蚯蚓粪有机无机复混肥对陕南烟田有机碳及烤烟品质的影响

2024-03-25王艳阳叶爱萍王平平娄慧敏张明诚胡鑫穆耀辉黄金辉艾绥龙张立新

江苏农业科学 2024年2期

王艳阳叶爱萍王平平娄慧敏张明诚胡鑫穆耀辉黄金辉艾绥龙张立新

摘要：研究不同比例的蚯蚓粪有机无机复混肥对土壤有机碳含量以及烤烟品质的影响，为陕南烟区土壤改良和施肥管理提供科学依据。田间试验设5个处理，以 CK（单施氮磷钾复合肥）为对照，设置4种不同比例的有机无机复混肥处理即OIF1（含蚯蚓粪1 800 kg/hm2）、OIF2（含蚯蚓粪2 400 kg/hm2）、OIF3（含蚯蚓粪3 000 kg/hm2）、OIF4（含蚯蚓粪7 500 kg/hm2），测定成熟期土壤的有机碳含量、分布以及烤烟品质特性指标。结果表明，蚯蚓粪有机无机复混肥可显著提升有机碳含量，OIF2处理对全土有机碳含量、>1.00～2.00 mm、>0.50～1.00 mm、≤0.25 mm粒径的团聚体有机碳含量提升效果显著。适宜比例蚯蚓粪复混肥对烤烟物理特性、经济性状、化学成分协调性及烤烟香气物质均有不同程度的提升作用，OIF2的经济效果指数（ECI）值最大，产量、产值、均价与上等烟比例均有显著提升，各处理的糖碱比、氮碱比均在适宜值范围内，钾含量以OIF2处理最高，OIF3处理和OIF2处理的致香物质总量较CK提升较明显。综合表现OIF2和OIF3较优。表明含蚯蚓粪2 400～3 000 kg/hm2（OIF2和OIF3）的有机无机复混肥综合效果良好，作为筛选出的较优配方使用，可有效改良陕南植烟土壤特性和提升烤烟品质。

关键词：蚯蚓粪；有机无机复混肥；有机碳；烤烟品质

中图分类号：S572.06 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）02-0078-06

烟草（Nicotiana tabacum L.）是我国重要的经济作物之一，烤烟是烟草栽培的主要类型，对经济发展、税收以及精准扶贫有重要意义［1］。烤烟品质的优劣直接影响烤烟种植的经济效益，是烟农最为关心的问题。施肥对烤烟品质的提升至关重要。目前，由于化肥和农药的滥用，烟田土壤情况恶化，养分含量缺乏，导致烤烟产质量下降；有机肥在施用中存在腐熟不完全、肥效慢的问题，使烤烟产量偏低［2］。合理施肥可增加烤烟干物质积累量，从而使烤烟产量提高［3-4］。适宜比例的有机无机复混肥可以优势互补，对土壤养分含量及微生物多样性有显著提高作用，从而有效促进烤烟根部及地上部发育，改善烟叶化学协调性［5-7］。

陕南烟区为壤质黏土，体积质量和紧实度偏高，有机质含量偏低，存在不同程度的养分缺乏状况［8］。因此，开展蚯蚓粪有机无机复混肥对陕南烟田有机碳及烤烟品质的影响研究，筛选并采用适宜的有机无机复混肥配方技术对提高烤烟品质有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于陕西省商洛市洛南县城关镇四皓街道办事处扶龙湾社区卢村（地理位置：110°13′06″E、 34°07′55″N，海拔1 033 m），于2021年4—10月进行田间试验。其土壤基础理化性状：有机质含量14.580 g/kg，速效氮含量41.490 mg/kg，速效磷含量23.426 mg/kg，速效钾含量159.737 mg/kg，pH值6.18。

1.2 试验材料

供试材料：云烟99，烟苗购自商洛市烟草公司洛南分公司。

供试肥料：蚯蚓粪肥购自陕西省商洛市洛南县八一有机肥厂，基础理化性状为全氮含量16.67 g/kg，全磷含量8.41 g/kg，全钾含量16.87 g/kg，速效氮含量132.42 mg/kg，速效磷含量380.98 mg/kg，速效钾含量 1 817.50 mg/kg，有机质含量496.25 g/kg，pH值7.11。有机无机复混肥由笔者所在课题组提供配方，陕西润新生物肥业有限公司制成。

