不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙產(chǎn)質(zhì)量及肥料利用的影響

張曉偉，余小芬，張連巧，邱學(xué)禮，解 燕，劉加紅，王瑞寶，吳巨宇，劉 瑞，蔡永占，陳建軍，楊樹明

(1.云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站，昆明 650106；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；3.云南省煙草公司昆明市公司，昆明 650051；4.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655002；5.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南京 210011)

【研究意義】曲靖是西南高原生態(tài)區(qū)清甜香型烤煙風(fēng)格的核心基地[1]，所產(chǎn)煙葉原料被諸多高端品牌卷煙利用。近年來，一些煙農(nóng)為追求煙地周年的高產(chǎn)出率，采取重施化肥、高復(fù)種指數(shù)模式，對部分煙區(qū)產(chǎn)生一系列不良影響，如土壤養(yǎng)分非均勻富集、農(nóng)業(yè)面源污染加劇、烤煙肥料利用率和煙葉品質(zhì)下降等問題[2]，在一定程度上限制曲靖煙草產(chǎn)業(yè)的綠色、優(yōu)質(zhì)、高效發(fā)展。因此，探究化肥減施增效途徑對推動煙葉質(zhì)量變革、效率變革具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤質(zhì)地是反映土壤潛在生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，不同質(zhì)地土壤在其有效養(yǎng)分、機(jī)械阻力、顆粒組成、總孔隙度和微生物種群等特征上差異極大。通常來說，砂土具有較高的擴(kuò)散率，土壤中水分運(yùn)動和有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)較快，陽離子交換能力低，而黏土中黏粒穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)的能力較強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)慢，陽離子交換量高[3]。不同土壤質(zhì)地對土壤水分、養(yǎng)分吸附、固定、淋失率存在潛在的空間異質(zhì)性[4]，這些因素通過影響水、肥、氣、熱在土壤中的遷移和含量，進(jìn)而影響烤煙根系發(fā)育和地上部生長，以及烤煙養(yǎng)分吸收及煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)形成[5-6]，根據(jù)土壤質(zhì)地合理施肥已成為實(shí)現(xiàn)烤煙提質(zhì)、增效的有效措施。在氮素方面，烤煙大田期吸收總氮來源于當(dāng)季肥料氮9.1%～40.2%，土壤氮59.8%～90.9%，砂土上過高的施氮量降低煙葉香型風(fēng)格，增加中上部煙葉總糖和還原糖含量[7]，烤煙滴灌減氮30%處理有相對較多的氮素分布于根部[8]。粘土上合理的施氮量及基追比可促進(jìn)煙株生長發(fā)育及氮磷鉀吸收，提高煙葉品質(zhì)[9]。在低磷或中磷砂土上，施磷可促進(jìn)糖類物質(zhì)、煙堿合成，增加煙葉香氣物質(zhì)總量，提高煙株對土壤鉀、磷的吸收，降低煙葉總糖、還原糖含量[10]。壤土上施用適量磷素能促進(jìn)煙葉磷、鉀、鈣、鎂吸收，適時(shí)落黃，初烤煙葉顏色鮮亮，化學(xué)成分協(xié)調(diào)，香氣足[11]，適宜或較高施鉀量促進(jìn)烤煙光合作用，改善煙葉內(nèi)在品質(zhì)，提高香氣和吃味、燃燒性和陰燃持火力[12]。近年來，云南煙草行業(yè)開始嘗試推廣減肥增效技術(shù)，在烤煙提質(zhì)增效上已初現(xiàn)效果。有研究表明減施氮磷鉀肥10%和降低追氮比例可顯著提高煙葉產(chǎn)值、煙葉品質(zhì)及肥料利用率[13]，有機(jī)肥替代 25%～30%化肥改土促煙效果較好[14]，其中菜籽油枯代替30%化肥可提高煙葉品質(zhì)及肥料利用率[15]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，研究不同土壤肥力及栽培環(huán)境下氮、磷、鉀施肥技術(shù)對烤煙產(chǎn)質(zhì)量和肥料利用率的報(bào)道較多[7-15]，但針對不同土壤質(zhì)地，化肥減量、有機(jī)肥替代化肥對煙葉質(zhì)量調(diào)控的研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在曲靖煙區(qū)最典型的3種質(zhì)地土壤上，研究不同化肥減施技術(shù)對烤煙產(chǎn)質(zhì)量及肥料利用率的影響，以期為云南有機(jī)肥優(yōu)化利用及煙田化肥減施增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年在沾益大坡耕德(砂土，103°39′E，25°35′N，海拔1927 m，冬閑)、富源中安寨子口(黏土，103°27′E，25°14′N，海拔1875 m，冬閑)、羅平羅雄圭山(重壤土，103°57′E，24°46′N，海拔1480 m，前茬為油菜)中高肥力土壤上進(jìn)行?？緹熞圃郧案麑油寥李w粒組成及肥力狀況見表1。

