有機(jī)肥與化肥配施對(duì)土壤微生物及煙葉品質(zhì)的影響

潘義宏,顧毓敏,夏賢仁,盧曉華,王瑞寶，劉有才，楊 森,敖金成

(1.云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司,云南 昆明 650106；2.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,云南 昆明 650224；3.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082；4.云南省煙草公司 曲靖市公司,云南 曲靖 655000)

土壤作為烤煙正常生長(zhǎng)的基礎(chǔ),其理化性質(zhì)的優(yōu)劣會(huì)直接或間接影響煙葉的品質(zhì)[1]。適宜的土壤理化性質(zhì)是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煙葉的基礎(chǔ)[2]。而土壤微生物是土壤的重要組成部分和最活躍的部分,在平衡作物營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和利用的過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[3-4]。研究摸清植煙土壤中微生物的數(shù)量變化,能在一定程度上判斷土壤的健康狀況[5]。長(zhǎng)期以來(lái),化學(xué)肥料在烤煙生產(chǎn)中被大量施用,其在提高煙葉單產(chǎn)的同時(shí)使植煙土壤環(huán)境的平衡遭到嚴(yán)重破壞,最終降低了煙葉的品質(zhì),生產(chǎn)出的煙葉不能滿足卷煙工業(yè)企業(yè)對(duì)煙葉原料的需求,嚴(yán)重制約了煙葉的可持續(xù)發(fā)展[6]。云南宣威煙葉產(chǎn)區(qū)每年為國(guó)內(nèi)各大卷煙工業(yè)企業(yè)提供3萬(wàn)多t煙葉,為穩(wěn)定主要卷煙品牌做出了突出的貢獻(xiàn)。通過(guò)試驗(yàn)研究篩選出適合煙區(qū)烤煙生長(zhǎng)的適宜施肥技術(shù)措施對(duì)改善宣威煙區(qū)烤煙生產(chǎn)技術(shù)、煙葉品質(zhì)以及提高煙農(nóng)收入具有重要意義。相關(guān)研究表明,一定比例的有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥混合施用能促進(jìn)烤煙在田間的生長(zhǎng),并能平衡煙葉營(yíng)養(yǎng),改善煙葉品質(zhì)[7-11]。目前未見(jiàn)有關(guān)不同有機(jī)肥種類(lèi)以及不同施用配比對(duì)烤煙品種云煙105煙葉品質(zhì)、土壤綜合肥力指數(shù)以及土壤微生物數(shù)量等影響的研究報(bào)道。研究發(fā)現(xiàn),含甲殼素的氨基酸有機(jī)肥和菜籽餅有機(jī)肥在種類(lèi)繁多的有機(jī)肥中表現(xiàn)較優(yōu)[12-14]。為此,筆者有針對(duì)性地選擇這兩種有機(jī)肥,以宣威煙區(qū)主栽的云煙105為研究對(duì)象,研究并篩選出適宜的有機(jī)肥種類(lèi)以及最佳有機(jī)無(wú)機(jī)肥配比,以期為改善植煙土壤環(huán)境以及在煙區(qū)大面積推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年4～10月在宣威市熱水鎮(zhèn)開(kāi)展,試驗(yàn)用烤煙品種為云煙105,采用膜下小苗方式移栽,種植密度為13500株/hm2,試驗(yàn)地?zé)熑~栽培與調(diào)制按照曲靖市優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行。移栽前供試土壤綜合肥力指數(shù)值IFI為0.49。試驗(yàn)使用的兩種有機(jī)肥分別為甲殼素氨基酸有機(jī)肥(蝦肽氨基酸>5%,有機(jī)質(zhì)>40%,微量元素含量>35%,甲殼素>0.5%)以及腐熟菜籽餅氨基酸有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)>80%,總養(yǎng)分≥8%)；使用的無(wú)機(jī)肥為復(fù)合肥,營(yíng)養(yǎng)配比為N∶P2O5∶K2O=14∶10∶24。