1.3 试验设计

田间试验采用单因素完全随机设计，设有5个处理，分别为氮磷钾复合肥（CK，N、P2O5、K2O质量比为10 ∶ 10 ∶ 20，施氮量150 kg/hm2，下同，含蚯蚓粪 0 kg/hm2）、4种不同有机肥比例的有机无机复混肥（OIF1：含蚯蚓粪1 800 kg/hm2；OIF2：含蚯蚓糞 2 400 kg/hm2；OIF3：含蚯蚓粪 3 000 kg/hm2；OIF4：含蚯蚓粪7 500 kg/hm2）。每个处理设3次重复，所有处理均按与CK等氮磷钾量施入，不足部分用无机肥补足。小区随机排列，烟苗于2021年4月29日移栽，行距1.2 m，株距0.5 m，各小区设计为4行，每行长度9.5 m，小区面积为 45.6 m2。施肥方式、管理同当地烟叶生产管理标准保持一致。

1.4 样品采集

于2021年8月3日（烤烟成熟期）进行田间土壤样品采集。用硬质蓝色塑料盒（22.5 cm×15.5 cm×7.0 cm，塑料盒覆膜）采集原状耕层土，经除杂、筛分（8 mm）、自然风干后用于土壤团聚体分析。

1.5 测定方法

1.5.1 全土及团聚体有机碳含量测定

参考鲍士旦的方法［9］测定全土及团聚体有机碳含量。

1.5.2 物理性状

将烤后烟样放置在恒温箱中，温度（22±1） ℃、相对湿度（60±2）%。参考杨丽丽的方法［10］对烤烟物理性状进行测定，参考田茂成等的方法［11］对数据进行无量纲化处理，构建烤烟物理特性指数（physical properties index，简称 PPI）。

1.5.3 经济性状

参照GB/T 2635—1992《烤烟》统计各处理产量、产值、均价及上等烟比例。参考邓小华等的方法［12］构建经济效果指数（ECI）。

1.5.4 烤烟烤后化学成分

测定中部叶C3F等级化学成分，包括总氮含量（YC/T 161—2002《烟草及烟草制品总氮的测定连续流动法》）、烟碱含量［YC/T 468—2013《烟草及烟草制品总植物碱的测定连续流动（硫氰酸钾）法》］、总糖与还原糖含量（YC/T 159—2002《烟草及烟草制品水溶性糖的测定连续流动法》）、钾含量（YC/T 217—2007《烟草及烟草制品钾的测定连续流动法》）与氯含量（YC/T 162—2011《烟草及烟草制品氯的测定连续流动法》）。

1.5.5 中性致香物质成分

称取10 g烟样、1 g柠檬酸，与0.5 mL硝基苯内标一同加入圆底烧瓶中，采用二氯甲烷-水蒸气减压蒸馏萃取法提取样品中的香气成分［13］，经旋转蒸发仪（WZ-100SP，上海申生科技有限公司）浓缩至1 mL，取浓缩样使用气相色谱质谱联用仪（ISQ，美国Themo公司）进行 GC-MS 分析。参照吴薇的方法［14］计算烤烟中部叶的中性致香物质成分含量（干质量）。

1.6 数据处理与分析

试验数据统计分析在SPSS 25.0和Excel 2016中进行，测定结果均取3次平行测定的平均值，并用Duncans新复极差法进行差异显著性检验（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 蚯蚓粪有机无机复混肥对植烟土壤有机碳含量的影响

由表1可得，除OIF4、OIF1外，其他复混肥处理全土有机碳含量较CK均有提升，以OIF2处理的全土有机碳含量最高，较CK提升了10.71%。从团聚体有机碳含量来看，在>2.000 mm粒径上，OIF3处理提升效果显著，较CK处理提升了21.84%。在>0.50～1.00 mm粒径上，OIF2处理的团聚体有机碳含量提升效果显著，与CK相比提升了28.17%。在>0.25～0.50 mm 粒径上，以OIF3处理的团聚体有机碳含量最高，较CK处理提升了11.02%。≤0.25 mm 粒径的团聚体有机碳含量与其他处理相比，OIF2处理下该粒径团聚体有机碳含量最高，较CK提高18.38%。

