減氮條件下不同土壤改良劑對(duì)烤煙生長(zhǎng)和土壤性狀的影響

陳 晨，牛莉莉，劉 園*，胡艷芳，程玉淵，吳 疆，尹光庭，劉 流，李 倩，孫善興，張常興

（1.南陽(yáng)市煙草公司 內(nèi)鄉(xiāng)縣分公司，河南 南陽(yáng) 474350；2.河南省煙草公司 南陽(yáng)市公司，河南 南陽(yáng) 473000；3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450016）

氮素是對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)影響最大的營(yíng)養(yǎng)元素［1］，足量氮素可保證烤煙生育前期的正常生長(zhǎng)，過(guò)量氮素則會(huì)導(dǎo)致烤煙后期貪青晚熟，影響煙葉優(yōu)良品質(zhì)的形成［2］。在烤煙生產(chǎn)中，煙農(nóng)更習(xí)慣于施入過(guò)量氮肥，既可規(guī)避生育前期缺氮帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，又可獲得較高產(chǎn)量。但施入過(guò)量氮肥不僅易造成土壤氮肥盈余、利用率低下、土壤板結(jié)、面源污染等［3-4］，而且會(huì)降低煙葉品質(zhì)［5］，給煙區(qū)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)不良影響。

為了降低減氮施肥給烤煙經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)的負(fù)面影響，增施土壤改良劑是一種可行性選擇。然而市面上土壤改良劑的種類繁多，對(duì)烤煙的生長(zhǎng)和土壤理化性狀的影響及機(jī)理也不盡相同［6-7］。劉巧珍等［8］研究認(rèn)為，施用改良劑能夠提高土壤pH值，土壤中堿性磷酸酶和過(guò)氧化氫酶的活性有所提升，微生物總量顯著增加；李富欣等［9］研究認(rèn)為，土壤改良劑能有效降低土壤容重，提高土壤pH值，顯著改善煙葉質(zhì)量；劉領(lǐng)［10］、劉卉［11］等研究認(rèn)為，土壤改良劑通過(guò)提高土壤酶活性，促進(jìn)了烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育，烤后煙葉的化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。雷波等［12］研究認(rèn)為，加入土壤改良劑可改善煙葉的外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)，但對(duì)煙草的生物學(xué)性狀無(wú)顯著影響；而馮連軍等［13］研究認(rèn)為，施入過(guò)量的土壤改良劑生物炭使上部煙葉色素含量顯著增加，導(dǎo)致煙葉貪青晚熟。

豫西南煙區(qū)是黃淮煙區(qū)焦甜焦香型煙葉的主產(chǎn)區(qū)，為浙江中煙、河南中煙和上煙集團(tuán)等重點(diǎn)煙草工業(yè)企業(yè)提供了高質(zhì)量、濃香型優(yōu)質(zhì)煙葉原料。如何減少氮肥施用和提高煙葉協(xié)調(diào)性是本區(qū)域內(nèi)一項(xiàng)重點(diǎn)研究課題。就目前研究來(lái)看，土壤改良劑的應(yīng)用效果在本區(qū)域內(nèi)報(bào)道不多，少有同一水平下的多種土壤改良劑對(duì)比，且對(duì)土壤理化性狀的研究未見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)以豫西南煙區(qū)偏黏性黃棕壤為研究對(duì)象，探究減氮條件下不同土壤改良劑對(duì)烤煙病蟲害發(fā)生情況、土壤理化性狀和烤煙品質(zhì)的影響，以期為煙葉減氮施肥提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在河南省南陽(yáng)市內(nèi)鄉(xiāng)縣灌漲鎮(zhèn)胡劉村進(jìn)行，試驗(yàn)田肥力均勻一致，地勢(shì)平坦，便于排灌。該地屬亞熱帶季風(fēng)型大陸性氣候，供試土壤為黃淮煙區(qū)具有代表性的黃棕壤。土壤基礎(chǔ)的理化性質(zhì)：pH值7.16，有機(jī)質(zhì)含量12.22 g/kg，堿解氮含量95.68 mg/kg，速效磷含量14.36 mg/kg，速效鉀含量171.6 mg/kg。試驗(yàn)田前茬為煙草，品種為云煙87。

