鎂、硼、氯肥配施土壤調理劑對烤煙光合特性及產質量的影響

張曉偉,李鵬飛,邱學禮,余小芬,徐天養(yǎng),楊樹明,成 龍

(1.云南省煙草質量監(jiān)督檢測站,昆明 650106;2.云南省煙草公司文山州公司,云南 文山 663099;3.云南省農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境資源研究所,昆明 650205;4.云南高意匠科技有限公司,云南 麻栗坡 663000)

【研究意義】文山州位于云貴高原南部,自然條件得天獨厚,是西南高原-清甜香型風格煙葉的主產區(qū)之一[1]。該煙區(qū)地處典型的喀斯特地貌區(qū),植煙土壤多為紅壤,質地黏重,土壤碳酸鹽和硫酸鹽含量高、酸性強、土層淺薄、水肥極易漏失,土壤鈣鎂比失衡、土壤有效硼和水溶性氯的缺乏達到中度到重度[2];同時,部分煙區(qū)復種指數高,注重氮磷鉀肥投入而忽略中微肥,引起土壤中微量養(yǎng)分嚴重失衡,以及土壤肥力、土壤團聚體穩(wěn)定性、烤煙肥料利用率和煙葉內在品質下降等問題[3],嚴重制約區(qū)域烤煙安全、穩(wěn)定、高效生產。因此,合理改良土壤、平衡中微量養(yǎng)分對烤煙高效生產,以及恢復與重建退化生態(tài)區(qū)具有重要的現實意義。【前人研究進展】鉀、鈣、鎂、硼、氯元素參與烤煙多種生理代謝,與煙葉品質形成關系密切[4],供應的媒介主要是土壤,土壤中有效態(tài)含量直接影響煙草對其他養(yǎng)分的吸收、積累[4]。土壤速效鉀是影響煙葉產質量的主控肥力因子[5],根區(qū)鉀含量高有利于煙葉鉀含量提升[6]。土壤交換性鈣、鎂含量及高鈣鎂比降低煙株對鈣、鎂的吸收,使光合作用減弱,引起煙葉生理性缺鎂[7],且土壤鈣高影響烤煙成熟度,使葉片粗糙、增厚及鋅、鐵失調,降低烤煙對硼的吸收[8]。土壤缺鎂抑制煙株對氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收,烤后煙葉吸濕性強,難儲存、醇化[9]。土壤缺硼導致煙株根系發(fā)育不良,影響磷、鉀的吸收[10],土壤高K/B比加劇烤煙缺硼[11],硼可促進煙葉鎂、錳、鉬吸收,降低煙葉中氯的含量[12]。土壤含氯或施氯量高時,降低煙葉燃燒性,但煙葉氯含量過低時,煙葉彈性、燃燒性變差,適宜的氯含量能促進氮、磷、鉀和鈣吸收[2,13]。在烤煙生產中,彌補烤煙缺鉀、鎂、硼、氯的主要途徑是改善配方施肥和葉面噴施,但因效果不穩(wěn)定且增加生產成本,因而生產實踐受限[9-14]?！颈狙芯壳腥朦c】目前,關于施鉀、鎂、硼、氯肥提高烤煙產質量和肥料利用率[12-14],以及土壤調理劑改良酸化土壤已有報道[15]。鉀長石(KAlSi3O8)土壤調理劑是一種富含鉀、硅、鈣、鎂及諸多微量元素的緩沖性、堿性礦物質,兼有肥料養(yǎng)分供應,調節(jié)土壤酸堿性、土壤膠體性能、離子交換、土壤結構和微生態(tài)環(huán)境的功能[16],其在甘蔗[17]、水稻[18]等作物上增產與節(jié)肥效果顯著,但在文山喀斯特煙區(qū),能否通過鎂、硼、氯肥料配施鉀長石土壤調理劑,平衡煙株中微量養(yǎng)分供應,提升煙葉品質鮮見研究。【擬解決的關鍵問題】本文在文山核心煙區(qū)紅壤上,研究鎂、硼、氯配施鉀長石土壤調理劑對土壤有效養(yǎng)分、烤煙光合作用及產質量的影響,以期為文山州烤煙平衡施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年4—9月在云南省文山州丘北縣雙龍營(104°09′ E,24°17′ N,海拔1431 m,烤煙大田期4—9月平均降雨量823.9 mm)的中高肥力土壤上進行。試驗地土壤類型為紅壤,質地黏土,前茬為冬閑,烤煙移栽前耕層(0～20 cm)土壤pH 5.30,有機質26.67 g/kg,水解性氮102.69 mg/kg,有效磷26.17 mg/kg,速效鉀310.85 mg/kg,交換性鈣712.50 mg/kg,交換性鎂100.50 mg/kg,有效硼0.42 mg/kg和水溶性氯離子(Cl-)10.92 mg/kg(屬于缺乏水平[2])。

