有機肥部分替代化肥對植煙土壤生化特性和烤煙品質的影響

聶慶凱 王靜 孫興廣 劉劍波 張錦中 朱學杰 符云鵬

摘 ?要：為了篩選適宜的有機肥種類，進一步提高烤煙品質，以云煙87為研究對象，采用田間試驗研究了高碳基肥、炒芝麻、生物有機肥、腐熟芝麻餅肥分別與煙草專用復合肥配施對植煙土壤生化特性及煙葉產(chǎn)量和品質的影響。結果表明，配施有機肥可以提高烤煙大田生長各階段土壤中有機質含量和土壤酶活性，增強土壤微生物功能多樣性，其中大田前期配施高碳基肥處理提升幅度最大，中、后期則是配施炒芝麻處理效果最為明顯;配施炒芝麻對烤煙品質有顯著改善作用，配施高碳基肥對烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值提高幅度最大。綜合來看，高碳基肥和炒芝麻部分替代化肥是周口煙區(qū)較適宜的施肥方式。

關鍵詞：有機肥;土壤;微生物多樣性;土壤酶活性;烤煙;品質

Abstract： In order to screen suitable organic fertilizer species and improve the quality of flue-cured tobacco， in this studyYunyan 87 was used in a field experiment to investigate the effects of different organic fertilizers on biochemical characteristics of flue-cured tobacco planting soil and yield. Four kinds of organic fertilizers （high-carbon base fertilizer， fried sesame， bio-organic fertilizer and decomposed sesame seed cake fertilizer） were applied in combination with a tobacco-specific compound fertilizer separately during different growth periods. The results showed that application of organic fertilizers could increase the content of organic matter， soil microbial functional diversity and soil enzyme activities in the soil. The increase was higher from the treatment with high-carbon base fertilizers at early stages compared with the other treatments ?while at middle and late stages the treatment of fried sesame had the most significant effect. The quality of flue-cured tobacco was most significantly improved when applied with sesame seeds. The combined application of high-carbon base fertilizers could greatly promote yield and output values of flue-cured tobacco. Overall， it is more suitable to use high-carbon base fertilizers and fried sesame to partially replace chemical fertilizers in Zhoukou tobacco areas.

Keywords： organic fertilizer; tobacco-planting soil; microorganisms; soil enzyme activity; flue-cured tobacco; quality

良好的土壤是生產(chǎn)優(yōu)質烤煙的基礎。近年來，一些煙區(qū)由于大量使用化肥，造成土壤板結，生物活性降低，養(yǎng)分出現(xiàn)非均衡性富集或耗竭，綜合肥力下降，土壤環(huán)境逐漸惡化，進而導致肥料利用率偏低，煙株生長發(fā)育不良，根莖病害加重，嚴重制約了烤煙品質的提高和煙草生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[1]。已有研究表明，配施有機肥可以提高土壤細菌的多樣性[2-3]，在一定程度上提高烤煙的產(chǎn)值和中上等煙比例，增加烤煙的經(jīng)濟效益[4]。王彥錕等[5]發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥后，黃壤煙田土壤真菌群落結構趨于完善，施用生物有機肥可使土壤優(yōu)勢真菌群中有益的子囊菌門糞殼菌目和肉座菌目相對豐度增加，具有致病性的赤霉屬相對豐度降低。有機肥自身含有多重養(yǎng)分，施入有機肥可以為土壤微生物生長繁殖提供良好的生存環(huán)境，為土壤酶反應提供基質，提高土壤微生物活性和土壤酶活性，進而提高土壤供肥能力[6-7]。有機肥與化肥配施可提高烤煙中鉀含量，降低煙堿含量，改善煙葉品質[8]。戴華鑫等[9] 在研究中發(fā)現(xiàn)，豆?jié){灌根可以對烤煙根系干物質積累和煙葉品質提升有明顯促進作用。餅肥、雞糞與化肥配施，生產(chǎn)出的煙葉化學成分含量適中，可明顯改善煙葉香氣質，增加煙葉香氣量，可提高上中等煙葉比例，增加煙葉產(chǎn)值[10]。

當前多數(shù)產(chǎn)區(qū)為了提高煙葉的油分和香氣開始施用有機肥，但所用有機肥種類繁多，如餅肥、高碳基肥、生物有機肥等，甚至還有煙農(nóng)在煙株根系滴灌芝麻油[11]。目前關于有機肥改良植煙土壤的研究有許多，但是關于不同種類有機肥的對比研究較少。本試驗通過施用不同品種有機肥研究各時期植煙土壤的生化特性，分析比較了不同種類有機肥對土壤養(yǎng)分、微生物功能多樣性和酶活性的影響，以及對烤煙產(chǎn)量和品質影響，以期篩選出適宜的有機肥種類，為制定合適的施肥措施提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗基本情況