供試土壤改良劑分別為河南火車頭農(nóng)業(yè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的Agri-star 松土促根劑、三利新能源有限公司生產(chǎn)的生物炭、山東泉林嘉有肥料有限公司生產(chǎn)的黃腐酸有機(jī)肥。其中，生物炭由小麥秸稈在400～500 ℃的無(wú)氧條件下連續(xù)熱解制成，其pH值9.15、含碳量524 g/kg、全氮含量2.3 g/kg、全磷含量6.5 g/kg、全鉀含量9.9 g/kg；黃腐酸有機(jī)肥中黃腐酸≥12%、有機(jī)質(zhì)≥40%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)1個(gè)對(duì)照和4個(gè)試驗(yàn)處理。CK：常規(guī)施肥，化肥總氮含量為60 kg/hm2；T0：減氮施肥，化肥總氮含量為 45 kg/hm2；T1：減氮施肥+松土促根劑（15 kg/hm2）；T2：減氮施肥+生物炭（750 kg/hm2）；T3：減氮施肥+黃腐酸有機(jī)肥（600 kg/hm2）。生育期內(nèi)無(wú)機(jī)肥料施用煙草專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O= 10∶10∶20），K2SO4用量為450 kg/hm2，KNO3用量為45 kg/hm2，通過(guò)調(diào)節(jié)各肥料用量以保證符合試驗(yàn)要求；有機(jī)肥料均施用450 kg/hm2芝麻餅肥。其中，80%復(fù)合肥、70% K2SO4、全部有機(jī)肥和土壤改良劑混合均勻后于起壟前作基肥；20%復(fù)合肥在移栽時(shí)施用；全部KNO3在團(tuán)棵期施用；30% K2SO4在旺長(zhǎng)期施用。處理采用隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)面積150 m2，3次重復(fù)。

試驗(yàn)田于2019年3月下旬起壟，壟距1.2 m，壟高0.25 m；烤煙于4月22日移栽，株距為0.5 m。其他栽培措施參照《河南中煙內(nèi)鄉(xiāng)基地單元煙葉生產(chǎn)技術(shù)方案》進(jìn)行。

1.3 取樣及測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 基礎(chǔ)肥力的測(cè)定 于烤煙起壟前，采用五點(diǎn)取樣法采集0～20 cm土樣并測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。土樣pH值按照NY/T 1121.2—2006《土壤檢測(cè) 第2部分：土壤pH的測(cè)定》測(cè)定；有機(jī)質(zhì)含量按照NY/T 1121.6—2006《土壤檢測(cè) 第6部分：土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定；堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測(cè)定（土壤農(nóng)化分析）；有效磷含量按照NY/T 1121.7—2014《土壤檢測(cè) 第7部分:土壤有效磷的測(cè)定》測(cè)定；速效鉀含量按照NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》測(cè)定。

1.3.2 病害的調(diào)查 按照GB/T 23222—2008《煙草病蟲害分級(jí)及調(diào)查方法》，于烤煙成熟期對(duì)花葉病、黑脛病和根黑腐病這3種病害進(jìn)行調(diào)查，計(jì)算其發(fā)病率和病情指數(shù)。計(jì)算公式如下：

1.3.3 常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性 各小區(qū)采集具有代表性的烤后中部葉，按照煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011、YC/T 159—2002等方法測(cè)定烤后煙葉的常規(guī)化學(xué)成分，并計(jì)算氮堿比、糖堿比、兩糖比和鉀氯比。

1.3.4 土壤容重、田間持水量的測(cè)定 烤煙收獲后選取煙株間固定位置，按照NY/T 1121.4—2006《土壤檢測(cè) 第4部分：土壤容重的測(cè)定》測(cè)定土壤容重；按照 NY/T 1121.22—2010《土壤檢測(cè) 第22部分：土壤田間持水量的測(cè)定 環(huán)刀法》測(cè)定田間持水量。

1.3.5 氮素的測(cè)定 收獲后用五點(diǎn)取樣法采集每個(gè)小區(qū)0～20 cm土壤，按照NY/T 1121.24—2012《土壤檢測(cè) 第24部分：土壤全氮的測(cè)定 自動(dòng)定氮儀法》測(cè)定土壤全氮。小區(qū)內(nèi)采用3點(diǎn)取樣法，每20 cm為1層采集0～60 cm土壤樣品，每層土壤混勻并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，采用雙波長(zhǎng)分光光度法［14］測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量。

1.3.6 經(jīng)濟(jì)性狀比較 小區(qū)煙葉收獲后單獨(dú)標(biāo)記烘烤，單獨(dú)儲(chǔ)存，按照等級(jí)質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)并測(cè)算產(chǎn)量、產(chǎn)值、中上等煙比例、均價(jià)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，SPSS 21.0軟件進(jìn)行差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤改良劑對(duì)病害發(fā)生的影響

