有機肥和品種互作對土壤微生物群落及雪茄煙葉生長和產(chǎn)量的影響

李 虹，高華軍，呂洪坤，林北森

（中國煙草總公司海南省公司海口雪茄研究所，海南?？?571100）

0 引言

【研究意義】雪茄為使用純天然3種不同類型（茄芯、茄套和茄衣）高品質(zhì)煙葉卷制成的具有獨特風(fēng)味和香氣、高價值的日常消費品（Fr?hlich，2015；Montano，2020）。茄芯使用香氣濃郁的上部煙葉，茄套使用拉伸良好、能恰當包裹茄芯的中大葉煙葉，而茄衣必須使用顏色均勻、葉脈細小和柔韌光滑的大葉煙片才能賦予雪茄完美的外觀和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。目前世界上僅有少數(shù)國家和地區(qū)（如古巴維納萊斯山谷、印度尼西亞蘇門答臘島、美國康涅狄格河谷等）具有溫和的氣候及肥沃的山地紅壤、火山黑土或河谷沙壤，以生長優(yōu)良品種及生產(chǎn)質(zhì)地良好和賦有香氣的高品質(zhì)雪茄煙葉著稱于世（Wikle，2005；Djajadi，2015；Bailey and Pearce，2020）。近年來，國產(chǎn)雪茄發(fā)展趨向火熱，但國產(chǎn)雪茄煙葉質(zhì)量較差，存在葉片小而厚、葉脈粗、缺少香氣、燃燒灰黑等問題，造成國內(nèi)雪茄煙葉的需求長期以來主要依賴進口，因此急需提高國產(chǎn)雪茄煙葉品質(zhì)（時向東等，2010；周迪等，2020）。影響雪茄煙葉品質(zhì)的主要因素為土壤和氣候環(huán)境（Hermiyanto et al.，2016；Wardhono et al.，2019；Montano，2020），其次是品種和栽培管理技術(shù)（Wikle，2005；Bailey and Pearce，2020）。目前國內(nèi)雪茄研究的重點為品種（時向東等，2010；周迪等，2020），而對重要的土壤生物性質(zhì)（如微生物區(qū)系）和化學(xué)性質(zhì)（如有機質(zhì)含量）對雪茄煙葉生長和品質(zhì)影響的研究甚少。研究表明，有機肥具有改良土壤微生物環(huán)境和增強土壤微生物功能多樣性的作用（Kong et al.，2011；李虹等，2017；聶慶凱等，2020）。因此，分析有機肥的利用對土壤微生物群落和數(shù)量變化的影響，篩選對有機肥響應(yīng)度較高的雪茄煙葉品種，并揭示有機肥和不同品種在雪茄煙葉生長過程中的互作關(guān)系，對通過優(yōu)化雪茄植煙土壤管理和優(yōu)良煙葉品種配套利用來促進國產(chǎn)雪茄的生產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進展】雪茄煙葉需要優(yōu)化土壤肥力管理并結(jié)合利用優(yōu)勢品種才能促使煙葉生長良好，使之物理和化學(xué)品質(zhì)達適宜手工卷制優(yōu)質(zhì)雪茄的標準（Wikle，2005；Wardhono et al.，2019）。土壤有機肥對土壤微生物區(qū)系和肥力性質(zhì)及作物生長等發(fā)揮重要作用（王世強等，2011；樊小林和李進，2014；李虹等，2017；張明宇等，2020），土壤有機質(zhì)含量愈高，雪茄煙葉品質(zhì)愈好、香氣量愈足（Fr?hlich，2015）。土壤有機質(zhì)含量和pH條件對雪茄煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響表現(xiàn)在葉片大小、葉面積、顏色、質(zhì)地、油分和風(fēng)味等重要的物理和化學(xué)品質(zhì)特征方面（王惠方等，2015；陳勇等，2017；Montano，2020）。吳創(chuàng)等（2018）研究表明，在四川煙區(qū)施用酒糟有機肥可顯著提高雪茄煙葉的單葉重、香氣量和燃燒性。Bailey和Pearce（2020）研究指出，在美國東北部康涅狄格河谷，土壤有機質(zhì)含量提高可促進煙葉伸長變寬，顯著提升雪茄茄衣煙葉產(chǎn)量及油分含量。近年國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，施用有機肥尤其是大田前期配施高碳基肥處理可提高土壤有機質(zhì)含量和烤煙產(chǎn)量（聶慶凱等，2020），而在施用化肥的基礎(chǔ)上配施有機肥有利于提高烤煙根際土壤功能性細菌群落的相對豐度（劉魁等，2021）。目前，在雪茄煙葉栽培方面，我國四川、云南、湖北、海南等產(chǎn)區(qū)利用古巴、美國、印度尼西亞等優(yōu)勢雪茄煙葉品種開展了包括品種生理生態(tài)特征（時向東等，2010；李愛軍等，2013；周迪等，2020）、育苗技術(shù)（高華軍等，2020）、移栽期（孫延國等，2019）、施肥技術(shù)（王惠方等，2015；陳勇等，2017；吳創(chuàng)等，2018）等研究，但未見雪茄煙田施用有機肥和品種互作對土壤微生物及煙葉生長、產(chǎn)量影響的相關(guān)報道。【本研究切入點】熱帶和亞熱帶地區(qū)主要耕作土壤是紅壤，酸度高，高溫和頻繁降雨引起土壤有機質(zhì)快速分解和淋溶，導(dǎo)致有機質(zhì)貧乏，無機營養(yǎng)元素淋失（王世強等，2011；王慧方等，2015；李虹等，2017），影響土壤微生物區(qū)系并誘發(fā)土著真菌病害（樊小林和李進，2014；李虹等，2017）。然而，現(xiàn)有雪茄植煙土壤管理信息依然局限于化肥營養(yǎng)類型及施用方式（時向東等，2010）、氮肥基追比例（王惠方等，2015）、水溶肥施用（陳勇等，2017）及有機肥類型（吳創(chuàng)等，2018）等。而土壤有機質(zhì)和微生物區(qū)系等關(guān)鍵因素對雪茄煙葉生長和品質(zhì)的影響依然未知，土壤有機肥的利用效益及雪茄煙葉品種對有機肥響應(yīng)度等方面的信息依然缺乏?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析有機肥施用對海南雪茄煙葉產(chǎn)區(qū)紅壤微生物區(qū)系的影響，揭示有機肥和煙葉品種互作對雪茄煙葉生長及其產(chǎn)量的影響，為改善國內(nèi)雪茄植煙土壤管理及提高雪茄煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用雪茄煙葉品種為古巴品種KS01和KS02，由海南省煙草公司提供。有機肥中有機質(zhì)含量45%，主要營養(yǎng)氮磷鉀及中微量元素總含量5%，有益活性菌總含量3×10CFU/g（廣東傳豐復(fù)合肥廠有限公司）；化肥為硝酸鉀（KNO，13-0-46，四川省什邡市農(nóng)科化工有限公司）和鈣鎂磷肥［Ca（PO4），0-16-0，貴州省福泉磷肥廠］。鈣鎂磷肥是堿性肥料，其中化學(xué)成分含量PO16%，CaO 45%，SiO20%，MgO 12%。石灰為農(nóng)業(yè)種植生石灰（主要成分為CaO和MgO），作為土壤酸度調(diào)理劑。

