增施中药渣生物有机肥对烤烟生长、养分吸收及品质的影响

2024-04-08李朝文李响陈学卷郭松陆引罡刘丽

江苏农业科学 2024年3期

李朝文李响陈学卷郭松陆引罡刘丽

摘要：为促进中药渣循环利用，探讨中药渣有机肥资源化后对烤烟生长及烟叶品质的影响，采用烤烟盆栽试验对施用中药渣有机肥及生物有机肥后烟叶农艺性状、养分吸收和烟叶化学品质的差异进行了探讨。结果表明，中药渣有机肥和生物有机肥的施用提高了烟株的株高、叶长和叶面积，促进了根系生长与活力，提高了磷、钾、还原糖和总糖含量，降低了烟碱含量，改善烟叶糖碱比和钾氯比等化学品质协调性。施用生物有机肥能明显促进氮素从根部向地上部尤其是叶片转移，有利于促进根部磷吸收向地上部转移并更多地保留于茎部，促进茎部钾向叶部转移。供试3种生物有机肥中，以解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens） F11为功能菌的生物有机肥B2在促进烤烟养分吸收和提高烟叶品质的潜力较为突出。

关键词：中药渣；生物有机肥；烟草；农艺性状；养分分配

中图分类号：S572.06 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2024）03-0114-07

中药渣是中药生产和使用过程中残余的固体废弃物，包括煎药后的渣、中药饮片加工的剩余部分、中草药残渣等［1］。随着我国中医药产业的快速发展，中药渣废弃物年均达6 000万～7 000万t［2-3］。贵州省是中国的中药材生产大省，相关统计数据显示，2022年贵州省中药材产量为20.6亿kg，中药渣产量也随之增加［4］。目前，中药渣主要处理方式为堆放、焚烧和填埋等，综合利用率低，且加工过程中的大量废水、废气和废渣等所形成的异味和深色度难以去除会对环境造成严重危害。中药废弃物含有大量的营养物质和活性物质［5］，将其与化肥混合施用于土壤后，能提高土壤团聚体的稳定性［6-7］、改善土壤肥力、促进植物生长［8-9］，具有突出的资源化和农业生产应用前景［10-11］。

随着化肥长期不合理施用带来的土壤养分失调、环境污染等问题日益突出［12］，有机肥料因其卓越的特性，在绿色可持续农业中变得越来越重要，并受到广泛关注和深入研究。它具有许多显著的优势，包括降低土壤容重、改善土壤通气状况、提升土壤肥力［13］、改善土壤微生态环境［14］、促进肥料的转化，以及增强根系对肥料的吸收能力等［15］。随着对有机肥的深入研究和应用，有机肥正朝着绿色、多功能和生物化的方向发展。生物有机肥料具备有机肥和微生物肥料的多重功能，在培肥土壤、調控土壤微生态平衡以及提高农产品品质等方面表现出比普通有机肥更为显著的效果［16-18］，是提高农业有机废弃物资源化利用效率的新兴方式，也是中药渣肥料化商品化的重要途径之一。

烤烟是贵州省农业的支柱产业之一，2021年贵州省烤烟种植单产为7.53 kg/hm2［19］，对贵州省的经济发展和农民的收入增加都起到了积极的促进作用。大量研究表明，有机肥可促进烤烟根系活力和根系干物质质量的提高［20］，株高、茎围、叶面积和叶片数不同程度增大［21］，改善烟株对氮素的吸收、利用和分配，从而提升烟叶质量［22］。中药渣有机肥作为中药渣的主要资源化产品，在黄芪［23］、丹参［24］等中药材及玉米［25］、番茄［26］上有了一定推广应用，且在土壤肥力、作物产量、疾病防治、环境保护等方面具有良好效果。但该肥料在烤烟上的应用还较少，以其为基础的生物有机肥在烤烟中的应用更为鲜见。根际促生菌是一类能定殖于根系并促进植物生长的细菌，是生物有机肥常用的功能菌［27］。因此，本研究以中药渣有机肥为原料，利用2株根际促生菌制备了3种生物有机肥，研究了中药渣有机肥和3种中药渣生物有机肥对烤烟生长、养分吸收及烟叶品质的影响，以期为中药渣生物有机肥的开发及其在烤烟上的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤为贵州省烟草科学研究院福泉基地烟草苗圃0～20 cm耕层土壤，土类为黄壤，土壤质地为黏壤。该土壤基本理化性质如下：pH值为4.79，有机质含量为34.15 g/kg，全氮含量为 1.78 g/kg，全磷含量为1.23 g/kg，全钾含量为15.02 g/kg，碱解氮含量为125.93 mg/kg，有效磷含量为25.98 mg/kg，速效钾含量为197.67 mg/kg。

