豆浆溶钾灌根对土壤养分及烟叶产质量的影响

李亚飞,张 翔,常 栋,李 亮,程培军,司贤宗,索炎炎,邱岭军,毛家伟

(1.河南省农业科学院，河南 郑州 450002； 2.河南农业大学，河南 郑州 450002；3.河南省烟草公司平顶山市公司，河南 平顶山 467002)

豆浆灌根是豫西旱作烟区的一种土壤保育和追肥技术，在烟叶生产上应用普遍。在烟草团棵期进行豆浆灌根对烤后烟叶产量和品质具有明显促进作用。有研究指出，发酵的豆浆富含氮、磷、钾、氨基酸和低聚糖等营养物质，能够为烟草生长发育和土壤微生物活动提供丰富的营养物质[1,2]。豆浆灌根后，烟田土壤脲酶和过氧化氢酶活性升高，烟株农艺性状良好，抗逆性增强，烟叶调制后物理特性、化学成分、外观质量和评吸质量得到较大改善，中性致香物质含量增加[3-7]。戴华鑫等[7]研究指出，豆浆灌根后，烟田土壤蛋白质、活性有机碳、碱解氮、有效磷和速效钾含量显著升高且能够持续保持在较高水平，土壤有益菌群数量增加，病害菌群数量下降，微生态环境得到改善，烟株根系和叶片发育状况良好。

钾是烟草吸收最多的一种营养元素，是多种酶的活化剂，对提高烟叶代谢活动和改善调制后烟叶颜色、身份、燃烧性和吸湿性有重大作用[8]。河南烤烟普遍存在烟叶钾含量偏低的问题，提高烟叶钾一直都是众多研究者关注的重点[9]。烟草缺钾时，叶尖和叶缘出现黄绿色、棕褐色斑块,甚至出现组织坏死，叶缘出现不规则锯齿状，叶面有穿孔现象，对叶片发育和品质形成十分不利[8]。硝酸钾是烟草生产中常用的速效肥料，能够为烟叶生长发育提供丰富的氮源和钾源[10]。黄腐酸钾具有分子质量小、易吸收、官能团多、生理活性强和易溶于水等特点，对促进根系发育和增强新陈代谢具有良好作用[11]。目前，在烟叶生产中，关于豆浆灌根的研究多集中在其应用效果和影响机制上，而将豆浆灌根配合钾肥施用的报道相对较少。鉴于此，采用黄豆豆浆发酵后溶解不同钾源肥料分别在移栽时和团棵期进行灌根，研究其对土壤养分、土壤微生物、烟株田间长势、烟叶氮素和钾素积累以及调制后烟叶化学成分和产质量的影响，旨在为豆浆灌根技术优化和烟叶产质量提高提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2019年在河南省卢氏县杜关镇宋家村烟田和洛宁县小界乡王村烟田(以下分别简称卢氏和洛宁)进行，2个试验点肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。其中，卢氏试验点土壤基础理化性状为pH值7.77，有机质18.6 g/kg、全氮1.2 g/kg、速效氮56.7 mg/kg、速效磷20.9 mg/kg、速效钾198.0 mg/kg，供试烤烟品种为云烟99；洛宁试验点土壤基础理化性状为pH值7.80，有机质11.5 g/kg、全氮0.9 g/kg、速效氮72.1 mg/kg、速效磷21.7 mg/kg、速效钾187.0 mg/kg，供试烤烟品种为中烟203。

供试肥料种类有烟草专用复合肥料(N 10%、P2O512%、K2O 18%)、饼肥(N 5.1%)、硫酸钾(K2O 50%)、过磷酸钙(P2O512%)、硝酸钾(N 13.5%、K2O 46%)、黄腐酸钾(K2O 12.5%)。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共设置5个处理，其中，T1为对照(常规施肥)；T2为豆浆发酵后与硝酸钾混合，移栽时灌根；T3为豆浆发酵后与硝酸钾混合，团棵期灌根；T4为豆浆发酵后与黄腐酸钾混合，移栽时灌根；T5为豆浆发酵后与黄腐酸钾混合，团棵期灌根。试验小区面积72 m2，3次重复。烤烟种植密度为16 500株/hm2。卢氏试验点5月10日进行烤烟移栽，10月18日采烤结束；洛宁试验点5月10日进行烤烟移栽，10月20日采烤结束。

