腐殖酸有机肥配施芽孢杆菌对陕南烟田土壤特性及烤烟产质量的影响

2019-05-14韩相龙牛改利韦成才李司童毛凯伦李本晟张立新

西南农业学报 2019年4期

韩相龙，吴薇，牛改利，韦成才，袁帅，李司童，毛凯伦，李本晟，张立新*

(1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西杨凌 712100；2.陕西省烟草科学研究所，陕西西安 710061；3.陕西中烟工业有限责任公司技术中心，陕西宝鸡 721013)

【研究意义】烟草品质与产量受品种、气候、土壤肥力、种植方式及病虫害等多种因素影响，其中土壤肥力状况对烟叶品质的影响尤为重要[1-2]。由于长久以来汉中烟区的烤烟种植制度、栽培方式和施肥模式不合理，特别是一味追求高产而对无机氮肥过度依赖，使得土地肥力过度消耗，出现一系列的土壤问题。特别是土壤板结、酸化、盐渍化加重、速效养分降低，微生物数量及区系发生变化、土传病害加剧，从而导致烟叶品质降低[3-4]。研究表明，合理利用有机肥能有效改良土壤状况增加土壤有机质及速效养分含量，改善土壤微生物生态，优化有益微生物种群结构，是生产优质烟叶的重要措施[5～7]。腐殖酸是由动植物残骸经微生物分解和复杂化学过程形成的深色、酸性和亲水胶体类有机物[8]。腐殖酸有机肥是富含腐殖酸物质组成的有机肥料，pH 5.0～6.0，富含烟草生长发育所需的营养元素，具有土壤改良、肥料增效调节植物生长和提高植物抗旱能力，且能一定程度降低碱性土壤的pH[9-10]。【前人研究进展】叶协峰等认为[11]，施用腐殖酸有机肥可增强土壤的保水能力，降低土壤容重、提高土壤孔隙度，施用腐殖酸还能提高土壤中碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量。张喜峰认为[12]氮肥与腐殖酸配施可提高烟碱和氮含量，降低烟叶还原糖含量；提高烟叶品质和耕层土壤有益微生物种群数量，提高土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶的活性。靳志丽等研究发现[13]，腐殖酸在改善烟叶质量方面其主要作用的是其分解矿化过程中产生各种有机酸和氮磷钾等矿质元素，改善土壤矿质营养及烟株根际微生物环境，提高蔗糖酶和磷酸酶等活性，促进烟株生长。解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)为芽孢杆菌属，生命力强且定植能力突出，能分泌多种胞外酶，降解有害微生物的细胞和细胞壁；分泌抗菌肽、抗菌素等活性物质改善土壤微生物结构，提高有益微生物种群数量，抑制土传病害发生，并且分泌植物促生物质能有效促进植物生长发育[14-15]。陈丽丽等研究发现[16-17]，解淀粉芽孢杆菌能对烟草相关生长基因表达产生影响，增加烟草根长、株高、鲜质量等。【本研究切入点】单施有机肥存在速效养分分解较慢的特点，很难与烟叶不同生育期的养分需求相符合，大量施用有机肥会造成后期养分释放过多，影响烟草成熟落黄，从而影响烟叶品质[10]。腐殖酸富含有机养分及疏松多孔的特性既能为微生物提供良好的碳源与氮源，也为其繁殖提供良好的场所。有机肥配施微生物可以加快有机肥腐解，加速土壤速效养分释放，同时改善植物根际微生物环境，抑制特定病害发生，促进烟株生长[18]。【拟解决关键问题】因此本研究以腐殖酸有机肥配施解淀粉芽孢杆菌微生物肥，探究二者不同用量混施对植烟土壤和烤烟产质量的影响，旨在为陕西汉中烟区土壤改良和烟叶品质改善提供一条可行的途径，为该区烤烟的优质高产提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地位于陕西汉中市洋县黄安镇三道岭村，33°11′768″N，107°37′374″E，海拔：542 m，属于北亚热带温润气候区。试验地黄棕壤土，地势坡地，肥力中等。耕层土壤基本理化性状：pH 7.41，有机质21.51 g/kg，碱解氮55.50 mg/kg，速效磷(P2O5)17.19 mg/kg，速效钾(K2O)159.90 mg/kg。

