高碳基肥施用方法對清鎮(zhèn)植煙土壤及烤煙品質(zhì)的影響

刁朝強,聶忠揚,程傳策,胡 勇,吳永琴,魏光鈺,任春燕

(1.貴州省煙草公司 貴陽市公司,貴州 貴陽 550001;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)

土壤是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的基礎(chǔ),土壤的優(yōu)勢也是優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)的優(yōu)勢[1]。長期連作和連續(xù)施用化肥使煙田土壤環(huán)境嚴(yán)重破壞,土壤肥力下降,土壤營養(yǎng)供應(yīng)不均衡，土壤和煙株之間的礦質(zhì)營養(yǎng)難以平衡,煙葉化學(xué)成分失調(diào),最終影響煙葉的香氣特性[2]。因此,針對貴陽烤煙生產(chǎn)實際,適時開展技術(shù)性研究,在保證煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的同時,大幅度提高養(yǎng)分資源的利用效率,可以為全面提高煙葉生產(chǎn)的經(jīng)濟效益提供技術(shù)保障,同時也可為貴州煙區(qū)煙葉風(fēng)格特色的彰顯提供優(yōu)良的配套栽培技術(shù)。

碳基肥料一般都能作為養(yǎng)分被植物吸收,其肥料利用率高于非碳基化肥[3]。碳基肥料除了供應(yīng)大量元素外,還可以提供大量的二氧化碳營養(yǎng),不論從環(huán)境保護角度,還是從作物營養(yǎng)需要角度,碳基肥料應(yīng)是化肥工業(yè)發(fā)展的方向[4]。我們通過試驗篩選出合適的高碳基肥料的使用量,以期更好地改良土壤結(jié)構(gòu),提高煙葉品質(zhì)；選擇效果好、費用低的配方作為今后一個階段推廣應(yīng)用的配方,以期為大規(guī)模的示范推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗安排在清鎮(zhèn)市進行,試驗田為當(dāng)?shù)刂饕矡熗寥捞飰K,地勢平坦、排灌方便,近年來未做過有機肥類效應(yīng)試驗,面積約1000 m2,前茬未使用高殘留有害除草劑。

1.2 試驗材料

供試材料:高碳基有機肥料。供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87。

1.3 試驗設(shè)計

實驗共設(shè)置5個處理,即:對照(CK)，常規(guī)施肥,不施用任何高碳基有機肥料；T1，常規(guī)施肥,施用高碳基肥料1500 kg/hm2;T2，常規(guī)施肥,施用高碳基肥料1200 kg/hm2;T3，常規(guī)施肥,施用高碳基肥料900 kg/hm2;T4，常規(guī)施肥,施用高碳基肥料600 kg/hm2。每個處理3次重復(fù),采用隨機區(qū)組排列；每小區(qū)面積為66.7 m2，每個小區(qū)種植5行,行距1.2 m,株距0.5 m。試驗田各處理所有農(nóng)事操作在同一天內(nèi)完成,其它田間管理措施均按當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)技術(shù)方案。在采收烘烤過程中,以小區(qū)為單位單獨掛牌采收、烘烤、分級、計產(chǎn)。按國家42級制標(biāo)準(zhǔn)分級。

1.4 觀察記載

1.4.1 農(nóng)藝性狀 在各小區(qū)選擇有代表性的10株煙株掛牌標(biāo)記,分別于煙株移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d對煙株的株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長寬等農(nóng)藝性狀進行調(diào)查。

1.4.2 經(jīng)濟性狀 以小區(qū)為單位單獨采收烘烤、分級計產(chǎn)。開烤前調(diào)查實收株數(shù),對各小區(qū)標(biāo)記煙株標(biāo)記下部葉(4～7葉位)、中部葉(9～12葉位)、上部葉(14～17葉位)。烘烤結(jié)束后,按小區(qū)進行分級,再統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例、上中等煙比例。

1.5 樣品采集與測定

1.5.1 土樣采集 共分4次采取,分別于煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d對每個處理植煙根際土壤5 mm范圍內(nèi)進行取樣,取樣時采集耕作層土樣1.5 kg,混合均勻后,用四分法取1.0 kg土樣送檢。

