减氮配施土壤改良剂对烤烟生长及产质量的影响

2022-09-30胡艳芳程玉渊牛莉莉赵园园尹光庭孙善兴张常兴

贵州农业科学 2022年9期

陈晨，胡艳芳，程玉渊，刘园*，牛莉莉，吴疆，赵园园，尹光庭，刘流，李倩，孙善兴，张常兴

(1.南阳市烟草公司内乡县分公司，河南内乡 474350；2.河南省烟草公司南阳市公司，河南南阳 473000；3.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002；4.河南中烟工业有限责任公司，河南郑州 450016)

0 引言

【研究意义】氮肥是烤烟产质量的决定性因素，适宜的氮肥施用量能维持烟叶碳氮平衡代谢，是烟叶提质增效的重要保障。农业部《化肥使用量零增长行动方案》指出，黄淮海地区要坚持减氮、控磷、稳钾、补微的施肥原则，通过精、调、改、替的技术路径实现化肥使用零增长。烟草农业作为大农业的重要组成部分，积极响应国家化肥减氮施用政策，探究减氮配施土壤改良剂对烤烟生长和产质量的影响，对烟草农业持续健康发展具有重要意义。【前人研究进展】杜飞乐等[1]研究表明，采用滴灌施肥方式减氮15%～30%对烟草产量无显著影响。杨成翠等[2]报道，通过厩肥替代化肥方式减氮30%烤烟产量和产值可达最大化。牛玉德等[3]研究认为，减氮条件下翻压黑麦草可提高烟叶的产量和产值。从大农业看，绝大多数土壤改良剂的施用可提高土壤养分含量，以及水分和养分的利用效率[4]。刘领等[5]研究了生物炭与氮肥减量配施对烤烟生长及土壤酶活性的影响。【研究切入点】目前，以生物炭为土壤改良剂在黄淮地区的应用大多集中于粮食作物，且多为盆栽试验研究，鲜有减氮配施土壤改良剂对大田烤烟生长及产质量影响的研究报道。【拟解决的关键问题】以豫西南烟区焦甜焦香型烤烟为研究对象，探明减氮配施土壤改良剂对烟株农艺性状、根系生长及产质量的影响，以期为烤烟生产上减量施用氮肥提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在河南省内乡县灌涨镇胡刘村(111°59′36″E，33°01′28″N)进行，海拔150 m，属亚热带季风型大陆性气候；土壤为当地具有代表性的黄棕壤土，前茬作物为烟草；土壤pH 7.16，有机质含量12.22 g/kg，碱解氮含量95.68 mg/kg，速效磷含量14.36 mg/kg，速效钾含量171.6 mg/kg。

1.2 材料

1.2.1 品种供试烤烟品种为云烟87，是当地主栽品种。

1.2.2 土壤改良剂 Agri-star松土促根剂，河南火车头农业技术有限公司生产；生物炭(小麦秸秆在400～500℃无氧条件下连续热解制成，pH 9.15，含碳524 g/kg，全氮2.3 g/kg，全磷6.5 g/kg，全钾9.9 g/kg)，三利新能源有限公司生产；黄腐酸有机肥(黄腐酸≥12%，有机质≥40%)，山东泉林嘉有肥料有限公司生产。

1.3 方法

1.3.1 试验设计试验采用随机区组设计，共设5个处理。对照(CK)，常规施肥；T0，减氮施肥；T1，减氮施肥+松土促根剂；T2，减氮施肥+生物炭；T3，减氮施肥+黄腐酸有机肥。每处理3次重复，小区面积150 m2。其中，常规施肥为化肥纯N 60 kg/hm2，减氮施肥为化肥纯N 45 kg/hm2(减氮25%)，松土促根剂15 kg/hm2，生物炭750 kg/hm2，黄腐酸有机肥600 kg/hm2。

1.3.2 起垄、移栽及施肥烟田起垄和基肥使用时间为2019年3月下旬，垄距为1.2 m，垄高0.25 m；烤烟于4月22日移栽，株距0.5 m，密度16 500株/hm2。各小区施用无机肥料为烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O=10∶10∶20)，K2SO4450 kg/hm2，KNO345 kg/hm2；有机肥料为芝麻饼肥，用量为450 kg/hm2。其中，80%复合肥、70% K2SO4、全部芝麻饼肥和土壤改良剂混匀后作为基肥于起垄前施用；20%复合肥作为窝肥施用；全部KNO3于团棵期施用；30% K2SO4于旺长期施用。其他农事操作按照《河南中烟基地单元烟叶生产技术方案》进行。

