不同生物有机肥对烤烟产质量及土壤养分的影响

刘汉军, 刘蕾, 刘轶豪, 刘武, 王鹏, 董振寰, 谭渊, 喻晓, 李斌, 陈强,*



不同生物有机肥对烤烟产质量及土壤养分的影响

刘汉军1, 刘蕾1, 刘轶豪1, 刘武1, 王鹏2, 董振寰1, 谭渊1, 喻晓3, 李斌4, 陈强1,*

1. 四川农业大学资源学院, 四川 成都 611130 2. 武汉卷烟厂, 湖北 武汉市, 430051 3. 广元市烟草公司, 四川 广元 628017 4. 四川省烟草公司, 四川 成都 610017

为探明不同生物有机肥对广元烟区烤烟产质量和土壤养分的影响, 以云烟87为试验材料, 开展了不同生物有机肥施用田间试验研究。结果表明: (1)施用生物有机肥, 烤烟产量增加1341.19—1499.06 kg·ha-1, 上等烟比率增加8.19%—10.88%, 产值最高增加10838.62元/ha, 显著地提高了烤烟上等烟比例和产值量(<0.05); (2)施用生物肥烤烟钾素含量增加, 土壤养分增加, 蛋白酶活性增强; (3)采用供试细菌SJ40、8GW11和C11生产的生物有机肥效果优于接种放线菌生产的生物有机肥, 施用量以1500 kg·ha-1最佳。

生物有机肥; 烤烟; 产质量; 土壤肥力

1 前言

由于烤烟产业对土壤的掠夺性使用以及长期大量使用化肥, 造成了土壤板结、养分不均衡和有机质含量下降[1], 严重制约了烤烟产业的可持续发展。研究表明, 生物有机肥可增加土壤有机质、提高土壤肥力, 改善土壤质地[2-5]; 促进烤烟生长, 提高烟叶产质量[6-7]。但不同生物有机肥的增产效果不一, 施用量也需要因地制宜探讨[8]。

四川广元烟区位于川北地区, 是四川省的五大烟区之一, 该地区土壤类型石灰性紫色土比例大, 土壤有机质含量和肥力水平较低[9], 急迫需要生产出适宜本区域烤烟种植的生物有机肥, 确保烤烟产业的可持续发展。因此, 本文在广元烟区开展田间试验, 以期获得适合广元烟区烤烟种植的生物有机肥种类和施肥量。

2 材料与方法

2.1 供试材料

供试细菌为SJ40()、8GW11 ()、C11(sp.), 供试放线菌为链霉菌(sp.), 编号为CNS42、P29和P60, 均具有产IAA、产铁载体和溶磷能力。供试细菌接种至LB培养液, 振荡培养至对数生长期, 1:1:1混合后添加到有机肥(四川省荣龙生化肥料有限公司); 放线菌采用麦粒培养基培养至孢子大量繁殖, 无菌水洗涤孢子, 取孢子悬液添加到上述有机肥, 所得生物有机肥活菌数＞0.2亿·g-1。烤烟品种为云烟87。

2.2 田间实验设计

供试地点为四川省广元市剑阁县剑坪村烟草科技示范园(E 105.48,W 32.01), 土壤类型为紫色土,土壤初始养分特征: 有机质15.17 g·kg-1, 全氮0.73%, 碱解氮32.54 mg·kg-1、速效磷5.62 mg·kg-1、速效钾86.02 mg·kg-1。

试验于2015年3—10月进行, 设置5个处理, 常规施肥(CK); 细菌生物有机肥T1、T2; 放线菌生物有机肥T3、T4(表1)。复合肥养分含量50%(N:P:K= 10:15:25), 有机肥和生物有机肥养分含量6% (N:P:K= 2.5:2:1.5), 油枯养分含量6%(N:P:K=2:2:2), 过磷酸钙(P2O5)含量12%, 硫酸钾(K2O)含量50%, 硝态氮复合肥养分含量58%(N:K=14:44), 硼锌微量元素肥养分含量12%(硼:锌=1:5)。施肥方式为穴施, 肥料施入后与土壤混匀, 随后覆膜和移栽烟苗。

田间小区试验采用随机区组设计, 每个处理重复3次; 小区面积30 m2, 种植4行, 10株/行; 株距为1.2 m × 0.5 m, 试验区四周设保护行。田间管理按当地常规方式进行。

2.3 测定项目及方法

2.3.1 田间农艺性状调查

按照《中华人民共和国烟草行业标准YC/T 142-1998烟草农艺性状调查方法》, 调查了成熟期烤烟农艺性状, 包括株高、叶数、茎围、节距和叶面积系数。

2.3.2 烤烟产量和品质测定

烤烟收获和烘烤后, 按照GB2635-92标准分级定产, 并按当年烤烟收购价格计算产值; 选取各处理B2F、C3F、X2F烟叶样品, 采用近红外光谱法测定烟叶化学成分[10]。

