氮肥減量配施微生物菌劑對烤煙生長發(fā)育的影響

劉昭偉，鄒佳怡，黃子彧，張陽，薛建業(yè)，張洪波，黃瓊慧，王新月，全柯穎，夏冰，鄧小華*

(1 湖南省煙草公司株洲市公司，湖南 株洲 412400； 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128)

烤煙的早生快發(fā)可為烤煙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[1]，湖南稻作煙區(qū)烤煙移栽期、伸根期常面臨低溫陰雨天氣，降雨易造成土壤養(yǎng)分流失，低溫會導(dǎo)致烤煙根系發(fā)育遲緩，從而影響烤煙早生快發(fā)，降低煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量[2-3]。 土壤類型[4-5]、種植模式[6]、施肥模式[7]、施肥方式[8]、耕作方式[9]等均會影響烤煙的生長發(fā)育。 研究[10-11]表明，深耕、深松措施可改善土壤物理性狀，優(yōu)化烤煙根系空間分布，促進(jìn)烤煙根系生長發(fā)育。 植物生長調(diào)節(jié)劑ABT 和GGR 可促進(jìn)烤煙地上部和根系的發(fā)育，提高根系活力，有利于烤煙干物質(zhì)積累[12-13]。 施用生物有機肥可改善土壤中的微生態(tài)條件和養(yǎng)分濃度，從而促進(jìn)烤煙生長、提高葉綠素含量、增加煙葉產(chǎn)量與產(chǎn)值[14-15]。地膜覆蓋栽培可保墑增溫，改善水、肥、氣、熱等環(huán)境因子，促進(jìn)烤煙早生快發(fā)[16]。 如何在減少化肥施用量的同時，不影響烤煙生長，還能提高烤煙肥料利用率和產(chǎn)質(zhì)量，是湖南稻作煙區(qū)亟待解決的問題。 有關(guān)烤煙施肥模式、微生物菌劑對烤煙生長發(fā)育、產(chǎn)質(zhì)量的影響已有報道，但關(guān)于肥料運籌配施微生物菌劑對烤煙生長發(fā)育影響的研究較少。 鑒于此，本研究采用雙因素試驗，研究氮肥減施配施微生物菌劑對烤煙根系生長發(fā)育、農(nóng)藝性狀、煙葉SPAD 值、烤煙地上和根系生物量及根冠比的影響，為南方稻作煙區(qū)烤煙栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗采用的烤煙品種為云煙87。 使用的肥料有煙草專用基肥(N-P2O5-K2O＝7-17-8，總養(yǎng)分≥32%，硝態(tài)氮/總氮≥20%，有機質(zhì)≥15%)、生物發(fā)酵餅肥(總養(yǎng)分≥8%，有機質(zhì)≥70%)、硫酸鉀(水溶性氧化鉀含量≥52.0%，氯含量≤1.0%，硫含量≥17.5%)、灌蔸肥(N ∶P2O5∶K2O ＝20 ∶9 ∶0，總養(yǎng)分含量≥29%，含硼、鎂、鋅、鉬、黃腐酸、抗病解磷復(fù)合功能菌、天然生物抗病素、保水保肥營養(yǎng)增效劑等)、水溶追肥(N ∶P2O5∶K2O ＝10 ∶0 ∶40，總養(yǎng)分含量≥50%)、煙草專用提苗肥(N ∶P2O5∶K2O ＝20 ∶9 ∶0，總養(yǎng)分含量≥29%)、煙草專用追肥(N ∶P2O5∶K2O ＝10 ∶0 ∶32，總養(yǎng)分≥42%)。 采用的微生物菌劑“根莖康”由北京恩格蘭環(huán)境技術(shù)有限責(zé)任公司提供，每克含有效活菌數(shù)≥30 億，富含豐富的活性有益拮抗菌微生物，主要成分為芽孢桿菌。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地位于湖南省株洲市茶陵縣腰陂鎮(zhèn)(113°45′0″E，26°46′59″N)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均日照率37%，年均日照1 744.7 h，年平均氣溫17.9 ℃，年均降水量1 423 mm，太陽輻射總量470.24 J/cm3，該地區(qū)海拔870 m，無霜期290 d。 土壤pH 為5.82，含有機質(zhì)44.23 g/kg、堿解氮34.72 mg/kg、有效磷60.22 mg/kg、速效鉀250.14 mg/kg。

