化肥减施配施有机肥对烤烟产质量和化学成分的影响

赖佳鑫, 邓 华, 刘 峰, 袁 洪, 郑林林, 刘 英

(1.西南大学资源环境学院,重庆 400715; 2.中国烟草总公司重庆市公司巫溪分公司,重庆 405899;3.重庆市市政环卫监测中心,重庆 401121)

施肥是影响农作物产质量的关键因素之一[1]。然而,不合理施肥导致的资源能源浪费、环境污染、耕地退化、农产品质量安全等一系列问题已不容忽视[2]。针对此类问题,我国先后制定了化肥使用量零增长、化肥使用量负增长、深入推进农业投入品减量化等相关政策。有效减少化肥施用量成为农业生产上的重要目标。烤烟(NicotianatabacumL.)是世界上栽培面积最大、产量最多的烟草类型,也是我国重要的经济作物[3]。我国烤烟生产以使用化肥为主,长期大量使用化肥,造成土壤结构变差,有机质含量下降,养分供应能力降低,烟叶产量和品质下降等问题[4-5]。因此,明确不同施肥措施下的烤烟产量与品质,对烤烟施肥管理和优质适产具有重要意义。

为解决化肥过量施用对土壤健康和环境带来的不利影响,国内外对如何减少化肥施用开展了大量研究。其中,有机肥部分替代化肥的有机无机肥配合施用模式被认为是既能保障作物产量和质量,又能改善土壤理化性状、减少化肥用量和环境污染的有效措施[6-8],是实现我国农业绿色发展的重要举措[9]。田间试验表明,与仅施用化肥相比,东北地区粳稻在有机肥(猪粪)替代20%化肥氮时可平均增产3.8%[10];黄淮海地区夏玉米在有机肥(牛粪)替代15%和30%的化肥氮时可显著增产15%以上[11]。小麦—水稻轮作的长期施肥试验也表明,与仅施用化肥相比,有机肥替代50%化肥氮时作物总产量可增加20%以上[12]。对烤烟的化肥减施研究表明,河南烟区腐熟芝麻饼肥替代50%化肥氮时能改善烟田土壤养分状况,提高中烟100的产量和品质[13]。蚯蚓粪肥替代30%化肥氮可改善秦巴烟区云烟99的生长状况、化学成分协调性和感官质量,但产量无显著变化[14]。云南烟区的田间试验表明,有机肥配施减量化肥可改善土壤微生物区系,降低真菌和青枯病病原菌数量[15],减轻青枯病病害[16]。因此,在施用有机肥的情况下,明确减施化肥的量及效果,对实现我国化肥负增长具有重要意义。然而,有机肥部分替代化肥后,作物产量等效益会因有机肥种类、替代率、作物类型和土壤环境而不同,且有机肥部分替代化肥后,化肥用量的增减对作物产质量的影响少有报道。重庆市巫溪县位于我国武陵秦巴生态区醇甜香型区域[17],是重庆市主要植烟区之一,主栽烤烟品种为云烟87。本研究采用田间试验,通过观测有机肥替代20%化肥氮,基肥化肥氮磷钾肥用量同比例增减12.5%对秦巴烟区云烟87生长发育和产质量的影响,以期为烟叶原料生产和工业配方设计适应化肥减施的发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

重庆市巫溪县地处长江上游,大巴山东段南麓,秦巴烟区典型植烟区。属亚热带暖湿季风气候,四季分明、雨量充沛,年均温约18 ℃,降水量为1 030～1 950 mm,区内多山地,立体地貌明显,属典型中山地形。巫溪县作为重庆市主要植烟区之一,烤烟种植适宜区面积约2万hm2,主栽烤烟品种云烟87。试验地位于巫溪县植烟乡镇古路镇彭庄村(109°28′3.62″E,31°18′22.39″N),海拔1 002 m。

1.2 供试材料

供试土壤为黄壤,是巫溪县典型土壤,基本理化性质为pH值6.2、有机质含量28.6 g/kg、全氮含量1.64 g/kg、碱解氮含量141 mg/kg、有效磷含量27.7 mg/kg、速效钾含量146 mg/kg。供试肥料:烟草专用复合肥(含N、P2O5、K2O分别为6%、12%、25%)、水溶性复合肥(含N、P2O5、K2O分别为20%、15%、10%)、硫酸钾(含K2O 50%)、硝酸钾(含N 13.5%、K2O 44.5%)、磷酸二氢钾(含P2O550%、K2O 32.9%)和腐熟菜籽饼,其中腐熟菜籽饼由重庆市烟草投资管理有限公司物资贸易分公司生产,其他均为湖北香青化肥有限公司生产。供试烤烟品种为云烟87。