表1 供試土壤顆粒組成及養(yǎng)分狀況

1.2 試驗(yàn)材料

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)處理(表2)，T1(CK)：煙農(nóng)常規(guī)施肥；T2：常規(guī)施肥扣減氮磷鉀10%；T3：常規(guī)施肥扣減氮磷鉀20%；T4：有機(jī)肥替代10%化肥；T5：有機(jī)肥替代20%化肥；T6：不施任何肥料。重復(fù)3次，小區(qū)面積45 m2，每個(gè)小區(qū)栽煙60株，四周設(shè)置保護(hù)行。采用漂浮育苗，沾益大坡、富源中安和羅平羅雄分別于2019年4月16日、26日和27日移栽，株行距0.6 m×1.2 m，覆蓋地膜?？緹熣麄€(gè)大田生長期各處理施肥量見表2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶3。其中有機(jī)肥、煙草專用復(fù)合肥、過磷酸鈣和硫酸鉀作基肥一次性中層環(huán)施入塘，硝酸鉀在烤煙移栽后長出第8片新葉時(shí)兌水澆施，其他管理措施按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙規(guī)范化生產(chǎn)進(jìn)行。

表2 不同質(zhì)地土壤各試驗(yàn)處理肥料總純用量

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 煙株農(nóng)藝性狀測定 于烤煙成熟采烤前，每個(gè)小區(qū)選擇健康有代表性的煙株8株，按YC/T142—2010標(biāo)準(zhǔn)[16]測定煙株株高、莖圍、有效葉片數(shù)、葉片長和寬，計(jì)算葉面積、葉面積系數(shù)。

1.4.2 烤煙經(jīng)濟(jì)性狀測定 煙葉成熟時(shí)，各小區(qū)單獨(dú)掛牌采收、烘烤，初烤煙葉按GB2635—92[17]分級，統(tǒng)計(jì)等級結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量，按曲靖市2019年煙葉收購單價(jià)，計(jì)算產(chǎn)值、產(chǎn)指和級指，其中產(chǎn)指為單位產(chǎn)值(667 m2)與C1F(中橘一)單價(jià)的比值，級指=均價(jià)/C1F單價(jià)×100。

1.4.3 煙葉化學(xué)成分及可用性指數(shù) 以小區(qū)為單元，選取有代表性的煙葉B2F(上橘二)、C3F(中橘三)樣品。采用連續(xù)流動分析儀(AA3型，德國)測定總糖和還原糖(YC/T159—2002)[18]、總氮(YC/T161—2002)[19]、煙堿(YC/T468—2013)[20]、鉀(YC/T217—2007)[21]和水溶性氯含量(YC/T162—2011)[22]。按余小芬等[15]方法計(jì)算煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)(Chemical components usability index, CCUI)。

1.4.4 煙株氮、磷和鉀測定 在成熟期，每小區(qū)固定6株煙，分3次采收上、中、下部煙葉。最后1次采葉連同莖、根采集，用清水將煙株沖洗干凈。將各器官置于105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘干，測定干物質(zhì)量，粉碎后混合均勻制成待測樣品，按NY/T 2017—2011[23]標(biāo)準(zhǔn)，采用H2SO4-H2O2消煮，用全自動定氮儀(K9840型，中國)測定全氮，分光光度法測定全磷，火焰光度法測定全鉀。按余小芬等[13]方法計(jì)算肥料利用率。

