碳基土壤调理剂对云南热区植烟土壤培肥及烤烟产质量效果研究

2021-05-25宋鹏飞李枝武赵新梅陈拾华陈兴位李志勇

西南农业学报 2021年1期

关键词：烟株基调叶面积

闫辉，宋鹏飞，李枝武，倪明，付斌，王炽，赵新梅，陈拾华，陈兴位*，李志勇

(1.云南省农业科学院农业环境资源研究所，云南昆明 650205；2.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南昆明 650231)

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试作物为烤烟，品种为云烟87。试验用碳基调理剂是课题组自行配制，调理剂I以米糠、油枯为基础配制，调理剂II以米糠、沸石粉为基础配制，调理剂III以米糠、生物炭为基础配制。供试碳基调理剂的基础性质见表1。

表1 试验材料基础性质Table 1 Basic characteristics of test materials

1.2 试验地概况

试验点位于云南省普洱市景谷县凤山乡芒竜村。试验地块为当地典型的梯地(东经100°48′2″，北纬23°41′17″)，海拔950 m，土壤类型为紫色土。地处属亚热带山原季风气候，年平均气温22.1 ℃，年降水量1354 mm，年蒸发量1916.4 mm，年平均雨日数164.1 d，年平均日照时数2065.3 h。试验地土壤理化性状见表2。

表2 试验地土壤理化性状Table 2 Basic characteristics of experimental soil

1.3 试验设计

田间试验设5个处理，每个处理3次重复。处理CK0，空白，不施任何肥料；处理CK1，化肥+商品有机肥；处理T1，化肥+碳基调理剂I；处理T2，化肥+碳基调理剂II；处理T3，化肥+碳基调理剂III。

1.4 施肥和田间管理

烤烟移栽方式为膜上壮苗移栽，移栽规格：株距50 cm，墒距125 cm，墒高30 cm，种植密度：16 500株 hm-2。

施肥量为氮肥(N)94.5 kg·hm-2，磷肥(P2O5)144 kg·hm-2，钾肥(K2O)321 kg·hm-2。其中，基肥为商品有机肥/碳基调理剂1890 kg·hm-2、烟草专用复合肥(12-12-24)315 kg·hm-2、钙镁磷肥(0-12-0)600 kg·hm-2、硝酸钾(13.5-0-46)75 kg·hm-2；追肥为移栽后7、14、21、30 d分别追施硝酸钾75 kg·hm-2。施肥方法：调理剂、有机肥和复合肥采用环施，硝酸钾采用兑水浇施。

试验小区除施肥处理不同，烤烟种植品种、栽培管理、覆膜方式均相同。烟苗移栽时间2018年4月19日，第1次采烤时间2018年7月2日，最后一次采烤时间2018年8月29日。

1.5 样品采集及检测

1.5.1 土壤采集及检测试验前对整个试验地块用五点采样法，采集0～20 cm耕层土壤，四分法混匀后作为基础土壤。烤烟生长阶段，各处理小区用五点采样法，在烟株中间用土钻采集0～20 cm耕层土壤，四分法制成混合土样。

土壤理化指标检测。pH值用玻璃电极法；有机质用重铬酸钾氧化法；全氮用凯氏定氮法；水解性氮用碱解扩散法；有效磷用钼锑抗比色法；速效钾用火焰光度法。

[5]This conduct threatens our national interests,undermines the value of U.S.investments and technology,weakens the global competitiveness of our firms,and harms American workers.（2018.3.23）

1.5.2 植株采集及检测在烤烟各生育期采集不同处理代表性整株烤烟，烘干称重。第1次采烤前按照《中华人民共和国烟草行业标准 YC /B142-1988 烟草农艺性状调查方法》调查相关农艺性状。各处理挑选5株代表性烟株，测量烟株的株高、茎围、叶片数、上、中、下部叶片的叶长和叶宽。计算单叶叶面积和叶面积系数。烤烟经济性状统计，每个小区单采、单烤，分级后称重、计算上等烟比例、中等烟比例、均价、产量、产值。

叶面积=叶长×叶宽×0.6345

叶面积系数=平均单叶叶面积×单株叶数×每公顷株数/100 000

1.6 数据分析

试验数据利用Excel 2017软件进行处理，采用SPSS 18.0数据处理软件进行单因素方差分析，采用Duncan法进行多重比较，5 %显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同处理对植烟土壤pH值的影响