設(shè)置肥料運籌方式和微生物菌劑2 個試驗因素，肥料運籌方式(C)設(shè)2 個水平:C1 為減氮施肥(減氮21.49%)，C2 為傳統(tǒng)施肥；微生物菌劑(D)設(shè)2 個水平:D1 為施用微生物菌劑根莖康，用量為30 kg/hm2，與基肥拌勻后穴施，D2 為不施根莖康。 設(shè)置3 次重復(fù)，小區(qū)面積65 m2，隨機區(qū)組排列。 減氮施肥模式的總施肥量為2 025 kg/hm2，其中施氮量為126 kg/hm2，基肥氮占25%，氮、磷、鉀比例為1 ∶0.82 ∶3.32。 傳統(tǒng)施肥處理的總施肥量為2 475 kg/hm2，其中施氮量為160.5 kg/hm2，基肥氮占40%，氮、磷、鉀比例為1 ∶1 ∶2.87，具體施肥方式見表1?？緹煵捎闷∮纾?022 年3 月24 日移栽，種植密度為50 cm(株距)×120 cm(行距)。 其他田間管理措施參照株洲市優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。

表1 傳統(tǒng)施肥模式與減氮施肥模式的肥料用量及施用方法Table 1 Fertilizer and its application methods of traditional fertilization mode and reducing nitrogen fertilization mode

1.3 檢測指標(biāo)與方法

1.3.1 烤煙根系性狀指標(biāo)

在移栽后30、60、90 d，每處理選取5 棵煙株，將根系沖洗干凈，用LA-2400 多參數(shù)根系分析系統(tǒng)測定根長、根表面積、根體積、根直徑及根尖數(shù)。

1.3.2 烤煙農(nóng)藝性狀指標(biāo)

每個處理選代表性的煙株5 株，分別在移栽后30、60、90 d，按《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》(YC/T142—2010)測定株高、莖圍、節(jié)距、葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬等農(nóng)藝性狀，計算葉面積(葉面積＝葉 長×葉寬×0.634 5)。

1.3.3 鮮煙葉SPAD 值檢測

打頂期，每處理隨機選取5 株煙株，采用SPAD—502 plus 便攜式葉綠素測定儀(日本柯尼卡美能達(dá)公司生產(chǎn))，選擇由下至上數(shù)第8 ～10 葉位煙葉，在離煙葉主脈3 cm 的兩側(cè)對稱處各選擇6 個點(避開支脈)測定SPAD 值，記錄儀器讀數(shù)并計算平均值。

1.4 統(tǒng)計分析方法

采用Excel 2010 和SPSS 20.0 進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，采用新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，采用η2對施肥模式、微生物菌劑及其互作效應(yīng)進(jìn)行評價。η2表示自變量能夠解釋因變量總體方差變異的大小，介于0～1 之間，值越大說明變異幅度越大。η2＝SSB/SST，其中SSB(Sum of squares between)為組間平方和，表示其所在組的均值與總均值之差的平方和；SST(Sum of squares for total)為總離差平方和，表示所有數(shù)據(jù)點與均值的距離的平方和。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對烤煙根系生長發(fā)育的影響

由表2 可知，從施肥處理來看，除團(tuán)棵期C1 處理的根系平均直徑與C2 差異不顯著外，其他時期的減氮施肥處理總根長、根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)均顯著大于傳統(tǒng)施肥處理。 與C2 相比，團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期C1 處理煙株的總根長分別增加55.78%、43.57%、22.92%，根表面積分別增加38.87%、49.52%、31.28%，根體積分別增加53.12%、81.30%、7.71%，根尖數(shù)分別增加42.41%、44.23%、24.44%；打頂期、圓頂期，C1 處理煙株的根平均直徑分別較C2 增加25.00%、16.13%。

表2 不同處理烤煙的根系生長情況Table 2 Root growth of flue-cured tobacco under different treatments