1.2 供試材料

烤煙品種為云煙97。供試肥料:煙草專用復合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶16∶22]、煙草專用復合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=11.5∶0∶33]、硫酸鉀(K2O 50.0%),以及硫酸鎂(MgO 9.7%)、硼砂(B 12%)和氯化鉀(K2O 52.3%,Cl-47.6%)。鉀長石土壤調理劑(K2O 7%,SiO226%,Fe2O32%,CaO 21.5%,MgO 5.0%,B 0.3%,Cl-0.3%,有效鎂39.64 mg/g,有效鉀47.33 mg/g,有效硅97.86 mg/g,pH 7.5)由云南高意匠科技有限公司提供。

1.3 試驗設計

采用L9(34)正交設計,共9個組合處理。4因素為鉀長石土壤調理劑、鎂(硫酸鎂)、硼(硼砂)和氯(氯化鉀),每個因素3個施用量水平(表1)。每個處理3次重復,小區(qū)面積50 m2,各小區(qū)栽煙60株,隨機區(qū)組排列。選用漂浮育苗膜下小苗移栽,于2021年4月26日移栽,株行距0.6 m×1.2 m,栽后覆膜,煙株團棵期揭膜。各處理大田期N、P2O5、K2O施用量相同,即N 90 kg/hm2、P2O5135 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2,[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶1.5∶3。其中土壤調理劑、氮和磷肥全部基施;鉀肥70%作基施,30%作追施,分別在煙株第8和12片新葉長出時兌水澆施,硫酸鎂、硼砂和氯化鉀肥料均于烤煙移栽后15 d兌水澆施,其他田間管理措施與當地優(yōu)質煙生產管理方法一致。

表1 正交L9(34)設計Table 1 L9(34) orthogonal design (kg/hm2)

1.4 樣品采集及測定指標

1.4.1 土壤 在烤煙采收結束,各小區(qū)用土鉆按“S”形5點取樣法,采集根際土樣(0～20 cm耕層)。按鮑士旦[19]的方法測定土壤有效養(yǎng)分含量。

1.4.2 光合特性 在烤煙成熟期,各小區(qū)選定5株,于9:00—11:00,用Li-6400便攜式光合儀測定煙株頂部倒數第3片葉凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。

1.4.3 煙株農藝性狀 在采烤前,各小區(qū)選擇健康烤煙8株,按YC/T142—2010方法[20],測定烤煙株高、莖圍、葉片數、煙葉長和寬,并計算葉面積、葉面積系數。

1.4.4 烤煙經濟性狀 按小區(qū)單獨掛牌采收、烘烤成熟煙葉,初烤煙葉按GB2635—92標準[21]分級,統(tǒng)計上等煙比例、產量和產值。

1.4.5 煙葉化學成分及可用性指數 以小區(qū)為單元,采集煙葉C3F(中橘三)樣品。用連續(xù)流動分析儀(AA3型,德國)測定總糖和還原糖(YC/T 159—2002)[22]、總氮(YC/T 161—2002)[23]、煙堿(YC/T 468—2013)[24]、鉀(YC/T 217—2007)[25]和水溶性氯含量(YC/T 162—2011)[26]。參考余小芬等[27]方法求得煙葉化學成分可用性指數(Chemical components usability index,CCUI)。

1.5 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株根際土壤養(yǎng)分及中微量元素含量的影響

