高碳基肥与仿生剂对贵阳植烟土壤和烤烟品质的影响

聂忠扬，李文渊，胡勇，程传策，刘庆学，魏光钰，吴永琴，任春燕，黄宁，李余江

(1.贵州省烟草公司贵阳市公司，贵州 贵阳 550001； 2.河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450016； 3.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002)

烟草生长需要从植烟土壤中吸收营养物质，植烟土壤保障烟草生长，烟草植株通过根系从植烟土壤中吸收养分，土壤中的微生物群落功能的多样性直接影响烟草的物理、化学指标，从而影响烟草品质，影响烤烟品质。而贵阳植烟土壤因为不合理轮作和不合理施肥，导致土壤养分、酸碱度、微生态系统出现严重失衡，对烟草的产量和品质产生重大影响。对植烟土壤的保护非常重要，因此，需要通过合理轮作、合理施肥等土壤保育技术来修复和改善土壤性状，实现土壤重复高效利用，提高烟草品质和产量。

高碳基肥是有机、无机和生物活性物质的复合型肥料，具有调节烟株根部土壤碳氮比，促进根系微生物生长及土壤矿物质营养吸收，提高肥料利用率，增强烟株抗病能力，对青枯病、根腐病、黑茎病有拮抗作用；改善烟株周围土壤保水保肥能力，提高烟叶质量[1-2]；减少20%～30%的化肥氮用量，减少20%～30%的农药使用量。

仿生剂是一种颗粒化改良土壤的新材料，以石膏为主要原料，可使土壤形成2～5 mm球状结构，并提高团粒含量，增加土壤孔隙度，提高通气量和蓄积水分，有效防止养分流失，并起到保肥作用。

石俊雄等[3]研究结果表明，饼粕腐熟后产生大量氨基酸，能提高土壤的酶活性及养分的生物活性，促进烟株根系生长。黄超等[4]研究结果表明，施用生物质炭，肥力水平较低和肥力水平较高土壤中的速效钾、速效磷和有效氮含量均有所增加。何绪生等[5]研究结果表明，生物炭与肥料混和施用或复合施用，对作物生长和产量的影响大多数为正效应。周小红[6]研究结果表明，施用高碳基土壤修复肥可以降低烤烟中部叶烟碱含量，增加总糖和还原糖含量，调节糖碱比。添加生物炭的处理，使得烟叶中的中性致香物质的总量增加。张团[7]研究结果表明，随着生物炭施用量的增加，烟叶中的茄酮、苯丙氨酸类、棕色化产物和新植二烯的含量增加，类胡萝卜素降解物稍有降低。

高碳基肥对植烟土壤及烤烟品质等方面研究较多，而仿生剂在番茄、上海青上已经实现了良好的增产效果，但是对烟草产量和品质的影响尚未研究。本试验从高碳基肥和仿生剂及其互作对植烟土壤及烤烟品质进行研究，以期制定最合理的施肥措施和种植方法，完善了清镇烟草种植的配套栽培技术体系。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018年3—9月在清镇进行，品种为云烟87。试验地用当地代表性土壤，其肥力中等，地势相对平坦，灌排也比较方便。

1.2 处理设计

试验设4个处理，对照组(CK)，即用当地的常规方式来栽培；T1：常规施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2及饼肥150 kg·hm-2；T2：增施仿生剂0.5%；T3：常规施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2、饼肥150 kg·hm-2和仿生剂0.3%。高碳基肥料、饼肥起垄时全部条施于烟地内；仿生剂施用方法：以一定量的仿生剂撒施于土壤表面，用微耕机与土壤混匀。试验设12个小区，每小区66.7 m2，共需试验面积800.4 m2，随机区组排列。

1.3 测定项目

1.3.1 土壤指标

在移栽期30、60、90、120 d，将试验地各小区按五点取样法采集耕层土壤，以烟株为圆心半径5 cm，深度10～20 cm处采集土样，每个小区取1份，部分鲜土保存于4 ℃冰箱里用于测量土壤微生物量碳和水溶性碳，剩余土样风干后过筛用于测土壤养分。土壤水溶性碳氮采用水提取过滤，用TOC仪测定浸提液浓度的方法[8]。土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，熏蒸和未熏蒸的样品分别用0.5 mol·L-1的K2SO4浸提30 min，用TOC仪测定浸提液浓度[9]。土壤有机质采用重铬酸钾氧化法[8]；碱解氮采用碱解扩散法[8]；速效磷采用钒钼蓝比色法[8]；速效钾采用火焰光度计法[8]。土壤脲酶采用比色法[10]；蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法[10]。