在烤煙移栽時(shí),各處理所用的有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥一道穴施。供試煙株的基肥按照75.0 kg/hm2純氮施用,追肥按照15.0 kg/hm2純氮施用硝酸銨,并在追肥時(shí)按照75.0 kg/hm2的量施用硫酸鉀。各處理無(wú)機(jī)肥和有機(jī)肥的施用比例按照肥料中純氮含量計(jì)算,K2O和P2O5的含量以對(duì)照施用無(wú)機(jī)肥的量為依據(jù),各處理不足部分分別使用普鈣和硫酸鉀進(jìn)行補(bǔ)充,確保所有處理和對(duì)照施用肥料中的K2O、純氮和P2O5含量保持一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)對(duì)照和7個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),田間小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)處理設(shè)置詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.3 取樣與分析

于烤煙成熟采收后采集各處理土壤樣品,對(duì)長(zhǎng)方形土塊采取“之”字形，對(duì)較為方正的地塊采用對(duì)角線或棋盤(pán)形采集耕層20 cm深的土樣,在同一小區(qū)取樣8～10個(gè)點(diǎn),將土樣混勻后采用四分法保留1 kg左右用于測(cè)試。待樣品風(fēng)干后,測(cè)定全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量,并測(cè)定pH值。隨機(jī)選取供試煙株根際(距離煙株10 cm左右)0～20 cm土層進(jìn)行取樣,每個(gè)小區(qū)3次重復(fù)；土樣采集后過(guò)40目篩,用無(wú)菌塑料袋密封,在4 ℃冰箱保存。土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量測(cè)定采用平板培養(yǎng)計(jì)數(shù)法[15]。在煙葉烘烤后,選取C3F和B2F煙葉樣品各3.0 kg用于煙葉綜合品質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)。

依據(jù)蔡憲杰等[16]的方法對(duì)煙葉外觀質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分;煙葉的各物理特性指標(biāo)依據(jù)YC/T 152─2001、YC/T 142─201、GB/T 12914─2008、GB/T 451.3─2002以及YC/T 31─19960等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè);依據(jù)YC/T 162─2002、YC/T 173─2003、YC/T 159─2002、YC/T 161─2002和YC/T 160─2002等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙葉的常規(guī)化學(xué)成分進(jìn)行檢測(cè),并計(jì)算氮堿比、鉀氯比和糖堿比;聘請(qǐng)7名煙葉評(píng)吸專(zhuān)家,依據(jù)YC/T 138─1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)吸,并出具評(píng)吸報(bào)告。分別于烤煙移栽后15、30、45、60 d調(diào)查各處理主要煙草病害的發(fā)生情況,調(diào)查方法參照煙草病蟲(chóng)害分級(jí)及調(diào)查方法GB/T 23222─2008,并計(jì)算平均值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；參照文獻(xiàn)[17],計(jì)算出煙葉評(píng)吸質(zhì)量、物理特性和外觀質(zhì)量的指數(shù)和得分；參照文獻(xiàn)[18],計(jì)算出煙葉常規(guī)化學(xué)成分的指數(shù)和得分；按照《中國(guó)煙草種植區(qū)劃》[17]的方法計(jì)算出煙葉的綜合質(zhì)量得分；參照文獻(xiàn)[19]的研究結(jié)果,應(yīng)用主成分分析法確定各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重,再利用隸屬度函數(shù)計(jì)算土壤肥力綜合指標(biāo)[20-21](Integrated Fertility Index, IFI),其計(jì)算公式如下:

上式中：Wi和Ni分別為第i種肥力指標(biāo)的權(quán)重和相應(yīng)的隸屬度;p為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

此外，發(fā)病率的計(jì)算公式為：發(fā)病率=病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)烤煙生育期的影響

從表2可以看出,從移栽期到現(xiàn)蕾期,7個(gè)處理和對(duì)照烤煙的生育期一致,而從中心花開(kāi)放期開(kāi)始,不同處理烤煙的生育期有所差別。具體表現(xiàn)為:與對(duì)照相比,T3處理烤煙的生育期最短,較對(duì)照烤煙提前6 d成熟;其次是T4和T7,較對(duì)照提前5 d成熟;T6和T2分別比對(duì)照提前3 d和2 d成熟,T1和T5處理均較對(duì)照提前1 d成熟。

