賴佳鑫, 鄧 華, 劉 峰, 袁 洪, 鄭林林, 劉 英

(1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶 400715; 2.中國煙草總公司重慶市公司巫溪分公司,重慶 405899;3.重慶市市政環(huán)衛(wèi)監(jiān)測(cè)中心,重慶 401121)

施肥是影響農(nóng)作物產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。然而,不合理施肥導(dǎo)致的資源能源浪費(fèi)、環(huán)境污染、耕地退化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等一系列問題已不容忽視[2]。針對(duì)此類問題,我國先后制定了化肥使用量零增長、化肥使用量負(fù)增長、深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)投入品減量化等相關(guān)政策。有效減少化肥施用量成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要目標(biāo)?？緹?NicotianatabacumL.)是世界上栽培面積最大、產(chǎn)量最多的煙草類型,也是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物[3]。我國烤煙生產(chǎn)以使用化肥為主,長期大量使用化肥,造成土壤結(jié)構(gòu)變差,有機(jī)質(zhì)含量下降,養(yǎng)分供應(yīng)能力降低,煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降等問題[4-5]。因此,明確不同施肥措施下的烤煙產(chǎn)量與品質(zhì),對(duì)烤煙施肥管理和優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)具有重要意義。

為解決化肥過量施用對(duì)土壤健康和環(huán)境帶來的不利影響,國內(nèi)外對(duì)如何減少化肥施用開展了大量研究。其中,有機(jī)肥部分替代化肥的有機(jī)無機(jī)肥配合施用模式被認(rèn)為是既能保障作物產(chǎn)量和質(zhì)量,又能改善土壤理化性狀、減少化肥用量和環(huán)境污染的有效措施[6-8],是實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要舉措[9]。田間試驗(yàn)表明,與僅施用化肥相比,東北地區(qū)粳稻在有機(jī)肥(豬糞)替代20%化肥氮時(shí)可平均增產(chǎn)3.8%[10];黃淮海地區(qū)夏玉米在有機(jī)肥(牛糞)替代15%和30%的化肥氮時(shí)可顯著增產(chǎn)15%以上[11]。小麥—水稻輪作的長期施肥試驗(yàn)也表明,與僅施用化肥相比,有機(jī)肥替代50%化肥氮時(shí)作物總產(chǎn)量可增加20%以上[12]。對(duì)烤煙的化肥減施研究表明,河南煙區(qū)腐熟芝麻餅肥替代50%化肥氮時(shí)能改善煙田土壤養(yǎng)分狀況,提高中煙100的產(chǎn)量和品質(zhì)[13]。蚯蚓糞肥替代30%化肥氮可改善秦巴煙區(qū)云煙99的生長狀況、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量,但產(chǎn)量無顯著變化[14]。云南煙區(qū)的田間試驗(yàn)表明,有機(jī)肥配施減量化肥可改善土壤微生物區(qū)系,降低真菌和青枯病病原菌數(shù)量[15],減輕青枯病病害[16]。因此,在施用有機(jī)肥的情況下,明確減施化肥的量及效果,對(duì)實(shí)現(xiàn)我國化肥負(fù)增長具有重要意義。然而,有機(jī)肥部分替代化肥后,作物產(chǎn)量等效益會(huì)因有機(jī)肥種類、替代率、作物類型和土壤環(huán)境而不同,且有機(jī)肥部分替代化肥后,化肥用量的增減對(duì)作物產(chǎn)質(zhì)量的影響少有報(bào)道。重慶市巫溪縣位于我國武陵秦巴生態(tài)區(qū)醇甜香型區(qū)域[17],是重慶市主要植煙區(qū)之一,主栽烤煙品種為云煙87。本研究采用田間試驗(yàn),通過觀測(cè)有機(jī)肥替代20%化肥氮,基肥化肥氮磷鉀肥用量同比例增減12.5%對(duì)秦巴煙區(qū)云煙87生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量的影響,以期為煙葉原料生產(chǎn)和工業(yè)配方設(shè)計(jì)適應(yīng)化肥減施的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

重慶市巫溪縣地處長江上游,大巴山東段南麓,秦巴煙區(qū)典型植煙區(qū)。屬亞熱帶暖濕季風(fēng)氣候,四季分明、雨量充沛,年均溫約18 ℃,降水量為1 030～1 950 mm,區(qū)內(nèi)多山地,立體地貌明顯,屬典型中山地形。巫溪縣作為重慶市主要植煙區(qū)之一,烤煙種植適宜區(qū)面積約2萬hm2,主栽烤煙品種云煙87。試驗(yàn)地位于巫溪縣植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)古路鎮(zhèn)彭莊村(109°28′3.62″E,31°18′22.39″N),海拔1 002 m。