1.3 试验设计

试验时间为2020年4—9月,土壤肥力均匀,各小区随机区组排列,按当地烤烟种植常规移栽密度16 650株/hm2(定植4行,每行20株)。试验共设3个处理,各处理3次重复。依据当地常规施肥的氮磷钾用量,以有机肥替代20%化肥氮为对照(T2,CK),在T2基础上设置分别减施(T1)和增施(T3)12.5%的基肥化肥处理(表1)。基肥包括烟草专用复合肥、农家肥和腐熟菜籽饼,三者共同作为基肥一次性施用;追肥共计3次,其中水溶性复合肥分第1次追肥(20%)和第2次追肥(80%)2次施用,硫酸钾和硝酸钾第3次追肥施用;磷酸二氢钾做叶面肥喷施。

表1 各处理施肥量

1.4 测定项目与方法

根据YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》于小团棵期(5月27日)、大团颗期(6月5日)、旺长期(6月15日)、平顶期(6月25日)和成熟期(7月5日)测定烟株的株高、茎围、节距、有效叶片数、叶片长度和叶片宽度。根据GB/T 23222—2008《烟草病虫害分级及调查方法》,于团棵期(6月9日)、旺长期(6月24日)、成熟期(7月9日、7月24日和8月10日)全小区调查烟草黑胫病(tobacco black shank,简称TBS)、烟草普通花叶病毒病(tobacco mosaic virus,简称TMV)和烟草马铃薯Y病毒病(tobacco potato virus,简称PVY)的田间自然发病率, 以计算平均发病率。按收购数据统计烤烟产量、产值、均价和上等烟比例等经济性状。上、中和下部叶采烤后,分别选取B2F、C3F和X2F的烟叶样品各1 kg,分别测定总糖、还原糖、总氮、氯、钾和烟碱的含量,并计算两糖比、钾氯比等化学协调性指标。

1.5 数据处理

试验数据基于Excel 2016进行统计与分析;采用SPSS 25.0软件进行单因素ANOVA分析,以Duncan’s多重比较法进行差异显著性分析;采用Origin 9.0输出图像。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟农艺性状的影响

不同施肥处理烟株的株高、节距、有效叶片数和叶片长度均在成熟期达最大值,叶片宽度于旺长期达最大值后逐步下降(图1)。节距以T2最高,T1和T3基本一致;叶片长度以T3最高,T1和T2基本持平;其余指标均表现为T3>T2>T1的趋势。T1的茎围和叶片宽度于大团棵期、株高于平顶期,开始表现出低于其余处理的趋势。成熟期T1的株高、有效叶片数显著低于其余处理,成熟期T1茎围显著低于T3。

2.2 不同处理对烤烟化学成分与化学协调性的影响

如图2所示,总体上各处理的总氮含量、烟碱含量以上部烟叶(B2F)最高,总糖、还原糖含量以中部烟叶(C3F)最高,糖碱比、氮碱比以下部烟叶(X2F)最高。不同处理间中部烟叶无显著差异。T1上部烟叶总氮含量显著高于T2;下部烟叶还原糖、钾含量显著高于其余处理,且糖碱比显著高于T3。T3下部烟叶烟碱含量显著高于其余处理,糖碱比显著低于其余处理。

2.3 不同处理对烤烟经济性状的影响

与常规施肥相比, 增量施肥显著提高了烤烟上等烟比例,但减量施肥上等烟比例未显著降低,且各处理在产量和产值上无显著差异(表2)。

表2 各处理烤烟经济性状

2.4 不同处理对烤烟病害发生率的影响

如表3所示,不同处理各生长期烟株TBS、TMV和PVY均有发生,但发病率极低(<1%)。施肥对烤烟田间自然发病率无显著影响,随施肥量的减少,田间自然发病率整体表现出下降的趋势。