试验田N用量 52.5 kg/hm2，N、P2O5、K2O比例1∶1.5∶3.5。全部磷肥、饼肥、58%氮肥在整地时一次性条施，12%氮肥移栽时施入，剩余氮肥和50%钾肥于团棵期追施。豆浆采用黄豆打浆，密封放置7 d，自然充分发酵而成；豆浆与钾肥(硝酸钾或黄腐酸钾)混匀后灌根，2种钾源的钾用量保持一致。豆浆溶钾液，移栽时灌根是作定根水浇施，团棵时灌根是作为追肥浇施；灌根方法为在距离烟株15 cm处打深15 cm的圆孔灌入、封土。田间生产管理措施按当地最佳水平进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烤烟农艺性状 在成熟期(移栽后75 d)，选择各小区有代表性的烟株，按照烟草行业标准YC/T 142—2010测定株高、茎围、有效叶片数、最大叶长及叶宽等农艺性状。叶面积=叶片长×叶片宽×叶面积系数，叶面积系数按通常用的0.634 5计算。

1.3.2 干物质积累 在移栽后75 d，选取各处理代表性植株，并分为根、茎、叶三部分，用蒸馏水将烟株清洁后，在烘箱105 ℃中杀青，60 ℃烘干至恒质量，称质量，然后粉碎，过0.25 mm孔径筛子后，自封袋保存。

1.3.3 土壤养分 采烤结束，各处理取耕层(0～20 cm)土样，用于分析土壤主要养分含量。土壤全氮含量采用半微量凯氏定氮法[12]测定，铵态氮含量采用茚三酮比色法[13]测定，硝态氮含量采用浓H2SO4-水杨酸法[14]测定，速效钾含量采用醋酸铵浸提—火焰光度法[15]测定。土壤溶解性有机碳含量采用德国Elementar公司生产的有机碳分析仪(VarioMACRO TOC)测定[16]。土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮含量采用氯仿熏蒸提取方法[17]测定。土壤细菌、真菌、放线菌数量采用平板培养计数法测定[18]。

1.3.4 调制后烟叶化学成分 参照烟草行业标准YC/T 159—2002测定总糖和还原糖含量，分别参照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 162—2002、YC/T 173—2003测定烟碱、总氮、氯、钾含量。

1.3.5 烟株各器官氮素和钾素含量 根据烟草行业标准YC/T 161—2002、YC/T 173—2003测定1.3.2中根、茎、叶样品的氮素和钾素含量，计算烤烟整株氮素积累量和钾素积累量。

1.3.6 烟叶经济性状 按照烤烟国标GB 2635—1992对烤后烟叶进行分级和计产，并计算各处理上等烟比例。结合2019年当地烟叶收购单价，统计和计算烟叶产值和均价。

1.4 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析，并进行Duncan’s新复极差法多重比较，采用OriginPro 9.0软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分的影响