1.3.3 指标测定

1) 烟株农艺性状。烤烟农艺性状按照《烟草农艺性状调查测量方法》(YC/T 142-2010)执行，在成熟期选取代表性烟株10株，测定株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积。

2) 根系指标。根系活力分别在团棵期、旺长期和成熟期选取3株代表性烤烟，采用抖土法[6]剥离根基土壤，选取根系末端白嫩根，采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[7]测定根系活力。烟叶收获后，选取有代表性烟株3株，挖取0.5 m×0.5 m×0.5 m土体将根系取出，用水冲洗挑选出全部根系，采用排水法[8]测量根系体积，采用105℃杀青、65℃恒温烘干称重法[8]测定根系重量。

3) 常规化学成分含量。常规化学成分采用流动分析仪，分别按YC/T 161-2002、YC/T 160-2002、YC/T 217-2007、YC/T 162-2011和YC/T 159-2019方法测定烤后烟叶的氮、烟碱、钾离子、氯离子和糖含量。

4) 烤烟经济性状。每小区烟叶按照成熟采收标准采收后单烤单储，按当地收购等级质量要求进行分级，并测算中上等烟比例、产量、产值和均价等经济性状指标。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 21.0对数据进行处理分析与制图。

2 结果分析

2.1 减氮配施不同土壤改良剂烟株的农艺性状

从表1可知，减氮施肥(T0)烟株的茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积较常规施肥(CK)降低或显著降低，而减氮配施土壤改良剂各处理(T1～T3)烟株的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积较减氮施肥显著提高。株高：各处理为111.67～126.33 cm，T1显著高于除T2外的其余处理，T0显著矮于除CK外的其余处理，CK与T3间差异不显著，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高7.76%～13.13%。茎围：各处理为7.37～9.80 cm，T1最大，为9.80 cm；T0最小，为7.37 cm；T0显著小于其余处理，其余处理间差异不显著，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高28.05%～33.03%。最大叶长：各处理为74.03～77.83 cm，T3最长，为77.83 cm；T0最短，为74.03 cm；T0显著短于其余处理，其余处理间差异不显著，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高2.84%～5.18%。最大叶宽：各处理为35.39～38.23 cm，T1最宽，为38.23 cm；T0最窄，为35.39 cm；T0显著窄于其余处理，CK显著窄于T1～T3，T1、T2及T3间差异不显著，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高6.80%～8.01%。最大叶面积：各处理为1 662.08～1 884.28 cm2，T3最大，为1 884.28 cm；T0最小，为1 662.08 cm；T0显著小于其余处理，CK显著小于T1～T3，T1、T2及T3间差异不显著，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高9.81%～13.40%。

表1 减氮配施不同土壤改良剂成熟期烤烟的农艺性状Table 1 Agronomic traits of flue-cured tobacco at maturity stage under reducing nitrogen rate of different soil amendments

2.2 减氮配施不同土壤改良剂烟株的根系性状

2.2.1 根干重与根体积从图1看出，不同处理烟株根干重和根体积的变化。根干重：各处理为41.20～61.30 g/株，T1显著大于其余处理，CK、T0、T3间和CK、T2、T3间差异不显著，T1较CK显著提高29.87%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高22.04%～48.78%。根体积：各处理为175.93～296.70 cm3/株，T1显著大于其余处理，其余处理间差异不显著，T0较CK显著降低24.51%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0显著提高33.99%～68.64%。

图1 减氮配施不同土壤改良剂烟株的根干重与根体积Fig.1 Root dry weight and root volume of tobacco plants under reducing nitrogen rate of different soil amendments

