不同质地土壤化肥减施对烤烟产质量及肥料利用的影响

张晓伟，余小芬，张连巧，邱学礼，解 燕，刘加红，王瑞宝，吴巨宇，刘 瑞，蔡永占，陈建军，杨树明

(1.云南省烟草质量监督检测站，昆明 650106；2.云南省农业科学院农业环境资源研究所，昆明 650205；3.云南省烟草公司昆明市公司，昆明 650051；4.云南省烟草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655002；5.江苏中烟工业有限责任公司，南京 210011)

【研究意义】曲靖是西南高原生态区清甜香型烤烟风格的核心基地[1]，所产烟叶原料被诸多高端品牌卷烟利用。近年来，一些烟农为追求烟地周年的高产出率，采取重施化肥、高复种指数模式，对部分烟区产生一系列不良影响，如土壤养分非均匀富集、农业面源污染加剧、烤烟肥料利用率和烟叶品质下降等问题[2]，在一定程度上限制曲靖烟草产业的绿色、优质、高效发展。因此，探究化肥减施增效途径对推动烟叶质量变革、效率变革具有重要意义。【前人研究进展】土壤质地是反映土壤潜在生产力的重要指标，不同质地土壤在其有效养分、机械阻力、颗粒组成、总孔隙度和微生物种群等特征上差异极大。通常来说，砂土具有较高的扩散率，土壤中水分运动和有机质周转较快，阳离子交换能力低，而黏土中黏粒稳定有机质的能力较强，有机质周转慢，阳离子交换量高[3]。不同土壤质地对土壤水分、养分吸附、固定、淋失率存在潜在的空间异质性[4]，这些因素通过影响水、肥、气、热在土壤中的迁移和含量，进而影响烤烟根系发育和地上部生长，以及烤烟养分吸收及烟叶产量、品质形成[5-6]，根据土壤质地合理施肥已成为实现烤烟提质、增效的有效措施。在氮素方面，烤烟大田期吸收总氮来源于当季肥料氮9.1%～40.2%，土壤氮59.8%～90.9%，砂土上过高的施氮量降低烟叶香型风格，增加中上部烟叶总糖和还原糖含量[7]，烤烟滴灌减氮30%处理有相对较多的氮素分布于根部[8]。粘土上合理的施氮量及基追比可促进烟株生长发育及氮磷钾吸收，提高烟叶品质[9]。在低磷或中磷砂土上，施磷可促进糖类物质、烟碱合成，增加烟叶香气物质总量，提高烟株对土壤钾、磷的吸收，降低烟叶总糖、还原糖含量[10]。壤土上施用适量磷素能促进烟叶磷、钾、钙、镁吸收，适时落黄，初烤烟叶颜色鲜亮，化学成分协调，香气足[11]，适宜或较高施钾量促进烤烟光合作用，改善烟叶内在品质，提高香气和吃味、燃烧性和阴燃持火力[12]。近年来，云南烟草行业开始尝试推广减肥增效技术，在烤烟提质增效上已初现效果。有研究表明减施氮磷钾肥10%和降低追氮比例可显著提高烟叶产值、烟叶品质及肥料利用率[13]，有机肥替代 25%～30%化肥改土促烟效果较好[14]，其中菜籽油枯代替30%化肥可提高烟叶品质及肥料利用率[15]。【本研究切入点】目前，研究不同土壤肥力及栽培环境下氮、磷、钾施肥技术对烤烟产质量和肥料利用率的报道较多[7-15]，但针对不同土壤质地，化肥减量、有机肥替代化肥对烟叶质量调控的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究在曲靖烟区最典型的3种质地土壤上，研究不同化肥减施技术对烤烟产质量及肥料利用率的影响，以期为云南有机肥优化利用及烟田化肥减施增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在沾益大坡耕德(砂土，103°39′E，25°35′N，海拔1927 m，冬闲)、富源中安寨子口(黏土，103°27′E，25°14′N，海拔1875 m，冬闲)、罗平罗雄圭山(重壤土，103°57′E，24°46′N，海拔1480 m，前茬为油菜)中高肥力土壤上进行。烤烟移栽前耕层土壤颗粒组成及肥力状况见表1。