1.5.2 煙樣采集 煙葉分級結(jié)束后,以處理為單位留取各小區(qū)標(biāo)記葉,用于物理特性和香氣物質(zhì)含量的測定。

1.5.3 測定項目及方法 (1)土壤化學(xué)指標(biāo):分別在煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,對植煙根際土壤5 mm范圍內(nèi)進行取樣,測定堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)的含量，其測定方法分別為堿解擴散法、0.5 mol/L NaHCO3法、NH4OAc浸提-火焰光度法和重鉻酸鉀容量法。(2)土壤相關(guān)酶指標(biāo):在煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,對植煙根際土壤5 mm范圍內(nèi)進行取樣,測定土壤蔗糖酶和土壤脲酶的活性，其中土壤蔗糖酶活性的測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法,以葡萄糖mg/(g·24 h·37 ℃)為單位;土壤脲酶活性的測定采用奈氏比色法,以NH4-N mg/(g·24 h·37 ℃)為單位。(3)經(jīng)濟性狀:計算烤后煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例和上中等煙比例等。(4)物理特性:包括厚度、拉力、填充值、葉質(zhì)重、含梗率和平衡含水率等；其中厚度、含梗率、葉質(zhì)重、拉力的測定方法參照文獻[11]，平衡含水率的測定采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31─1996，填充值的檢測按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 152─2001。(5)中性致香物質(zhì):采用氣/質(zhì)聯(lián)用儀Agilent GC 6890 N/MS 5975進行分析。

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用DPS 7.05軟件,采用Duncan氏新復(fù)極差法比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異;使用OriginPro 8.5進行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高碳基肥料施用處理對土壤有機質(zhì)含量的影響

有機質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源,能有效促進土壤結(jié)構(gòu)形成,改善土壤的物理性質(zhì),提高土壤的保肥能力和緩沖性能,同時腐殖質(zhì)具有生理活性,能促進作物生長發(fā)育[5]。

從圖1可以看出,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤有機質(zhì)含量在烤煙生長發(fā)育過程中變化不大,與對照相比,經(jīng)不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤有機質(zhì)含量較高,尤其是T2處理。方差分析結(jié)果表明：在移栽后30 d,T2和T3處理之間土壤有機質(zhì)含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,T1、T4處理和對照之間差異不顯著;在移栽后60 d,T1、T2和T3處理之間土壤有機質(zhì)含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,4個處理與對照差異顯著;在移栽后90 d,4個處理之間土壤有機質(zhì)含量差異不顯著,T1、T2、T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照間差異不顯著;在移栽后120 d,各處理間土壤有機質(zhì)含量差異顯著。

圖1 不同高碳基肥料施用方法對土壤有機質(zhì)含量的影響

2.2 不同高碳基肥料施用處理對土壤氮磷鉀含量的影響

氮素是蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、磷脂、激素、酶、葉綠素和煙堿的組成成分,是構(gòu)成生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ),直接參與煙株的形態(tài)建成,是煙草最重要的營養(yǎng)元素[6]。磷在有機化合物中以磷脂、核酸、植素的形態(tài)存在,參與煙株的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸和能量代謝,促進細胞分裂,增強煙株的抗逆性[7]。煙草是喜鉀作物,鉀是煙株體內(nèi)多種酶的激活劑,能促進煙株的碳水化合物代謝、氮代謝、脂肪代謝,調(diào)節(jié)氣孔開放,維持細胞膨壓,促進物質(zhì)運輸和機械組織發(fā)育,提高煙株的抗逆性[8]。

2.2.1 不同處理對堿解氮含量的影響 土壤水解性氮或稱堿解氮,也叫有效氮,能反映土壤近期內(nèi)氮素供應(yīng)情況,包括無機態(tài)氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)及易水解的有機態(tài)氮(氨基酸、酰胺和易水解蛋白質(zhì))[9]。氮素在土壤和煙株體內(nèi)的移動性都很強。土壤有效氮量與煙株生長關(guān)系密切,因此它在指導(dǎo)施肥中意義更大。

從圖2可以看出,在烤煙生長發(fā)育過程中,不同處理植煙土壤堿解氮含量的動態(tài)變化趨勢一致,表現(xiàn)為移栽后30 d土壤堿解氮含量增加,在移栽90 d之后又逐漸減少。與對照相比,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤堿解氮含量均較高,尤其是T2處理最高。方差分析結(jié)果表明：在烤煙移栽后30 d,T2和T3處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1和T3處理之間差異不顯著,T1和T4處理之間差異不顯著,T4處理和對照之間差異不顯著,T2處理與T1、T4處理、對照之間差異顯著,T3處理與T4處理、對照之間差異顯著,T1處理與對照之間差異顯著;在移栽后60 d,T1、T2、T3和T4處理與對照間土壤堿解氮含量差異顯著,4個處理之間差異不顯著;在移栽后90 d,4個處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1、T2、T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照間差異不顯著;在移栽后120 d,T2和T3處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,T4處理和對照之間差異不顯著,T2處理與T1、T4處理、對照之間差異顯著,T3處理與對照之間差異顯著。

圖2 不同高碳基肥料施用方法對土壤堿解氮含量的影響

2.2.2 不同處理對速效磷含量的影響 土壤速效磷是土壤磷素養(yǎng)分供應(yīng)水平高低的指標(biāo), 土壤磷素含量高低可在一定程度上反映土壤中磷素的貯量和供應(yīng)能力。土壤中速效磷含量與煙株對肥料磷的利用呈負(fù)相關(guān)[10]。