由表1可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，土壤溶解性有机碳、全氮、铵态氮和速效钾含量均较对照(T1处理)有所升高，且部分处理间差异达到显著水平。在卢氏试验点，T2—T5处理土壤溶解性有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和速效钾含量分别较对照提高6.19%～30.31%、13.59%～29.13%、54.39%～456.14%、11.50%～50.46%和3.76%～17.60%，以T2和T3处理表现较高，说明豆浆搭配硝酸钾灌根能够提高土壤养分含量，尤其是在团棵期(T3处理)进行效果最佳，土壤溶解性有机碳、硝态氮、铵态氮、速效钾含量分别较对照提高30.31%、370.18%、21.34%、17.60%。在洛宁试验点，T2～T5处理土壤溶解性有机碳、全氮、铵态氮和速效钾含量分别较对照提高24.02%～36.59%、1.96%～13.73%、11.85%～65.40%和3.79%～10.92%。豆浆搭配不同钾源在团棵期灌根(T3、T5处理)后，土壤溶解性有机碳、铵态氮和速效钾含量有升高趋势，T3处理土壤溶解性有机碳、铵态氮和速效钾含量分别较对照升高25.45%、40.76%、10.92%，效果明显好于T5处理，但两处理指标间差异多未达到显著水平。由此说明，豆浆搭配硝酸钾在烤烟团棵期进行灌根(T3处理)对土壤养分含量增加有明显促进作用。

表1 不同处理对土壤养分含量的影响

2.2 不同处理对土壤微生物的影响

由表2和图1可知，与对照相比，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，土壤放线菌数量增加，真菌数量减少，部分处理间差异达到显著水平。在卢氏试验点，T2—T5处理土壤细菌和放线菌数量分别较对照增加12.12%～47.42%和4.98%～18.89%，真菌数量下降2.22%～53.33%，土壤微生物生物量碳和生物量氮分别较对照增加10.47%～26.91%和8.55%～28.07%，以T3处理表现最佳，土壤细菌数量、放线菌数量、微生物生物量碳含量和微生物生物量氮含量分别较对照增加47.42%、18.89%、26.91%和28.07%，说明豆浆搭配硝酸钾于烤烟团棵期灌根对土壤微生物数量增加有明显的促进作用。在洛宁试验点，与对照相比，在烤烟移栽期进行豆浆溶钾灌根(T2和T4处理)，土壤细菌和放线菌数量均增加，而在烤烟团棵期进行豆浆溶钾灌根(T3和T5处理)后，土壤细菌和真菌数量均减少，不同处理土壤微生物生物量碳和生物量氮含量均以T3处理最高，分别较对照增加139.27%和25.88%。

表2 不同处理对土壤微生物数量的影响

不同小写字母表示同一地点不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

2.3 不同处理对烟株农艺性状的影响

由表3可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，烟株株高、茎围、有效叶片数和叶面积均增加，部分处理间差异达到显著水平，2个试验点均以T3处理效果最佳，说明在烤烟团棵期进行豆浆搭配硝酸钾灌根，对烟株农艺性状有明显促进作用。在卢氏试验点，与对照相比，T2—T5处理烟株株高、茎围、有效叶片数和叶面积分别增加9.00%～16.27%、6.60%～18.02%、5.56%～11.11%和4.14%～26.71%；而在洛宁试验点，T2—T5处理烟株株高、茎围、有效叶片数和叶面积分别较对照增加2.55%～8.64%、2.91%～14.66%、0.00%～4.35%和7.83%～20.67%。

表3 不同处理对烟株农艺性状的影响

2.4 不同处理对烟株物质积累的影响

2.4.1 烟株氮素和钾素积累量 由图2和图3可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，2个试验点烟株氮素和钾素积累量均较对照(T1处理)显著增加；不同处理间烟株氮素和钾素积累量均以T3处理最高，T5处理次之，T1处理最低，说明在团棵期进行豆浆溶钾灌根有利于提高烟株氮素和钾素积累，尤其是豆浆搭配硝酸钾(T3处理)表现最佳。在卢氏试验点，T2—T5处理烟株根、茎、叶和整株的氮素积累量分别较对照增加9.33%～87.56%、44.78%～68.28%、28.48%～94.42%和43.55%～87.94%，钾素积累量分别增加28.76%～70.92%、56.28%～100.00%、17.75%～60.75%和31.65%～68.30%，其中，T3处理烟株根、茎、叶和整株的氮素积累量分别较对照增加87.56%、68.28%、94.42%和87.94%，钾素积累量分别增加70.92%、81.97%、60.75%和68.30%。在洛宁试验点，T2—T5处理烟株根、茎、叶和整株的氮素积累量分别较对照增加17.51%～81.92%、60.19%～121.58%、23.39%～95.49%和30.02%～98.83%，钾素积累量分别增加40.96%～87.15%、75.39%～106.26%、28.60%～75.97%和44.10%～84.49%，其中T3处理烟株根、茎、叶和整株的氮素积累量分别较对照增加81.92%、121.58%、95.49%和98.83%，钾素积累量分别增加87.15%、98.66%、75.97%和84.49%。