表1 供试土壤颗粒组成及养分状况

1.2 试验材料

1.3 试验设计

采用随机区组设计，设置6个处理(表2)，T1(CK)：烟农常规施肥；T2：常规施肥扣减氮磷钾10%；T3：常规施肥扣减氮磷钾20%；T4：有机肥替代10%化肥；T5：有机肥替代20%化肥；T6：不施任何肥料。重复3次，小区面积45 m2，每个小区栽烟60株，四周设置保护行。采用漂浮育苗，沾益大坡、富源中安和罗平罗雄分别于2019年4月16日、26日和27日移栽，株行距0.6 m×1.2 m，覆盖地膜。烤烟整个大田生长期各处理施肥量见表2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶3。其中有机肥、烟草专用复合肥、过磷酸钙和硫酸钾作基肥一次性中层环施入塘，硝酸钾在烤烟移栽后长出第8片新叶时兑水浇施，其他管理措施按当地优质烤烟规范化生产进行。

表2 不同质地土壤各试验处理肥料总纯用量

1.4 测定项目与方法

1.4.1 烟株农艺性状测定 于烤烟成熟采烤前，每个小区选择健康有代表性的烟株8株，按YC/T142—2010标准[16]测定烟株株高、茎围、有效叶片数、叶片长和宽，计算叶面积、叶面积系数。

1.4.2 烤烟经济性状测定 烟叶成熟时，各小区单独挂牌采收、烘烤，初烤烟叶按GB2635—92[17]分级，统计等级结构、产量，按曲靖市2019年烟叶收购单价，计算产值、产指和级指，其中产指为单位产值(667 m2)与C1F(中橘一)单价的比值，级指=均价/C1F单价×100。

1.4.3 烟叶化学成分及可用性指数 以小区为单元，选取有代表性的烟叶B2F(上橘二)、C3F(中橘三)样品。采用连续流动分析仪(AA3型，德国)测定总糖和还原糖(YC/T159—2002)[18]、总氮(YC/T161—2002)[19]、烟碱(YC/T468—2013)[20]、钾(YC/T217—2007)[21]和水溶性氯含量(YC/T162—2011)[22]。按余小芬等[15]方法计算烟叶化学成分可用性指数(Chemical components usability index, CCUI)。

1.4.4 烟株氮、磷和钾测定 在成熟期，每小区固定6株烟，分3次采收上、中、下部烟叶。最后1次采叶连同茎、根采集，用清水将烟株冲洗干净。将各器官置于105 ℃杀青30 min，80 ℃下烘干，测定干物质量，粉碎后混合均匀制成待测样品，按NY/T 2017—2011[23]标准，采用H2SO4-H2O2消煮，用全自动定氮仪(K9840型，中国)测定全氮，分光光度法测定全磷，火焰光度法测定全钾。按余小芬等[13]方法计算肥料利用率。

肥料表观利用率(%)=(施肥区烤烟养分吸收量-空白区烤烟养分吸收量)/肥料施用量×100

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0 软件进行统计分析，差异显著性检验采用最小显著差异(LSD)方法。

2 结果与分析

2.1 不同质地土壤化肥减施对烤烟农艺性状的影响

由表3可知，T6(不施肥)烟株长势较差，其农艺性状指标显著低于其他处理。在砂壤土上，T2、T3的烟株株高、茎围、叶片数、叶面积、叶面积系数与处理T1(CK)无显著差异，但各指标显著高于处理T4、T5。在黏土上，与T1(CK)相比，T2、T3、T4、T5在各农艺性状指标差异均不显著。对重壤土而言，T2、T3、T5处理在株高、茎围、叶片数与T1(CK)无显著差异，但其显著高于T4，而T2、T3的烤烟叶面积及叶面积系数与T1(CK)差异不显著，但较T4、T5显著增加。上述结果表明，不同质地土壤的化肥直减和有机肥最适替代化肥比例不同。以当前烟农施肥为基准，砂壤土下直减化肥氮磷钾或有机肥替代化肥比例潜力为10%；黏壤上化肥氮磷钾直减或有机肥替代化肥比例潜力为10%～20%；重壤土上化肥氮磷钾直减潜力10%，有机肥替代化肥比例潜力为10%～20%。