1.2 供試材料

供試土壤為黃壤,是巫溪縣典型土壤,基本理化性質(zhì)為pH值6.2、有機(jī)質(zhì)含量28.6 g/kg、全氮含量1.64 g/kg、堿解氮含量141 mg/kg、有效磷含量27.7 mg/kg、速效鉀含量146 mg/kg。供試肥料:煙草專用復(fù)合肥(含N、P2O5、K2O分別為6%、12%、25%)、水溶性復(fù)合肥(含N、P2O5、K2O分別為20%、15%、10%)、硫酸鉀(含K2O 50%)、硝酸鉀(含N 13.5%、K2O 44.5%)、磷酸二氫鉀(含P2O550%、K2O 32.9%)和腐熟菜籽餅,其中腐熟菜籽餅由重慶市煙草投資管理有限公司物資貿(mào)易分公司生產(chǎn),其他均為湖北香青化肥有限公司生產(chǎn)。供試烤煙品種為云煙87。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2020年4—9月,土壤肥力均勻,各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列,按當(dāng)?shù)乜緹煼N植常規(guī)移栽密度16 650株/hm2(定植4行,每行20株)。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理,各處理3次重復(fù)。依據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥的氮磷鉀用量,以有機(jī)肥替代20%化肥氮為對(duì)照(T2,CK),在T2基礎(chǔ)上設(shè)置分別減施(T1)和增施(T3)12.5%的基肥化肥處理(表1)?；拾煵輰Ｓ脧?fù)合肥、農(nóng)家肥和腐熟菜籽餅,三者共同作為基肥一次性施用;追肥共計(jì)3次,其中水溶性復(fù)合肥分第1次追肥(20%)和第2次追肥(80%)2次施用,硫酸鉀和硝酸鉀第3次追肥施用;磷酸二氫鉀做葉面肥噴施。

表1 各處理施肥量

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

根據(jù)YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》于小團(tuán)棵期(5月27日)、大團(tuán)顆期(6月5日)、旺長期(6月15日)、平頂期(6月25日)和成熟期(7月5日)測(cè)定煙株的株高、莖圍、節(jié)距、有效葉片數(shù)、葉片長度和葉片寬度。根據(jù)GB/T 23222—2008《煙草病蟲害分級(jí)及調(diào)查方法》,于團(tuán)棵期(6月9日)、旺長期(6月24日)、成熟期(7月9日、7月24日和8月10日)全小區(qū)調(diào)查煙草黑脛病(tobacco black shank,簡稱TBS)、煙草普通花葉病毒病(tobacco mosaic virus,簡稱TMV)和煙草馬鈴薯Y病毒病(tobacco potato virus,簡稱PVY)的田間自然發(fā)病率, 以計(jì)算平均發(fā)病率。按收購數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上等煙比例等經(jīng)濟(jì)性狀。上、中和下部葉采烤后,分別選取B2F、C3F和X2F的煙葉樣品各1 kg,分別測(cè)定總糖、還原糖、總氮、氯、鉀和煙堿的含量,并計(jì)算兩糖比、鉀氯比等化學(xué)協(xié)調(diào)性指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)基于Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析;采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行單因素ANOVA分析,以Duncan’s多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析;采用Origin 9.0輸出圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

不同施肥處理煙株的株高、節(jié)距、有效葉片數(shù)和葉片長度均在成熟期達(dá)最大值,葉片寬度于旺長期達(dá)最大值后逐步下降(圖1)。節(jié)距以T2最高,T1和T3基本一致;葉片長度以T3最高,T1和T2基本持平;其余指標(biāo)均表現(xiàn)為T3>T2>T1的趨勢(shì)。T1的莖圍和葉片寬度于大團(tuán)棵期、株高于平頂期,開始表現(xiàn)出低于其余處理的趨勢(shì)。成熟期T1的株高、有效葉片數(shù)顯著低于其余處理,成熟期T1莖圍顯著低于T3。

2.2 不同處理對(duì)烤煙化學(xué)成分與化學(xué)協(xié)調(diào)性的影響

如圖2所示,總體上各處理的總氮含量、煙堿含量以上部煙葉(B2F)最高,總糖、還原糖含量以中部煙葉(C3F)最高,糖堿比、氮堿比以下部煙葉(X2F)最高。不同處理間中部煙葉無顯著差異。T1上部煙葉總氮含量顯著高于T2;下部煙葉還原糖、鉀含量顯著高于其余處理,且糖堿比顯著高于T3。T3下部煙葉煙堿含量顯著高于其余處理,糖堿比顯著低于其余處理。

2.3 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

與常規(guī)施肥相比, 增量施肥顯著提高了烤煙上等煙比例,但減量施肥上等煙比例未顯著降低,且各處理在產(chǎn)量和產(chǎn)值上無顯著差異(表2)。

表2 各處理烤煙經(jīng)濟(jì)性狀

2.4 不同處理對(duì)烤煙病害發(fā)生率的影響

如表3所示,不同處理各生長期煙株TBS、TMV和PVY均有發(fā)生,但發(fā)病率極低(<1%)。施肥對(duì)烤煙田間自然發(fā)病率無顯著影響,隨施肥量的減少,田間自然發(fā)病率整體表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。