1.2 试验材料

供试烤烟为当地主栽品种K326，前茬作物为玉米，常规施肥采用烟草专用肥(N∶P2O5∶K2O=10∶12∶18)，总养分含量40 %，施氮量为112.50 kg/hm2；所用腐殖酸有机肥为 “洛阳天霖肥业”有限公司生产，有效成分含量90.10 %，N、P2O5和K2O含量分别为0.05 %，0.04 %和0.45 %，有机质含量为25.00 %；芽孢杆菌菌剂为“杨凌绿都”生物科技有限公司生产的“绿今”绿都菌剂1号解淀粉芽孢杆菌Ba-168，有效活菌数≥50亿/g。

1.3 实验设计

试验时间为2016年5-8月。试验共设6个处理：CK1(不施肥)；CK2(常规施肥)；T1(常规施肥+600 kg/hm2腐殖酸有机肥+6 kg/hm2芽孢杆菌)；T2(常规施肥+600 kg/hm2腐殖酸有机肥+9 kg/hm2芽孢杆菌)；T3(常规施肥+900 kg/hm2腐殖酸有机肥+6 kg/hm2芽孢杆菌)和T4(常规施肥+900 kg/hm2腐殖酸有机肥+9 kg/hm2芽孢杆菌)。采用完全随机区组设计，每组3次重复，每小区6行，每行16株，行距1.2 m，株距0.5 m，每个小区面积54.0 m2。于5月1日移栽，9月13日顶叶成熟采摘。施肥方式、管理按当地优质烤烟栽培技术规程操作。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 土壤理化性质采用环刀法测定土壤容重；碱解扩散法测定土壤碱解氮；NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定土壤有效磷；NH4OAc浸提火焰分光光度计法测定速效钾含量；油浴法测定土壤有机质[19-21]。

1.4.2 烟叶化学成分新鲜烟叶105 ℃杀青15 min、65 ℃烘干后，采用浓硫酸-双氧水法消煮，采用高分辨自动化学分析仪(型号AA3)的定烟叶氮含量，火焰光度计(型号M41)测定钾含量[22]。参照《JJG (烟草) 11-1998》采用流动分析法对烤后烟叶的总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、和氯进行测定。

1.4.3 农艺和经济性状调查各小区选择长势长相均匀一致、能够代表小区生长状况的烟株10株，按照烟草农艺性状调查方法，调查每株圆顶期农艺性状。经济性状通过分区计产，统计烟叶产量、产值和中上等烟比例，折算出最终烟叶产量、产值[23]。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2013软件进行数据整理，SPSS 20.0软件进行方差分析，采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan法分析处理间差异。

2 结果与分析

2.1 増施有机肥和微生物菌肥对土壤容重的影响

土壤容重能有效反映土壤的物理特性，指示土壤质量和生产力，土壤容重过大会抑制植物根系的生长及矿质养分的吸收，从而影响植物的正常生长及品质提升。从图1可知，各生育期无肥处理(CK1)土壤容重较大，各施肥处理土壤容重均有不同程度降低，且配施腐殖酸及解淀粉芽孢杆菌的处理土壤容重低于常规施肥处理。T3处理土壤容重降低最多并在圆顶期内降幅最高，较CK2降低22.56 %。在各生育期中，在等量施用腐殖酸有机肥时，以解淀粉芽孢杆菌6 kg/hm2的处理效果更好，总体而言，T3(常规施肥+900 kg/hm2腐殖酸+6 kg/hm2芽孢杆菌菌剂)处理土壤容重降低效果最好。

2.2 増施有机肥和微生物菌肥对土壤碱解氮的影响

氮是作物体内有机化合物的不可缺少的元素，并且影响叶片叶绿素活性和光合作用强度。由图2可以看出，除团棵期外，不同处理较对照均能显著提高土壤碱解氮含量，在相同腐殖酸施用量情况下，表现600 kg水平下6和9 kg芽孢杆菌施用量之间差异显著，在900 kg腐殖酸施用水平下，6 kg芽孢杆菌施用量的土壤碱解氮含量明显高于9 kg/hm2。在圆顶期和成熟期时T3均表现最高，分别较对照CK2(常规施肥)增加27.11 %和14.35 %。综合比较T3(常规施肥+900 kg/hm2腐殖酸+6 kg/hm2芽孢杆菌)最有利于提高土壤碱解氮含量。

同一时期不同小写字母表示处理间差异达到5 %的显著水平，下同Different lowercase letters in the same period represent significant levels of difference of 5 % between treatments. The same as below图1 増施有机肥和微生物菌肥对土壤容重的影响Fig.1 Effects of organic manure and microbial fertilizer on soil bulk density

图2 増施有机肥和微生物菌肥对土壤碱解氮的影响Fig.2 Effect of organic manure and microbial fertilizer on alkaline hydrolysis of soil nitrogen