表3 不同质地土壤化肥减施对烤烟农艺性状的影响

2.2 不同质地土壤化肥减施对烤烟经济性状的影响

由表4可知，T6烟叶各项经济性状均显著低于其他处理。从烟叶等级结构看，砂壤上T2、T3上等烟比例较T1(CK)分别显著增加3.43%和8.77%，黏土上T2、T3、T5上等烟比例较T1(CK)显著提高7.58%～13.42%，重壤土上T3、T5上等烟比例较T1(CK)分别显著增加11.66%和4.33%。在砂壤上，T2、T3、T5较T1(CK)显著增产(3.79%～8.17%)，T4产量较T1(CK)显著下降7.10%；T2、T3产值较T1(CK)分别显著增加10.38%和12.93%，而T4、T5产值分别较T1(CK)显著降低(7.35%和1.87%)，产指变化规律与产值相似；T3、T5级值较T1(CK)分别显著增加7.17%和6.34%。在黏土上，T2、T3较T1(CK)分别显著增产(5.19%和2.01%)，T4、T5产量较T1(CK)分别显著下降8.22%、4.55%；T2、T3、T5产值较T1(CK)显著增加(6.12%～12.93%)，T4产值较T1(CK)显著降低4.70%，产指变化趋势与产值相似；T2、T3、T4、T5级值较T1(CK)显著增加(0.90%～15.65%)。在重壤土上，T2、T3、T4、T5较T1(CK)显著增产(2.28%～15.64%)；T3、T5产值较T1(CK)分别显著增加(8.02%和5.43%)，产指变化趋势与产值相似；T2、T3、T4、T5级值较T1(CK)显著降低(6.00%～11.58%)。从上述分析可知，与T1(CK)相比，砂壤土上直接减少氮磷钾10%和农家肥替代化肥10%的烟叶产量、产值最佳，黏土上以直接减少氮磷钾10%和农家肥替代化肥10%、20%处理烟叶产值最佳，重壤土上农家肥替代化肥10%或20%作用效果明显。

表4 不同质地土壤化肥减施对烤烟经济性状的影响

2.3 不同质地土壤化肥减施对烟叶化学成分的影响

由表5～6可知，处理T6的烟叶化学成分协调性最差。

表5 不同质地土壤化肥减施对上部烟叶化学成分的影响

表6 不同质地土壤化肥减施对中部烟叶化学成分的影响

在砂壤土上，5个施肥处理的总糖含量为32.50%～36.11%，平均为34.04%，上部烟叶以T4最高、显著高于T1(CK)，中部烟叶T2、T3、T4和T5均显著低于T1(CK)。施肥处理还原糖含量为16.11%～22.07%，平均为18.46%，上部烟叶以T3、T4较高，显著高于T1(CK)；中部烟叶以T5最高，显著高于T1(CK)。施肥处理总氮含量为1.93%～2.57%，平均为2.25%，上部和中部烟叶分别以T5、T4最高，均显著高于T1(CK)。施肥处理烟碱含量为1.81%～2.70%，平均为2.15%，上部烟叶以T5较高，显著高于T1(CK)；中部烟叶T2、T3、T4和T5均显著高于T1(CK)。施肥处理钾含量为1.66%～2.39%，平均为2.01%，上部烟叶以T2最高，显著高于T1(CK)；中部烟叶以T2和T4相对较高，显著高于T1(CK)。施肥处理水溶性氯含量为0.12%～0.18%，平均为0.14%，上部烟叶和中部烟叶各处理间水溶性氯含量差异不显著。

