粉壟及秸稈腐熟有機(jī)肥對湖南稻作煙區(qū)土壤養(yǎng)分和烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

劉佳琪，彭光爵，鄭重誼，唐春閨，周清明，李 強(qiáng)，黎 娟

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128；2.湖南省煙草公司長沙市公司，長沙 410007)

【研究意義】土壤是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，良好的土壤環(huán)境是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉必不可少的關(guān)鍵因素[1]。目前，部分煙區(qū)土壤存在超負(fù)荷現(xiàn)象，并未實(shí)行有效的休耕養(yǎng)地措施，加之肥料的大量使用，導(dǎo)致耕地土壤有大幅度惡化的趨勢，施用有機(jī)肥可有效改善現(xiàn)階段的土壤問題，能夠提高農(nóng)作物生產(chǎn)率，改善土壤微生物環(huán)境，提高土壤肥力[2-3]。同時，良好的耕作方式也是改善和保持土壤地力的重要措施，粉壟耕作能夠有效擴(kuò)增耕作層厚度，增加耕層中有效土壤量，構(gòu)建良好的健康耕層結(jié)構(gòu)，不僅有利于協(xié)調(diào)作物生長和根系分布，更能夠促進(jìn)水、肥、氣、熱之間相互協(xié)調(diào)，增加土壤中團(tuán)聚體穩(wěn)定性，有助于改善土壤板結(jié)，對土壤環(huán)境的改善、凈化和資源的持續(xù)有效發(fā)展都有重要的意義[4-5]。湖南稻作煙區(qū)土壤因長期施用化肥，導(dǎo)致部分地區(qū)出現(xiàn)土壤板結(jié)、有效養(yǎng)分降低等問題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】黃正賓等[6]研究表明，與對照組相比，施用有機(jī)肥的植株在生長發(fā)育后期的葉綠素含量、光合速率等明顯更高。馮國勝等[7]研究指出，有機(jī)肥能有效促進(jìn)根系的生長發(fā)育，提高根系活力，降低發(fā)病率，改善田間長勢，促進(jìn)各項(xiàng)農(nóng)藝性狀的發(fā)展。同時，邱妙文等[8]和張建國等[9]研究表明，有機(jī)肥對烤煙的品質(zhì)也有一定影響，有機(jī)肥可提高煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例，能調(diào)節(jié)煙葉化學(xué)成分，改善煙葉吃味，提高香氣量，減少雜氣，從而改善煙葉的內(nèi)在品質(zhì)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本文研究了湖南稻作煙區(qū)施用不同量秸稈腐熟有機(jī)肥+粉壟耕作對土壤養(yǎng)分和煙株農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀、化學(xué)成分等的影響，探討秸稈腐熟有機(jī)肥施用+粉壟耕作方式的效果?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以期為湖南稻作煙區(qū)烤煙提質(zhì)增產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)田塊土壤類型為水稻土，質(zhì)地為壤土，位于長沙市瀏陽永安鎮(zhèn)下大屋(28°17′17″N，113°22′2″E)，試驗(yàn)田塊土壤理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)26.63 g/kg、全氮1.52 g/kg、全磷0.84 g/kg、全鉀19.78 g/kg、堿解氮122.80 mg/kg、有效磷45.80 mg/kg、速效鉀107.22 mg/kg，pH 7.63。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)7個處理3次重復(fù)。T1：不施用秸稈腐熟有機(jī)肥+常規(guī)耕作；T2：施用秸稈腐熟有機(jī)肥1150 kg/hm2+常規(guī)耕作；T3：施用秸稈腐熟有機(jī)肥2300 kg/hm2+常規(guī)耕作；T4：施用秸稈腐熟有機(jī)肥4600 kg/hm2+常規(guī)耕作；T5：施用秸稈腐熟有機(jī)肥1150 kg/hm2+粉壟耕作；T6：施用秸稈腐熟有機(jī)肥2300 kg/hm2+粉壟耕作；T7：施用秸稈腐熟有機(jī)肥4600 kg/hm2+粉壟耕作。供試品種為G80，利用當(dāng)?shù)厮窘斩捄惋灧蔬M(jìn)行腐熟后得到的秸稈有機(jī)肥與烤煙專用基肥于烤煙移栽前施入試驗(yàn)田塊中，烤煙于2019年3月23日移栽，7月16日完成采收，株行距為0.5 m×1.2 m，小區(qū)面積為144.30 m2，基肥、追肥及提苗肥的施肥方案和生產(chǎn)管理技術(shù)措施均與當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)手冊一致。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分 于烤煙移栽后60 d使用抖根法采集根際土壤樣品，各小區(qū)均按五點(diǎn)取樣法取樣，而后按照小區(qū)進(jìn)行編號并裝好袋。將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室后于陰涼處自然開袋晾干、剔除異物、研磨、過篩后，檢測分析土壤養(yǎng)分指標(biāo)。土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)含量測定采用重鉻酸鉀滴定法；堿解氮含量測定采用堿解氮擴(kuò)散法；有效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀含量測定采用醋酸銨浸提—火焰光度法。