2.3.3 土壤理化特性及酶活测定

采集成熟期烤烟根际土壤, 各采5株, 剔除细根系充分混匀, 土壤样品自然风干, 磨细过筛。测定土壤pH, 全氮、速效氮、速效磷、速效钾和有机质等含量[11], 及蛋白酶和过氧化氢酶活[12]。

表1 各处理施肥方案

2.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010和SPSS 18.0进行统计分析。

3 结果与分析

3.1 烤烟农艺性状

对成熟期烤烟农艺性状测定结果表明(表2), 施用生物有机肥后, 烤烟株高增加3.91—11.83 cm, 茎围增加0.34—0.59 cm, 叶面积系数增加0.27—0.56, 与CK差异显著(<0.05)。生物有机肥4个处理中, T2处理烤烟株高和节距显著高于其他3个处理(<0.05); 茎围、叶面积系数和叶片数差异不显著。

3.2 烤烟产量与产值

表3结果表明, 生物有机肥可增加烤烟产量和产值, T2和T4处理产量分别为2605.88 kg·ha-1和2524.44 kg·ha-1, 较CK增加282.82 kg·ha-1和201.38 kg·ha-1, 按2015年烤烟价格计算, 其综合产值分别为54237.85元·ha-1和49707.03元·ha-1, 增加了10838.62元·ha-1和6307.80元·ha-1, T2和T4处理与CK和T1处理差异显著(<0.05)。

同样, 各处理的上等烟和中上等烟比例差异显著, T2、T3和T4处理的上等烟和中上等烟比例高于T1和CK, 其中T2和T4上等烟比例分别增加了4.71%和4.46%, 中上等烟比例分别提高了4.00%和1.79%, 差异显著(<0.05); T2处理的产量、产值和中上等烟比例等指标均高于T4, 其产值和中上等烟比例上差异达到显著水平(<0.05)。

3.3 烟叶品质

烟叶品质主要依据为化学成分, 包括烟草全钾含量、烟碱、总糖和还原性糖含量。分析结果表明(表4), 除CK处理X2F外, 各处理烟叶钾含量＞2.5%。其中, T1-T4的B2F和X2F钾含量分别增加了0.15%—0.41%, 显著高于CK(<0.05); T2的C3F烟叶钾含量显著高于CK(<0.05), 增加了0.14%。

从烟碱含量看, 各处理B2F、C3F和X2F分别在2.57%—2.80%、2.10%—2.85%和1.78%—2.31%之间; T1—T4处理烟叶的烟碱含量均显著低于CK(<0.05)。各处理B2F、C3F和X2F总氮含量差异不显著。

各处理烟叶还原糖含量介于14.48%—23.28%, 其中B2F还原糖介于14.48%—16.19%, 各处理间差异不显著; C3F和X2F则表现为T1—T4处理低于CK。各施肥处理烟叶总糖含量表现出了与还原糖一致的变化规律(表4)。

烟叶的化学成分协调性主要有糖碱比和氮碱比, 是评价烤烟品质的重要内容。结果表明, 除CK外的各处理C3F和X2F糖碱比介于9.12—12.23(图1), 均在适宜范围; B2F的糖碱比以T2最大(6.23), 属于适宜范围。从烟叶的氮碱比看, 除CK外, 各处理B2F、C3F和X2F的氮碱比均在适宜范围内[13]。

表2 不同处理烤烟成熟期农艺性状

注: a同一列内不同字母表示差异显著(<0.05); b叶面积系数=(平均单叶面积*单株叶数*株数)/取样的土地面积。

表3 不同处理对烤烟经济性状的影响

注: 不同字母表示差异显著(<0.05)。

表4 不同施肥处理烤烟烟叶化学成分含量

注: 同一列内不同字母表示差异显著(<0.05)。

注: B2F, C3F和X2F代表不同烟叶等级; 同一列内小写字母不同表示差异显著(p<0.05)。

3.4 土壤主要养分含量

土壤养分测定结果表明(表5), 供试本底土壤呈中性, 有机质含量较低, 较贫瘠。施肥处理后, 根际土壤pH变化不明显, 但烤烟成熟期土壤养分显著增加。其中, T1—T4根际土壤速效磷、速效氮、总氮和有机质含量均高于CK, 速效磷增幅为29.36%—62.19%, 速效氮增幅为15.95%—51.18%, 全氮增幅为9.21%—49.80%, 有机质增幅为3.22%—21.42%, 其中T2处理增加作用最明显。但土壤速效钾含量显著低于CK(<0.05), 尤以T2为最低。

3.5 土壤蛋白酶和过氧化氢酶活性

植烟土壤蛋白酶和过氧化氢酶测定结果显示(图2), T1—T4处理土壤蛋白酶活性显著高于CK(), 其中T4蛋白酶活性最高, 为0.17 mg·kg-1, T2次之, 为0.14 mg·kg-1; 而土壤过氧化氢酶活性, 则以T2处理最高, 为1.72 mg·kg-1, CK次之, 为1.70 mg·kg-1。