由表1可知，不同處理的病害發(fā)生情況各不相同。減氮處理T0的花葉病發(fā)病率較CK顯著增加了17.99%，土壤改良劑處理（T1～T3）的發(fā)病率較CK和T0處理分別顯著降低了23.16%～36.06%、34.88%～ 45.81%；土壤改良劑處理的花葉病病情指數(shù)較T0處理顯著降低23.85%～31.29%，較CK無(wú)顯著差異。處理T0黑脛病的發(fā)病率較CK顯著增加了15.23%，土壤改良劑處理的黑脛病發(fā)病率較CK無(wú)顯著差異，較T0顯著降低18.38%～25.20%；T0處理黑脛病的病情指數(shù)較CK無(wú)顯著差異，施用土壤改良劑處理的黑脛病病情指數(shù)分別較CK和T0顯著降低17.55%～32.03%、22.00%～35.70%。T0根黑腐病的發(fā)病率較CK顯著增加11.24%，土壤改良劑處理的根黑腐病發(fā)病率分別較CK和T0降低8.80%～17.59%、18.01%～25.92%；T0處理根黑腐病的病情指數(shù)較CK顯著增加21.92%；土壤改良劑處理的根黑腐病病情指數(shù)較CK和T0分別降低18.58%～26.51%、33.22%～39.73%。

表1 不同土壤改良劑對(duì)病害發(fā)生的影響

2.2 不同土壤改良劑對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的影響

烤后煙葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性是考量烤煙品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表2可知，不同處理對(duì)烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的影響也不同。氮堿比是衡量煙葉含氮化合物轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)之一，反映出煙葉生長(zhǎng)發(fā)育及成熟度，適宜范圍在0.8～1.1之間；本研究不同處理的氮堿比范圍在0.85～0.97之間；與CK相比，僅T0處理顯著降低了12.37%；與T0相比，土壤改良劑處理T2顯著提高了11.76%。糖堿比可反映出煙氣的生理強(qiáng)度和醇和度，適宜范圍在6～13之間；本研究各處理的糖堿比范圍在10.20～10.97之間；土壤改良劑處理T2分別較CK和T0增加了5.28%、7.55%。兩糖比反映碳水化合物的轉(zhuǎn)化程度，適宜范圍為≥0.8；本研究各處理兩糖比范圍在0.83%～0.86之間，除T2較T0有顯著提升外，其余各處理均無(wú)顯著差異。鉀氯比與煙葉燃燒性、評(píng)吸質(zhì)量顯著相關(guān)，適宜范圍為≥1.5；本研究鉀氯比范圍在2.39～3.89之間，T0與CK無(wú)顯著差異；T2、T3處理分別較CK顯著提升41.00%、62.76%，分別較T0顯著提升35.89%、56.85%。

表2 土壤改良劑對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的影響

2.3 土壤改良劑對(duì)土壤容重和田間持水量的影響

土壤容重和田間持水量是反映土壤物理性狀的重要指標(biāo)。土壤容重越小，說(shuō)明土壤孔隙度越大，耕作性越強(qiáng)。由圖1可知，T0與CK的土壤容重和田間持水量均無(wú)顯著差異，T1、T2處理的土壤容重分別較CK顯著降低了7.94%、8.73%，分別較T0顯著降低了8.66%、9.45%；T1、T2處理的田間持水量分別較CK顯著增加了5.18%、5.98%，分別較T0顯著增加了5.39%～6.19%。

圖1 土壤改良劑對(duì)土壤容重和田間持水量的影響

2.4 土壤改良劑對(duì)土壤全氮和硝態(tài)氮的影響

土壤氮素含量是反映土壤肥力的重要指標(biāo)。由圖2可知，與CK相比，T0處理的土壤全氮含量顯著降低了15.94%，土壤改良劑處理較CK顯著降低了8.34%～10.77%；與T0相比，土壤改良劑處理的土壤全氮含量顯著增加了6.16%～9.05%；各土壤改良劑之間無(wú)顯著差異。

圖2 土壤改良劑對(duì)0～20 cm土壤全氮含量的影響

硝態(tài)氮是煙葉最宜氮源，土壤硝態(tài)氮含量也是反映土壤供氮能力的重要指標(biāo)。由圖3可知，土壤硝態(tài)氮含量隨土層深度的變化呈現(xiàn)不同規(guī)律。0～20 cm層中，T0和土壤改良劑處理的硝態(tài)氮含量較CK顯著降低，且T0顯著低于土壤改良劑處理；20～40 cm土層中，CK的硝態(tài)氮含量仍顯著高于其他處理，T0與T1和T3差異顯著，但與T2差異不顯著；40～60 cm土層中，各處理硝態(tài)氮含量差異均不顯著。

圖3 土壤改良劑對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響

3 討論

研究表明，增施土壤改良劑能夠減少煙草病害的發(fā)生。萬(wàn)川等［15］研究認(rèn)為表層施用生物炭可顯著降低土壤容重，增強(qiáng)保水能力，改良土壤通透性，為土壤有益微生物的生長(zhǎng)提供了適宜的環(huán)境，能顯著降低煙草青枯病的發(fā)生；郭怡卿等［16］研究表明，增施土壤改良劑能促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，提高烤煙的抗病性，顯著降低烤煙黑脛病和花葉病的發(fā)病率和病情指數(shù)，黑脛病發(fā)病率最高可降低100%。

