肥>有機無機一體肥。

因此，增碳的同時適當控氮，有利于土壤微生態(tài)的平衡，促進養(yǎng)分的釋放和高效利用，進而促進煙株生長發(fā)育，對煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)、致香物質(zhì)的積累、煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的形成有利，達到了控氮提質(zhì)的目的[56-57]。

4.2 烤煙增碳控氮技術(shù)對氮素利用率的影響

大量研究表明，包括烤煙在內(nèi)的大部分作物氮肥平均利用率僅有30%左右，且施肥量沒有減少的趨勢，其中西南煙區(qū)氮肥利用率為25.4%～37.1%，并且在烤煙氮積累達到高峰后會呈現(xiàn)下降趨勢，生育后期，氮素的利用率在持續(xù)降低[58-60]。劉青麗等[61]應(yīng)用15N示蹤法研究表明，秸稈和餅肥對烤煙氮素營養(yǎng)的貢獻率較低，有機肥與無機氮肥配施增加了糖堿比，降低了煙葉煙堿含量，提升了煙葉品質(zhì)。趙軍等[62]對煙草無機專用肥減量與煙草生物有機專用肥配合進行研究，發(fā)現(xiàn)煙草氮素利用率提高了3.21%～208.38%，無機專用肥氮和生物有機專用肥氮為7∶3的比例配施效果最好。封幸兵等[63]用同位素法研究表明，秸稈肥處理的氮素回收率較餅肥處理的普遍要高，土壤有機肥施用量不宜偏高，應(yīng)根據(jù)有機肥的養(yǎng)分釋放規(guī)律而定。因此，一定范圍內(nèi)有機肥氮部分替代化肥氮，可以在減少氮肥用量的基礎(chǔ)上提升氮素的利用率。

5 展望

用于烤煙碳源的有機物料原料多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，產(chǎn)量大、營養(yǎng)豐富多樣，隨意丟棄易污染環(huán)境，因此其推廣應(yīng)用對生態(tài)環(huán)境具有一定的促進作用。綜合已有研究表明，生物炭、秸稈還田、綠肥、餅肥和生物有機肥具有降低土壤容重、改善土壤耕性、有利于土壤團聚體的形成，同時加快土壤養(yǎng)分循環(huán)，提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量和pH的作用，均不同程度地提升了肥料利用率;綠肥、餅肥和生物有機肥還對微生物增強土壤中酶活性、改善微生物群落生態(tài)結(jié)構(gòu)效果顯著。增加土壤碳含量的同時，控制化肥氮的施入，改善了土壤的碳氮比，進而改善了土壤結(jié)構(gòu)，促進和豐富了營養(yǎng)的供應(yīng)水平，對提高肥料利用率效果顯著，因此增碳控氮技術(shù)具有良好的應(yīng)用基礎(chǔ)。另外，土壤環(huán)境的改變，使煙株的生長發(fā)育更加協(xié)調(diào)，特別是促進了煙葉碳氮代謝方面的改善，提高了煙葉糖堿比，并在提升煙葉色澤、油分、香氣成分積累等方面具有顯著作用。

但是在應(yīng)用增碳控氮技術(shù)時應(yīng)當注意增碳（有機肥料）并不是越多越好，過多可能燒傷農(nóng)作物的根系。首先，是掌握物料來源及狀態(tài)，包括物料的種類、發(fā)酵時間、基礎(chǔ)養(yǎng)分和粒徑等，不同的碳源應(yīng)有針對的區(qū)分。其次，是物料的施入，施入時間、施入方式、是否與化肥混配直接影響物料施入后在土壤中的位置和狀態(tài)。因為物料在土壤中的狀態(tài)和位置是其進一步腐解礦化的基礎(chǔ)，更是其養(yǎng)分釋放的基礎(chǔ)，大量研究表明，同種物料在不同產(chǎn)區(qū)由于生態(tài)條件等因素，養(yǎng)分釋放效果相差很大。綜合已有研究可知，有機物料對氮素及其他營養(yǎng)的釋放影響較大，由于烤煙對氮素營養(yǎng)十分敏感，如何在達到良好土壤碳氮比的同時，控制養(yǎng)分的釋放規(guī)律使其符合烤煙的養(yǎng)分釋放規(guī)律，是該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對氮素營養(yǎng)的貢獻不多，且有緩控效果，應(yīng)用時需注意;綠肥營養(yǎng)豐富，地下腐解后氮素供應(yīng)能力強，餅肥低于綠肥，秸稈最低，與其自身所含營養(yǎng)關(guān)系密切，有機肥類常經(jīng)過腐熟營養(yǎng)轉(zhuǎn)化程度不一，如生物有機肥、菇渣有機肥，牛糞、羊糞等，物料腐熟程度和配比存在很大差異，其肥效釋放規(guī)律也相差較大。結(jié)合不同碳源的養(yǎng)分釋放規(guī)律，各個煙區(qū)在原有純化肥施氮量的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同有機物料的特點，多數(shù)煙區(qū)在減化肥氮5%～20%時，碳氮比達到25∶1～35∶1，且有機物料釋放的氮不超過減少的化肥氮量，既能顯著增加土壤養(yǎng)分釋放，維持土壤微生態(tài)穩(wěn)定，又對促進煙株生長發(fā)育和品質(zhì)形成有明顯的促進作用。

土壤增碳方面的顯著效果也促進了新型碳源和新配方的發(fā)展，除了高碳基肥在烤煙中的廣泛應(yīng)用，納米碳[64]等在降低土壤植煙pH、抑制土壤硝化作用、提高微生物活性方面效果顯著。其他類型，比如新型生物肥、海藻肥、碳基微生物菌肥、高碳型偶合肥以及其他生物質(zhì)碳源等也有廣泛的應(yīng)用前景。此外，增碳控氮技術(shù)的主要應(yīng)用位置在植煙土壤，土壤質(zhì)地、降雨量、溫度等生態(tài)條件會對增碳控氮的效果產(chǎn)生較大的影響[65]。目前增碳控氮技術(shù)已在部分煙區(qū)應(yīng)用，需要重視研究肥料類型和配比、化肥和有機物料協(xié)同反應(yīng)等方面的規(guī)律，結(jié)合物料特性和當?shù)厣鷳B(tài)條件進行技術(shù)推廣，指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。

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