供试烤烟品种为云烟87。

供试中药渣有机肥由贵阳智仁源生物有机肥有限公司提供。生物有机肥以中药渣有机肥为材料，以根际促生菌多黏芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）F8、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）F11为功能菌，参照Liu等的方法［28］进行制备。3种生物有机肥分别为含F8 106 CFU/g的中药渣生物有机肥B1，含F11 106 CFU/g的中药渣生物有机肥B2，含F8 106 CFU/g和F11 106 CFU/g 的中药渣生物有机肥B3。

1.2 试验设计及实施

盆栽试验于2022年2—9月在贵州省烟草科学研究院福泉基地（107°30′41″E，26°44′48″N）实施。试验设置5个处理，分别为不施有机肥对照（CK）、按土肥质量比2％施用中药渣有机肥（OF）、按土肥质量比2％施用中药渣生物有机肥B1、按土肥质量比2％施用中药渣生物有机肥B2、按土肥质量比2％施用中药渣生物有机肥B3，重复5次，完全随机排列。所有处理化肥均按基地常规施肥，即烟草专用基肥（N、P2O5、K2O含量分别为10%、10%、25%）750 kg/hm2，烟草专用追肥（N、P2O5、K2O含量分别为15%、0、30%）225 kg/hm2。

试验盆钵为仿陶瓷花盆，盆高26 cm，上直径 35 cm，下直径20 cm。10 kg供试土壤装盆时与烟草专用基肥和有机肥或生物有机肥混合均匀后装入盆中。浇灌自来水保持60%田间持水量平衡7 d后，选取长势一致的健康烟苗进行移栽，每盆1株。烟草专用追肥于移栽后31 d溶于水中随水施用。移栽后95 d进行打顶。培养期间视土壤情况适时适量补给水分。观察烟苗生长状况。培养115 d后，采集成熟期烟株各器官（根、茎、叶）样品进行测试分析。

1.3 测定及方法

根据YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》，对烟株的团棵期、旺长期和成熟期进行了主要农艺性状的调查，包括株高、茎围、最大叶长和最大叶宽。

于成熟期，分根、茎、叶3部分采集烟株样品。烟株根系洗净后，用根系扫描仪（Regent Instruments Ins.，Canada）分析根系形态；采用氯化三苯基四氮唑（TTC）比色活性法分析根系活力［29］。

根、茎、叶样品分别杀青烘干至恒质量并测定干质量，粉碎后待用。烟株各部位样品经H2SO4-H2O2消煮后分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度计法［30］测定全氮、全磷和全钾含量。烟叶还原糖及总糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法［31］测定；烟碱含量采用紫外分光光度法测定；氯含量采用银量法［32］测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2019对数据进行整理、采用DPS 18.5对数据进行单因素方差分析（Duncans新复极差法），采用Origin 2021进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 农艺性状