1.3.2 烤烟指标

在烟苗移栽后30、45、60、75、90 d，每小区选取长势一致的烟株10棵，测定株高、叶长、叶宽、茎围、有效叶数，并根据叶面积=叶长×叶宽×0.634 5[11]计算叶面积，烟叶成熟后(移栽后90 d)选择生长均匀一致的烟株按部位全部采收。烟叶由当地初烤后，各小区取1 kg中部(C3F)等级烟叶，寄回并进行烟样的化学成分和香气组成分析。常规化学成分测定，采用AAⅢ型连续流动化学分析仪测定总氮、还原糖、烟碱、钾、氯。中性致香物测定，每个处理烟叶由45 ℃烘干，磨碎过0.25 mm筛，采用内标法测定，内标为硝基苯，通过HP5890—5972气质联用仪进行定性和定量分析。

1.3.3 烤后烟叶经济性状

对烤后样进行分级，各个级别单独称样、记产。依据当地烟叶收购价格计算产值。

1.4 数据处理

使用DPS 7.05软件，采用Duncan’s新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异；使用Origin Pro 8.5进行相关数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 对植烟土壤主要养分动态变化的影响

2.1.1 碱解氮

如图1所示，土壤碱解氮含量随烟草生长呈先降低后升高的趋势，但是碱解氮的含量在移栽后30 d时最高。移栽后30 d时，T3处理的碱解氮含量显著高于其他处理，达到102.92 mg·kg-1。60 d时，处理间差异增加，处理间差异均显著，其中T2处理显著高于其他处理，达到85.96 mg·kg-1。90 d时，各处理碱解氮含量达到最低水平，其中T1显著高于其他处理，为38.99 mg·kg-1。120 d时，各处理土壤碱解氮含量较90 d时明显升高，其中CK显著高于其他处理，为61.63 mg·kg-1。总体来说，T2和T3处理能有效提高土壤碱解氮含量。

同移栽天数无相同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。图2～9同。

2.1.2 速效磷

如图2所示，土壤速效磷含量随烟草生长呈先降低后升高再降低的趋势，速效磷含量在移栽后30 d时最高。移栽后30 d时，T1处理的速效磷含量显著高于其他处理，达到53.15 mg·kg-1。60 d时，各处理速效磷含量均降低，其中，T1处理显著高于其他处理，为33.32 mg·kg-1。90 d时，除T1外各处理速效磷含量略升高，CK处理显著高于其他处理，为38.61 mg·kg-1。120 d时，除T1外各处理速效磷含量降低，其中T2处理各项指标显著高于其他处理，为24.22 mg·kg-1。总体来说，T1处理相对其他处理更有利于提升土壤速效磷含量。

图2 不同处理不同移栽天数后土壤速效磷含量

2.1.3 速效钾

如图3所示，各处理土壤速效钾含量随烟草生长呈先升高后降低再升高的趋势，在移栽后60 d时速效钾含量最高。移栽后30 d时，T1处理的速效钾含量显著高于其他处理，达到306.32 mg·kg-1。60 d时，各处理速效钾含量相对30 d时均升高，其中T1处理显著高于其他处理，为411.48 mg·kg-1。90 d时，各处理的速效钾含量较60 d时明显降低，其中T3处理显著高于其他处理，为275.09 mg·kg-1。120 d时，T2处理显著高于其他处理，为325.07 mg·kg-1。总体来说，T1处理较其他处理更有利于提高土壤速效钾含量。

图3 不同处理不同移栽天数后土壤速效钾含量

图4 不同处理不同移栽天数后土壤有机质含量

2.1.4 有机质

如图4所示，各处理土壤有机质含量随烟草生长呈先下降后升高再下降的趋势。移栽60 d前，T3处理显著高于其他处理，分别为47.79和41.68 g·kg-1；在移栽90 d时，各处理间有机质含量差异显著，且均达到最高水平，其中CK处理的各项指标均显著高于其他处理，为60.84 g·kg-1。总体来说，T3处理较其他处理更有利于提高土壤有机质含量。