2.3 増施有机肥和微生物菌肥对土壤速效钾含量的影响

钾可以促进植物光合作用、影响胞间物质运输和渗透调节、参与植物气孔活动和有机酸代谢，增强抗逆性等。由图3可以看出，各处理土壤速效钾含量在烤烟各个生育期的变化随生育期呈现先增后减趋势，増施有机肥处理均能不同程度提升土壤速效磷含量，且在团棵期差异不明显，之后圆顶期和成熟期差异开始显著，并且随有机肥含量增加速效氮含量呈增加趋势。综合比较T4处理对提升土壤速效氮效果最好，T3次之。

2.4 増施有机肥和微生物菌肥对土壤速效磷含量的影响

磷是细胞膜、核酸和核糖蛋白的主要成分，参与作物光合、呼吸和碳氮代谢等多种生理过程。从图4可以看出，在整个生育期土壤速效磷含量先增高后降低；各生育期，T3土壤速效磷含量均处最高。分别较常规施肥CK2增幅124.01 %、80.68 %、103.62 %；在圆顶期，T3处理后的土壤速效磷含量最高。在烤烟的成熟期，T3处理后的土壤速效磷含量最高，其次是T2。综合3个时期T3(常规施肥+900 kg腐殖酸/hm2+6 kg芽孢杆菌/hm2)效果最好。

图3 増施有机肥和微生物菌肥对土壤速效钾含量的影响Fig.3 Effect of organic manure and microbial fertilizer on soil available potassium content

图4 増施有机肥和微生物菌肥对土壤速效磷含量的影响Fig.4 Effects of organic manure and microbial fertilizer on soil available phosphorus content

2.5 増施有机肥和微生物菌肥对土壤有机质含量的影响

由图5可知，土壤有机质含量在烟草整个生育期之间表现为缓慢降低的变化趋势，在团棵期各处理之间差异不显著，而在圆顶期和成熟期时土壤有机质含量均有所下降。各施肥处理较不施肥对照均能不同程度提升土壤有机质含量，且随腐殖酸施用量而升高，以T3提升幅度最高达16.64 %，T4次之；在等施腐殖酸下，有机质含量表现为随芽孢杆菌施用量增加而降低的趋势。综合比较，T3处理(常规施肥+900 kg腐殖酸/hm2+6 kg芽孢杆菌/hm2)对提升土壤有机质含量效果最好。

2.6 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟烟叶钾含量的影响

从图6可以看出，常规施肥和増施有机肥和微生物菌肥均能不同程度提升烟叶钾营养，表现随着腐殖酸的施用量增加烟叶钾含量呈递增趋势，在腐殖酸等量的情况下以施用芽孢杆菌6 kg/hm2的处理较高，其中T3表现最优，T1次之，分别比CK2常规施肥对照增加33.29 %和20.44 %，综合评价T3处理对增加烟叶钾营养效果最明显。

图5 増施有机肥和微生物菌肥对土壤有机质含量的影响Fig.5 Effect of organic manure and microbial fertilizer on soil organic matter content

图6 増施有机肥和微生物菌肥对烟叶钾含量的影响Fig.6 Effect of organic manure and microbial fertilizer on potassium content in tobacco leaves

2.7 増施有机肥和微生物菌肥对烤后化学成分的影响

参考王彦亭[24]烤烟化学成分评价指标体系，烟碱最优在2.20 %～2.80 %；总氮含量最适为2.00 %～2.50 %；还原糖最适为18.00 %～22.00 %；钾含量最适为≥2.50 %；淀粉含量在3.5 %以下最优；糖碱比值以8.5～9.5之间最好；氮碱比值以0.95～1.05之间最好，氯钾比值<8.0最优。由表1可知，烟碱含量上T2和T3处理在最优范围；总氮含量T3在最优范围，且处理之间差异不显著；还原糖含量T2和T3在最优范围T4和T1次之；钾含量整体偏低，T3相对较高；淀粉含量烟叶整体较高，T4相对其他处理较低；糖碱比T2处理在90～100分；氮碱比整体偏低T2相对较优；钾氯比整体偏低，其中T3最高，T2次之。可以看出，増施腐殖酸和芽孢杆菌可以降低烟叶烤后的烟碱和淀粉含量，提升总氮、还原糖和钾含量，有利于协调烟叶化学成分，其中T3综合效果最佳。

表1 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟烤后化学成分的影响(C3F)

注：表中不同小写字母代表不同处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the table represent significant differences between different treatments (P<0.05).The same as below.

