土著菌擴(kuò)繁劑在烤煙化肥減施中的應(yīng)用

李文麗，陳 剛，李現(xiàn)道，焦禹順，包自超，張國(guó)超，徐 蕊

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，青島 266101；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.山東煙草研究院有限公司，濟(jì)南 250098；4.山東臨沂煙草有限公司沂水分公司，山東 沂水 276400）

近年來(lái)，長(zhǎng)期大量施用化肥，造成農(nóng)田土壤板結(jié)和酸化，肥料養(yǎng)分淋失等問(wèn)題[1-4]。因此，農(nóng)業(yè)部在2015年印發(fā)了“到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)”的行動(dòng)方案[5]。煙草作為特殊的經(jīng)濟(jì)作物，在生產(chǎn)中化肥施用量大，也存在上述問(wèn)題[6-7]。在烤煙生產(chǎn)中減少現(xiàn)有施肥結(jié)構(gòu)中化肥的施用比例，同時(shí)添加有益組分的施肥方法研究已相繼展開(kāi)[8-9]。土著菌擴(kuò)繁劑是一種有益的微生物組分，是由大豆低聚糖、維生素K2、聚谷氨酸、抗高滲透壓的枯草芽孢桿菌和有機(jī)質(zhì)制成，它能與化肥和有機(jī)肥協(xié)同增效，降低肥料淋溶損失率，提高肥料利用率，改良植煙土壤，改善煙葉品質(zhì)[10]。前人研究發(fā)現(xiàn)，在肥料中添加土著菌擴(kuò)繁劑作為微生物組分，可以達(dá)到較好的田間效果[11-13]。目前在烤煙生產(chǎn)上應(yīng)用土著菌擴(kuò)繁劑減少化肥施用的研究，均是采用等量替代的方法，其研究結(jié)果表明，使用含有土著菌擴(kuò)繁劑的生物有機(jī)肥等量替代一定比例化肥，能夠促進(jìn)烤煙的生長(zhǎng)，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量，改善烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和土壤酶活性[14-15]。然而，前人的方法并沒(méi)有直接減少養(yǎng)分的投入量，因此，本試驗(yàn)采用在肥料中添加土著菌擴(kuò)繁劑作為微生物組分，同時(shí)直接減少化學(xué)態(tài)養(yǎng)分施用比例的方法，研究其對(duì)煙葉產(chǎn)質(zhì)量、根際土壤微生物結(jié)構(gòu)及肥料田間淋溶損失率的影響。驗(yàn)證土著菌擴(kuò)繁劑在化肥減施中的效果，為山東烤煙減量施肥技術(shù)提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 基本情況

試驗(yàn)于2016年5—9月在山東省臨沂市沂水縣朝陽(yáng)官莊試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)地是丘陵地貌，前茬作物是煙草，土壤為褐土，供試烤煙品種為NC102，基本理化性狀為有機(jī)質(zhì)12.65 g/kg，堿解氮84.29 mg/kg，速效鉀208.88 mg/kg，速效磷42.79 mg/kg，pH 6.66。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)處理，以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥為對(duì)照（CK），其他3個(gè)處理化學(xué)態(tài)養(yǎng)分分別減少0%、15%、30%，同時(shí)按照施用肥料總質(zhì)量的0.3%添加土著菌擴(kuò)繁劑作為微生物組分。對(duì)照和各處理所用肥料種類均為EM菌發(fā)酵的大豆、硝酸鉀、磷酸二銨和硫酸鉀。土著菌擴(kuò)繁劑由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所技術(shù)開(kāi)發(fā)中心研制并提供，由大豆低聚糖、維生素K2、聚谷氨酸、抗高滲透壓的枯草芽孢桿菌和有機(jī)質(zhì)制成。具體肥料施用量見(jiàn)表1。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，兩側(cè)設(shè)保護(hù)行，行距1.1 m，株距0.5 m，每小區(qū)植煙6行。田間生產(chǎn)管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行。采用大棚托盤(pán)漂浮育苗，膜下井窖式移栽，70%肥料作基肥條施，30%于移栽30 d后作追肥施用。

1.3 取樣及測(cè)定

各試驗(yàn)小區(qū)取中間兩行進(jìn)行計(jì)產(chǎn)計(jì)值和取樣。采烤結(jié)束后統(tǒng)計(jì)各處理主要經(jīng)濟(jì)性狀；取各處理CF3等級(jí)的煙樣進(jìn)行煙葉常規(guī)化學(xué)成分檢測(cè)和感官質(zhì)量評(píng)吸。

根際土壤微生物測(cè)定：各處理于烤煙成熟采收后用抖根法[16]采集根際土壤。采用稀釋平板法[17]進(jìn)行根際土壤微生物的分離計(jì)數(shù)，細(xì)菌、真菌和放線菌培養(yǎng)基分別為牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和高氏一號(hào)培養(yǎng)基。