表2 不同試驗(yàn)處理對(duì)烤煙生育期的影響

2.2 不同處理烤煙主要病害的發(fā)生情況

由表3可以看出：T2～T7處理烤煙黑脛病的發(fā)病率顯著低于CK和T1處理的(P<0.05);T2～T4和T6～T7處理烤煙根黑腐病的發(fā)病率顯著低于CK、T1和T5處理的(P<0.05);T1～T7處理烤煙根結(jié)線蟲(chóng)病的發(fā)病率顯著低于對(duì)照的(P<0.05);T3和T4處理煙草花葉病(TMV)的發(fā)病率顯著低于其他處理的(P<0.05);而不同處理對(duì)烤煙氣候斑點(diǎn)病和赤星病的發(fā)病率無(wú)顯著影響。

表3各處理烤煙主要病害的發(fā)病率%

處理黑脛病根黑腐病根結(jié)線蟲(chóng)病TMV氣候斑點(diǎn)病赤星病T13.41 a3.83 a1.11 b1.22 a3.81 a1.62 aT22.02 b2.72 b0.82 b1.14 a3.52 a1.33 aT31.73 b2.17 b0.45 b0.51 b3.64 a1.11 aT41.84 b2.12 b0.53 b0.63 b3.42 a1.25 aT52.45 b4.21 a2.46 b1.54 a4.33 a1.74 aT62.12 b2.46 b0.84 b1.32 a3.92 a1.45 aT71.90 b2.82 b0.73 b1.43 a4.26 a1.93 aCK4.82 a5.07 a3.56 a1.48 a4.18 a1.86 a

注:表中數(shù)據(jù)為烤煙團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、成熟期的平均發(fā)病率。同列不同小寫(xiě)字母表示處理之間差異顯著(P<0.05),否則表示差異不顯著。

2.3 不同處理植煙土壤綜合肥力評(píng)價(jià)

通過(guò)計(jì)算各處理土壤的綜合肥力IFI值(詳見(jiàn)表4)可知,除T5處理外,其余處理植煙土壤的綜合肥力IFI值均高于對(duì)照,表明有機(jī)無(wú)機(jī)肥混施能提高植煙土壤的綜合肥力。其中T3和T4處理土壤的IFI值為“較高”水平,較對(duì)照分別提高了22.6%和17.0%。而對(duì)照和其他處理的IFI值均為“中等”水平。

2.4 不同處理植煙土壤的微生物數(shù)量

圖4為各處理烤煙在現(xiàn)蕾期的根際土壤微生物種類(lèi)和數(shù)量,從中可以看出,各處理植煙土壤的微生物數(shù)量以細(xì)菌最多,其次是真菌,放線菌數(shù)量較少。與對(duì)照相比,T3和T4處理均能顯著提高植煙土壤細(xì)菌和真菌的數(shù)量,而對(duì)放線菌的數(shù)量無(wú)顯著影響。對(duì)于各處理土壤真菌數(shù)量來(lái)說(shuō),除T1和T2處理與對(duì)照無(wú)顯著差異外,其他5個(gè)處理均顯著高于對(duì)照(P<0.05)；其中,T3、T4和T7處理的土壤真菌數(shù)量較多,以T3處理最多。對(duì)于各處理土壤的細(xì)菌數(shù)量來(lái)說(shuō),7個(gè)處理均顯著高于對(duì)照(P<0.05)；其中以T3、T5和T7處理的土壤細(xì)菌數(shù)量較多,均顯著高于其他處理的(P<0.05)。對(duì)于各處理土壤的放線菌數(shù)量來(lái)說(shuō),只有T3、T5和T7處理顯著高于對(duì)照的(P<0.05),其他處理與對(duì)照間無(wú)顯著差異。

表4 各處理植煙土壤的綜合肥力

注:土壤IFI值劃分5個(gè)等級(jí),即:低(IFI<0.2)、較低(0.2≤IFI<0.4)、中(0.4≤IFI<0.6)、較高(0.6≤IFI<0.8)和高(IFI≥0.8)[20-21]。