图2 不同处理对烟株氮素积累量的影响

图3 不同处理对烟株钾素积累量的影响

2.4.2 烟株干物积累 由图4可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，烟株不同器官(根、茎、叶)干物质积累均较对照明显增加，部分处理间差异达到显著水平；2个试验点均以T3和T5处理表现较好，二者差异不显著，说明在团棵期进行豆浆溶钾灌根对烟株干物质积累有明显促进作用，且豆浆搭配硝酸钾(T3处理)与豆浆搭配黄腐酸钾(T5处理)差异未达到显著水平。在卢氏试验点，T2—T5处理烟株根、茎、叶和整株干物质积累量分别较对照增加17.51%～50.21%、10.74%～32.37%、9.32%～34.86%和11.67%～37.72%，其中，T3处理分别增加50.21%、32.37%、34.86%和37.72%，T5处理分别升高37.37%、20.73%、29.13%和28.55%；在洛宁试验点，T2—T5处理烟株根、茎、叶和整株干物质积累量分别较对照增加27.78%～60.14%、20.43%～41.11%、18.87%～43.78%和21.43%～46.83%，其中T3处理分别增加60.14%、41.11%、43.78%和46.83%，T5处理分别升高50.66%、32.40%、41.63%和40.98%。

图4 不同处理对烟株干物质积累的影响

2.5 不同处理对烤后烟叶化学成分的影响

由表4可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，烟叶烟碱、总氮、还原糖和钾含量有升高趋势，总糖含量有下降趋势，均在优质烟叶要求的范围之内，烟叶化学成分协调性强。在卢氏试验点，T2—T5处理烟叶烟碱、总氮、还原糖和钾含量分别较对照升高14.79%～19.45%、0.56%～14.53%、7.08%～17.65%和16.45%～33.55%；其中，T3处理分别升高14.79%、10.06%、7.08%和33.55%。在洛宁试验点，T2—T5处理烟叶烟碱、总氮和钾含量较对照分别升高2.65%～15.18%、2.32%～18.78%和17.62%～36.43%；其中，T3处理分别升高15.18%、10.76%和36.43%。

表4 不同处理对烟叶化学成分的影响

2.6 不同处理对烟叶经济性状的影响

由表5可知，豆浆溶钾灌根(T2—T5处理)后，烟叶产量、产值、均价和上等烟比例均较对照增加，部分处理差异达到显著水平，2个试验点均以T3处理表现最佳，说明在团棵期进行豆浆搭配硝酸钾灌根，对提高烟叶经济性状有明显促进作用。在卢氏试验点，T2—T5处理烟叶产量、产值、均价和上等烟比例分别较对照增加4.07%～15.99%、5.79%～20.78%、1.65%～4.13%和2.82%～14.11%，其中T3处理分别提高15.99%、20.78%、4.13%和14.11%；在洛宁试验点，T2—T5处理烟叶产量、产值、均价和上等烟比例分别较对照增加12.79%～24.07%、16. 43%～37.22%、3.23%～10.60%和14.75%～38.98%，其中T3处理分别提高24.07%、37.22%、10.60%和28.77%。