1.3.2 烤煙農(nóng)藝性狀 每處理選取具有代表性的10株煙株作為定點(diǎn)株，測量移栽后40、60和80 d的烤煙株高、葉數(shù)、最大葉長、最大葉寬和莖圍，參照中華人民共和國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 142—2010[10]煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法。

1.3.3 煙葉物理指標(biāo)的檢測 選取試驗(yàn)烤后煙葉C3F和B2F 2個等級，分別取樣15片，3次重復(fù)，檢測煙葉葉長、葉寬、單葉重、含梗率及葉片厚度，參照鄭州煙草研究院煙葉物理性狀研究方法[11]。

1.3.4 煙葉外觀質(zhì)量的評價 樣品前處理參照YC/T31—1996進(jìn)行，以GB2635—92標(biāo)準(zhǔn)分級，觀察烤煙顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油份和色度，進(jìn)行打分，參考文獻(xiàn)[12]確定各指標(biāo)權(quán)重依次為0.30、0.25、0.15、0.12、0.10、0.08(表1)。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)原理構(gòu)建外觀質(zhì)量指標(biāo)的隸屬函數(shù)模型，計(jì)算各指標(biāo)隸屬度，將外觀質(zhì)量得分乘以0.1得到隸屬度值，再利用加乘法得出外觀質(zhì)量綜合得分(Appearance quality score，AQS)。參照李強(qiáng)等[12]對煙葉外觀質(zhì)量的評價方法，設(shè)有x個樣品，y個外觀質(zhì)量指標(biāo)，第i個煙葉樣品的外觀質(zhì)量綜合得分計(jì)算公式為：

(1)

式中，Nij和Wij分別為第i個樣品的第j個外觀質(zhì)量指標(biāo)的隸屬度值和相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

1.3.5 煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性評價 烤后煙葉化學(xué)成分采用SKALAR SAN++間隔流動分析儀測定B2F和C3F煙葉的還原糖、煙堿、總氮、淀粉和氯含量，煙葉鉀含量則采用火焰光度法測定?；瘜W(xué)成分應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)，先建立隸屬函數(shù)，將主要化學(xué)成分指標(biāo)原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成0.1～1.0的數(shù)值，參照李強(qiáng)等對化學(xué)成分的評價方法，將煙堿、總氮、還原糖、糖堿比、氮堿比、鉀、鉀氯比和淀粉作為化學(xué)協(xié)調(diào)性綜合評價的指標(biāo)，并確定其權(quán)重。參照以下公式，進(jìn)而對烤煙化學(xué)協(xié)調(diào)性進(jìn)行綜合評價(表2)。化學(xué)成分協(xié)調(diào)性綜合得分(Chemical harmony score，CHS)計(jì)算公式為：

(2)

式中，Nij和Wij分別為第i個煙葉樣品的j個外觀質(zhì)量指標(biāo)的隸屬度值和相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

反S型

(3)

S型

(4)

拋物線型

(5)

表1 煙葉外觀質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)

表2 煙葉化學(xué)協(xié)調(diào)性綜合評價指標(biāo)