表3 不同處理煙株的田間自然發(fā)病率

3 討論

3.1 施肥對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和化學(xué)成分的影響

施肥是影響烤煙生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素[18-19]。科學(xué)合理的施肥措施可改善土壤肥力水平[3]、調(diào)控土壤微生物豐富度和多樣性[15,19-20],從而促進(jìn)煙株生長發(fā)育、提高煙草抗病能力[15-16]、協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分[13],進(jìn)而提升烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)[13,15]。過低或過高的施肥量均會(huì)引起烤煙產(chǎn)質(zhì)量的下降[21]。因此,在施用有機(jī)肥的情況下,減施化肥是否會(huì)帶來烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的下降,進(jìn)而影響到經(jīng)濟(jì)性狀這一問題的研究非常必要。本研究結(jié)果表明,在有機(jī)肥替代20%化肥氮后,進(jìn)一步減施12.5%的化肥基肥,煙株在成熟期能保持與其余處理一致的節(jié)距、葉片長度和葉片寬度,莖圍也與替代后不減施處理(T2)相近。同時(shí),盡管化肥減施處理(T1)的株高、有效葉片數(shù)顯著低于其余處理,但并未影響到有效留葉數(shù)(均為18張/株)。因此,在產(chǎn)量上化肥減施與其余處理相比并無顯著差異。與鄰近區(qū)域(重慶市奉節(jié)縣)的云煙87田間試驗(yàn)結(jié)果相比[22],本研究的烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例相對(duì)更高?！吨袊矡熗寥兰盁煵蒺B(yǎng)分綜合管理》對(duì)植煙土壤養(yǎng)分等級(jí)進(jìn)行了劃分,堿解氮含量>100 mg/kg為很豐富等級(jí),有效磷含量為20～40 mg/kg為豐富等級(jí),速效鉀含量為150～220 mg/kg為適中等級(jí)[23]。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),本研究供試土壤為中高肥力水平,當(dāng)土壤肥力水平較高時(shí),通過施肥進(jìn)一步提升烤煙產(chǎn)量的空間較小,施肥的增產(chǎn)效應(yīng)逐漸下降[9]。

煙葉化學(xué)成分是煙葉香味風(fēng)格和質(zhì)量特征形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[24-26]。本研究結(jié)果表明,不同施肥處理的中部煙葉化學(xué)成分無顯著差異,但上部和下部煙葉部分指標(biāo)差異顯著。盡管各處理煙葉化學(xué)成分基本都處于秦巴山區(qū)特色優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍[27],但其差異仍然會(huì)給煙葉香味風(fēng)格和質(zhì)量特征帶來不同程度的變化。研究表明,在一定范圍內(nèi),總糖和還原糖含量增加可使煙葉富有彈性、不易破碎、色澤光亮[28]。鉀素能顯著改善煙葉燃燒性,提升煙葉香氣與吃味[23]。鉀氯比越高,煙葉的燃燒性越好,一般比值在4.0以上燃燒性好,陰燃持火性強(qiáng)[29]。在本研究中,化肥減施(T1)顯著提高了煙葉鉀含量和還原糖含量,鉀氯比也維持在較高水平,且有提高煙葉總糖含量的趨勢(shì)。由此推斷,化肥減施后烤后煙葉在色澤和香吃味上可能會(huì)有更好的表現(xiàn),這對(duì)滿足煙葉原料多元化的工業(yè)需求有積極作用。

3.2 施肥對(duì)烤煙病害發(fā)生情況的影響

病害可直接影響烤煙產(chǎn)質(zhì)量[30],長期連作、施肥不當(dāng)以及線蟲侵害等均可引起土傳病害[31]。本研究對(duì)研究區(qū)常見土傳病害黑脛病、煙草普通花葉病毒病和馬鈴薯Y病毒病的調(diào)查表明,各施肥處理的土傳病害田間自然發(fā)病率都極低(1%左右)。這可能是各施肥處理均為有機(jī)肥化肥配施模式,有機(jī)物料的添加不僅可提供養(yǎng)分,還能提高土壤微生物豐富度與多樣性,進(jìn)而增強(qiáng)煙株抵抗病原微生物的能力[16]。

4 結(jié)論

較高地力的土壤上種植烤煙,在有機(jī)肥替代20%化肥氮后,進(jìn)一步減施12.5%的化肥基肥,會(huì)對(duì)煙株的株高和有效葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀帶來不利影響,但上等煙比例、產(chǎn)量和產(chǎn)值表現(xiàn)穩(wěn)定,且能提高上部煙葉的氮含量、下部煙葉的還原糖和鉀含量,并有利于降低土傳病害發(fā)病率。在有機(jī)肥替代20%化肥氮后,進(jìn)一步增施12.5%的化肥基肥,盡管在農(nóng)藝性狀上總體表現(xiàn)更好,且能提高上等煙比例,但并未明顯提高煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值。因此,秦巴煙區(qū)烤煙種植中,有機(jī)肥部分替代化肥具有較大的潛力和空間。本研究僅從烤煙農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分、經(jīng)濟(jì)性狀和病害發(fā)生情況等方面研究了烤煙的化肥減施效應(yīng),有必要進(jìn)一步對(duì)烤后煙葉的性狀開展研究,這對(duì)明確煙葉的工業(yè)可用性具有重要的實(shí)踐價(jià)值。