总之，OIF2处理和OIF3处理对土壤团聚体有机碳含量提升效果较明显。

2.2 蚯蚓粪有机无机复混肥对烤烟物理性状的影响

商洛优质烟叶的适宜值为开片度>34%，含梗率<22%，叶片厚度0.10～0.12 mm，单叶质量 10～12 g，叶质质量75～80 g/m2，平衡含水率 12%～16%［15］。据表2可知，适宜比例的蚯蚓粪有机无机复混肥较单施无机肥而言，对烤烟物理特性均有一定程度的改善作用。各处理的开片度均达到了优质烟叶的要求，OIF2处理的开片度较CK处理提升显著，提升了14.72%；蚯蚓粪复混肥处理烤烟含梗率较CK均有下降，尤以OIF3处理下降效果显著，较CK处理下降了7.47%；各处理的其余指标较优质烟叶适宜值均偏高，但复混肥处理下的烤烟与优质烟叶更接近。对数据进行无量纲化处理，PPI越大，烤烟物理特性越好。OIF2处理和OIF3处理的PPI均优于CK，物理特性有较大提升。

2.3 蚯蚓粪有机无机复混肥对烤烟经济性状的影响

由表3可知，一定比例的复混肥处理对烤烟经济性状有显著的提升作用，并且随蚯蚓粪有机肥比例的增加，烤烟经济性状呈先增后减的趋势。OIF2和OIF1、OIF3的ECI（三者无显著差异）均大于其他处理，OIF2经济性状提升最明显，在烤烟产量、产值、均价与上等煙比例方面较CK均有显著提升，分别提升了7.39%、8.20%、0.75%、3.07%。

2.4 蚯蚓粪有机无机复混肥对烤烟烤后化学成分的影响

烤烟化学成分是衡量烤烟品质的重要指标。由表4可得，各施肥处理的总氮含量均达到了最适值（2.0%～2.5%），且以OIF2处理最佳，较CK处理提升了8.70%；烟碱对烤烟色、香、味影响较大，OIF3处理烟碱含量达到了最适值（2.2%～2.8%），其余处理均偏低；总糖、还原糖含量影响烟气醇和度与吃味，除OIF4偏高外，其余3种复混肥的总糖含量均在最适范围（20%～28%）内，OIF2、OIF3处理还原糖含量均达到了最适值（18%～22%）；钾含量以OIF2处理最佳，较CK处理提升了14.95%；适宜氯吸收量对烤烟产量有正效应，OIF3处理达到了最适值（0.4%～0.6%），其余处理均偏低。各处理的糖碱比、氮碱比都在适宜值范围内，但仅有OIF3处理达到了最适值。综合表现OIF2、OIF3处理的烟叶化学成分协调性较好。

2.5 蚯蚓粪有机无机复混肥对烤烟中性致香物质成分的影响

由表5可知，烤烟中的致香物质主要分为五大类。除其他致香物质外，烤烟中性致香物质成分中占比最大的为类胡萝卜素降解产物。类胡萝卜素降解产物含量最高为OIF3处理，和CK相比提高了65.43%。随着蚯蚓粪有机肥比例的增加，致香物质含量呈先升高后降低的趋势，OIF3处理和OIF2处理的致香物质总量较CK处理分别提升了96.80%、84.47%，显著高于其他处理。

3 讨论

3.1 蚯蚓粪复混肥对植烟土壤团聚体有机碳的影响

蚯蚓粪复混肥对提升全土有机碳含量有显著作用。在本研究中，OIF2、OIF3处理的全土有机碳含量均有提升，以OIF2处理提升效果明显。复混肥中的有机质对不同粒径水稳性团聚体的有机碳含量影响程度不同。本研究中复混肥对大团聚体有机碳含量提升效果较好，其中 OIF2（>0.50～1.00 mm）与OIF3（>2.00 mm）的团聚体有机碳含量有显著提升。这可能是由于有机无机复混肥中适宜比例的蚯蚓粪有良好的团粒结构，有机质被保护于团聚体中，使其免于土壤矿化，从而使土壤及团聚体中有机碳储量提升［16-17］。本研究发现团聚体有机碳主要分布于大团聚体（>0.25 mm）中，这是由于土壤大团聚体稳定性与有机质存在正反馈调节，有机肥加速了大团聚体的形成，更有利于有机碳的积累［18］。