1.3.6 煙葉經(jīng)濟(jì)性狀統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)在鮮煙葉采收時分小區(qū)進(jìn)行, 烤后煙葉分炕次進(jìn)行產(chǎn)值測定。煙葉分級按照國家烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Office Excel 2013 和 IBM SPSS Statistics 24.0 處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析采用鄧肯氏新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施對土壤養(yǎng)分的影響

土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分是烤煙生長發(fā)育過程中不可或缺的營養(yǎng)成分。從表3可以看出，施用有機(jī)肥后，土壤速效養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量較對照T1處理均有所增加，T6、T7處理土壤有效磷、速效鉀、堿解氮含量均高于單一施用有機(jī)肥處理，且差異顯著(P<0.05)，堿解氮含量則顯著高于T1、T2處理，T7土壤有機(jī)質(zhì)含量最高且與T1、T2、T3、T4處理差異達(dá)到顯著(P<0.05)。綜合來看，有機(jī)肥處理和粉壟+有機(jī)肥處理均在一定程度上提高了土壤中有效磷、速效鉀等土壤養(yǎng)分的含量，但有機(jī)肥+粉壟處理對土壤養(yǎng)分影響更為顯著，且隨著有機(jī)肥施用量的增加有一定上升趨勢，說明粉壟+施用有機(jī)肥有利于土壤養(yǎng)分的提升，可能因?yàn)榉蹓鸥纳屏送寥牢锢硖匦?，從而更有利于養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和儲存。

表3 不同耕作措施對土壤養(yǎng)分的影響

2.2 不同耕作措施對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表4可以看出，不同處理對烤煙農(nóng)藝性狀影響不一?？緹熞圃?0 d時，施用有機(jī)肥+粉壟處理烤煙株高、葉片數(shù)和莖圍均顯著高于對照T1處理(P<0.05)，葉寬則無顯著性差異；烤煙移栽60 d時，T5、T6處理葉長、葉寬、最大葉面積均顯著高于對照T1處理(P<0.05)且T5處理葉長、葉寬、最大葉面積均為最高；烤煙移栽80 d時，T6處理株高、葉片數(shù)、最大葉面積、莖圍與對照差異達(dá)到顯著(P<0.05)。綜合農(nóng)藝性狀結(jié)果顯示，隨著有機(jī)肥施用量的增加，烤煙的株高、葉長、最大葉面積總體呈上升趨勢，且有機(jī)肥+粉壟處理對農(nóng)藝性狀影響更為顯著，此外，在施用有機(jī)肥2300 kg/hm2+粉壟時，烤煙在后期的生長發(fā)育中更有潛力。

表4 不同耕作措施對農(nóng)藝性狀的影響

2.3 不同耕作措施對烤后煙葉物理指標(biāo)的影響

由表5可以看出，B2F等級中，T7處理烤后煙葉單葉重、葉片厚度均顯著高于T1、T2、T3處理，葉寬則顯著低于其余處理，T6、T7處理含梗率則顯著低于對照處理(P<0.05)，葉長各處理則無顯著性差異，其中，單葉重、厚度隨有機(jī)肥施用量增加呈一定上升趨勢，而含梗率則呈下降趨勢。C3F等級中，T6、T7處理葉長、單葉重、厚度均顯著高于T1、T2處理，含梗率則顯著低于對照T1處理(P<0.05)，葉寬則無顯著差異，其中，煙葉單葉重、厚度隨有機(jī)肥施用量增加呈一定上升趨勢，而含梗率則呈下降趨勢。綜合來看，不同耕作措施對烤后煙葉物理指標(biāo)有影響，施用有機(jī)肥+粉壟處理進(jìn)一步的提高了煙葉單葉重、厚度，同時降低了煙葉含梗率，這可能是粉壟改良了土壤養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)化效率，從而提高了煙株的農(nóng)藝性狀，更有利于烤后煙葉干物質(zhì)的積累。