由图1显示，随着作物生长，作物根系生物量和根系分泌物增加，土壤pH值升高。施用调理剂处理的土壤pH的增加幅度明显高于未施用调理剂，说明添加碳源材料具有提升土壤pH的能力，邓小华和李集群等的研究有相同结果，土壤调理剂施用可提高植烟土壤 pH 至适宜水平[13-14]。处理CK0和处理CK1的土壤pH变幅波动较小。碳基调理剂施用后土壤pH值升高幅度较大，旺长期土壤pH值增加明显。处理T1土壤pH值在旺长期最高，后随时间而下降。处理T2土壤pH值呈U型变化，旺长期和终烤期土壤pH值较高，打顶期土壤pH值降低。处理T3土壤pH值变化平稳。

图1 不同处理对植烟土壤酸碱性的影响Fig.1 Changes of pH value in tobacco planting tillage soils with different treatments

2.2 不同处理对植烟土壤有机质的影响

由图2表明，化肥的施入为土壤提供大量速效养分，促进微生物分解土壤有机质，造成烤烟打顶前期土壤有机质含量持续大幅度下降。随着烤烟根系生物量的增加，打顶后土壤中有机质得到了一定回升。与处理CK0和处理CK1相比，施用碳基调理剂能有效的维持土壤中有机质的含量。烤烟旺长期至打顶期内处理T1、T2和T3的土壤有机质含量分别比CK1处理提高70.08 %～145.70 %、50.30 %～73.07 %和10.05 %～54.93 %。旺长期和打顶期都是烤烟生长的关键期，土壤有机质含量的保持能提高土壤养分调控能力，满足烤烟生长需求。

图2 不同处理对植烟土壤有机质的影响Fig.2 Changes of organic matter in tobacco planting tillage soils with different treatments

2.3 不同处理对植烟土壤氮素的影响

图3表明，施用碳基调理剂能够增加植烟土壤水解性氮含量，土壤水解性氮含量变化幅度：处理T1>处理T2>处理T3。处理T1在整个烤烟生长期都能保持较高土壤水解性氮含量。处理T2和处理T3在烤烟旺长期的土壤水解性氮含量高，但打顶期之后土壤水解性氮含量下降。说明处理T1的供肥能力较好、持续时间长。处理T2和处理T3的供氮能力适中，虽然在烟株旺长期能提供充足的氮素满足作物的生长需求，但是在打顶期烟叶内在化学成分的合成转化阶段，氮素供应能力相对不足。

图3 碳基调理剂对植烟土壤水解性氮的影响Fig.3 Changes of hydrolytic nitrogen in tobacco planting tillage soils with different treatments

2.4 不同处理对植烟土壤磷钾的影响

图4表明，处理T1、处理T2和处理T3土壤的有效磷显著高于处理CK0和处理CK1，说明碳基调理剂对土壤磷具有活化作用。几种调理剂比较，处理T2对土壤磷的活化作用优于其它两种。土壤母质和钾肥施入量是土壤中速效钾主要影响因素，处理T1、处理T2和处理T3对土壤速效钾的影响非常小。在相同磷钾施用量条件下，旺长期土壤有效磷含量：处理T2>处理T1>处理T3>处理CK1，土壤速效钾含量：处理CK1≈处理T1≈处理T2>处理T3。

图4 不同处理对植烟土壤有效磷和速效钾的影响Fig.4 Changes of available phosphorus and potassium in tobacco planting tillage soils with different treatments

2.5 不同处理对烤烟生物量的影响

图5表明，土壤调理剂对烤烟生物量的影响主要表现在旺长期之后，苗期影响较小。旺长期处理T3的生物量大于其它处理，处理T1和处理T2与处理CK1的生物量基本相同。打顶期生物累积量大小：处理T1>处理CK1>处理T2>处理T3。

图5 不同处理对烤烟生物累积量的影响Fig.5 Changes of biological yield with different treatments

图6表明，烟株吸氮量：处理T1>处理CK1≈处理T2>处理T3>处理CK0。处理CK0的作物吸氮量反映了土壤的基础供氮能力。热区低肥力土壤供氮能力差，作物生长主要依靠外源肥料投入，外源氮素水平及其迁移变化是主要的养分限制条件[15]。处理T1和处理T2的氮肥利用率高于处理CK1。各处理中烤烟根系吸氮量占比11.86 %～19.68 %，茎干吸氮量占比20.52 %～28.47 %，叶片吸氮量占比55.13 %～64.63 %。施用碳基调理剂的烤烟叶片吸氮量占比58.23 %～64.63 %，比处理CK1高55.13 %。处理T1前期供肥能力与化肥相当，后期持续供肥能力强于化肥；处理T3前期供肥能力强，后期供肥能力减弱；处理T2的供肥能力略低于化肥处理。施用碳基调理剂能有效提高烤烟叶片对氮的吸收利用。