田間淋溶液收集及測(cè)定：每次降雨或灌水后采用田間淋溶液原位收集裝置收集各小區(qū)淋溶水，并加入1～2滴濃硫酸，立即將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量淋溶液體積、溶解性總氮（TSN）、全磷和全鉀的濃度，或放入4℃冰箱保存并于24 h內(nèi)測(cè)定分析完畢。TSN用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定（HJ 636—2012），全磷濃度測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—89），鉀濃度測(cè)定采用分光光度法（GB 11904—89）。用淋溶液體積與總氮、全磷和鉀的濃度相乘計(jì)算每次淋失量，每次淋失量相加得累計(jì)淋失量。

淋溶損失率=（累計(jì)淋失量/養(yǎng)分施入總量）×100%

表1 肥料施用量Table 1 Fertilizer application rates kg/hm2

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析和處理采用SAS 9.2和EXCEL 2010軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果

2.1 不同處理對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

2.1.1 不同處理對(duì)經(jīng)濟(jì)性狀的影響 從圖1、2中可以看出，各處理的產(chǎn)量和產(chǎn)值均比對(duì)照略有降低，但與對(duì)照差異不顯著。各處理上等煙比例和上中等煙比例均比對(duì)照顯著提高。T1、T2和T3上等煙比例分別提高6.67%、7.13%和8.74%，中上等煙比例分別提高4.48%、5.21%和6.42%。T2和T3處理的均價(jià)顯著高于對(duì)照，分別提高4.73%和4.34%?？梢?jiàn)，減少化學(xué)態(tài)養(yǎng)分比例同時(shí)增施土著菌擴(kuò)繁劑會(huì)對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生有利影響，其中T2、T3處理效果更為明顯。

2.1.2 不同處理對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響 由表2可知，與CK相比各處理的糖含量、總植物堿、總氮和鉀氯比有增加的趨勢(shì)，鉀含量、氯含量、糖堿比和氮堿比有降低的趨勢(shì)；各處理煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量均在適宜范圍之內(nèi)。與CK相比，添加土著菌擴(kuò)繁劑的各處理鉀氯比均較高，尤其是T3處理鉀氯比最高，可以改善煙葉的燃吸特性。綜合來(lái)看，適當(dāng)減少化肥施用量不會(huì)對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分產(chǎn)生不良影響，且對(duì)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性有一定的改善作用。

2.1.3 不同處理對(duì)煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量的影響 從表3可以看出，T1處理的煙葉感官評(píng)吸濃度和雜氣得分均高于對(duì)照，香氣量和余味得分均低于對(duì)照，總得分比對(duì)照低0.2分，質(zhì)量檔次與對(duì)照相同；處理T2和T3的煙葉感官評(píng)吸濃度、香氣量、余味和雜氣得分均高于對(duì)照，評(píng)吸總得分分別比對(duì)照高0.6和0.8分，質(zhì)量檔次均比對(duì)照高一個(gè)檔次?？梢?jiàn)減少化學(xué)態(tài)養(yǎng)分比例同時(shí)增施土著菌擴(kuò)繁劑對(duì)煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量是有利的，其中T3處理煙葉評(píng)吸質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)最高。

圖1 各處理烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值Fig.1 Yield and output value for each treatment

圖2 各處理煙葉等級(jí)比例和均價(jià)Fig.2 Leaf grade and average price for each treatment

2.2 不同處理對(duì)根際土壤微生物數(shù)量的影響

從表4可以看出，與對(duì)照相比，各處理根際土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著減少。T1、T2和T3處理的根際土壤細(xì)菌數(shù)量與對(duì)照相比，分別增加131%、119%和92.86%；T1、T2和T3處理的根際土壤放線菌數(shù)量與對(duì)照相比，分別增加16.67%、12.78%和9.44%；T1、T2和T3處理的根際土壤真菌數(shù)量與對(duì)照相比，分別減少39.53%、38.37%和26.74%。綜合分析，在肥料中添加土著菌擴(kuò)繁劑作為微生物組分，可以顯著提高根際土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，顯著降低真菌的數(shù)量。

2.3 不同處理對(duì)肥料淋溶損失率的影響

從表5看出，各處理的總氮、全磷和鉀淋溶損失率均顯著小于對(duì)照。T1、T2和T3的總氮淋溶損失率分別比對(duì)照減少7.03%、8.14%和8.23%；T1、T2和T3的全磷淋溶損失率分別比對(duì)照減少15.94%、18.84%和26.09%；T1、T2和T3的鉀淋溶損失率分別比對(duì)照減少7.25%、9.63%和10.41%。由此可以得出在減少化肥施用量的基礎(chǔ)上增施土著菌擴(kuò)繁劑可以顯著減少肥料養(yǎng)分的淋失，提高肥料利用率；全磷的淋溶損失率各處理均較小，可能是由于磷素易在土壤中被固定，因而淋溶較少。

表2 各處理烤煙中部煙葉（C3F）常規(guī)化學(xué)成分Table 2 Chemical components of C3F tobacco leaves for each treatment