在黏土上，施肥处理总糖含量为33.23%～45.39%，平均为37.33%；上部烟叶T2、T3、T4和T5总糖含量均显著低于T1(CK)，中部烟叶以处理T5最高，显著高于T1(CK)。施肥处理还原糖含量为17.88%～26.42%，平均为21.29%；上部烟叶以T3、T5较高，显著高于T1(CK)；中部烟叶以T5最高，显著高于T1(CK)。施肥处理总氮含量为1.53%～2.30%，平均为1.96%；上部烟叶总氮各施肥处理间无显著差异，中部烟叶以T3最高，显著高于T1(CK)。施肥处理烟碱含量为1.28%～2.05%，平均为1.65%；上部烟叶以T2、T5较高，均显著高于T1(CK)；中部烟叶以T3、T5较高，均显著高于T1(CK)。施肥处理钾含量为1.85%～2.52%，平均为2.08%；上部烟叶T2、T3、T4、T5显著低于T1(CK)，中部烟叶以T4最高，显著高于T1(CK)。施肥处理水溶性氯含量为0.07%～0.16%，平均为0.13%，上部烟叶和中部烟叶各处理间水溶性氯含量差异不显著。

在重壤土上，施肥处理总糖含量为20.64%～34.33%，平均为28.48%；上部和中部烟叶分别以T4、T3最高，均显著高于T1(CK)。施肥处理还原糖含量为19.65%～25.31%，平均为21.41%；上部烟叶以T4较高，显著高于T1(CK)；中部烟叶以T2、T3和T5相对较高，均显著高于T1(CK)。施肥处理总氮含量为1.55%～2.39%，平均为1.96%；上部烟叶以T2、T3较高，与T1(CK)差异不显著；中部烟叶以T2、T4较高，均显著高于T1(CK)。施肥处理烟碱含量为1.90%～3.52%，平均为2.70%；上部烟叶T2、T3、T4和T5均显著低于T1(CK)，中部烟叶以T2、T4、T5较高，均显著高于T1(CK)。施肥处理钾含量为1.47%～2.55%，平均1.96%；上部烟叶T3、T4、T5显著高于T1(CK)，中部烟叶T2、T3、T4和T5均显著低于T1(CK)。施肥处理水溶性氯含量为0.23%～0.54%，平均0.38%，上部烟叶和中部烟叶各处理间水溶性氯含量差异不显著。从上述分析可知，与T1(CK)相比，在砂壤土和重壤土上均以T2、T3烟叶化学成分更协调，在黏土上，T2、T3和T5的烟叶化学成分协调性更好。

2.4 不同质地土壤化肥减施对烤烟肥料利用率的影响

由表7可知，在相同施氮磷钾量下，不同质地土壤烤烟对氮肥利用率从高到低为砂壤>重壤土>黏土。T2、T3、T4、T5的烤烟氮素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分别为26.20%～32.60%、23.14%～30.16%和25.47%～30.41%，其中T2、T3的烤烟氮素利用率在砂壤、黏土和重壤土上较T1(CK)分别显著提高11.97%、15.77%，6.40%、12.87%，4.07%、8.68%。T2、T3、T4、T5的烤烟磷素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分别为6.48%～10.61%、3.16%～4.8%和3.95%～6.14%，其中T2、T3的烤烟磷素利用率在砂壤、黏土上较T1(CK)分别显著提高15.55%、48.60%，11.37%、2.09%，而重壤土上T3的烤烟磷素利用率较T1(CK)显著增加22.96%，其他处理均较T1(CK)显著降低。处理T2、T3、T4、T5的烤烟钾素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分别为20.18%～28.89%、22.73%～34.63%和26.18%～36.97%，其中处理T2、T3的烤烟钾素利用率在砂壤、黏土和重壤土上较T1(CK)分别显著提高3.92%、11.07%，11.24%、21.25%，26.57%、17.25%。上述结果表明，与T1(CK)相比，在砂壤、黏土和重壤土上直接减少化肥氮磷钾10%和农家肥替代化肥10%均可提高氮磷钾利用率，但以有机肥替代化肥作用效果更明显。