烤烟干物质积累和农艺性状在不同施肥处理间存在明显差异。中药渣有机肥/生物有机肥的施用使烤烟地上部葉及整株的干物质累积量显著增加，对根系干物质量无显著影响，其中生物有机肥B1处理后干物质积累效果更佳（表1）。由表2可知，在团棵期，生物有机肥B1、B2、B3处理的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽、叶面积均显著高于CK处理，OF处理的茎围、最大叶长、最大叶宽和叶面积较CK也有显著提高。在旺长期，处理间的株高、茎围均无显著差异；相较于CK，仅B3处理的最大叶长、B2处理的最大叶宽和叶面积显著提高，分别提高了12.05%、15.20%、25.03%，其他处理的相关指标均与CK无显著差异。在成熟期，施用中药渣生物有机肥B1、B2、B3处理的株高、最大叶长和最大叶面积显著高于CK处理，有机肥OF处理的最大叶宽较CK处理有显著提高。整体而言，中药渣生物有机肥相较于有机肥更能促进烤烟农艺性状改善、提高烤烟干物质累积量。

2.2 根系发育

随着烟株的生长发育，根系活力总体呈现出先增加后降低的趋势（图1）。各处理根系活力均在旺长期达最大值，成熟期时根系活力大幅度下降。比较相同时期各处理的根系活力发现，施用有机肥/生物有机肥能显著提高根系活力，但生物有机肥效果因功能菌的差异而有所不同。团棵期以B3处理的根系活力最高，相较于CK处理增加了111.86%，旺长期和成熟期则以B2处理最高，分别比CK处理高108.78%和160.67%。

如表3所示，施用中药渣有机肥和生物有机肥会影响烤烟的根系形态。B3处理相较于CK处理显著提高了烟株根系根长、投影面积，分别提高了42.19%、24.81%；B1、B3处理的根系表面积高于其他处理，二者表面积相较于CK分别显著增加了18.75%、51.90%；OF和B1处理的根系平均直径显著低于CK，B2处理与CK无显著差异，但B3处理的根系平均直径显著高于其他处理，达3.22 mm，相较于CK增加了27.78%； B3处理的根体积同样显著高于其他各处理，比CK高43.22%，B1、B2处理的则与CK无显著差异。以上结果表明，生物有机肥施用能促进烤烟根系生长，其中生物有机肥B3效果更为明显。

2.3 烤烟养分分布情况

烟株各部位养分含量差异如图2所示，各处理间氮含量在根部无显著差异，而在烤烟茎、叶部有显著差异。相较于CK，施用有机肥OF与生物有机肥B2、B3的茎、叶部氮含量都显著降低。烤烟磷含量在处理间的差异不同于氮，B2处理根部磷含量显著高于CK、OF、B3处理，施用OF与B1的烟草茎部磷含量也显著高于CK，OF、B1、B3处理下叶片磷含量显著高于CK处理。钾含量的水平是衡量烟叶品质的重要因素之一。从图2还可以看出，与CK相比，OF、B1、B2处理烤烟根部钾含量显著增加，施中药渣有机肥或生物有机肥均能显著提高烤烟茎部钾含量，对叶片钾含量也起到显著增加的效果。

由图3可知，烤烟氮素累积量根部占比基本处于8%～11%之间，茎部各处理的氮素累积量占比均低于CK处理，中药渣有机肥和生物有机肥处理的烟叶氮素累积量占比均高于CK，最高达59%；就磷素累积量而言，CK、OF、B1、B2处理根部磷素累积量占比为7%～8%，B3处理烤烟根部磷素累积量占比仅为5%，明显低于其他处理，但在茎部又高于其他处理（CK除外），说明B3处理有利于磷素由根部向茎部转移，在烟叶部分，磷素累积量占比在各处理间差异不明显；钾素累积量结果显示，根部各处理的钾素累积量占比为2%～4%，在茎部，OF、B1、B2均低于CK和B3处理，而在烟叶部分OF、B1、B2又均高于CK和B3处理，即OF、B1、B2处理能促进钾素由根部向烟叶转移。由此可知，中药渣有机肥和生物有机肥处理能一定程度提高烤烟地上部氮、磷、钾素累积量。