表5 不同耕作措施對烤后煙葉物理指標(biāo)的影響

2.4 不同耕作措施對烤煙外觀質(zhì)量的影響

參照李強(qiáng)等[12]對烤煙外觀質(zhì)量的評價方法，對B2F和C3F等級煙葉進(jìn)行綜合評價(滿分：10分)，由表6可知，B2F等級中，施用有機(jī)肥的處理相較T1對照處理在顏色、成熟度、身份、色度都有一定的增益效果，且T5處理煙葉顏色、成熟度、身份、色度得分均為最高；C3F等級中，煙葉顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、油分、色度得分與B2F等級煙葉規(guī)律基本一致，其中T7處理顏色、成熟度、結(jié)構(gòu)、身份、色度得分均為最高；從AQS的得分來看，T7處理得分在B2F和C3F等級煙葉中均為最高，分別為76.3和87.2?？傮w來看，單一施用有機(jī)肥可在一定程度上改善烤煙的外觀質(zhì)量，有機(jī)肥+粉壟處理則進(jìn)一步提高了煙葉的外觀質(zhì)量得分，且隨著施用量的提高，各項(xiàng)外觀質(zhì)量指標(biāo)得分呈增加趨勢。

表6 不同耕作措施對煙葉外觀質(zhì)量的影響

2.5 不同耕作措施對烤煙化學(xué)成分的影響

烤煙的化學(xué)成分是體現(xiàn)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，優(yōu)質(zhì)的烤后煙葉化學(xué)成分的含量如下：煙堿2.20%～2.80%，還原糖18.00%～22.00%，總氮2.00%～2.50%，鉀≥2.50%，淀粉≤3.50%，糖堿比值8.50%～9.50%，氮堿比值在0.95%～1.05%為最適宜范圍[13]。如表7所示，T7處理煙葉中還原糖含量與其余處理均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)，且在B2F等級中比對照T1處理高13.58%，在C3F中比對照T1處理高9.00%，且隨著有機(jī)肥施用量的增加，還原糖含量也增加，在同等施肥量下，粉壟處理的還原糖含量更高；各處理總氮含量規(guī)律與還原糖基本一致；各處理煙堿含量在B2F等級中沒有明顯規(guī)律，在C3F中T7處理顯著低于其他各處理；各處理鉀含量在B2F等級中差異不顯著，在C3F等級中，T7處理鉀含量顯著高于T1、T2、T3、T4和T5處理，分別高8.36%、9.12%、5.42%、4.36%和6.87%；從氮堿比和糖堿比在B2F和C3F等級中的含量來看，有機(jī)肥施用量較高且粉壟處理的T7與對照差異顯著(P<0.05)，且更接近適宜范圍。從CHS得分來看，B2F等級中各處理得分由高到低分別是T7>T6>T3>T4>T5>T2>T1，C3F等級中各處理得分由高到低分別是T7>T4>T6>T3>T5>T2>T1。綜合來看，施用有機(jī)肥最高+粉壟的T7處理，更有利于烤煙化學(xué)成分趨近于最優(yōu)品質(zhì)范圍。

表7 不同耕作措施對烤煙化學(xué)成分的影響

2.6 不同耕作措施對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表8可知，T7處理產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙率均為最高，從產(chǎn)量來看，T7處理與T1、T2、T3、T4和T5處理差異達(dá)到顯著(P<0.05)，分別比T1、T2、T3、T4和T5處理高12.85%、8.65%、5.56%、8.10%和7.39%，產(chǎn)量則顯著高于其余處理，且分別比T1、T2、T3、T4、T5和T6處理高26.84%、17.22%、11.60%、10.46%、11.85%和6.54%，均價與T1和T2處理差異達(dá)到顯著差異(P<0.05)，分別比T1和T2處理高12.36%和7.88%，上等煙比例規(guī)律與產(chǎn)量一致，分別比T1、T2、T3、T4和T5處理高41.27%、28.20%、18.63%、16.56%和24.25%。綜合產(chǎn)量、產(chǎn)值的變化趨勢認(rèn)為，施用有機(jī)肥+粉壟處理煙葉的產(chǎn)質(zhì)、產(chǎn)量俱佳，但就目前的耕作體系下，為追求產(chǎn)量而過多的施用有機(jī)肥則有可能會出現(xiàn)收益遞減的現(xiàn)象。