從圖3可以看出,不同高碳基肥料施用處理植煙土壤的速效磷含量在整個生育期內(nèi)變化不大。與對照相比,不同高碳基肥料施用處理的土壤速效磷含量均較高,具體表現(xiàn)為T2處理>T3處理>T1處理>T4處理。方差分析結(jié)果表明,在烤煙移栽后30 d,4個處理之間土壤速效磷含量差異不顯著,T1、T2和T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照之間差異不顯著。

圖3 不同高碳基肥料施用方法對土壤速效磷含量的影響

2.2.3 不同處理對速效鉀含量的影響 速效鉀是土壤中存在的水溶性鉀,這部分鉀能很快地被植物吸收利用。鉀是煙草吸收的營養(yǎng)元素中最多的一種元素。鉀對煙葉一些芳香物質(zhì)的合成積累有促進作用[11]。

不同高碳基肥料施用處理對植煙土壤速效鉀含量的影響見圖4,表現(xiàn)為植煙土壤速效鉀含量從移栽后30 d逐漸升高,到60 d后降低。與對照相比,在烤煙各生育時期內(nèi)不同高碳基肥料施用處理的土壤速效鉀含量均較高,其中T2處理土壤速效鉀含量最高。

2.3 不同高碳基肥料施用處理對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤成分之一,烤煙根系的活動能促使土壤酶的積累,烤煙根際土壤酶活性明顯高于非根際土壤酶活性[12]。

2.3.1 不同處理對土壤脲酶活性的影響 土壤脲酶主要來源于植物和微生物,是決定土壤中氮轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶,能酶促土中尿素水解成氨,其活性高低反映了各種生化過程的方向和強度[13]。

從圖5可以看出,不同處理植煙土壤的脲酶活性在烤煙生育時期內(nèi)動態(tài)變化一致,表現(xiàn)為先升高后降低,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤脲酶活性均高于對照的。方差分析結(jié)果表明：在烤煙不同生育時期不同高碳基肥料施用處理與對照之間土壤脲酶活性差異均顯著;在移栽后30 d,不同處理間土壤脲酶活性差異均顯著;在移栽后60 d和90 d,T4處理與對照間土壤脲酶活性差異不顯著;在移栽后120 d,T1、T3處理之間土壤脲酶活性差異不顯著。

圖4 不同高碳基肥料施用方法對土壤速效鉀含量的影響

圖5 不同高碳基肥料施用方法對土壤脲酶活性的影響

2.3.2 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響 蔗糖酶又叫轉(zhuǎn)化酶或β-呋喃果糖苷酶,能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用[14]。

從圖6可以看出,不同高碳基肥料施用處理的土壤蔗糖酶活性在烤煙各生育時期內(nèi)動態(tài)變化表現(xiàn)一致,從移栽后30 d逐漸增強,90 d后逐漸降低。與對照相比,在烤煙生育期內(nèi)不同高碳基肥料施用處理的土壤蔗糖酶活性均較高。方差分析結(jié)果顯示,在烤煙各生育時期,不同處理間土壤蔗糖酶活性差異均顯著。

2.4 不同高碳基肥料施用處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

烤煙的農(nóng)藝性狀主要包括株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長和最大葉寬等,它能反映煙株在大田的生長狀況,從側(cè)面也能反映出煙田肥力的高低[15]。株高是煙株營養(yǎng)體生長的主要表現(xiàn)之一,株高的增加往往伴隨著葉片的增大和莖圍的增加。莖圍能直接反映煙株莖稈的健壯程度,與煙株營養(yǎng)密切相關(guān)?？緹熥畲笕~面積能在一定程度上反映煙株內(nèi)的營養(yǎng)狀況,如果煙株最大葉面積大,則煙株內(nèi)營養(yǎng)豐富。煙株最大葉長和葉寬能從側(cè)面反映煙株的最大葉面積。

從表1可以看出：從移栽后30 d至60 d,煙株的株高、莖圍、葉數(shù)和最大葉面積都急速增加；在移栽60 d之后,這些農(nóng)藝指標(biāo)的增加速度下降。方差分析結(jié)果表明,在烤煙各生育時期,不同處理間這些農(nóng)藝指標(biāo)差異均顯著。

圖6 不同高碳基肥料施用方法對土壤蔗糖酶活性的影響表1 不同高碳基肥料施用處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