本研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)配套措施的煙葉減氮生產(chǎn)可導(dǎo)致花葉病、黑脛病和根黑腐病的發(fā)病率和病情指數(shù)顯著增加，減氮配施土壤改良劑不僅可消除減氮給煙草病害帶來(lái)的負(fù)面影響，并且一定程度上可降低病害的發(fā)病率和病情指數(shù)，同前人［15-18］的研究結(jié)果較為一致。張曉海等［19］研究認(rèn)為：施入土壤改良劑后，土壤微生物數(shù)量短時(shí)間內(nèi)可大量上升，土壤有機(jī)質(zhì)已不再是影響土壤微生物生長(zhǎng)的重要因子，其他土壤理化性狀可能是影響土壤微生物的主要因素。朱克亞等［20-22］認(rèn)為，施用土壤改良劑可顯著改變土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)，而鄧小華等［7］研究認(rèn)為，單季使用土壤改良劑雖然有降低土壤容重、增加土壤孔隙度的趨勢(shì)，但并未達(dá)到顯著水平。本研究表明，施入土壤改良劑后烤煙病害的減輕，主要原因可能是土壤容重的降低和田間持水量的提高，為根系微生物營(yíng)造了一個(gè)良好的物理環(huán)境，有益微生物可大量繁殖，通過(guò)與有害病原菌的拮抗作用，進(jìn)而減少病害的侵染；另一方面，土壤肥力隨著土壤改良劑的施入也有一定程度的加強(qiáng)，烤煙營(yíng)養(yǎng)水平提高，提升了烤煙抗逆能力，烤煙病害也有所減輕。

施入土壤改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分含量有一定的影響。研究認(rèn)為，連作植煙土壤氮素含量水平是影響土壤質(zhì)量的關(guān)鍵因素；施入土壤改良劑有利于增強(qiáng)土壤酶活性，提高氮素含量，改善連作土壤的品質(zhì)［23］。就不同深度土壤氮含量來(lái)說(shuō)，黃化剛等［24］研究認(rèn)為，施入多孔性土壤改良劑可提高土壤耕層的全碳含量和堿解氮含量，可促進(jìn)氮素礦化［17］，可促進(jìn)硝化作用［25］，0～10 cm土層的硝態(tài)氮含量提高，銨態(tài)氮含量降低。本研究表明，無(wú)配套措施的減氮烤煙生產(chǎn)會(huì)顯著降低土壤中全氮和硝態(tài)氮含量，增施土壤改良劑可減弱此負(fù)面效應(yīng)，但對(duì)深層土壤硝態(tài)氮含量無(wú)顯著影響。主要原因是土壤改良劑是改善土壤物理性質(zhì)、增加微生物種類和數(shù)量［26］、提高相應(yīng)的酶活性、促進(jìn)更多養(yǎng)分的釋放；另外，土壤改良劑可引入含氮物質(zhì)［13］，一定程度上提升了土壤氮含量。值得關(guān)注的是，施用高碳基有機(jī)肥處理的硝態(tài)氮含量在0～20 cm較其他2種土壤改良劑略高，但在20～40 cm中較其他土壤改良劑略低，其原因可能是生物炭較強(qiáng)的氮素固持能力［27］和對(duì)抑制硝化反應(yīng)產(chǎn)物的吸附作用［28-29］，促進(jìn)了土壤的硝化反應(yīng)，減少了氮素淋溶。

本研究中，土壤改良劑的施用對(duì)烤煙的品質(zhì)也有一定的影響，各烤煙化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性更趨于合理，與閻海濤等［30-31］的研究結(jié)果一致。施入土壤改良劑對(duì)氮素的固持作用，使煙株氮素的攝入符合烤煙生長(zhǎng)規(guī)律，利于成熟期碳氮協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)化，提高了煙葉成熟度，改善了煙葉的外觀質(zhì)量，相應(yīng)的化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)［32］。黃淮煙區(qū)屬焦甜焦香型風(fēng)格特色，化學(xué)成分協(xié)調(diào)性的提升，可使該區(qū)煙葉在增香調(diào)味和降焦減害等方面繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

無(wú)配套措施的烤煙減氮生產(chǎn)可導(dǎo)致煙草病害的發(fā)生，影響煙葉的正常生長(zhǎng)。而增施土壤改良劑可降低土壤容重，增加田間持水量，提高土壤耕層全氮和硝態(tài)氮含量，能顯著降低煙葉病害發(fā)生，并提高了烤煙化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性。因此，增施土壤改良劑可為豫西南煙區(qū)的減氮生產(chǎn)提供一條可行的途徑。