由表2可知,不施土壤調理劑的處理T2、T3與T1(CK)的土壤pH無顯著差異,而施土壤調劑后土壤pH較處理T1(CK)顯著提高0.61～1.30個單位,以處理T9增幅最大。處理T4、T7、T8土壤有機質含量與處理T1(CK)間差異未達顯著水平,但其余處理有機質含量均顯著低于處理T1(CK)。處理T2、T3土壤水解性氮含量較處理T1(CK)下降,其他處理水解性氮則較處理T1(CK)顯著提高12.79%～23.59%。處理T4、T5、T7、T8和T9土壤有效磷較處理T1(CK)顯著增加21.81%～45.46%;除處理T2外,其他處理土壤速效鉀較處理T1(CK)顯著提高9.07%～39.17%,土壤有效磷和速效鉀含量分別以處理T7和T9增幅最大。與處理T1(CK)相比,其他處理土壤交換性鈣和鎂含量分別顯著增加16.38%～67.83%和8.46%～43.28%,交換性鈣和鎂含量分別以處理T5和T3最高。處理T4、T6、T8土壤有效硼含量較處理T1(CK)分別下降8.89%、13.33%和15.56%,其余處理有效硼含量較處理T1(CK)顯著提高13.33%～75.56%,以處理T5最高。處理T5和T9土壤水溶性氯較處理T1(CK)分別顯著降低25.68%和27.10%,其他處理土壤水溶性氯較處理T1(CK)顯著提高17.66%～70.49%,其中T8增幅最大。上述分析表明,鎂、硼、氯肥配施鉀長石土壤調理劑可明顯提高土壤pH及土壤主要有效態(tài)養(yǎng)分含量,尤以處理T4、T5、T8效果較優(yōu)。

表2 不同處理對煙田土壤有效養(yǎng)分含量的影響Table 2 Effects of different treatments on soil nutrient content of tobacco-planting field

2.2 不同處理對烤煙葉片光合特性的影響

由表3可知,與處理T1(CK)相比,其余處理烤煙葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度分別顯著增加9.25%～82.80%、18.18%～100%和5.17%～52.47%,3個指標均以處理T8增幅最大。與處理T1(CK)相比,其余處理烤煙葉片的蒸騰速率下降2.26%～24.58%,以處理T6降幅最大,除處理T2外,其他處理葉片蒸騰速率與處理T1(CK)差異均達顯著水平。表明鎂、硼、氯肥配施鉀長石土壤調理劑可在一定程度上提高烤煙葉片光合性能,其中以處理T5、T8組合的效果較優(yōu)。

表3 不同處理對成熟期烤煙葉片光合特性的影響Table 3 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco at maturing stages

2.3 不同處理對烤煙生長及產量、產值的影響

由表4可知,株高處理T3、T4較處理T1(CK)分別下降0.44%和1.40%,其余處理株高較處理T1(CK)提高0.88%～8.14%,但各處理間差異均不顯著。與處理T1(CK)相比,其他處理煙株莖圍和葉片數分別增加0.76%～6.11%、1.63%～13.64%,其中莖圍各處理間無顯著差異,葉片數處理T2、T6、T7、T8顯著高于處理T1(CK)。處理T3、T4葉面積和葉面積系數均低于處理T1(CK),葉面積和葉面積系數處理T2、T5、T6、T7和T8較T1(CK)分別顯著提高5.80%～13.30%和16.79%～28.21%,均以處理T8最高,處理T3、T4、T9與T1(CK)間2個性狀差異均未達顯著水平。從經濟性狀看,處理T2、T3、T4和T9的上等煙比例較處理T1(CK)顯著下降5.02%～19.21%,處理T5、T7、T8較T1(CK)分別顯著提高7.45%、6.88%、11.64%,處理T6與處理T1(CK)差異不顯著;處理T3、T4和T9煙葉產量較處理T1(CK)顯著下降8.51%～15.94%,處理T5、T6、T8較處理T1(CK)分別顯著提高12.15%、8.43%、5.53%,處理T2、T7與處理T1(CK)間產量差異不顯著。與處理T1(CK)相比,煙葉產值處理T3、T4分別顯著下降10.53%、17.42%,處理T5、T8分別顯著提高15.01%、21.36%,其余處理間未達顯著差異。由上述分析可知,處理T5、T8對促進烤煙生長發(fā)育,提高煙葉結構等級、產量和產值的效果最佳。