4 讨论

本试验结果表明, 施用生物有机肥可促进成熟期烤烟植株的生长发育, 显著增加了烤烟株高、茎围, 促进了烤烟叶片的开片。这是由于生物有机肥的有机质含量高, 施入土壤具有协调土壤养分、改善根际营养的作用; 另一方面, 生物有机肥中的促生微生物数量大, 分泌的各种代谢产物可增加根系活性, 促进养分吸收和烟叶开片, 有利于提高烤烟产量[14-16]。

尽管所有处理的烟叶品质均符合优质烟叶要求, 但施用生物有机肥的处理, 其烟叶全钾含量显著提高, 烟碱、总糖和还原性糖含量显著降低, 化学成分更适宜, 烟草协调性更好。从测定结果看, 施用生物有机肥后, 除T1外, T2、T3和T4处理的土壤速效钾含量分别为152.88±7.69 mg·kg-1, 187.47±7.84 mg·kg-1和180.07±2.56 mg·kg-1, 显著低于CK (250.65±3.61 mg·kg-1); 而不同部位烟叶的全钾含量, T2、T3和T4处理均显著高于CK。这可能是由于促生微生物具有溶磷、解钾和促生作用, 施用生物有机肥增加了土壤中功能性微生物数量, 促进了根系对钾元素吸收转运, 从而有效提高烟叶钾素含量。同时, 施用生物有机肥可促进烤烟平衡吸收养分, 利于芳香物质积累, 降低烟叶氮和烟碱含量, 化学成分更适宜, 协调性更好, 从而改善了烟叶内在质量[15, 17-18]。但由于微生物种类不同, 促生特性及机理不一致, 对烤烟品质提升效果有差异, 本研究中, 细菌生物有机肥的促生效果优于放线菌生物有机肥。因此, 筛选适宜的菌株应用于生产, 才能达到理想效果。

表5 不同施肥处理对土壤养分的影响

注: 同一列内小写字母不同表示差异显著(<0.05)。

图2 不同施肥处理土壤蛋白酶和过氧化氢酶活性

施用生物有机肥可改变土壤微生物群落结构, 增加微生物多样性, 提高植烟土壤速效磷、速效氮、总氮和有机质含量, 以及土壤蛋白酶活性, 土壤速效养分含量增加, 这与相关报道一致[15, 19-21]。

5 结论

(1)施用生物有机肥能促进烟株生长发育、增加产量、提高烟叶内在品质, 增加土壤养分和酶活, 提高养分的有效性, 产值增加2.26%—24.97%。

(2)在提高烟叶产量和产值, 改善烟叶品质, 增加植烟土壤养分等方面, 由SJ40、8GW11和C11制备的细菌生物有机肥效果均优于CNS42、P29和P60制备的放线菌生物有机肥。因此, 在广元烟区推荐使用由SJ40、8GW11和C11制备的细菌生物有机肥, 且肥施用量为1500 kg·ha-1。

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Effects of different bio-organic fertilizer on yield and quality of flue-cured tobacco and soil nutrient contents

LIU Hanjun1, LIU Lei1, LIU Yihao1, LIU Wu1, WANG Peng2, DONG Zhenhuan1, TAN Yuan1, YU Xiao3, LI Bin4, CHEN Qiang1*

1. College of Resource, Sichuan Agricultural University, Wenjiang, Sichuan 611130, China 2. Wuhan Cigarette Factory, Wuhan, Hubei 430051, China 3. Guangyuan Tobacco Company of Sichuan Province, Guangyuan, Sichuan 628017, China 4. Tobacco Company of Sichuan Province, Chendu, Sichuan 610017, China

Field experiment was conducted to study effects of different bio-organic fertilizer and application rates on yield and quality of flue-cured tobacco (Yunyan 87) and soil improvement. The results showed that: (1) the application of bio-organic fertilizer had positive effect on the yield, first-class tobacco proportion and output value. Compared to CK, the yield increased 1341.19-1499.06 kg·ha-1, the first-class tobacco proportion increased 8.19%-10.88%, andthe output value increased 10838.62 Yuan·ha-1. (2) The application of bio-organic fertilizer increased potassium content of tobacco, and the soil nutrient and proteinase activity of tobacco planting fields. (3) The PGP potential of bio-organic fertilizer made by bacteria (SJ40, 8GW11, and C11) was better than that of bio-organic fertilizer made by actinomycetes, and the optimal amount used was 1500 kg·ha-1.

bio-organic fertilizer; tobacco; yield and quality; soil fertility

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.012

S572

A

1008-8873(2018)06-091-06

2017-03-22;

2017-07-17

植烟土壤质量提升关键技术研究与集成应用[SCYC201501003]

刘汉军(1987—)男, 在读博士研究生, 研究方向环境微生物, E-mail: liuhanjun1987@163.com

陈强, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事土壤与环境微生物学研究, E-mail: cqiang@sicau.edu.cn

刘汉军, 刘蕾, 刘轶豪,等. 不同生物有机肥对烤烟产质量及土壤养分的影响[J]. 生态科学, 2018, 37(6): 91-96.

LIU Hanjun, LIU Lei, LIU Yihao, et al. Effects of different bio-organic fertilizer on yield and quality of flue-cured tobacco and soil nutrient contents[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 91-96.