2.2 对植烟土壤可溶性碳氮动态变化的影响

2.2.1 可溶性碳

如图5所示，各处理土壤可溶性碳含量随烟草生长变化不同。移栽后30 d时，T1和T3处理可溶性碳含量显著高于其他处理，其中T3高于其他处理，达到93.02 mg·kg-1。60 d时，各处理间差异显著性增加，T2达到最高的99.31 mg·kg-1。90 d后，T1和T2处理可溶性碳含量显著高于其他处理，其中90 d时，T1处理可溶性碳含量最高，为62.92 mg·kg-1；120 d时，T2处理达到最高，为68.84 mg·kg-1。总体来说，T1和T2处理相对其他处理更有利于提升土壤可溶性碳含量。

图5 不同处理不同移栽天数后土壤可溶性碳含量

2.2.2 可溶性氮

如图6所示，各处理土壤可溶性氮含量随烟草生长变化规律不同，其中T1和T2表现为先升高后降低的趋势，CK和T3表现为先降低后升高的趋势。移栽后30 d时，T1和T3处理的可溶性氮含量显著高于其他处理，其中T3达到58.75 mg·kg-1。60 d时，T1和T2处理显著高于其他处理，其中T2达到67.21 mg·kg-1。90 d时，T1处理显著高于其他处理，为56.97 mg·kg-1。120 d时，CK和T3可溶性氮含量显著高于其他处理，其中CK含量达到最高为52.00 mg·kg-1。总体来说，T1和T2处理更有利于提升烟草生长前期土壤可溶性氮含量。

图6 不同处理不同移栽天数后土壤可溶性氮含量

2.3 对植烟土壤脲酶活性和蔗糖酶活性动态变化的影响

2.3.1 脲酶活性

如图7所示，土壤脲酶活性随烟草生长呈先下降后上升再下降的趋势，各处理基本在移栽后90 d时脲酶活性最高。移栽后30 d时，T3处理的脲酶活性显著高于其他处理，达到2.10 mg·kg-1。60 d时，则以T2处理脲酶活性显著高于其他处理，为1.02 mg·kg-1。90 d时，各处理脲酶活性较60 d时明显升高，其中CK处理的各项指标均显著高于其他处理，达到2.38 mg·kg-1。120 d时，T2处理显著高于其他处理，为0.95 mg·kg-1。总体来说，T2处理相对其他处理更有利于提升土壤脲酶活性。

图7 不同处理不同移栽天数后土壤脲酶活性

2.3.2 蔗糖酶活性

如图8所示，土壤蔗糖酶活性随烟草生长呈先下降后上升的趋势，各处理基本在移栽后120 d时蔗糖酶活性最高。移栽后30 d时，T2处理的蔗糖酶活性显著高于其他处理，达到16.41 mg·kg-1。60 d时，除T3外，各处理蔗糖酶活性均降低，其中以T3处理最高，为18.16 mg·kg-1。90 d时，T1处理蔗糖酶活性显著高于其他处理，为21.80 mg·kg-1。120 d时，除T1略有下降外，各处理蔗糖酶活性基本达到最高，且差异性显著，其中以T2处理蔗糖酶活性显著高于其他处理，为41.00 mg·kg-1。总体来说，T2和T3处理相对其他处理更有利于提升土壤蔗糖酶活性。

图8 不同处理不同移栽天数后土壤蔗糖酶活性

2.4 对烟株根系活力动态变化的影响

如图9所示，烟草根系活力随烟草生长呈先升高后降低的趋势，基本上在移栽60 d时达到最高。移栽30 d时，各处理烟草根系活力最低，其中T3处理显著高于其他处理，为230.72 mg·g-1·h-1。60 d时，各处理根系活力基本达到最高水平，之后随烟草生长逐渐降低，在60～120 d时均以T3处理的各项指标均显著高于其他处理，分别为407.94、379.61和299.23 mg·g-1·h-1。总体来说，T2处理相较于其他处理更有利于提高烟草根系活力。