1.2 試驗方法

試驗于2019—2020年在海南省儋州市寶島新村雪茄煙葉栽培試驗區(qū)進行。試驗地土壤為海南典型代表性紅壤，土層深，壤質(zhì)，呈強酸性（pH 5.2），有機質(zhì)平均含量2.1%。試驗前期作物為葫蘆科（Cucurbitaceae）南瓜（L.）。

試驗采用二因素完全方案設(shè)計。設(shè)有機肥（C）和品種（V）2個處理，其中有機肥（C）處理包括常規(guī)用量1500 kg/ha（C）和高施用量2250 kg/ha（C）；品種（V）處理為KS01（V）和KS02（V）。試驗處理隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積60 m（15 m×4 m），4次重復(fù)。

試驗采用托盤育苗。2019年10月中旬開始在溫室播種育苗，整個育苗期實施嚴格的衛(wèi)生消毒預(yù)防方案，保證煙苗健康無病。大田移栽煙苗前1周，試驗小區(qū)一次性施放土壤調(diào)理劑生石灰1500 kg/ha。移栽前2 d一次性施放有機肥，拌土均勻至土層10 cm。試驗地起壟行距1.1 m，使用黑白雙色塑料薄膜覆蓋。煙苗移栽密度21000株/ha。試驗地不遮蔭，施肥比例為N∶PO∶KO=1.0∶1.2∶3.5，其中N肥用量180 kg/ha。依據(jù)N∶KO比例及硝酸鉀營養(yǎng)元素含量，合計KNO使用量1385 kg/ha，其中含KO 637 kg/ha。依據(jù)N：PO比例及鈣鎂磷肥中的PO含量，鈣鎂磷肥用量為1350 kg/ha。實施水肥一體化滴灌，病蟲害防控以理化誘控和生物真菌劑防控為主。開花后手工打頂，每株煙留14～16片葉。葉片成熟收獲分下部葉、中部葉、上部葉3次采摘，間隔5 d。每次采摘當天開始晾制，晾房自然通風(fēng)，人工調(diào)控溫濕度，晾制階段持續(xù)40～45 d。