試驗在河南省周口市商水縣郝崗鄉(xiāng)東洄村進行，試驗地土壤為潮土，質地中壤，有機質含量15.04 g/kg、堿解氮62.31 mg/kg、速效磷13.46 mg/kg、速效鉀142.40 mg/kg、水溶性氯29.69 mg/kg。

參試品種為云煙87。試驗用有機肥為高碳基肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=2.01∶2.90∶1.50，有機質含量564.1 g/kg;炒芝麻m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=3.88∶1.57∶0.86，有機質含量892.3 g/kg;生物有機肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=4.28∶1.12∶1.00，有機質含量429.3 g/kg;腐熟芝麻餅肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=4.40∶2.60∶1.40，有機質含量773.7 g/kg。

1.2 ?試驗設計

試驗設5個處理，3次重復，采用隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積133 m2。各處理氮用量60.0 kg/hm2，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶1.2∶3。處理如下：CK，單施化肥，氮素由煙草專用復合肥（10-10-20）提供;T1-T4分別為高碳基肥、炒芝麻、生物有機肥、腐熟芝麻餅肥，其中40%氮素由有機肥提供、60%由煙草專用復合肥提供。各處理磷、鉀不足部分由重過磷酸鈣、硫酸鉀補充。

全部有機肥和重過磷酸鈣、70%的煙草專用肥和硫酸鉀混合均勻后作為基肥穴施;剩余30%的煙草專用肥和硫酸鉀在移栽后30 d追施，各處理施肥情況見表1。采收后煙葉置于同一烤房同一層烘烤。其他栽培措施依照當?shù)責熑~生產(chǎn)技術規(guī)范進行。

1.3 ?測定指標與方法

1.3.1 ?土壤樣品采集 ?于移栽后30、60、90 d每小區(qū)選取具有代表性的煙株5株，用抖土法采集其根際土，混合均勻作為該小區(qū)的混合土樣，置于4 ℃冰箱保存，用以測定不同處理土壤微生物功能多樣性和土壤磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶、蔗糖轉化酶、脂肪酶活性。

1.3.2 ?土壤速效養(yǎng)分 ?土壤基礎養(yǎng)分測定采用常規(guī)方法[12]，有機質采用重鉻酸鉀-外加熱法測定;堿解氮采用堿解擴散法測定;速效磷采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定;速效鉀采用NH4OAC浸提火焰光度法測定。

1.3.3 ?土壤微生物功能多樣性 ?采用BIOLOG ECO微平板法[13]對烤煙生長關鍵時期（移栽后30、60、90 d）的土樣進行測定。土壤微生物代謝活性用BIOLOG ECO微平板孔中溶液吸光值平均顏色變化率（average well color development，AWCD）表示;選取培養(yǎng)至120 h的AWCD值進行分析，采用Simpson指數(shù)來反映土壤微生物群落的優(yōu)勢度，Shannon指數(shù)來反映群落物種的豐富度，McIntosh指數(shù)來表征微生物群落的均勻度。AWCD、Simpson 指數(shù)、Shannon指數(shù)、McIntosh指數(shù)計算公式參照文獻[14]。

1.3.4 ?土壤酶活性測定 ?土壤磷酸酶采用磷酸苯二鈉比色法，酶活性以1 g土樣中酚的質量（mg）代表;土壤脲酶采用靛酚藍比色法，酶活性用24 h后1 g土樣中NH4+-N的質量（mg）代表;土壤過氧化氫酶采用高錳酸鉀滴定法，酶活性用20 min后1 g土樣消耗0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液的體積（mL）代表;土壤轉化酶采用硫代硫酸鈉滴定法，酶活性用24 h后1 g土樣中葡萄糖的質量（mg）代表;脂肪酶用滴定法，其活性以l g土樣消耗的0.l mol/L KOH的體積（mL）表示[12]。

1.3.5 ?煙葉經(jīng)濟性狀 ?將采收后的煙葉在同一烤房烘烤，烤后煙葉按照標準GB2635—92烤煙進行分級。每個小區(qū)單獨統(tǒng)計產(chǎn)量、中上等煙葉比例，并按當年煙葉收購價格計算均價及產(chǎn)值。

1.3.6 ?煙葉品質評價 ?每個處理選取調制后的C3F煙葉2 kg用于品質評價。按照標準YC/T159—2002、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T162—2002、YC/T217—2007測定烤后煙葉總糖、還原糖、煙堿、總氮、氯、鉀的質量分數(shù)，所用儀器為AA3型全自動連續(xù)流動化學分析儀（德國BRAN LUEBBE公司）。由河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心的專家進行煙葉感官質量評價，評吸指標最大標度為9分[15]，各項得分之和即為總分。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2013等軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 ?結 ?果