图9 不同处理不同移栽天数后烟草根系活力

2.5 对烟株农艺性状的影响

2.5.1 株高

表1显示，各处理烟草株的高度随着移栽天数的增加而增高，各时期株高均以T3处理株高最高，总体上T3处理有利于烟草株高的生长。

表1 不同处理不同移栽天数后烟草株高

2.5.2 茎围

表2显示，各处理烟草的茎围随着移栽天数增加而增大。移栽后45 d，以CK茎围达到最高，移栽后60 d后，各时期均以T1处理茎围最高，总体上T1处理有利于烟草茎围生长。

2.5.3 叶片数

表2 不同处理不同移栽天数后烟草茎围

表3显示，各处理烟草叶片数随移栽天数增加。但各处理间差异不大。

表3 不同处理不同移栽天数后烟草叶片数

2.5.4 最大叶面积

表4显示，各处理烟叶最大叶面积随移栽天数增加而增大。除移栽30 d外，移栽后不同时期，均以T3处理有最大叶面积，总体上T3处理有利于提高烟草叶面积生长。

表4 不同处理下不同移栽天数后烟草最大叶面积变化

2.6 对烤后烟常规化学成分的影响

表5显示，T3处理的烤后烟叶的总糖、还原糖含量、钾含量、两糖比和糖碱比化学成分含量最高，分别为26.36%、24.21%、2.22%、0.92和10.75。总氮和烟碱含量及钾氯比则以CK处理最高，达到2.41%，2.69%和14.30。总体T3处理有利于协调烤后烟叶化学组成。

表5 不同处理烤后烟叶化学组成及含量

2.7 对烤后烟中性致香物质的影响

表6～7显示，类胡萝卜素含量呈现T3>T2>CK>T1的顺序，其中T3含量为71.71 μg·g-1。苯丙氨酸类为T2>CK>T3>T1，其中，T2含量为21.16 μg·g-1。类西柏烷基类以T3处理最高，为12.66 μg·g-1。棕色化反应产物以T3处理最高，达到12.67 μg·g-1。新植二烯类、其他类和致香物质总量则以T3含量最高，为1 021.44 μg·g-1、2.94 μg·g-1和1 133.43 μg·g-1。总体来说，T2处理有利于提高烤后烟叶致香物质组成。

表6 不同处理烤烟中性香气成分

表7 不同处理烤烟中性香气成分

2.8 对烤烟经济性状的影响

表8显示，T3处理的各指标均高于其他处理，分别为2 055.04 kg·km-2、25.67元·kg-1、52 753.70元·km-2、51.0%和95.6%。总体来看，T3处理的经济性状优于其他处理。

表8 不同处理烟草的经济性状

3 小结与讨论

T1处理有利于提高土壤速效磷和速效钾含量。T2处理有利于提高土壤碱解氮、可溶性碳氮含量及蔗糖酶和脲酶活性，同时提高了根系活力。微生物构成土壤生态环境，是土壤生态系统的组成部分，其活跃性对作物生长的物质循环、氧化分解和生理生化代谢等过程有重要作用[12]。土壤氮素含量、供应能力与烟叶产质有密切关系[13]。T3处理提高烟草生长前期土壤有机质含量。但是过高的有机质含量也会造成后期吸氮过剩，反而降低烟叶品质[14]。植株方面， T1处理有利于提高烟草植株茎围。T3处理有利于烟草株高生长，增大烟叶叶面积。各处理对叶片影响不大。T3处理有利于协调烤后烟叶化学组成、致香物质组成；且T3处理的经济性状优于其他处理。总体来说，T1(常规施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2，饼肥150 kg·hm-2)和T2处理(增施仿生剂0.5%)有利于土壤养分和酶活性的提升；T3处理(常规施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2、饼肥150 kg·hm-2和仿生剂0.3%)对植株的生长、经济效益效果更佳。高碳基肥是一种以生物炭为主要原料的新型有机肥料，从现阶段的研究成果来看，高碳基肥在改良植烟土壤理化性状、提高养分含量、促进烤烟生长和改善烤烟品质等方面成绩斐然[15-16]。