根據(jù)表2，基肥添加根莖康的D1 處理與不添加根莖康的D2 處理根平均直徑在各時期均無顯著差異，但總根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)均為D1 處理顯著大于D2(圓頂期的根體積除外)。 與D2 相比，團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期添加根莖康的D1 處理總根長分別增加28.86%、18.30%、14.22%，根表面積分別增加24.92%、37.13%、21.68%，根體積分別增加25.45%、55.47%、3.80%，根尖數(shù)分別增加35.71%、37.52%、14.95%。 結(jié)果表明根莖康可改善根系的生長狀況。

從肥料運籌方式與根莖康互作來看，總根長、根表面積、根體積、根尖數(shù)均以C1D1 表現(xiàn)最好，其次為C1D2。 根平均直徑在團(tuán)棵期以C2D1 表現(xiàn)最好，其次為C1D2；在打頂期以C1D2 表現(xiàn)最好，其次為C1D1；在圓頂期以C1D1 表現(xiàn)最好，其次為C1D2。綜合來看，C1D1、C1D2 的根系生長表現(xiàn)相對較好。

2.2 不同處理對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表3 可知，從肥料運籌方式來看，各個時期均為C1 處理的最大葉面積顯著高于C2，且C1 處理團(tuán)棵期的株高、圓頂期的最大葉長也顯著高于C2，其他時期的株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長、最大葉寬均無顯著差異。 團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期，相較于C2處理，C1 處理的莖圍分別增加8.18%、0.19%、1.13%，最大葉長分別增加5.64%、3.59%、9.20%，最大葉寬分別增加5.72%、4.48%、3.88%，最大葉面積分別增加11.60%、8.34%、13.42%。 C1 處理團(tuán)棵期、打頂期株高分別較C2 增加12.65%、2.50%；打頂期、圓頂期葉片數(shù)分別較C2 高3.45%、1.45%。 表明減氮施肥模式有利于煙株地上部生長。

表3 不同處理烤煙的農(nóng)藝性狀Table 3 Agronomic characters of flue-cured tobacco under different treatments

從根莖康處理來看，各個時期均為基肥添加根莖康的D1 處理最大葉面積顯著大于不添加根莖康的D2 處理，除圓頂期的葉片數(shù)為D1 少于D2 外，其他時期的農(nóng)藝性狀指標(biāo)均為D1 大于D2。 團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期，與D2 相比，添加根莖康的D1 處理株高分別增加11.92%、3.63%、9.16%，莖圍分別增加4.46%、4.15%、9.66%， 最 大 葉 長 分 別 增 加3.68%、2.58%、0.49%，最大葉寬分別增加7.06%、6.71%、3.88%，最大葉面積分別增加10.98%、9.58%、4.17%；D1 處理團(tuán)棵期、打頂期的葉片數(shù)分別較D2 增加2.63%、7.02%。 表明根莖康可改善煙株農(nóng)藝性狀，促進(jìn)煙株生長。

從肥料運籌方式與根莖康互作來看，莖圍、最大葉長、最大葉面積在各個時期均為C1D1 處理效果最好，其次為C1D2。 株高在團(tuán)棵期、打頂期以C1D1效果最好，圓頂期以C2D1 效果最好；葉片數(shù)在團(tuán)棵期以C2D1 效果最好，打頂期、圓頂期以C1D1 效果最好；最大葉寬在團(tuán)棵期、打頂期以C1D1 效果最好，其次為C2D1，圓頂期以C2D1 效果最好，其次為C1D2。 綜合來看，C1D1、C2D1 處理煙株的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)較好。