1.3 測定項目及方法

每小區(qū)的土壤微生物群落采樣點與煙葉生長測定點（GPS定點）一致，每小區(qū)交叉3點采樣，間隔3 m。土壤采集時間為2020年2月，根系區(qū)域采土深度為25 cm。采樣時先鏟去表土，將干凈的鮮土裝入無菌塑料袋，置于保鮮箱并及時運回中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤無菌室進行微生物分析測定。鮮土可培養(yǎng)微生物（細菌、真菌、放線菌群落）測定采用常規(guī)平板群落計數(shù)法（王世強等，2011；李虹等，2017）。剩余土壤自然風(fēng)干，過2 mm篩，保存，采用酸度計測定土壤pH（土∶水=1∶1）（李虹等，2017）。

在打頂后煙葉成熟期，使用CCM-200葉綠素測量計（美國Opti-Sciences）測定煙葉葉綠素含量（SPAD值）。在同一天上午10：00前完成所有葉綠素含量測定。煙葉長度和寬度變化在同樣的生長期使用卷尺測定，計算葉面積（S）。S=0.653×L×W（Moustakas and Ntzanis，1998），式中，L為實測葉片長度，W為實測葉片寬度。煙葉生物量以成熟煙葉采摘收獲時的鮮重計算，煙葉產(chǎn)量變化以晾制過程完成后煙葉干重的實際測定值表示。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 2019進行統(tǒng)計分析，采用Excel 2013繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雪茄煙葉生長期土壤可培養(yǎng)微生物群落變化

由圖1可看出，在雪茄煙葉生長期間，與常規(guī)用量（C）處理相比，有機肥高施用量（C）處理土壤微生物細菌和放線菌群落數(shù)量顯著升高（＜0.05，下同），土壤真菌群落數(shù)量顯著降低。其中，細菌群落為雪茄植煙紅壤中的絕對優(yōu)勢微生物群落，放線菌次之，真菌群落為土壤弱勢微生物群落。細菌群落數(shù)量平均值為8.25×10CFU/g，變化區(qū)間較大，為1.28×10～15.1×10CFU/g，有機肥高施用量（C）處理的植煙土壤中細菌群落數(shù)量較常規(guī)用量（C）處理顯著提高38.9%；可培養(yǎng)放線菌群落數(shù)量平均值為1.42×10CFU/g，變化區(qū)間居中，為3.49×10～1.63×10CFU/g ，有機肥高施用量（C）處理的土壤中放線菌群落數(shù)量較常規(guī)用量（C）處理顯著提高32.0%；可培養(yǎng)真菌群落數(shù)量平均值為1.18×10CFU/g，變化區(qū)間較小，為1.67×10～2.32×10CFU/g，有機肥高施用量（C）處理的真菌群落數(shù)量較常規(guī)用量（C）處理顯著降低53.6%。

2.2 有機肥和品種互作對雪茄煙葉SPAD值的影響

由圖2可看出，雪茄煙葉SPAD值受生長空間的影響，在同一測定時間，同一有機肥處理中不同品種（V和V）植株從下到上分布的煙葉中，煙葉SPAD值呈相似的規(guī)律性變化，即頂部葉＞上部葉＞中部葉＞下部葉。對于同一部位煙葉，均以V×C互作處理的SPAD值最高，表明有機肥高施用量（C）處理可顯著促進V品種葉綠素的合成，尤其是獲取光照較多的頂部葉和上部葉。

2.3 有機肥和品種互作對雪茄煙葉生長及葉面積的影響

煙葉長度（L）和寬度（W）是雪茄煙葉重要的物理質(zhì)量指標，通常煙葉長度和寬度值越大，煙葉價值越高，雪茄煙葉中價值最高的茄衣葉片寬度至少要達22 cm（Bailey and Pearce，2020）。由圖3可看出，在煙葉成熟采收時，V品種煙葉伸長對有機肥施用量響應(yīng)度較高，其所有部位的葉片長度在成熟期比打頂期明顯變長，而V品種葉片長度在有機肥處理間無明顯差異。煙葉長度變化趨勢均受生長空間影響，除V品種成熟期有機肥高施用量（C）處理中部葉最長（71 cm）外，2個品種葉片長度的整體變化趨勢表現(xiàn)為下部葉＞中部葉＞上部葉。