图6 不同处理对烟株吸氮量的影响Fig.6 Changes of nitrogen uptake by tobacco plant with different treatmentss

2.6 不同处理对烟株农艺性状及产质量的影响

第1次采烤前调查烤烟的农艺性状，见表3，处理CK0成熟期烟株株高最小，处理T1、处理T2、处理T3与处理CK1的株高差异不显著。处理CK1的茎围大于处理CK0，处理T1、处理T2、处理T3间烟株茎围差异不显著。各处理间叶片数在24.2～25.8。各处理上部叶叶面积：处理CK0<处理T3<处理T1<处理T2<处理CK1，中部叶叶面积：处理CK0<处理T2<处理T3<处理CK1<处理T1，下部叶叶面积：处理CK0<处理T3<处理T2<处理T1<处理CK1。处理CK1的上部叶和下部叶面积大于碳基调理剂各处理，处理T1的中部叶长势与处理CK1的差异不显著，其余处理T2和处理T3的中部叶长势低于处理CK1。各处理平均单叶叶面积、叶面积系数变化为处理CK0<处理T3<处理T2<处理T1<处理CK1。从平均单叶面积和叶面积系数两个农艺性状指标看，处理T1的烟叶面积与处理CK1的差异较小，处理T2和处理T3的烟叶面积差异较小，处理CK0的平均单叶面积和叶面积系数最小。

表3 不同处理烤烟农艺性状比较Table 3 Comparison of agronomic characters of tobacco plants with different treatments

由表4可知，不同处理对初烤烟叶产量、等级的影响较大。处理CK0的烟叶产量和上等烟比例最低，分别为1294.95 kg·hm-2和11.84 %。处理T1的烟叶产量和中上等烟比例最高，相比处理CK1分别提高6.24 %和0.46 %。各处理的中等烟比例接近，在40.07 %～44.82 %。

表4 不同处理初烤烟叶产质量的影响Table 4 Comparison of yield and quality of tobacco with different treatments

3 讨论

热区土壤水热条件充足，土壤微生物活性高，微生物新陈代谢旺盛，土壤有机质分解快。本试验地植烟紫色土具有有机质含量缺乏、氮素肥力不高的特点，施用碳基调理剂能够提高该地土壤有机质和水解氮含量，提升土壤供氮潜力，使土壤供应氮连续而平稳，这与Murray、郭亚利等的研究结果相符[16-17]。本研究中处理T1在整个烤烟生长期都能保持较高的有机质和水解性氮含量，最有利于烟株的生长发育。

在相同施氮量条件下，配施低碳氮比的碳基调理剂T1处理(C/N=13.5)相比CK1处理氮肥利用率提高35.57 %，且生物量也较高。碳基调理剂具有较高的碳含量，能够增加微生物活性，加速土壤速效养分释放[18-19]，碳基材料在矿化过程中，能产生羧基一类的配位体，与土壤粘粒表面或氢氧聚合物表面的多价金属离子相结合，形成团聚体[20]，对铵离子的固持增加，促进离子的横向运输移动，减少氮素的深层渗透淋失[21]，使植物更有效率地汲取氮素[22]。这与周杰文[23]等研究的碳基土壤调理剂对酸化土壤的调理效果不同，是因为本研究土壤为碱性且有机质缺乏、氮素含量低，低碳氮比更有利于低肥力土壤的矿化作用。

本研究中烟株的吸氮量：处理T1>单施化肥处理(CK1)≈处理T2，施用碳基调理剂处理T1和处理T2的烟株根系占比分别比处理CK1降低8.48 %和1.31 %，叶片产量分别比处理CK1提高1.45 %和0.79 %，可以看出土壤中添加适量碳源(0.2 %～1.0 %)能够协调烟叶叶片与根系的比例[24]，增加经济产量[25-26]，这与卢晓延和谢志东研究结果一致[27-28]。