表8 不同耕作措施對經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 討 論

由于常規(guī)的施肥方式往往為追求產(chǎn)質(zhì)與產(chǎn)量，從而大幅度提升肥料的使用量，導(dǎo)致土壤內(nèi)部的環(huán)境失調(diào)，微生物的活性降低，烤煙與土壤的整體環(huán)境變差，從而限制烤煙的生長發(fā)育[14]。為解決以上問題，相較于常規(guī)的施肥方式而言，本研究引入施用秸稈腐熟有機(jī)肥方式+粉壟，有機(jī)肥可有效改善土壤肥力環(huán)境，粉壟則可以有效的提升土壤物理特性，降低土壤容重、緊實(shí)度，提高孔隙度，增加土壤中養(yǎng)分的遷移通道，使水、肥、氣、熱之間更加協(xié)調(diào)，有效提高土壤地力[15-18]，促進(jìn)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的提高[19-20]，同時，施用生物有機(jī)肥可促進(jìn)烤煙平衡吸收養(yǎng)分，利于芳香物質(zhì)積累，降低煙葉氮和煙堿含量，化學(xué)成分更適宜，協(xié)調(diào)性更好, 從而改善了煙葉內(nèi)在質(zhì)量[21-23]。

前人研究表明，施用有機(jī)肥對烤煙的農(nóng)藝性狀、化學(xué)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性狀均有一定程度的提高效應(yīng)[24-31]，粉壟耕作對烤煙地下與地上部分生長發(fā)育、煙葉理化品質(zhì)和產(chǎn)值產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)作用[32-33]。本文通過研究不同施用量有機(jī)肥以及不同施用量有機(jī)肥與粉壟耕作結(jié)合對烤煙的影響發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥施用量以4600 kg/hm2效果最佳，同等有機(jī)肥施用量水平下，有機(jī)肥+粉壟的處理相較于單一施用有機(jī)肥的處理在土壤養(yǎng)分、煙株農(nóng)藝性狀、煙葉物理性狀、外觀質(zhì)量和化學(xué)成分協(xié)調(diào)性各方面都更有優(yōu)勢，可能是由于粉壟改變了土壤物理特性，故而提升土壤養(yǎng)分，進(jìn)一步影響煙株?？梢?，對于常年施用化肥的土壤田塊，施用一定量的生物有機(jī)肥，并配合粉壟這一耕作方式，具有明顯的促生、增產(chǎn)和提質(zhì)的效果。本研究所施用的有機(jī)肥和采用的粉壟耕作雖然會在一定程度上提高成本，但從長遠(yuǎn)角度來看，恢復(fù)并保持土壤應(yīng)有的地力環(huán)境是一個不可忽視的問題。因此，利用生物有機(jī)肥代替部分常規(guī)基肥和粉壟耕作對于提高煙葉的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益以及保持土壤的健康和可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié) 論

不同耕作措施對烤煙影響不一致，施用有機(jī)肥+粉壟處理煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性、外觀質(zhì)量得分較單一施用有機(jī)肥處理均較高，其中以T7處理外觀質(zhì)量與化學(xué)協(xié)調(diào)性得分最高，較T1、T4分別平均提高了19.86%、3.70%和11.53%、2.78%。此外，施用秸稈腐熟有機(jī)肥4600 kg/hm2+粉壟耕作(T7)措施可顯著提高土壤有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量，改善烤煙的農(nóng)藝性狀及烤后煙葉物理特性，同時提高烤煙經(jīng)濟(jì)性狀，其中T7處理烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值較T1、T4分別提高12.85%、8.10%，26.84%、10.46%，上等煙率較T1、T4分別提高13.80和6.71個百分點(diǎn)。施用秸稈腐熟有機(jī)肥+粉壟較單一施用有機(jī)肥可有效促進(jìn)煙草生長發(fā)育，提高煙葉品質(zhì)、產(chǎn)量，其中有機(jī)肥施用水平以4600 kg/hm2效果最佳。