表4 不同處理對煙株生長、產量及產值的影響Table 4 Effects of different treatments on growth,yield and output value of flue-cured tobacco

2.4 各處理對煙葉化學成分的影響

由表5可知,與處理T1(CK)相比,處理T3、T7、T8煙葉總糖和還原糖含量分別顯著下降5.96%～21.76%和6.74%～22.69%,其余處理煙葉總糖和還原糖較處理T1(CK)分別顯著提高8.76%～20.12%和5.24%～25.37%,處理T5增幅最大。處理T2、T4、T5、T6、T9煙葉總氮含量較處理T1(CK)顯著下降8.40%～15.55%,處理T7煙葉總氮較處理T1(CK)顯著提高8.82%。處理T5煙葉煙堿含量較處理T1(CK)下降0.5%,差異不顯著,其他處理煙葉煙堿較處理T1(CK)顯著提高 29.21%～51.49%,處理T3增幅最大。與處理T1(CK)相比,其他處理煙葉氧化鉀含量顯著增加 8.00%～54.00%,其中處理T2增幅最小,處理T8增幅最大。處理T5、T9煙葉氯含量較處理T1(CK)分別顯著下降18.18%、42.42%,其余處理煙葉氯含量較處理T1(CK)顯著增加 45.45%～121.21%。與處理T1(CK)相比,處理T2、T4、T5、T9煙葉鈣含量顯著下降6.22%～27.11%,其余處理增加1.99%～27.36%,其中處理T3、T7、T8較處理T1(CK)增加達顯著水平。與處理T1(CK)相比,其他處理煙葉鎂、硼分別顯著增加6.25%～50.00%、8.51%～86.02%,其中硼處理T6增幅最小,處理T7增幅最大。從化學成分可用性指數(CCUI)來看,處理T2、T5、T8煙葉CCUI值顯著高于處理T1(CK),其他處理的CCUI顯著低于處理T1(CK)。由上述分析表明,鎂、硼、氯肥配施鉀長石土壤調理劑使煙葉鉀、鎂、硼含量顯著升高,有利于改善煙葉化學成分協(xié)調性。

表5 各處理對煙葉化學成分的影響Table 5 Effect of different treatments on main chemical components of tobacco leaves

2.5 正交試驗優(yōu)化及評價

由表6可知,4個施肥因素對煙葉產值及其化學成分可用性指數(CCUI)影響大小不同,產值為C>D>A>B,即施硼對煙葉產值影響最大,其次是氯,再次是土壤調理劑,最后是鎂,最優(yōu)組合(A3B2C1D3)煙葉產值為73 108.65 元/hm2;CCUI為B>D>A>C,呈現施鎂對CCUI影響最大,其次是氯,再次是土壤調理劑,最后是硼,最優(yōu)組合(A3B2C1D3)煙葉CCUI值為85.24。

表6 正交試驗因素極差分析Table 6 Range analysis of orthogonal test factors

3 討 論

3.1 鎂、硼、氯配施鉀長石土壤調理劑對植煙土壤的影響

3.2 鎂、硼、氯配施鉀長石土壤調理劑對烤煙光合特性及產質量的影響

4 結 論

在文山喀斯特烤煙栽培區(qū),組合施用硫酸鎂150 kg/hm2,硼砂15～30 kg/hm2、氯化鉀60～90 kg/hm2及鉀長石土壤調理劑600～900 kg/hm2,可有效提高烤煙根區(qū)土壤pH和主要有效態(tài)養(yǎng)分供應能力,較好解決喀斯特煙區(qū)土壤酸化、烤煙根區(qū)鉀鎂硼氯供應強度不足等問題;可提升烤煙光合作用,促進生長發(fā)育,提高經濟效益和煙葉中鉀、硼、氯含量,改善煙葉化學成分協(xié)調性,具有良好的推廣潛力。