移栽后天數(shù)處理葉數(shù)/片株高/cm最大葉面積/cm2莖圍/cm30 dCK6.09 b13.40 ab306.13 a4.98 aT16.20 b11.26 b313.07 a4.94 aT28.06 ab13.33 ab308.32 a4.89 aT38.51 a16.10 a352.39 a4.93 aT49.02 a14.31 ab350.32 a4.91 a45 dCK9.92 a38.65 a856.53 a6.25 aT111.27 a38.62 a871.39 a6.14 aT210.16 a40.56 a864.23 a6.38 aT311.56 a36.14 a823.65 a5.78 aT412.05 a36.49 a834.43 a5.85 a60 dCK15.59 b92.48 a1175.90 a7.50 bT115.74 a93.80 a1163.12 a7.70 bT216.36 a93.65 a1191.41 a7.58 bT316.16 a92.49 a1214.43 a8.15 aT416.11 a90.38 a1208.27 a7.87 ab75 dCK15.84 b94.23 b1383.91 b8.22 abT116.31 a94.70 b1535.99 a8.24 abT216.54 ab95.12 ab1406.49 b8.50 aT316.17 ab98.68 a1533.21 a8.06 abT416.40 ab99.25 a1515.66 a8.88 a90 dCK16.12 b97.33 b1530.84 b8.29 cT116.38 b102.93 a1628.44 a9.87 abT216.95 a103.93 a1615.66 a10.30 aT316.86 a98.97 b1624.41 a9.13 bcT417.37 a103.30 a1617.79 a9.25 b

2.5 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙物理特性的影響

煙葉的物理特性與煙葉品質(zhì)具有一定的相關(guān)性。煙葉的物理特性是煙葉的外部形態(tài)和物理特性,主要包括葉片的厚度、葉質(zhì)重、拉力、平衡含水率、填充值和含梗率等[18]。

從表2可以看出：4個處理與對照間含梗率、填充值和抗張能力差異不顯著;T1與T3、T2、T4處理、對照間含水率差異顯著,T3、T2、T4處理與對照之間差異不顯著;T3、T4處理與對照之間葉質(zhì)重差異不顯著,T1、T2處理與對照之間差異顯著,4個處理之間差異不顯著;T3處理與T1、T2、T4處理、對照之間厚度差異顯著,T1、T2、T4處理、對照之間差異不顯著。

表2 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙物理特性的影響

2.6 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙香氣成分的影響

從表4可以看出：不同高碳基肥料施用處理烤后煙的類胡蘿卜素含量與對照相比差異顯著,其中T2、T3的含量較高,其次是T4的含量,而對照和T1的含量較低;不同處理烤后煙的苯丙氨酸類總量差異顯著,其中T2和T3的含量居前2位,其次是T1和T4的含量,均顯著高于對照的;在類西柏烷類棕色化反應(yīng)產(chǎn)物方面,各個處理的含量均顯著低于對照的,但在4個處理間差異不顯著;在新植二烯方面,T3和T4的含量居前2位,其次為T1的含量,而T2的含量與對照差異不顯著;致香物質(zhì)總含量以T3處理最高,其次為T4處理,而T1、T2、對照間差異不顯著。

表3 不同處理烤后C3F煙葉中性香氣物質(zhì)的組成

2.7 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙經(jīng)濟性狀的影響

從表4可以看出,與對照相比,不同高碳基肥料施用處理烤后煙的產(chǎn)量、均價、產(chǎn)值、上等煙比例、上中等煙比例均較高,其中以T1處理最高,其次為T3、T2和T4處理。

表4 不同高碳基肥料施用處理對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

3 討論與結(jié)論

經(jīng)過高碳基肥料施用處理后的植煙土壤有機質(zhì)含量比對照高,說明施用高碳基肥料能夠改善煙田土壤的理化性狀,提高土壤的保肥能力和緩沖性能,促進作物生長發(fā)育。其中T2處理土壤的有機質(zhì)含量最高,其次為T3處理,而T1、T4處理提高土壤有機質(zhì)含量的能力較差。

施用高碳基肥料能夠顯著提高土壤中氮、磷、鉀元素的含量,保證煙株的正常生長發(fā)育,其中T2處理對土壤中氮磷鉀含量的提高最多,其次為T3處理,而T1、T4處理提高較少。

在烤煙生育期內(nèi)不同高碳基肥料施用處理的土壤脲酶和蔗糖酶活性均較高；施用不同高碳基肥料對煙株農(nóng)藝性狀的影響較小,但能提高烤后煙葉的含梗率與含水率,提高烤后煙的經(jīng)濟性狀,增加產(chǎn)值,提高收益。

總之，施用高碳基肥料能夠提高土壤有機質(zhì)以及氮、磷、鉀的含量，土壤酶的活性，烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和香氣物質(zhì)總量,其中經(jīng)T2處理后的煙葉經(jīng)濟效益最高,經(jīng)T3處理后的煙葉香氣物質(zhì)含量最高。

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