從肥料運籌方式、根莖康及兩者的互作效應(yīng)來看，株高、莖圍在團(tuán)棵期為肥料運籌方式的貢獻(xiàn)率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)，打頂期、圓頂期為根莖康貢獻(xiàn)率最大(η2D＞η2C＞η2C×D)；最大葉面積在打頂期為根莖康貢獻(xiàn)率最大(η2D＞η2C＞η2C×D)，團(tuán)棵期、圓頂期為肥料運籌方式貢獻(xiàn)率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；最大葉長在團(tuán)棵期、打頂期為肥料運籌方式貢獻(xiàn)率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；最大葉寬在團(tuán)棵期、打頂期為根莖康貢獻(xiàn)率最大。 從3 個時期的肥料運籌方式、根莖康及兩者互作效應(yīng)的平均值來看，肥料運籌方式、根莖康、兩者互作在團(tuán)棵期的貢獻(xiàn)率分別為41.58%、36.33%、22.09%，打頂期分別占34.30%、46.84%、18.87%，圓頂期分別為45.97%、31.23%、22.80%；團(tuán)棵期、圓頂期均為打頂期為隨著煙株的生長發(fā)育，肥料運籌方式、根莖康及兩者互作對株高的影響均呈先下降后上升的趨勢，對莖圍的影響均逐漸降低；肥料運籌方式對最大葉長和最大葉寬的影響逐漸增加，根莖康、兩者互作對最大葉長和最大葉寬的影響呈先上升后下降的趨勢；肥料運籌方式、兩者互作對最大葉面積的影響逐漸增加。 可見肥料運籌方式、根莖康對農(nóng)藝性狀都有較大影響，而兩者互作的影響相對較小。

2.3 不同處理對打頂期煙葉SPAD 值的影響

由圖1 可知，C1 的SPAD 值高于C2，但差異不顯著；D1 的SPAD 值顯著高于D2；從肥料運籌方式與根莖康的互作來看，SPAD 值表現(xiàn)為C1D1＞C2D1＞C1D2＞C2D2，且C1D1 的SPAD 值顯著高于C2D2?？梢姕p氮施肥模式不會降低煙葉的SPAD 值，根莖康則有利于提高煙葉SPAD 值。 綜合來看，以C1D1、C2D1 效果最好。

圖1 不同處理打頂期鮮煙葉的SPAD 值Fig.1 SPAD values of fresh tobacco leaves under different treatments

2.4 不同處理對烤煙地上部和根系生物量及根冠比的影響

由表4 可知，C1 處理的根系生物量、根冠比在各時期均顯著大于C2；團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期，與C2 處理相比，C1 處理的根系生物量分別增加63.93%、6.22%、6.50%，根冠比分別增加33.33%、8.00%、7.69%；團(tuán)棵期、打頂期，C1 處理地上部生物量分別較C2 增加12.32%、0.61%。 表明減氮施肥模式有利于增加煙株根系生物量。

表4 不同處理烤煙的地上部和根系生物量及根冠比Table 4 Aboveground and root biomass and root-shoot ratio of flue-cured tobacco under different treatments

基肥添加根莖康的D1 處理根系生物量在各時期均顯著大于不添加根莖康的D2 處理；團(tuán)棵期、打頂期，D1 處理地上部生物量顯著大于D2；D1、D2 處理的根冠比則無顯著差異。 團(tuán)棵期、打頂期、圓頂期，與D2 相比，D1 處理的根系生物量分別增加21.92%、6.07%、5.24%，地上部生物量分別增加16.26%、3.85%、2.08%。 表明根莖康可促進(jìn)煙株生物量積累。

從肥料運籌方式與根莖康互作看，各個時期的根系生物量、根冠比均以C1D1 最高，其次為C1D2，且C1D1 顯著高于C2D2；地上部生物量在團(tuán)棵期以C1D1 最高，其次為C2D1，打頂期、圓頂期以C2D1最高，其次為C1D1。 綜合來看，C1D1、C1D2 處理促進(jìn)生物量積累的效果最好。

從肥料運籌方式、根莖康及兩者互作效應(yīng)來看，各個時期均為肥料運籌方式對根系生物量、根冠比的貢獻(xiàn)率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；根莖康對地上部生物量的貢獻(xiàn)率最大。 從3 個時期肥料運籌方式、根莖康及兩者互效應(yīng)的平均值來看，肥料運籌方式、根莖康、兩者互作在團(tuán)棵期貢獻(xiàn)率分別為50.20%、29.02%、20.78%，打頂期分別為29.57%、38.39%、32.04%，圓頂期分別為56.23%、37.77%、37.77%，團(tuán)棵期、圓頂期均表現(xiàn)為η2C＞η2D＞η2C×D，打頂期則為η2D＞η2C＞η2C×D。 隨著煙株的生長發(fā)育，肥料運籌方式、根莖康及兩者互作對根系生物量、根冠比的影響呈先上升后下降的趨勢；根莖康、兩者互作對地上部生物量的影響呈先上升后下降的趨勢。 可見肥料運籌方式、根莖康對地上部和根系生物量及根冠比都有很大影響，兩者互作的影響則相對較小。