表3 各處理烤煙中部煙葉（C3F）感官質(zhì)量Table 3 Sensory quality of C3F tobacco leaves for each treatment

表4 各處理根際土壤微生物數(shù)量比較Table 4 The comparison of rhizosphere soil microbial population for each treatment CFU/kg

表5 各處理肥料淋溶損失率比較Table 5 The comparison of fertilizer leaching loss rate for each treatment %

3 討論

在本試驗(yàn)條件下，T2、T3處理上等煙比例、上中等煙比例和均價(jià)顯著提高，與前人的試驗(yàn)結(jié)果不盡一致。張煥菊等[14]的研究結(jié)果表明，應(yīng)用生物有機(jī)肥降低化肥用量15%～30%對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀沒(méi)有顯著影響，這可能是試驗(yàn)點(diǎn)之間土壤條件、氣候條件和當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥量差異過(guò)大造成的。李金生等[10]研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)土著菌擴(kuò)繁劑處理的煙葉經(jīng)濟(jì)性狀得到提高。宋春燕[15]研究結(jié)果表明，使用30%肥料增效劑等量替代煙草專用復(fù)合肥對(duì)煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值有提高作用。本試驗(yàn)中各處理產(chǎn)量略有下降，原因可能是各處理的化學(xué)態(tài)養(yǎng)分減少，使得總養(yǎng)分含量降低，故產(chǎn)量略有下降，但差異并不顯著。對(duì)照與各減肥處理的煙葉化學(xué)成分均在適宜范圍內(nèi)，且與周翔等[18]對(duì)沂水煙區(qū)煙葉低糖高堿中氯的特征分析一致。各處理與對(duì)照相比，煙葉鉀含量均有所降低，T3處理降低最大，但仍在適宜范圍之內(nèi)。根據(jù)韓小斌[19]研究結(jié)果，隨施鉀量的增加煙葉鉀素含量增加，可以推測(cè)減施30%化肥可能使得鉀素供應(yīng)不足，導(dǎo)致T3處理煙葉鉀含量偏低，在化肥減施技術(shù)中應(yīng)該注意。各處理煙葉氯含量均比對(duì)照低，且隨化學(xué)態(tài)肥料的施用量減少而降低，其原因有待進(jìn)一步研究明確。T3處理的煙葉感官評(píng)吸勁頭、濃度、香氣量、余味和雜氣均比對(duì)照得分高，且質(zhì)量比對(duì)照提高一個(gè)檔次，說(shuō)明T3處理可提高煙葉感官評(píng)吸質(zhì)量。此與宋春燕[15]、劉世亮等[21]的研究結(jié)論基本吻合。

烤煙根際微生物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解、無(wú)機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化、氮的固定以及提供植物營(yíng)養(yǎng)、保持土壤肥力具有重要作用[21]。與對(duì)照相比，施用土著菌擴(kuò)繁劑的各處理根際土壤細(xì)菌數(shù)量和放線菌數(shù)量顯著增加，真菌數(shù)量顯著減少，這是因?yàn)槭┤胪林鷶U(kuò)繁劑后，不同程度地改變了植煙土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況和微生物構(gòu)成。李姣等[22]研究表明，與施用煙草專用復(fù)合肥的對(duì)照相比，施用生物有機(jī)肥明顯增加了根際土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量，這可能是因?yàn)樗褂玫奈⑸锓N類不同所造成的。蔣歲寒等[23]、王麗麗等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在大田中施用生物有機(jī)肥可以減少根際土壤病原菌數(shù)量、改變根際微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)，增加根際土壤微生物功能多樣性。

化學(xué)態(tài)氮、磷、鉀養(yǎng)分等施入土壤后，水解生成銨離子、硝酸根離子、磷酸根離子和鉀離子，離子易隨水分淋失。各處理減少了化學(xué)態(tài)養(yǎng)分的比例，相應(yīng)的提高了有機(jī)養(yǎng)分在肥料中的占比，通過(guò)根際微生物的作用，有機(jī)養(yǎng)分隨著煙株生長(zhǎng)逐步釋放，減少養(yǎng)分隨淋溶的損失。同時(shí)由于土著菌擴(kuò)繁劑的作用，土壤細(xì)菌和放線菌含量增加，它們可能會(huì)固定部分養(yǎng)分，間接減少養(yǎng)分的淋溶損失。這與王寶申等[25]研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，土著菌擴(kuò)繁劑結(jié)合等比例減施氮磷鉀化肥的施肥方法與常規(guī)施肥相比，能提高煙葉等級(jí)比例和均價(jià)，對(duì)煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和評(píng)吸品質(zhì)均是有利的，且能顯著提高煙株根際土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，減少田間肥料淋溶率，利于彰顯煙葉的品質(zhì)特色，是煙草農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中兼顧產(chǎn)質(zhì)量和生態(tài)效益的施肥模式。其中減施30%的處理綜合效果最佳。

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