3.2 蚯蚓粪有机无机复混肥对烤烟品质的影响

研究表明，适宜比例的蚯蚓粪复混肥对烤烟物理特性、经济性状、化学成分协调性、致香物质成分有显著的提升作用。李文奎等研究表明，适当添加有机肥可以促进叶片烤烟开展，提高叶片的可用性［19］。为更方便地对比不同处理对烤烟物理特性的影响，本研究参照田茂成等的灰色效果测度模型对原始数据进行无量纲化处理，构建物理特性指数PPI［11］。本研究OIF2处理PPI为89.45，物理特性最优，基本达到刘阳等提出的商洛烟区优质烟叶适宜范围［15］，符合优质烟叶标准。

蚯蚓糞可以平衡土壤养分，促进烤烟生长发育及干物质积累，从而提高烤烟产量［3］。在本研究中，除OIF4外的3种复混肥处理的烤烟经济性状均好于CK处理，原因可能是化肥作为速效养分，易受土壤水分影响挥发流失，不能及时被根系吸收，肥料利用率低；但施用复混肥后，土壤有机碳含量显著提升，并且随施用量的增加，土壤持水量显著增加，通透性提高，生物活性也有较大提升［20］，使得土壤养分更易被吸收利用，从而提高作物产量。

烟叶的化学成分及协调性对烟叶品质有一定影响。研究表明，适宜比例的蚯蚓粪复混肥可以调控烟叶中的钾、氯、还原糖及烟碱含量，使其满足优质烟叶的需求［21］。本研究中，和对照相比，复混肥处理的烤烟成分协调性有较大提升，随着有机物料比例的增加，烤烟化学成分协调性呈现先升高后降低的趋势，OIF2及OIF3的化学成分协调性较好。碳素的供应水平对烤烟的化学成分影响较大［22］，蚯蚓粪有机无机复混肥对全土有机碳含量有较大的提升作用，大团聚体的形成使其免于土壤矿化，更有利于有机碳的积累。一定比例的蚯蚓粪有机肥配施无机肥可以提高土壤氮含量，土壤氮素水平直接影响烤烟品质［23］。因此，有机无机复混肥可能是通过改善土壤团聚体结构来协调土壤养分供需能力，从而使烤烟品质提高。

烤烟中性致香物质的差异反映了烤烟风格的差异，对其工业用途具有显著影响［24-25］。本研究表明，适宜比例的蚯蚓粪复混肥对各大类中性致香物质含量及致香物质总量有明显的提高作用。类胡萝卜素及其降解产物是关键物质，其含量对烤烟香气及工业可用性有重要影响［26］，在本研究中，OIF3处理的类胡萝卜素及其降解产物的含量较CK处理显著增加了65.43%。这是由于有机肥可以诱导类胡萝卜素等质体色素基因表达［27］，使得类胡萝卜素含量增加。OIF3和OIF2处理的致香物质总量较CK处理分别提升了96.80%、84.47%，显著高于其他处理。

4 结论

4种不同比例的蚯蚓粪有机无机复混肥对植烟土壤有机碳含量及烤烟品质产生了不同程度影响。与单独施用无机复混肥处理相比，烟田土壤团聚体有机碳含量提升效果显著，烤烟均长势良好，物理特性和经济性状较优，化学成分趋于协调，提高了烤烟的烟叶品质和香气物质含量。含蚯蚓粪 2 400～3 000 kg/hm2 的有机无机复混肥综合效果良好，可作为优化配方在陕南相似烟区推荐应用。

参考文献：

［1］张宝平. 专营体制背景下烟叶稳定供给分析［D］. 郑州：河南农业大学，2016：3-4.

［2］叶爱萍. 有机无机复混肥对陕南植烟土壤特性与烤烟生理及品质的影响［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2022：1-6.

［3］王军，田俊岭，刘兰，等. 施肥水平对烤烟的干物质、养分积累及分配的影响［J］. 中国农学通报，2022，38（22）：8-14.

［4］程亚倩，周洁，李司童，等. 蚯蚓粪肥对陕西烟区烤烟生长及品质的影响［J］. 西南农业学报，2020，33（2）：347-356.

［5］余小芬，杨树明，邹炳礼，等. 菜籽油枯有机无机复混肥对烤烟产质量及养分利用率的影响［J］. 土壤学报，2020，57（6）：1564-1574.