肥料表觀利用率(%)=(施肥區(qū)烤煙養(yǎng)分吸收量-空白區(qū)烤煙養(yǎng)分吸收量)/肥料施用量×100

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性檢驗(yàn)采用最小顯著差異(LSD)方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，T6(不施肥)煙株長勢較差，其農(nóng)藝性狀指標(biāo)顯著低于其他處理。在砂壤土上，T2、T3的煙株株高、莖圍、葉片數(shù)、葉面積、葉面積系數(shù)與處理T1(CK)無顯著差異，但各指標(biāo)顯著高于處理T4、T5。在黏土上，與T1(CK)相比，T2、T3、T4、T5在各農(nóng)藝性狀指標(biāo)差異均不顯著。對重壤土而言，T2、T3、T5處理在株高、莖圍、葉片數(shù)與T1(CK)無顯著差異，但其顯著高于T4，而T2、T3的烤煙葉面積及葉面積系數(shù)與T1(CK)差異不顯著，但較T4、T5顯著增加。上述結(jié)果表明，不同質(zhì)地土壤的化肥直減和有機(jī)肥最適替代化肥比例不同。以當(dāng)前煙農(nóng)施肥為基準(zhǔn)，砂壤土下直減化肥氮磷鉀或有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%；黏壤上化肥氮磷鉀直減或有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%～20%；重壤土上化肥氮磷鉀直減潛力10%，有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%～20%。

表3 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表4可知，T6煙葉各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀均顯著低于其他處理。從煙葉等級結(jié)構(gòu)看，砂壤上T2、T3上等煙比例較T1(CK)分別顯著增加3.43%和8.77%，黏土上T2、T3、T5上等煙比例較T1(CK)顯著提高7.58%～13.42%，重壤土上T3、T5上等煙比例較T1(CK)分別顯著增加11.66%和4.33%。在砂壤上，T2、T3、T5較T1(CK)顯著增產(chǎn)(3.79%～8.17%)，T4產(chǎn)量較T1(CK)顯著下降7.10%；T2、T3產(chǎn)值較T1(CK)分別顯著增加10.38%和12.93%，而T4、T5產(chǎn)值分別較T1(CK)顯著降低(7.35%和1.87%)，產(chǎn)指變化規(guī)律與產(chǎn)值相似；T3、T5級值較T1(CK)分別顯著增加7.17%和6.34%。在黏土上，T2、T3較T1(CK)分別顯著增產(chǎn)(5.19%和2.01%)，T4、T5產(chǎn)量較T1(CK)分別顯著下降8.22%、4.55%；T2、T3、T5產(chǎn)值較T1(CK)顯著增加(6.12%～12.93%)，T4產(chǎn)值較T1(CK)顯著降低4.70%，產(chǎn)指變化趨勢與產(chǎn)值相似；T2、T3、T4、T5級值較T1(CK)顯著增加(0.90%～15.65%)。在重壤土上，T2、T3、T4、T5較T1(CK)顯著增產(chǎn)(2.28%～15.64%)；T3、T5產(chǎn)值較T1(CK)分別顯著增加(8.02%和5.43%)，產(chǎn)指變化趨勢與產(chǎn)值相似；T2、T3、T4、T5級值較T1(CK)顯著降低(6.00%～11.58%)。從上述分析可知，與T1(CK)相比，砂壤土上直接減少氮磷鉀10%和農(nóng)家肥替代化肥10%的煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值最佳，黏土上以直接減少氮磷鉀10%和農(nóng)家肥替代化肥10%、20%處理煙葉產(chǎn)值最佳，重壤土上農(nóng)家肥替代化肥10%或20%作用效果明顯。

表4 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.3 不同質(zhì)地土壤化肥減施對煙葉化學(xué)成分的影響

由表5～6可知，處理T6的煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性最差。

表5 不同質(zhì)地土壤化肥減施對上部煙葉化學(xué)成分的影響

表6 不同質(zhì)地土壤化肥減施對中部煙葉化學(xué)成分的影響

在砂壤土上，5個(gè)施肥處理的總糖含量為32.50%～36.11%，平均為34.04%，上部煙葉以T4最高、顯著高于T1(CK)，中部煙葉T2、T3、T4和T5均顯著低于T1(CK)。施肥處理還原糖含量為16.11%～22.07%，平均為18.46%，上部煙葉以T3、T4較高，顯著高于T1(CK)；中部煙葉以T5最高，顯著高于T1(CK)。施肥處理總氮含量為1.93%～2.57%，平均為2.25%，上部和中部煙葉分別以T5、T4最高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理煙堿含量為1.81%～2.70%，平均為2.15%，上部煙葉以T5較高，顯著高于T1(CK)；中部煙葉T2、T3、T4和T5均顯著高于T1(CK)。施肥處理鉀含量為1.66%～2.39%，平均為2.01%，上部煙葉以T2最高，顯著高于T1(CK)；中部煙葉以T2和T4相對較高，顯著高于T1(CK)。施肥處理水溶性氯含量為0.12%～0.18%，平均為0.14%，上部煙葉和中部煙葉各處理間水溶性氯含量差異不顯著。