2.4 烟叶化学成分及协调性

处理间烟叶其他化学成分及协调性差异如表3所示。相较于CK，增施有机肥和生物有机肥在一定程度上显著降低了烟叶的烟碱含量，B1、B3较CK分别显著下降了6.0%、6.5%，OF、B2均显著下降了3.5%。与此相反，有机肥/生物有机肥能提高烟叶还原糖和总糖的含量，其中OF、B1、B2和B3处理还原糖含量较CK均显著提高，增幅为5.0%～8.8%；B2处理总糖含量较CK显著提高了13.4%，B1和B3处理也显著提高了7.8%和8.4%。烟叶化学成分协调性指标显示，增施生物有机肥能提高烟叶钾氯比，其中B2、B3处理相较于CK分别提高了23.4%、47.5%；糖碱比因中药渣有机肥和生物有机肥的施用显著提高了8.8%～14.9%，而氮碱比降低了9.3%～25.5%。

3 讨论

大量研究表明，施用生物有机肥能促进烟株的生长发育［33-37］。本研究结果与施河丽等的研究结果［38-40］相同，中药渣有机肥和生物有机肥的施用均能提高烤烟地上部干物质质量，尤其是烟叶部位；也促进烤烟的株高、最大叶长、最大叶宽和最大叶面积等的增加。可见，中药渣生物有机肥明显促进了烤烟农艺性状的改善。

烟草根系是养分供应和烟碱合成的重要部位，其发育状况对烟草生长具有重要影响。生物有机肥不仅能够改善植烟土壤环境［41］、促进根系发育［42］，还能减缓烤烟生长后期根系活力下降［43］、有利于烟株延缓衰老［44］。本研究结果显示，中药渣生物有机肥处理显著提高根系活力，促进根系的形态发育。供试生物有机肥中，以解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）F11为功能菌的中药渣生物有机肥B2在整个烤烟培育期中对根系活力展现出稳定的促进生长的效果，长期保持烟草根系相对较高的活力，含多黏芽孢杆菌（Paenibacillus Polymyxa）F8、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）F11的生物有机肥B3处理的根系形态各项指标显著高于有机肥CK处理，更能促进根系的发育和形成。

生物有机肥能有效促进烟株对养分的吸收平衡［45］，不仅可以增加烟叶钾含量，提高烟叶品质［46］，还能促进烟株对氮、磷和钾等養分的积累，特别是对氮、钾含量在烟叶中的分配起到重要作用［47］。本研究显示，生物有机肥的施用降低了烟叶氮含量，提高了烤烟磷、钾含量，并促进了氮、钾养分由根向烟叶的转移，生物有机肥B1、B2在此方面效果更佳，这与宋建群等的研究结果［48-49］一致。生物有机肥的施用，提高了烤烟对氮、磷、钾养分的吸收能力，进而提高了氮、磷和钾养分的累积和利用能力。

烟叶的内在化学品质是评价烟叶质量的重要指标之一。有关研究指出，生物有机肥的施用能提高烟叶总糖和还原糖的含量［50-51］、降低烟叶氮和烟碱含量［52］、促进烟叶化学成分及其协调性的改善［53］，是提高烟叶品质的重要农业措施［54］。本研究结果同样表明，供试中药渣生物有机肥均使烟叶的烟碱含量和氮碱比降低，使还原糖含量、总糖含量、钾氯比、糖碱比有所提高。其原因可能是中药渣生物有机肥能促进烤烟对生长所需钾含量的吸收，使氮、烟碱、糖等烟叶内在化学成分更加协调［55-56］。

4 结论

本研究结果证实了中药渣生物有机肥能促进烟株的生长发育，促进根系生长，降低烟碱含量，有效提高磷、钾养分含量；有利于氮素从根部向地上部尤其是向叶片转移、根部磷吸收量的提高以及茎部钾向叶部的转移。供试条件下，解淀粉芽孢杆菌F11制备的生物有机肥B2能改善烟株生长后期的生长发育状况，有利于提高根系活力，延缓烤烟衰老，能改善烟叶化学成分及其协调性，相较于其他供试中药渣生物有机肥更具提高烟叶质量的潜力。

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