由圖4可看出，V和V品種各部位煙葉寬度的變化趨勢與長度變化趨勢相似，在成熟期V品種對有機肥處理的響應(yīng)度較高，煙葉較打頂期明顯變寬，而V品種的煙葉寬度在成熟期內(nèi)變化不大。受生長空間和有機肥施用量的影響，葉片寬度的變化趨勢表現(xiàn)為下部葉＞中部葉＞上部葉。

由圖5可看出，成熟期煙葉葉面積（均值1830 cm）大于打頂期葉面積（均值1620 cm）。有機肥高施用量（C）處理有效地促進煙葉在成熟期的伸長和變寬，其中V品種高施用量（C）處理的煙葉長度最長（圖3-A）、寬度最寬（圖4-A），均高于長度平均值（52 cm）和寬度平均值（38 cm），因此葉面積也最大。葉面積變化趨勢均表現(xiàn)為下部葉＞中部葉＞上部葉。

2.4 有機肥與品種互用對雪茄煙葉生物量和晾制后干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

由圖6-A可看出，雪茄煙葉成熟采摘后的鮮重變化區(qū)間為6415～9015 kg/ha，其中中部葉鮮重變化區(qū)間最大（7485～9015 kg/ha），而上部葉和下部葉鮮重變化區(qū)間相似。各部位間平均鮮重表現(xiàn)為中部葉（8276 kg/ha）＞上部葉（6919 kg/ha）＞下部葉（6660 kg/ha）。

煙葉品種和有機肥處理的互作主要表現(xiàn)在V×C和V×C處理組合對中部葉生物量的影響，在有機肥高施用量（C）條件下，2個品種的中部葉鮮重均較高，其中以V的響應(yīng)度較高，V×C處理組合的煙葉總鮮重最高（23265 kg/ha），其次是V×C處理組合（22380 kg/ha）。

由圖6-B可看出，在晾制完成之后，各部位干物質(zhì)重量變化區(qū)間為708～1005 kg/ha，所有煙葉累計平均產(chǎn)量為2415 kg/ha。V和V品種各部位煙葉干物質(zhì)重量差異最大均是中部葉（855～1005 kg/ha），中部葉平均干物質(zhì)重量為915 kg/ha，分別比上部葉和下部葉高19.3%和23.9%。上部葉干物質(zhì)重量比下部葉稍高，但差異不顯著（＞0.05）。煙葉品種和有機肥處理的互作主要表現(xiàn)在V×C和V×C處理組合對中部葉干物質(zhì)累積的影響。在有機肥高施用量（C）條件下，2個品種的中部葉干物質(zhì)重量均升高，V品種2個有機肥用量處理的中部葉干物質(zhì)重量差異顯著。

3 討論

雪茄煙草是高價值的葉用經(jīng)濟作物，生產(chǎn)中需要優(yōu)良的土壤和栽培條件。本研究綜合采取了一系列科學(xué)措施，包括利用與煙草不同科屬的前作作物、土壤酸性改良（石灰和鈣鎂磷肥統(tǒng)一使用量）、健康育苗和統(tǒng)一主要營養(yǎng)用量等方法，保證了有機肥和品種的互作不受其他因素干擾，獲得了有機肥和優(yōu)良雪茄煙葉品種配套利用的新認識：首先揭示了土壤有機肥在優(yōu)化雪茄煙葉生長期土壤微生物區(qū)系的同時，促進了響應(yīng)度大的煙葉品種的生理生長；其次是利用有機肥優(yōu)化雪茄植煙土壤管理可行性的前提是至少較常規(guī)有機肥使用量提高50%，常規(guī)有機肥使用量在高度利用的耕作系統(tǒng)里已體現(xiàn)不出潛在效益；最后是提供了有機肥優(yōu)化雪茄植煙土壤管理必須與優(yōu)良雪茄煙葉品種相配套的應(yīng)用方法。鑒于目前尚無其他相關(guān)報道，在已知的肥料類型和施放時間（時向東等，2010）、氮肥基追比例（王慧方等，2015）、水溶肥（陳勇等，2017）等因素對雪茄煙葉生長和品質(zhì)影響效益的基礎(chǔ)上，本研究從有機肥對雪茄植煙土壤微生物區(qū)系改良及同步優(yōu)化雪茄煙葉生理生長這一層面對提高土壤有機質(zhì)管理提供了更新和更深的定量參考價值。