在黏土上，施肥處理總糖含量為33.23%～45.39%，平均為37.33%；上部煙葉T2、T3、T4和T5總糖含量均顯著低于T1(CK)，中部煙葉以處理T5最高，顯著高于T1(CK)。施肥處理還原糖含量為17.88%～26.42%，平均為21.29%；上部煙葉以T3、T5較高，顯著高于T1(CK)；中部煙葉以T5最高，顯著高于T1(CK)。施肥處理總氮含量為1.53%～2.30%，平均為1.96%；上部煙葉總氮各施肥處理間無顯著差異，中部煙葉以T3最高，顯著高于T1(CK)。施肥處理煙堿含量為1.28%～2.05%，平均為1.65%；上部煙葉以T2、T5較高，均顯著高于T1(CK)；中部煙葉以T3、T5較高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理鉀含量為1.85%～2.52%，平均為2.08%；上部煙葉T2、T3、T4、T5顯著低于T1(CK)，中部煙葉以T4最高，顯著高于T1(CK)。施肥處理水溶性氯含量為0.07%～0.16%，平均為0.13%，上部煙葉和中部煙葉各處理間水溶性氯含量差異不顯著。

在重壤土上，施肥處理總糖含量為20.64%～34.33%，平均為28.48%；上部和中部煙葉分別以T4、T3最高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理還原糖含量為19.65%～25.31%，平均為21.41%；上部煙葉以T4較高，顯著高于T1(CK)；中部煙葉以T2、T3和T5相對較高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理總氮含量為1.55%～2.39%，平均為1.96%；上部煙葉以T2、T3較高，與T1(CK)差異不顯著；中部煙葉以T2、T4較高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理煙堿含量為1.90%～3.52%，平均為2.70%；上部煙葉T2、T3、T4和T5均顯著低于T1(CK)，中部煙葉以T2、T4、T5較高，均顯著高于T1(CK)。施肥處理鉀含量為1.47%～2.55%，平均1.96%；上部煙葉T3、T4、T5顯著高于T1(CK)，中部煙葉T2、T3、T4和T5均顯著低于T1(CK)。施肥處理水溶性氯含量為0.23%～0.54%，平均0.38%，上部煙葉和中部煙葉各處理間水溶性氯含量差異不顯著。從上述分析可知，與T1(CK)相比，在砂壤土和重壤土上均以T2、T3煙葉化學(xué)成分更協(xié)調(diào)，在黏土上，T2、T3和T5的煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性更好。

2.4 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙肥料利用率的影響

由表7可知，在相同施氮磷鉀量下，不同質(zhì)地土壤烤煙對氮肥利用率從高到低為砂壤>重壤土>黏土。T2、T3、T4、T5的烤煙氮素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分別為26.20%～32.60%、23.14%～30.16%和25.47%～30.41%，其中T2、T3的烤煙氮素利用率在砂壤、黏土和重壤土上較T1(CK)分別顯著提高11.97%、15.77%，6.40%、12.87%，4.07%、8.68%。T2、T3、T4、T5的烤煙磷素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分別為6.48%～10.61%、3.16%～4.8%和3.95%～6.14%，其中T2、T3的烤煙磷素利用率在砂壤、黏土上較T1(CK)分別顯著提高15.55%、48.60%，11.37%、2.09%，而重壤土上T3的烤煙磷素利用率較T1(CK)顯著增加22.96%，其他處理均較T1(CK)顯著降低。處理T2、T3、T4、T5的烤煙鉀素利用率在砂壤、黏土和重壤土上分別為20.18%～28.89%、22.73%～34.63%和26.18%～36.97%，其中處理T2、T3的烤煙鉀素利用率在砂壤、黏土和重壤土上較T1(CK)分別顯著提高3.92%、11.07%，11.24%、21.25%，26.57%、17.25%。上述結(jié)果表明，與T1(CK)相比，在砂壤、黏土和重壤土上直接減少化肥氮磷鉀10%和農(nóng)家肥替代化肥10%均可提高氮磷鉀利用率，但以有機(jī)肥替代化肥作用效果更明顯。