2.5 烤煙不同生育期微生物變化特征分析

2.5.1 真菌數(shù)量的變化特征 對(duì)于同一處理烤煙在不同生育期的土壤真菌數(shù)量來(lái)說(shuō),從烤煙移栽前到采收后,其均呈先增加后減少的變化趨勢(shì),且均在現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值,顯著高于其他生育期的數(shù)量(P<0.05)。其中T3、T4和T7處理在現(xiàn)蕾期的土壤真菌數(shù)量居前3位,分別比移栽前增加了28.2倍、20.6倍和14.0倍。對(duì)于不同處理烤煙在同一生育期的土壤真菌數(shù)量來(lái)說(shuō),T3、T4、T7和T6處理在旺長(zhǎng)期和采收后的土壤真菌數(shù)量均顯著高于同一時(shí)期其他處理和對(duì)照的(P<0.05);T1、T2和CK在現(xiàn)蕾期的土壤真菌數(shù)量顯著低于其他5個(gè)處理的(P<0.05),其中T3處理的土壤真菌數(shù)量最高,顯著高于其他處理和對(duì)照的(P<0.05)?？傮w上來(lái)看,T3、T4和T7處理的土壤真菌數(shù)量在烤煙生長(zhǎng)的各時(shí)期均顯著高于其他處理的(P<0.05),且以T3處理的土壤真菌數(shù)量最高(圖2)。

圖中小寫(xiě)字母相同表示對(duì)照和各處理間土壤微生物數(shù)量差異不顯著；小寫(xiě)字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

圖1不同處理植煙土壤的微生物數(shù)量

圖中不同大寫(xiě)(或小寫(xiě))字母表示差異顯著(P<0.05)，否則表示差異不顯著；大寫(xiě)字母表示在同一生長(zhǎng)期不同處理間的真菌數(shù)量差異,小寫(xiě)字母表示同一處理在不同生長(zhǎng)期間的真菌數(shù)量差異。下圖類(lèi)同。

圖2各處理烤煙在不同生育期土壤真菌數(shù)量的變化

2.5.2 細(xì)菌數(shù)量的變化特征 對(duì)于同一處理植煙土壤細(xì)菌數(shù)量在烤煙不同生長(zhǎng)期的變化情況來(lái)說(shuō),從烤煙移栽前到采收后,土壤的細(xì)菌數(shù)量均呈先增加后減少的趨勢(shì),數(shù)量均在現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值,顯著高于其他時(shí)期的數(shù)量(P<0.05)；之后顯著減少(P<0.05)。對(duì)于不同處理烤煙在同一生長(zhǎng)期的細(xì)菌數(shù)量變化情況來(lái)說(shuō),在旺長(zhǎng)期各處理以及對(duì)照的土壤細(xì)菌數(shù)量間無(wú)顯著差異;現(xiàn)蕾期T3、T5和T7處理的土壤細(xì)菌數(shù)量顯著高于其他處理以及對(duì)照的(P<0.05);采收后的土壤細(xì)菌數(shù)量以T3、T4和T7處理顯著高于其他處理以及對(duì)照(P<0.05)(圖3)。

圖3 各處理烤煙在不同生育期土壤細(xì)菌數(shù)量的變化

2.5.3 放線菌數(shù)量的變化特征 對(duì)于同一處理植煙土壤放線菌數(shù)量在烤煙不同生長(zhǎng)期的變化情況來(lái)說(shuō),從烤煙移栽前到采收后,土壤的放線菌數(shù)量均呈先增加后減少的趨勢(shì),數(shù)量均在現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值,且顯著高于其他生長(zhǎng)期的數(shù)量(P<0.05)；之后顯著減少(P<0.05)。對(duì)于不同處理烤煙在同一生長(zhǎng)期的土壤放線菌數(shù)量變化情況來(lái)說(shuō),在旺長(zhǎng)期CK和T1處理的放線菌數(shù)量顯著低于其他6個(gè)處理的(P<0.05),該時(shí)期的土壤放線菌數(shù)量以T7處理的最高,顯著高于其他處理的(P<0.05);在現(xiàn)蕾期T3、T5和T7處理的土壤放線菌數(shù)量顯著高于其他處理以及對(duì)照的(P<0.05);采收后的土壤放線菌數(shù)量以T6和T7處理顯著高于其他處理以及對(duì)照的(P<0.05),以T7處理的放線菌數(shù)量最高(圖4)。

圖4 各處理烤煙在不同生育期放線菌數(shù)量的變化特征

2.6 煙葉綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

從表5中可以看出,除T5處理的中部煙葉外,其余處理煙葉的綜合質(zhì)量得分均優(yōu)于對(duì)照。其中,上部煙葉以T3和T2處理的綜合質(zhì)量得分較高,分別比CK提高了5.70%和4.46%;中部煙葉以T3和T1處理的綜合質(zhì)量得分較高,分別比對(duì)照提高了15.71%和10.27%。