3 討論

烤煙生長發(fā)育與經(jīng)濟(jì)性狀不僅受環(huán)境的影響，也受施肥水平的影響[17]。 朱毅等[18]研究表明，在常規(guī)施肥基礎(chǔ)上，減氮10%、20%有利于烤煙農(nóng)藝性狀的改善和抗病能力的提高，且分別可增產(chǎn)4.5%、2.2%，增值為28.1%、24.1%。 陳治峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，總施氮量減少22.22%的促根減氮施肥模式有利于提高煙葉外觀質(zhì)量、烤煙經(jīng)濟(jì)性狀和上、中部煙葉的評吸質(zhì)量，可有效提高烤煙種植效益和肥料利用效率。 本試驗中，減氮施肥模式可促進(jìn)煙株根系和地上部生長發(fā)育，提高煙葉SPAD 值和煙株根系活性，這可能是由于施用了水溶性肥料，雖然施氮量減少，但提高了肥料利用率[20]。 因為水溶性肥料可改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)根系發(fā)育，提高養(yǎng)分利用效率，增加作物抗逆性，提高作物產(chǎn)質(zhì)量[21]。

煙草根系擔(dān)負(fù)著植株固著、養(yǎng)分吸收以及物質(zhì)合成等重要職能[22]，其在土壤空間內(nèi)的分布狀況及生理活性與烤煙的內(nèi)在品質(zhì)和產(chǎn)質(zhì)量都有著密切的關(guān)系。 李全勝等[23]研究發(fā)現(xiàn)，增施微生物肥可改善玉米根區(qū)土壤微生物結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性，增強玉米對土壤養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)玉米干物質(zhì)積累，最終獲得高產(chǎn)。 徐賽等[24]研究表明，噴施微生物菌劑可提高上部葉開片率，提高產(chǎn)值和感官質(zhì)量；條施微生物菌劑有利于促進(jìn)烤煙早生快發(fā)、生長發(fā)育與提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量，協(xié)調(diào)化學(xué)成分。 本試驗結(jié)果表明，在基肥中添加根莖康微生物菌肥可改善煙株農(nóng)藝性狀，提高煙葉SPAD 值，促進(jìn)煙株生物量積累。 劉曉倩等[25]研究也表明，施用生物菌肥，可促進(jìn)煙株生長發(fā)育，提升經(jīng)濟(jì)效益，改善煙葉化學(xué)成分，提高土壤中的酶活性。

本研究發(fā)現(xiàn)，從對烤煙根系的影響來看，肥料運籌方式貢獻(xiàn)率占38.49%，根莖康貢獻(xiàn)率占32.01%，兩者互作貢獻(xiàn)率占29.50%；從對烤煙農(nóng)藝性狀的影響來看，肥料運籌方式貢獻(xiàn)率占41.02%，根莖康貢獻(xiàn)率占37.58%，兩者互作貢獻(xiàn)率占21.40%；從對烤煙地上部和根系生物量及根冠比的影響來看，肥料運籌方式貢獻(xiàn)率占41.94%，根莖康貢獻(xiàn)率占35.53%，兩者互作貢獻(xiàn)率占22.54%。 綜合考慮，肥料運籌方式對烤煙生長發(fā)育影響最大，其次為根莖康。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，減氮施肥模式配施根莖康可促進(jìn)烤煙根系和地上部生長，提高煙葉SPAD 值，有效促進(jìn)煙株根系和地上、地下部的生物量積累，其貢獻(xiàn)率以肥料運籌方式最大，其次為根莖康。 綜合分析，肥料運籌方式對烤煙生長發(fā)育的影響最大，減氮施肥模式配施根莖康可促進(jìn)烤煙早生快發(fā)，本試驗各處理中，C1D1 處理效果最好。 研究結(jié)果可為稻茬烤煙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。