表2 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟农艺性状的影响

表3 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟经济性状的影响

2.8 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟农艺性状的影响

从表2可以看出，常规施肥増施解淀粉芽孢杆菌和腐殖酸有机肥对烤烟农艺性状稍有提升，但差异不显著，各处理除不施肥对照外，其余处理呈现稳定趋势，说明増施腐殖酸和解淀粉芽孢杆菌对促进烤烟株高、茎围、叶长和叶宽影响不明显。

2.9 増施有机肥和微生物菌肥对烤烟经济性状的影响

从表3可知，増施解淀粉芽孢杆菌和腐殖酸均能不同程度提高均价、产量、产值、上等烟比和中等烟比。增加趋势为由T1至T4呈先上升后下降，其中T3处理产值和上等烟比例均处最高水平，分别较常规施肥提高11.67 %和6.33 %。综合比较T3对提高烤烟的经济性状效果最好。

3 讨论

烤烟是忌连作作物，长期连作不仅会导致烟田土壤退化，产质量下降，病虫害发生率也会攀升，但在实际生产中连作现象却普遍存在[25-26]。増施腐殖酸有机肥相比单施化肥，可以增加大量氨基酸和脂肪酸等有机养分，在保证烟叶生长所需养分的同时促进烟叶香气物质的合成，提升烟叶产量和品质，并且能够改良土壤理化性质，增加土壤通透性，降低土壤容重[27]。但大量单施有机肥也不利于烟叶品质的形成，有机肥氮素释放较慢，易造成烤烟生育期后期氮素过剩，易造成烟叶贪青，落黄晚，烟碱过量，从而降低烟叶品质[28]。解淀粉芽孢杆菌作为微生物菌肥，可通过微生物间的多种拮抗作用抑制特定农作物病原体，抗菌防病作用显著，而且产生如吲哚乙酸等植物多种生长促进剂，促进植物生长并提高作物产量[29]，是一种理想的生防和植物促生长菌肥，而腐殖酸营养丰富，孔隙较大，适合微生物大量生长繁殖，二者结合可以增加土壤微生物生物活性和生物多样性，促进土壤有机质转化为腐殖质，加快有机肥速效养分的释放，提升土壤整体肥力，改善土壤理化性质，使之更利于烤烟生长[30]。

靳志丽等[13]研究表明施用腐殖酸有机肥可以降低土壤容重，提高土壤肥力，改善土壤微生物环境，刘国顺等[31]发现，施用腐殖酸有机肥可以显著提升土壤有机质，增加土壤酶活和根系活力，且伸根期和旺长期增加幅度较高，在旺长期以后开始减少。这与本文研究结果相符，常规施肥下增施腐殖酸和芽孢杆菌能显著降低土壤的容重，提高土壤碱解氮，速效钾、速效磷和土壤有机质含量。综合比较T3和T4处理对于土壤理化指标改良的效果最好。

烟叶是喜钾作物，烟叶钾含量对于烟叶的品质至关重要，不仅影响烟叶的燃烧性，更对烟叶的香气和吃味有重要影响。蔡宪杰等[10]研究发现，施用腐殖酸有机肥可以对通过提升土壤速效钾含量特别是烤烟生育后期的钾营养供给，从而提升烟叶钾营养。本研究结果显示，通过増施腐殖酸和芽孢杆菌，可以显著提升烟叶钾营养，且提升效果随腐殖酸用量升高，但是在等施腐殖酸下，芽孢杆菌施用量较少的处理烟叶钾含量要优于施用量高的处理，综合下T3处理效果最好。

腐殖酸能显著改善烟叶产量，并且对于烟叶烤后品质具有重要提升效果。刘国顺研究了有机酸和氨基酸对烤烟生长及品质的影响，结果表明腐殖酸类有机酸不仅能促进硝态氮的利用，更能影响烟株的激素水平，从而影响烟叶烤后各项化学成分，改善烟叶品质。本研究结果与上述结果相似，T3处理的烤后化学成分和经济性状均有显著改善，并且烤后还原糖和总氮含量及糖碱比与氮碱比均处于较优水平，化学成分协调性最好，评分最高；中上等烟比例最高，经济效益最好。

本研究在常规施肥基础上，増施腐殖酸有机肥和解淀粉芽孢杆菌菌肥，对主栽品种K326烤烟进行了大田试验，得出不同配比施用量可以不同程度提升土壤理化性质，提升烟叶钾营养，协调烤后化学成分，提高烟叶产质量和经济效益的结论。