表7 不同質(zhì)地土壤化肥減施對烤煙氮、磷、鉀肥利用率的影響

3 討 論

3.1 不同質(zhì)地土壤化肥減施方式對烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響

土壤質(zhì)地是影響烤煙生長、品質(zhì)及礦質(zhì)營養(yǎng)吸收的重要因素[5-6]。本研究中，與常規(guī)施肥量相比，砂土、重壤土上直接減少化肥氮磷鉀20%或有機(jī)肥替代化肥20%均抑制煙葉面積增大，黏土上，兩種方式減肥20%均未影響煙株生長。在砂土和黏土上，直接減施氮磷鉀10%的煙葉等級結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量和產(chǎn)值較常規(guī)施肥提高，重壤土則相反；砂壤上有機(jī)肥替代化肥10%及黏土、重壤土上有機(jī)肥替代20%化肥均可增加煙葉上等煙比例、產(chǎn)值。土壤質(zhì)地對2種減肥方式的煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值效應(yīng)有重要影響，一方面可能與土壤質(zhì)地理化特性差異有關(guān)，砂土水分運(yùn)動和有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)率高，土壤有效養(yǎng)分富集、吸附和供應(yīng)水平低，降雨等作用易導(dǎo)致一部分氮素出現(xiàn)淋洗，使烤煙依賴肥料補(bǔ)給，而黏土和壤土的吸附作用強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)慢，土壤礦化氮高，土壤養(yǎng)分富集水平高[3,24]。另一方面與土壤氮庫轉(zhuǎn)化有關(guān)，即施有機(jī)肥增加土壤易礦化有機(jī)氮庫和土壤微生物群落，提高土壤生產(chǎn)力和持續(xù)供氮能力[25]，其中黏土因通透性差而降低微生物活性從而減弱硝化作用，而砂土田間持水量低影響微生物的活性和豐度，從而影響微生物的氨化、硝化等作用[26]，因此不同土壤質(zhì)地氮素礦化量不同，是導(dǎo)致化肥直減、有機(jī)肥替代化肥對煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值效應(yīng)強(qiáng)度差異的原因之一。

3.2 不同質(zhì)地土壤化肥減施方式對煙葉化學(xué)成分和烤煙肥料利用率的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥T1(CK)相比，砂土和重壤土上，化肥氮磷鉀直減10%(T2)、20%(T3)均能改善煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，但煙葉各化學(xué)成分變化不同。砂土上，T2、T3增加中上部煙葉鉀含量，降低總糖、還原糖，對煙葉總氮、煙堿、水溶性氯含量無顯著影響；黏土上，有機(jī)肥替代化肥10%和20%處理總糖、還原糖降低，總氮、煙堿升高；重壤土上，化肥氮磷鉀直減20%和有機(jī)肥替代化肥20%能提高中上部煙葉總糖、還原糖含量，這與前人[13,15]研究結(jié)果一致。本研究中，在氮磷鉀肥施用量相同條件下，煙株對氮、磷的吸收利用率從高到低為砂土>重壤土>黏土，鉀素利用率為重壤土>黏土>砂土，這種施肥效應(yīng)差異一方面歸因于砂土、黏土、重壤土在土壤水分、養(yǎng)分吸附、固定、淋失率等方面存在異質(zhì)性[4]；另一方面與曲靖氣候條件有關(guān)，在烤煙移栽到團(tuán)棵階段，降水偏少，黏壤和壤土保水保肥強(qiáng)，在成熟期，降水較多，黏土和壤土水分含量高，造成根系活力下降、根系早衰。也有研究顯示，質(zhì)地越重的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量越高，高黏粒含量土壤增加有機(jī)肥能促進(jìn)養(yǎng)分的吸收和固定[27]，有利于顆粒間形成大團(tuán)聚體，土壤碳匯功能、水熱性能改善[28]，從而改善煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性及肥料利用，其中砂壤土氮肥利用率較高[29]。與此相反，砂土土壤顆粒之間氧化鐵、氧化錳、有機(jī)物質(zhì)等膠結(jié)物質(zhì)少，團(tuán)聚作用減弱，煙株養(yǎng)分代謝及肥料利用減弱，本研究中，2種烤煙減肥方式在不同土壤質(zhì)地(砂土、黏土、重壤土)上，煙株氮磷鉀肥料利用效應(yīng)差異可能與各質(zhì)地土壤膠體及土壤理化特性差異有關(guān)。

4 結(jié) 論

在當(dāng)前煙草栽培氮磷鉀用量基礎(chǔ)上，砂壤土上直接減少化肥氮磷鉀或有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%；黏壤上直減化肥氮磷鉀或有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%～20%；重壤土上化肥氮磷鉀直減潛力10%，有機(jī)肥替代化肥比例潛力為10%～20%。砂土、黏土、重壤土有機(jī)肥替代化肥效果優(yōu)于化肥直減。