［6］杨旭，刘海林，黄艳艳，等. 有机无机复混肥施用量对热带水稻土微生物群落和酶活性的影响［J］. 植物营养与肥料学报，2021，27（4）：619-629.

［7］王日俊，黄成东，徐照丽，等. 基于中国知网的有机无机配施对烤烟产量与品质影响的整合分析［J］. 土壤，2021，53（6）：1185-1191.

［8］韦成才，张立新，马英明，等. 陕西主要植烟区土壤理化特性与肥力评价［J］. 西北农业学报，2013，22（4）：178-183.

［9］鲍士旦. 土壤农化分析［M］. 3版.北京：中国农业出版社，2000：25-25.

［10］杨丽丽. 化肥氮减施对烤烟产质量影响及技术经济评价［D］. 长沙：湖南农业大学，2020：10.

［11］田茂成，邓小华，陆中山，等. 基于灰色效果测度和主成分分析的湘西州烟叶物理特性综合评价［J］. 核农学报，2017，31（1）：187-193.

［12］邓小华，肖志君，齐永杰，等. 种植密度和施氮量及其互作对湘南稻茬烤烟经济性状的效应［J］. 湖南农业大学学报（自然科学版），2016，42（3）：274-279.

［13］闫伸. 生物炭对土壤碳氮循环及烟叶中性致香物质影响机制研究［D］. 郑州：河南农业大学，2020：16-17.

［14］吴薇. 不同增香外加物及其方式对烤烟品质及苗期生理响应的影响［D］. 杨凌：西北农林科技大学，2019：12-13.

［15］刘阳，张大纯，刘海轮，等. 环秦岭区域烤烟物理特性及其与评吸质量的关系［J］. 福建农林大学学报（自然科学版），2018，47（1）：15-20.

［16］Aksakal E L，Sari S，Angin I.Effects of vermicompost application on soil aggregation and certain physical properties［J］. Land Degradation & Development，2016，27（4）：983-995.

［17］Fonte S J，Yeboah E，Ofori P，et al. Fertilizer and residue quality effects on organic matter stabilization in soil aggregates［J］. Soil Science Society of America Journal，2009，73（3）：961-966.

［18］刘思佳，关松，张晋京，等. 秸秆还田对黑土团聚体有机碳含量的影响——基于多级团聚体结构的物理和化学保护作用［J］. 吉林农业大学学报，2019，41（1）：61-70.

［19］李文奎，王聪，王昕，等. 有机·无机肥不同比例配施对灵宝烤烟物理特性的影响［J］. 安徽农业科学，2020，48（20）：157-159.

［20］Naveed M，Moldrup P，Vogel H J，et al. Impact of long-term fertilization practice on soil structure evolution［J］. Geoderma，2014，217-218：181-189.

［21］梁兵，黄坤，付亚丽，等. 不同比例有机肥与化肥配施对烤烟生长及产质量的影响［J］. 西南农业学报，2017，30（8）：1822-1825.

［22］刘著文，杨龙飞，刘茂林，等. 不同土壤改良剂对土壤养分及烤烟内在品质的影响［J］. 中国农业科技导报，2022，24（11）：190-198.

［23］王欣，许自成，毕庆文，等. 生态因素对烤烟还原糖、总糖含量影响之研究进展［J］. 中国农学通报，2007，23（8）：225-228.

［24］景延秋，袁秀秀，詹辉，等. 基追肥比例和追肥次数对烤烟化学成分及中性致香物质的影响［J］. 西南农业学报，2016，29（7）：1654-1659.

［25］郭玉鸽，申洪涛，李丽华，等. 微生物菌肥对不同酸碱度土壤及烤烟生长和致香物质的影响［J］. 江苏农业科学，2023，51（3）：54-62.

［26］过伟民，蔡宪杰，魏春阳，等. 豫中浓香型烤烟感官质量与部分质量指标的关系［J］. 烟草科技，2010，43（6）：22-27.

［27］黄明月，牛德新，王立志，等. 施用有机肥对成熟期烤烟质体色素的影响［J］. 中国农业科技导报，2018，20（4）：29-35.

收稿日期：2023-03-07

基金项目：中国烟草总公司陕西省公司科技计划（编号：SXYC-2021-KJ-01、SXYC-2020-KJ-02）。