本研究表明，在雪茄煙葉生長季節(jié)，有機肥高施用量促進細菌群落發(fā)展為紅壤中微生物絕對優(yōu)勢群落，放線菌發(fā)展為次要優(yōu)勢群落，而真菌群落數(shù)量則有所降低。這意味著促使細菌和放線菌群落繁殖速度加快能抑制真菌群落數(shù)量。微生物群落數(shù)量在玉米（侯曉杰等，2007）、茶葉（王世強等，2011）及香蕉（李虹等，2017）種植土壤中也隨土壤酸堿度變化呈類似演變，包括降低了土居真菌病害（香蕉枯萎?。┌l(fā)生率（樊小林和李進，2014；李虹等，2017）。土壤細菌和放線菌促進氮碳循環(huán)，提高養(yǎng)分利用，土壤真菌能分解土壤物質(zhì)，許多土壤真菌是重要的植物病原菌。本研究結(jié)果表明當土壤細菌和放線菌群落成為優(yōu)勢群落時，可改善植煙土壤的微生物環(huán)境，促進雪茄煙葉生長，提升煙葉的物理和化學(xué)品質(zhì)。

葉綠素是重要的光合色素，葉綠素含量越高煙葉光合作用生成產(chǎn)物越多。本研究發(fā)現(xiàn)，在有機肥高施用量條件下，不但微生物細菌群落數(shù)量有所提升，煙葉葉綠素SPAD值也較常規(guī)用量處理升高，光合產(chǎn)物使煙葉葉面積更大，煙葉鮮重和干物質(zhì)重量也明顯增加。該結(jié)果進一步揭示了土壤微生物區(qū)系改善之后如何促進作物生長并提高產(chǎn)量。品種之間在煙葉伸長和變寬方面存在差異，尤其是V品種的中部葉。中部葉光照適中，產(chǎn)生的葉綠素和光合物質(zhì)比下部葉多，因此中部葉葉面積較大、產(chǎn)量較高。煙葉生長位置對雪茄煙葉品質(zhì)和物質(zhì)輸導(dǎo)累積的影響尤其重要，如重要的生物堿（尼古?。母枯攲?dǎo)轉(zhuǎn)移到各部位煙葉儲存累積（Dewey and Xie，2013；Kajikawa et al.，2017），上部葉獲得的陽光較多，物質(zhì)儲存較集中，從而具有較濃郁的煙味和香氣，是制作茄芯中心的材料（Montano，2020）。本研究在優(yōu)選雪茄煙葉品種過程中發(fā)現(xiàn)煙葉分布位置影響葉綠素合成，正因為頂部葉和上部葉獲取較多光照量才促進了葉綠素合成。這些葉片葉綠素含量高表明其光合產(chǎn)物高含量，所以其鮮重和干物質(zhì)產(chǎn)量甚至比生長期較長的下部葉還稍高一些。

有機肥和品種處理互作主要體現(xiàn)在V×C處理組合上，有機肥高施用量顯著促進了V煙葉化學(xué)和物理特征的差異性。不同品種的雪茄煙葉呼吸能力、光合作用和營養(yǎng)吸收能力不同，研究結(jié)果顯示V品種對有機肥施用量的響應(yīng)度更高。因此，利用有機肥的土壤改良及篩選對有機肥施放響應(yīng)度較高的雪茄品種的配套管理具有提升國內(nèi)雪茄煙葉生產(chǎn)的潛力。

本研究中有機肥和品種處理尚存在優(yōu)化和細化的空間，檢測項目也有局限性。今后的研究中，可在本研究基礎(chǔ)上，進一步增加品種數(shù)量并細化有機肥施用量，以檢驗雪茄煙葉光合作用速率、氮磷鉀主要營養(yǎng)吸收、煙堿累積量等項目，將有益于更深入解釋利用有機肥優(yōu)化雪茄植煙土壤與不同品種煙葉生長和產(chǎn)質(zhì)的因果關(guān)系。

4 結(jié)論

增施有機肥可改善雪茄植煙土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，促使土壤細菌群落發(fā)展為絕對優(yōu)勢的微生物群落，放線菌群落成為次優(yōu)勢微生物群落，從而有效抑制土壤真菌（含土居病原菌）群落的數(shù)量。植煙土壤生物環(huán)境改善的同時可提高煙葉葉綠素合成，促進煙葉生長并提高干物質(zhì)產(chǎn)量。有機肥和品種互作主要體現(xiàn)在對有機肥響應(yīng)度更高的雪茄煙葉品種上，采用有機肥與優(yōu)良雪茄煙葉品種配套的技術(shù)方法才能發(fā)揮促進土壤管理和提升雪茄煙葉產(chǎn)質(zhì)的潛力。