2.1 ?不同處理對土壤養(yǎng)分和生物學特性的影響

2.1.1 ?土壤有機質和速效養(yǎng)分 ?由表2可知，與CK相比，配施有機肥處理土壤中有機質含量在各時期均有提高，且差異顯著，這主要與各有機肥均含有有機質有關。在移栽后30 d，CK的堿解氮、速效磷、速效鉀含量均為最高，有機質含量最低，均與其他處理差異顯著;配施有機肥處理的堿解氮、速效磷、速效鉀含量較低，有機質含量較高，其中以T1有機質含量最高。移栽后60 d，T2的堿解氮、速效磷、速效鉀含量均為最高，T1的有機質含量最高，CK的速效養(yǎng)分含量均為最低。移栽后90 d，各處理速效養(yǎng)分規(guī)律與移栽后60 d時相似。與單施化肥相比，移栽后60 d配施有機肥的處理有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別平均提高29.45%～63.60%、3.41%～13.92%、1.37%～20.38%、9.41%～17.05%。

2.1.2 ?土壤微生物功能多樣性 ?平均顏色變化率（AWCD）可以用來反映微生物對總碳源的利用能力，也可以用來表征微生物的生長狀況，平均顏色變化率的值越大，微生物代謝活性越高。由表3可知，配施有機肥處理在各時期的AWCD值均高于CK，說明配施有機肥有利于提高土壤微生物代謝活性。在移栽后30 d，AWCD值以T1最高，且與其他處理差異顯著;在移栽后60 d和90 d兩個時期，AWCD值均以T2最高，T1次之，在移栽后90 d，T1與T2無顯著差異。

各處理不同時期微生物功能多樣性指數(shù)表現(xiàn)出相似的規(guī)律，即配施有機肥的微生物功能多樣性指數(shù)均大于CK。其中，移栽后30 d，該時期各處理Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)規(guī)律一致，由大到小依次為T1>T2>T4>T3>CK，其中T1各項指數(shù)均為最高，與其他處理差異顯著。McIntosh指數(shù)略有不同，由大到小依次為T1>T4>T3>T2>CK。移栽后60 d和90 d的各項指數(shù)均以T2最高，T1次之，顯著高于其他處理。

2.1.3 ?土壤酶活性 ?由圖1-4可知，配施有機肥處理各時期土壤酶活性均高于CK，且差異顯著。隨生育期推進各處理土壤酶活性呈現(xiàn)為先升高后降低的單峰曲線，在移栽后60 d達到峰值，此時，各處理土壤蔗糖酶活性、土壤磷酸酶和土壤脲酶活性的活性規(guī)律一致，由大到小依次為T2>T1>T4>T3>CK，各處理土壤蔗糖酶、土壤磷酸酶、土壤脲酶活性分別較CK提升14.26%～21.18%、10.08%～27.45%、16.03%～26.12%;各處理土壤脂肪酶活性由大至小依次為：T2>T4>T1>T3>CK，較CK提高了33.58%～39.51%。

2.2 ?不同處理對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由表4可知，不同處理烤煙經(jīng)濟性狀有所差異，其中產(chǎn)量T1最高，較CK高4.06%，與CK無顯著差異，T4最低，較CK低15.46%，這是因為試驗期間T4感染煙草普通花葉病和馬鈴薯Y病毒病的煙株較多，導致葉片生長受限，產(chǎn)量降低;均價T2最高，較CK高13.89%，且差異顯著;產(chǎn)值T1最高，較CK高8.24%，T4最低，較CK低8.15%，二者均與CK無顯著差異。上等煙比例由大到小依次為：T3>T4>CK>T2>T1。由此可見，配施高碳基肥對烤煙產(chǎn)量提升最大，配施高碳基肥和炒芝麻對烤煙產(chǎn)值提升最大。

2.3 ?不同處理對烤后煙葉品質的影響

2.3.1 ?煙葉常規(guī)化學成分 ?由表5可知，施用有機肥可以提高烤煙總糖、還原糖、總氮和鉀含量。其中總糖含量提升1.31～6.05百分點，還原糖含量提升0.80～5.36百分點，均以T2提升幅度最大，且與CK差異顯著;總氮含量提升0.01～0.19百分點，T1最高，T4次之，均與CK差異顯著;煙堿含量T4最高，較CK高0.21百分點，且差異顯著，T3最低，較CK低0.01百分點，無顯著差異;氯含量T4最高，較CK高0.11百分點，T2最低，較CK低0.14百分點，二者均與CK有顯著差異;鉀含量提升0.69～0.81百分點，T3最高，T2次之，與CK差異顯著;還原糖/煙堿數(shù)值由大到小依次為：T2>T1>T4>T3>CK，施用有機肥處理較CK高出0.37～1.89。