表5 不同处理对烟叶经济性状的影响

2.7 烟叶化学成分与土壤养分含量和土壤微生物数量的相关性分析

由表6可知，烟叶化学成分、干物质积累与烟田土壤养分含量和微生物数量密切相关。烟叶氮素和钾素含量及积累量、叶片干物质积累量与土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、溶解性有机碳、全氮、铵态氮含量及细菌数量呈正相关，与土壤硝态氮含量呈负相关，部分指标间相关系数达到显著或极显著水平，烟叶烟碱、总氮和还原糖含量与溶解性有机碳、全氮、铵态氮含量及细菌数量呈正相关，相关系数均达到显著水平，说明烟叶碳氮化合物和钾素物质积累与土壤养分、微生物数量密切相关。

表6 烟叶化学成分和干物质积累与土壤养分含量及土壤微生物数量间的相关性分析

续表6 烟叶化学成分和干物质积累与土壤养分含量及土壤微生物数量间的相关性分析

3 结论与讨论

有机肥对烟田土壤养分和微生物活动均有重要影响[19]。在豫西山地烟区，植烟土壤相对贫瘠，土层较薄，烟农有进行豆浆灌根的习惯，但关于烤烟豆浆灌根的深入研究相对较少。前期研究发现，豆浆灌根初期，参与养分循环、分泌生长调节剂和抑制病害的有益菌种丰度增加，根际土壤微环境得到改善，对烟株根系和叶片发育均有明显促进作用；豆浆灌根35 d后，土壤速效氮和速效钾含量达到高峰，土壤活性有机碳和土壤蛋白质含量有升高趋势，且后者能够在较长时段内保持在较高水平，对提高上部叶开片和可用性十分有利，这可能是豫西山地烟区在团棵期进行豆浆灌根的重要原因[3]。本试验中，在团棵期进行豆浆溶钾灌根后，烟田土壤养分升高，烟株田间长势良好，调制后烟叶化学成分协调性强，经济效益增加。微生物生物量碳和生物量氮含量是衡量微生物活性的指示性参数，是土壤有效养分的重要来源[20]。有研究指出，土壤微生物生物量碳和生物量氮含量降低，微生物活性和土壤肥力下降[21-23]。硝酸钾肥料易溶于水，NO3-有利于烟叶对K+的吸收，对植株根系发育有促进作用[15,24]。本试验中，豆浆溶钾灌根后，土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和速效钾含量明显升高，说明豆浆溶钾灌根对提高微生物活性和土壤速效钾含量有积极作用。

豆浆灌根对烟叶化学成分协调性和品质提升有良好作用。豆浆富含多种有机营养物质，对烟株进行灌根后，烟株根系形态发育良好，叶片大小和根干质量提高，为优质烟叶形成提供了物质基础[3]。韦凤杰等[25]研究指出，在豫西烟区进行豆浆灌根后，不同部位烟叶中性致香物质含量均有增加趋势，尤其是棕色化产物类、类西柏烷类和胡萝卜素类物质。本试验中，在团棵期进行豆浆溶钾灌根后，烟叶总氮、烟碱、还原糖和钾含量升高，化学成分协调性强，烟叶产量、产值和上等烟比例增加，与程兰等[26]的研究结果较为相似。由相关性分析结果可知，烟叶氮素、钾素含量及积累量，调制后烟叶化学成分与烟田土壤有机碳、全氮、铵态氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮含量和细菌数量密切相关，这说明豆浆灌根后，可能通过改变土壤养分和微生物数量及活性，进而影响烟叶的品质形成，有待于进一步研究确定。

豆浆溶钾灌根后，烟田土壤有机碳、铵态氮和速效钾含量升高，烟株株高、茎围、叶片数和叶面积有所增加，农艺性状表现良好，烟株氮素和钾素含量及积累量和根、茎、叶干物质积累量明显增加，烤后烟叶烟碱、总氮、还原糖和钾含量升高，烟叶产量、产值和上等烟比例提高。综合而言，以T3处理表现最佳。因此，在烤烟团棵期采用豆浆搭配硝酸钾进行灌根，是提高烟叶产质量的有效栽培措施。