2.2.2 根系活力根系是烟株吸收物质的基础，根系活力是根系吸收运输、合成分解、氧化还原等代谢活性指标的综合体现[9]，活力值越高，供应烟叶生长的水分和矿质营养能力越强。从表2可知，烤烟生育期内根系活力呈先升后降趋势，不同生育期各处理间存在差异。团棵期：各处理为67.68～78.43 μg/(g·h)，T0显著低于除CK外的其余处理，T1、T2、T3间和CK、T2、T3间差异不显著，T1较CK提高5.63%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高12.54%～15.88%。旺长期：各处理为447.14～540.20 μg/(g·h)，CK显著低于其余处理，T0显著低于T1～T3，T1、T2、T3间差异不显著；T0较CK降低10.14%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高24.45%～34.44%。成熟期：各处理为56.34～94.54 μg/(g·h)，T0显著低于其余处理，其余处理间差异不显著；T0较CK降低28.27%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高53.29%～67.80%。

表2 减氮配施不同土壤改良剂烟株的根系活力Table 2 Root vigor of tobacco plants under reducing nitrogen rate of different soil amendments μg/(g·h)

2.3 减氮配施不同土壤改良剂烤后烟叶化学成分的含量

从表3可知，不同处理烤后烟叶总氮、烟碱和氯等化学成分含量的变化。总氮：各处理为1.76%～2.11%，T0显著低于其余处理，其余处理间差异不显著；CK较T0提高0.35百分点，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高0.29～0.34百分点。烟碱：各处理为2.09%～2.30%，T0显著低于除CK外的其余处理，T1、T2、T3间和CK、T1、T2间差异不显著；减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高0.12～0.21百分点。氯：各处理为0.53%～0.73%，各处理间差异均不显著。总糖：各处理为21.26%～24.41%，T0显著低于除CK外的其余处理，CK、T1、T2、T3间和CK、T0间差异不显著；减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高2.51～3.15百分点。还原糖：各处理为17.57%～20.93%，T0显著低于除CK外的其余处理，T1、T2、T3间，CK与T1间和 CK与T0间差异均不显著。钾：各处理为1.60%～2.20%，CK与T0间差异不显著，二者显著低于其余处理，T1与T3间和T2与T3间差异均不显著；减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高0.30～0.60百分点。

表3 减氮配施不同土壤改良剂烤后烟叶化学成分的含量Table 3 Content of chemical components in tobacco under reducing nitrogen rate of different soil amendments %

2.4 减氮配施不同土壤改良剂烤烟的经济性状

从表4看出，不同处理烤烟的产量、均价和产值等经济性状的变化。产量：各处理为1 868.3～2 230.0 kg/hm2，依次为T1>T2>T3>CK>T0；T0显著低于其余处理，T1、T2、T3间和CK、T2、T3间差异均不显著；T0较CK显著降低10.46%，T1较CK显著提高6.87%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高12.49%～19.36%。均价：各处理为21.4～24.0 元/kg，依次为T2>T3>T1>CK>T0；T0显著低于T2和T3，CK、T0、T1间和CK、T1、T2、T3间差异均不显著；减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高5.61%～12.47%。产值：各处理为39 910.1～53 341.4 元/hm2，依次为T2>T1>T3>CK>T0；T0显著低于其余处理，T2显著高于CK，CK、T2、T3间和T1、T2、T3间差异均不显著；T0较CK显著降低14.51%，T2较CK提高14.27%，减氮配施土壤改良剂各处理较T0提高22.27%～33.65%。中上等烟比例：各处理为71.9%～82.2%，依次为T2>T3>T1>CK>T0；CK与T0间差异不显著，二者显著低于T1～T3，T1、T2、T3间差异不显著；减氮配施土壤改良剂各处理较CK和T0分别提高4.91%～9.54%和9.49%～14.33%。

表4 减氮配施不同土壤改良剂烤烟的经济性状 Table 4 Economic traits of flue-cured tobacco under reducing nitrogen rate of different soil amendments