2.3.2 ?烤后煙葉感官質量 ?由表6看出，T1-T4的感官質量總分高于對照，T2感官質量最佳，T1、T3、T4相差不大?？梢?，有機肥部分替代無機肥后，烤煙香氣質和香氣量提升，雜氣減弱，煙氣舒適度變好，而單施化肥處理烤煙香氣質較差，香氣濃度較低，雜氣較大，香氣舒適度較差。就感官質量而言，以配施炒芝麻最佳。

3 ?討 ?論

土壤理化特性易受土壤溫度、水分等條件的影響，也受土壤中添加的有機物料的影響。配施有機肥后30 d，土壤N、P、K速效養(yǎng)分含量低于對照，這是因為配施有機肥處理速效養(yǎng)分施入較少，加上土壤微生物繁殖會爭奪一部分養(yǎng)分所致。隨著生育期推進，對照速效養(yǎng)分經(jīng)過吸收、淋溶等逐漸減少，而配施有機肥處理隨著土壤溫度、水分升高，有機肥和土壤養(yǎng)分礦化加速，60 d、90 d時施有機肥的處理土壤速效養(yǎng)分含量均顯著高于對照。王飛等[16]的研究證明，有機肥與化肥配施可以提高種植花生后土壤速效養(yǎng)分N、P、K的含量，與本試驗結果相似。

NDAYEYAMIYE等[17]認為，施用有機肥可提高土壤微生物豐富度和微生物數(shù)量。胡可等[18]通過BIOLOG ECO方法研究了施用有機肥對土壤微生物活性的影響，結果表明施用有機肥處理對碳源的利用率提升明顯。微生物的數(shù)量和功能多樣性的提高有利于促進植煙土壤有機物料降解，為煙株生長提供良好且持久的土壤肥力。有機肥的施入為土壤酶類代謝提供了充足基質，同時經(jīng)發(fā)酵的有機肥本身含有大量的土壤酶類，隨烤煙生育期推進，土壤溫度升高，加上煙株根系分泌物增多，導致酶活性進一步增強，加速土壤中大分子有機物分解，提高植煙土壤供肥力[19-21]。本試驗結果表明，配施有機肥顯著提高了各時期植煙土壤平均顏色變化率、微生物功能多樣性和酶活性，表明土壤中有足夠的微生物可有效利用碳源，并明顯改良植煙土壤生物活性。配施炒芝麻和高碳基肥的兩個處理有機質含量較高，對土壤生物活性提升較大，但炒芝麻未經(jīng)腐熟，加上肥料中本身含有的微生物含量較低，因此在大田前期土壤微生物代謝活性、功能多樣性和酶活性較低。生物有機肥在本研究中對提高土壤生物特性的提升效果不佳，可能是因為該肥料含有的有機質較少，為土壤微生物繁殖提供的基質低于其余幾種肥料。

配施有機肥能增強煙株碳氮代謝強度、調節(jié)碳氮代謝適時轉化。黃明月等[22]的研究表明，施用有機肥的烤煙成熟葉片嗜鋨顆粒和葉綠素類囊體層數(shù)均增多，有利于烤煙葉綠體發(fā)育，增加烤煙香氣前體物質含量。馬興華等[23]的研究表明，化肥與豆餅肥各半配施可以提高煙葉內(nèi)在質量。本研究中，配施有機肥有利于促進烤煙生長，保持土壤肥力，增加烤煙生物量，其中配施高碳基肥能促進烤煙早發(fā)快長，在大田前期發(fā)育較好，產(chǎn)量最高;同時配施有機肥可以提高烤煙質量，優(yōu)化烤煙等級結構，進而增加烤煙的品質和產(chǎn)值，以配施炒芝麻對烤煙內(nèi)在質量協(xié)調性和感官質量提升最高。

4 ?結 ?論

本研究結果表明，有機肥部分替代無機肥可以提高中、后期植煙土壤速效養(yǎng)分含量，以配施炒芝麻提升效果最為明顯;同時，施用有機肥可以增加土壤生物活性和土壤酶活性，在大田前期高碳基肥增幅較高，大田中后期炒芝麻增幅較高。配施有機肥可以提高烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值，改善煙葉質量，以高碳基肥對煙葉產(chǎn)值提升最高，炒芝麻對烤煙感官質量改善效果最好。綜合來看，高碳基肥和炒芝麻部分替代化肥是較適宜周口煙區(qū)的施肥方式。

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