表3 不同处理烟株的田间自然发病率

3 讨论

3.1 施肥对烤烟农艺性状、经济性状和化学成分的影响

施肥是影响烤烟生长发育和烟叶品质的关键因素[18-19]。科学合理的施肥措施可改善土壤肥力水平[3]、调控土壤微生物丰富度和多样性[15,19-20],从而促进烟株生长发育、提高烟草抗病能力[15-16]、协调烟叶化学成分[13],进而提升烤烟产量和品质[13,15]。过低或过高的施肥量均会引起烤烟产质量的下降[21]。因此,在施用有机肥的情况下,减施化肥是否会带来烤烟产量和品质的下降,进而影响到经济性状这一问题的研究非常必要。本研究结果表明,在有机肥替代20%化肥氮后,进一步减施12.5%的化肥基肥,烟株在成熟期能保持与其余处理一致的节距、叶片长度和叶片宽度,茎围也与替代后不减施处理(T2)相近。同时,尽管化肥减施处理(T1)的株高、有效叶片数显著低于其余处理,但并未影响到有效留叶数(均为18张/株)。因此,在产量上化肥减施与其余处理相比并无显著差异。与邻近区域(重庆市奉节县)的云烟87田间试验结果相比[22],本研究的烤烟产量、产值和上等烟比例相对更高。《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》对植烟土壤养分等级进行了划分,碱解氮含量>100 mg/kg为很丰富等级,有效磷含量为20～40 mg/kg为丰富等级,速效钾含量为150～220 mg/kg为适中等级[23]。据此标准,本研究供试土壤为中高肥力水平,当土壤肥力水平较高时,通过施肥进一步提升烤烟产量的空间较小,施肥的增产效应逐渐下降[9]。

烟叶化学成分是烟叶香味风格和质量特征形成的物质基础[24-26]。本研究结果表明,不同施肥处理的中部烟叶化学成分无显著差异,但上部和下部烟叶部分指标差异显著。尽管各处理烟叶化学成分基本都处于秦巴山区特色优质烟叶的适宜范围[27],但其差异仍然会给烟叶香味风格和质量特征带来不同程度的变化。研究表明,在一定范围内,总糖和还原糖含量增加可使烟叶富有弹性、不易破碎、色泽光亮[28]。钾素能显著改善烟叶燃烧性,提升烟叶香气与吃味[23]。钾氯比越高,烟叶的燃烧性越好,一般比值在4.0以上燃烧性好,阴燃持火性强[29]。在本研究中,化肥减施(T1)显著提高了烟叶钾含量和还原糖含量,钾氯比也维持在较高水平,且有提高烟叶总糖含量的趋势。由此推断,化肥减施后烤后烟叶在色泽和香吃味上可能会有更好的表现,这对满足烟叶原料多元化的工业需求有积极作用。

3.2 施肥对烤烟病害发生情况的影响

病害可直接影响烤烟产质量[30],长期连作、施肥不当以及线虫侵害等均可引起土传病害[31]。本研究对研究区常见土传病害黑胫病、烟草普通花叶病毒病和马铃薯Y病毒病的调查表明,各施肥处理的土传病害田间自然发病率都极低(1%左右)。这可能是各施肥处理均为有机肥化肥配施模式,有机物料的添加不仅可提供养分,还能提高土壤微生物丰富度与多样性,进而增强烟株抵抗病原微生物的能力[16]。

4 结论

较高地力的土壤上种植烤烟,在有机肥替代20%化肥氮后,进一步减施12.5%的化肥基肥,会对烟株的株高和有效叶片数等农艺性状带来不利影响,但上等烟比例、产量和产值表现稳定,且能提高上部烟叶的氮含量、下部烟叶的还原糖和钾含量,并有利于降低土传病害发病率。在有机肥替代20%化肥氮后,进一步增施12.5%的化肥基肥,尽管在农艺性状上总体表现更好,且能提高上等烟比例,但并未明显提高烟叶产量和产值。因此,秦巴烟区烤烟种植中,有机肥部分替代化肥具有较大的潜力和空间。本研究仅从烤烟农艺性状、化学成分、经济性状和病害发生情况等方面研究了烤烟的化肥减施效应,有必要进一步对烤后烟叶的性状开展研究,这对明确烟叶的工业可用性具有重要的实践价值。