表7 不同质地土壤化肥减施对烤烟氮、磷、钾肥利用率的影响

3 讨 论

3.1 不同质地土壤化肥减施方式对烤烟产量和产值的影响

土壤质地是影响烤烟生长、品质及矿质营养吸收的重要因素[5-6]。本研究中，与常规施肥量相比，砂土、重壤土上直接减少化肥氮磷钾20%或有机肥替代化肥20%均抑制烟叶面积增大，黏土上，两种方式减肥20%均未影响烟株生长。在砂土和黏土上，直接减施氮磷钾10%的烟叶等级结构、产量和产值较常规施肥提高，重壤土则相反；砂壤上有机肥替代化肥10%及黏土、重壤土上有机肥替代20%化肥均可增加烟叶上等烟比例、产值。土壤质地对2种减肥方式的烟叶产量、产值效应有重要影响，一方面可能与土壤质地理化特性差异有关，砂土水分运动和有机质周转率高，土壤有效养分富集、吸附和供应水平低，降雨等作用易导致一部分氮素出现淋洗，使烤烟依赖肥料补给，而黏土和壤土的吸附作用强，有机质周转慢，土壤矿化氮高，土壤养分富集水平高[3,24]。另一方面与土壤氮库转化有关，即施有机肥增加土壤易矿化有机氮库和土壤微生物群落，提高土壤生产力和持续供氮能力[25]，其中黏土因通透性差而降低微生物活性从而减弱硝化作用，而砂土田间持水量低影响微生物的活性和丰度，从而影响微生物的氨化、硝化等作用[26]，因此不同土壤质地氮素矿化量不同，是导致化肥直减、有机肥替代化肥对烟叶产量、产值效应强度差异的原因之一。

3.2 不同质地土壤化肥减施方式对烟叶化学成分和烤烟肥料利用率的影响

本研究发现，与常规施肥T1(CK)相比，砂土和重壤土上，化肥氮磷钾直减10%(T2)、20%(T3)均能改善烟叶化学成分协调性，但烟叶各化学成分变化不同。砂土上，T2、T3增加中上部烟叶钾含量，降低总糖、还原糖，对烟叶总氮、烟碱、水溶性氯含量无显著影响；黏土上，有机肥替代化肥10%和20%处理总糖、还原糖降低，总氮、烟碱升高；重壤土上，化肥氮磷钾直减20%和有机肥替代化肥20%能提高中上部烟叶总糖、还原糖含量，这与前人[13,15]研究结果一致。本研究中，在氮磷钾肥施用量相同条件下，烟株对氮、磷的吸收利用率从高到低为砂土>重壤土>黏土，钾素利用率为重壤土>黏土>砂土，这种施肥效应差异一方面归因于砂土、黏土、重壤土在土壤水分、养分吸附、固定、淋失率等方面存在异质性[4]；另一方面与曲靖气候条件有关，在烤烟移栽到团棵阶段，降水偏少，黏壤和壤土保水保肥强，在成熟期，降水较多，黏土和壤土水分含量高，造成根系活力下降、根系早衰。也有研究显示，质地越重的土壤有机质、有效磷和速效钾含量越高，高黏粒含量土壤增加有机肥能促进养分的吸收和固定[27]，有利于颗粒间形成大团聚体，土壤碳汇功能、水热性能改善[28]，从而改善烟叶化学成分协调性及肥料利用，其中砂壤土氮肥利用率较高[29]。与此相反，砂土土壤颗粒之间氧化铁、氧化锰、有机物质等胶结物质少，团聚作用减弱，烟株养分代谢及肥料利用减弱，本研究中，2种烤烟减肥方式在不同土壤质地(砂土、黏土、重壤土)上，烟株氮磷钾肥料利用效应差异可能与各质地土壤胶体及土壤理化特性差异有关。

4 结 论

在当前烟草栽培氮磷钾用量基础上，砂壤土上直接减少化肥氮磷钾或有机肥替代化肥比例潜力为10%；黏壤上直减化肥氮磷钾或有机肥替代化肥比例潜力为10%～20%；重壤土上化肥氮磷钾直减潜力10%，有机肥替代化肥比例潜力为10%～20%。砂土、黏土、重壤土有机肥替代化肥效果优于化肥直减。