3 讨论

长期过量施用化肥会对烤烟生长及品质造成不良影响[10]，土壤改良剂的施用为烟叶减氮促生长提供了可行的途径。张弘等[11-12]研究认为，施用生物炭可显著提高烤烟的农艺性状。宋久洋[13]研究表明，减氮条件下施用生物炭对红黏土烟叶株高、茎围和叶面积等无显著影响。张继帅等[14-15]报道，松土促根剂可显著提高烤烟的株高、茎围、最大叶长和最大叶宽。以松土促根剂、生物炭和黄腐酸有机肥为土壤改良剂，采用田间试验探究常规施肥(CK)、减氮施肥(T0)、减氮施肥+松土促根剂(T1)、减氮施肥+生物炭(T2)和减氮施肥+黄腐酸有机肥(T3)对烤烟的农艺性状、根系生长、烤后烟叶化学成分和经济效益的影响结果表明，不同处理烟株的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积分别为111.67～126.33 cm、7.37～9.80 cm、74.03～77.83 cm、35.39～38.23 cm和1 662.08～1 884.28 cm2，减氮施肥烟株的茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积较CK降低或显著降低，减氮配施土壤改良剂各处理烟株的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积均较T0显著提高。不同处理烟株的根干重和根体积分别为41.20～61.30 g/株和175.93～296.70 cm3/株，减氮配施土壤改良剂各处理较T0分别提高22.04%～48.78%和33.99%～68.64%。不同处理烤烟生育期内根系活力呈先升后降趋势，团棵期、旺长期和成熟期分别为67.68～78.43 μg/(g·h)、447.14～540.20 μg/(g·h)和56.34～94.54 μg/(g·h)，减氮配施土壤改良剂各处理较T0分别提高12.54%～15.88%、24.45%～34.44%和53.29%～67.80%。不同处理烤后烟叶总氮、烟碱、氯、总糖、还原糖和钾含量分别为1.76%～2.11%、2.09%～2.30%、0.53%～0.73%、21.26%～24.41%、17.57%～20.93%和1.60%～2.20%，其中，总氮、烟碱、总糖和钾含量减氮配施土壤改良剂各处理较T0分别提高0.29～0.34百分点、0.12～0.21百分点、2.51～3.15百分点和0.30～0.60百分点。不同处理烤烟的产量、均价、产值和中上等烟比例分别为1 868.3～2 230.0 kg/hm2、21.4～24.0 元/kg、39 910.1～53 341.4 元/hm2和71.9%～82.2%，依次为T1>T2>T3>CK>T0、T2>T3>T1>CK>T0、T2>T1>T3>CK>T0和T2>T3>T1>CK>T0，减氮配施土壤改良剂各处理较T0分别提高12.49%～19.36%、5.61%～12.47%、22.27%～33.65%和9.49%～14.33%。不同处理烟株农艺性状的变化与张弘等[11-12,16-17]的研究结果一致。不同处理烟株根系性状的变化与王博等[18]的研究结果一致，尤其是松土促根剂处理可显著提高根系干重和根系体积。其主要原因为施用土壤改良剂后土壤高孔隙物理结构和丰富的化学官能团等含量增加，土壤通透性增加，对水肥吸附性提高[19]，为烤烟的生长提供了优良的水肥和微生物环境，不仅提高土壤养分的供应能力和烟株对养分的吸收能力，还能增强土壤有益微生物对病害的拮抗作用，提高烤烟抗性[12]。总氮含量和烟碱含量是反映氮素吸收利用效率和氮代谢强度的重要指标，其适宜范围为1.5%～3.5%[20]。不同处理烤后烟叶氮和烟碱的含量变化与王丽渊等[21-22]的研究结果相近。主要是因为增施土壤改良剂可提高土壤氮素的供应水平和烟株的吸氮能力，施入适量土壤改良剂后，土壤酶活性显著增强[23]，细菌数量、土壤碱解氮含量氮肥利用效率和氮肥农学效率显著提升[24]。烤烟糖含量直接影响烟气醇和度和吃味。施用生物炭可提高烟叶糖含量[12,25]。减氮配施土壤改良剂总糖和还原糖的含量显著提高，原因是土壤改良剂促进烟叶中淀粉的积累和转化[22]。阎海涛等[12,21,25-27]报道了施用土壤改良剂对烟叶钾和氯含量的影响。减氮配施土壤改良剂较CK和T0烟叶钾含量均增加，原因为土壤改良剂可显著提高根系活力，钾吸收能力增强；而施用土壤改良剂对土壤氯含量无显著影响，与张兆扬等[26]研究结果一致。烤烟养分的吸收和分配是烟叶产质量的基础，经济性状是土壤改良剂施用效果的综合体现。减氮配施土壤改良剂可提高烟叶产量和产值，与阎海涛等[12,26]的研究结果一致。主要原因是土壤理化性状的改变和根系活力的增加，烟叶综合品质提升，中上等烟比例升高，经济效益提高。