表5 各處理煙葉的綜合質(zhì)量得分

3 討論與結(jié)論

相關(guān)研究表明,有機(jī)無(wú)機(jī)肥以一定比例混施,能提高土壤肥力、結(jié)構(gòu),增加土壤微生物數(shù)量,促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育,改善煙葉品質(zhì)[22-23]。在本研究中，兩種有機(jī)肥與化肥不同比例配施的7個(gè)處理植煙土壤的綜合肥力、微生物數(shù)量以及烤后煙葉綜合品質(zhì)均比對(duì)照有不同程度的提高,與以上研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)7個(gè)處理烤煙的全生育期比對(duì)照縮短了1～6 d,這與詹剛等[24]的研究一致。本研究不同處理均能在一定程度上降低烤煙黑脛病、根黑腐病、根結(jié)線蟲(chóng)病和煙葉花葉病的發(fā)病率,這與李姣等[25]、羅世瓊等[26]的研究結(jié)果一致,可能與土壤中放線菌數(shù)量的提高有關(guān)。相關(guān)研究[27]表明,植物根際土壤微生物的數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)及其變化與植物病害發(fā)生有密切關(guān)系；尤其是土壤中的放線菌能產(chǎn)生抗生素,抑制有害病原微生物的生長(zhǎng)繁殖,從而有效降低土傳病害的發(fā)病率[28-29]。在本研究中，各處理植煙土壤微生物數(shù)量呈現(xiàn)的規(guī)律為:細(xì)菌>真菌>放線菌,這與其他研究[30-31]的結(jié)果結(jié)果一致。與對(duì)照相比,本試驗(yàn)各處理烤煙根際土壤各類(lèi)微生物數(shù)量均有不同程度的增加,尤其以T3、T5、T7這3個(gè)處理的微生物數(shù)量較多；同類(lèi)土壤微生物的數(shù)量在烤煙生長(zhǎng)的不同時(shí)期均表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì),且均在煙葉現(xiàn)蕾期達(dá)到峰值；T3和T7處理烤煙在各生長(zhǎng)時(shí)期的土壤微生物數(shù)量均顯著高于其他處理和對(duì)照的(P<0.05),說(shuō)明腐熟菜籽餅有機(jī)肥、甲殼素氨基酸有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥的施用比例均為3∶7時(shí),對(duì)提高植煙土壤微生物數(shù)量的效果最佳。對(duì)各處理煙葉的綜合品質(zhì)和土壤綜合肥力分析可知,T3處理最優(yōu),表明甲殼素氨基酸有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥的混合比例為3∶7時(shí),植煙土壤的綜合肥力以及煙葉的綜合品質(zhì)均能達(dá)到最佳。研究表明,甲殼素為天然氨基多糖高分子物質(zhì),能有效促進(jìn)烤煙生根,并能顯著提高烤煙的品質(zhì)和抗性[32]。甲殼素隨肥料進(jìn)入土壤后能有效促進(jìn)土壤中的有益菌(如:放線菌、乳酸菌、纖維分解菌和固氮菌等)的繁殖,改善土壤微環(huán)境,進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[33]。肥料中的甲殼素和枯草芽孢桿菌均還能顯著促進(jìn)土壤有益微生物的繁殖,提高植物對(duì)病原菌的抗性,縮短作物的生長(zhǎng)周期,并能明顯改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),有效提高作物的品質(zhì)[32-33]。而T7處理(氨基酸有機(jī)菜籽餅肥與無(wú)機(jī)肥的比例為3∶7)雖然能顯著提高植煙土壤微生物數(shù)量,但煙葉的綜合品質(zhì)表現(xiàn)一般,這可能是由于過(guò)多地施用菜籽餅,會(huì)使土壤中硝化細(xì)菌數(shù)量在烤煙生長(zhǎng)后期大量增加,從而不利于煙葉最佳品質(zhì)的形成[34]。

綜上所述,甲殼素氨基酸有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥以3∶7比例配施能調(diào)節(jié)植煙土壤微生態(tài)環(huán)境,提高土壤的綜合肥力,顯著增加微生物數(shù)量,并提高宣威煙區(qū)云煙105煙葉的綜合品質(zhì)。