蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對陜南煙田有機碳及烤煙品質(zhì)的影響

王艷陽 葉愛萍 王平平 婁慧敏 張明誠 胡鑫 穆耀輝 黃金輝 艾綏龍 張立新

摘要： 研究不同比例的蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對土壤有機碳含量以及烤煙品質(zhì)的影響，為陜南煙區(qū)土壤改良和施肥管理提供科學(xué)依據(jù)。田間試驗設(shè)5個處理，以 CK（單施氮磷鉀復(fù)合肥）為對照，設(shè)置4種不同比例的有機無機復(fù)混肥處理即OIF1（含蚯蚓糞1 800 kg/hm2）、OIF2（含蚯蚓糞2 400 kg/hm2）、OIF3（含蚯蚓糞3 000 kg/hm2）、OIF4（含蚯蚓糞7 500 kg/hm2），測定成熟期土壤的有機碳含量、分布以及烤煙品質(zhì)特性指標(biāo)。結(jié)果表明，蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥可顯著提升有機碳含量，OIF2處理對全土有機碳含量、>1.00～2.00 mm、>0.50～1.00 mm、≤0.25 mm粒徑的團聚體有機碳含量提升效果顯著。適宜比例蚯蚓糞復(fù)混肥對烤煙物理特性、經(jīng)濟性狀、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性及烤煙香氣物質(zhì)均有不同程度的提升作用，OIF2的經(jīng)濟效果指數(shù)（ECI）值最大，產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價與上等煙比例均有顯著提升，各處理的糖堿比、氮堿比均在適宜值范圍內(nèi)，鉀含量以O(shè)IF2處理最高，OIF3處理和OIF2處理的致香物質(zhì)總量較CK提升較明顯。綜合表現(xiàn)OIF2和OIF3較優(yōu)。表明含蚯蚓糞2 400～3 000 kg/hm2（OIF2和OIF3）的有機無機復(fù)混肥綜合效果良好，作為篩選出的較優(yōu)配方使用，可有效改良陜南植煙土壤特性和提升烤煙品質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 蚯蚓糞；有機無機復(fù)混肥；有機碳；烤煙品質(zhì)

中圖分類號：S572.06 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）02-0078-06

煙草（Nicotiana tabacum L.）是我國重要的經(jīng)濟作物之一，烤煙是煙草栽培的主要類型，對經(jīng)濟發(fā)展、稅收以及精準(zhǔn)扶貧有重要意義［1］?？緹熎焚|(zhì)的優(yōu)劣直接影響烤煙種植的經(jīng)濟效益，是煙農(nóng)最為關(guān)心的問題。施肥對烤煙品質(zhì)的提升至關(guān)重要。目前，由于化肥和農(nóng)藥的濫用，煙田土壤情況惡化，養(yǎng)分含量缺乏，導(dǎo)致烤煙產(chǎn)質(zhì)量下降；有機肥在施用中存在腐熟不完全、肥效慢的問題，使烤煙產(chǎn)量偏低［2］。合理施肥可增加烤煙干物質(zhì)積累量，從而使烤煙產(chǎn)量提高［3-4］。適宜比例的有機無機復(fù)混肥可以優(yōu)勢互補，對土壤養(yǎng)分含量及微生物多樣性有顯著提高作用，從而有效促進(jìn)烤煙根部及地上部發(fā)育，改善煙葉化學(xué)協(xié)調(diào)性［5-7］。

陜南煙區(qū)為壤質(zhì)黏土，體積質(zhì)量和緊實度偏高，有機質(zhì)含量偏低，存在不同程度的養(yǎng)分缺乏狀況［8］。因此，開展蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對陜南煙田有機碳及烤煙品質(zhì)的影響研究，篩選并采用適宜的有機無機復(fù)混肥配方技術(shù)對提高烤煙品質(zhì)有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省商洛市洛南縣城關(guān)鎮(zhèn)四皓街道辦事處扶龍灣社區(qū)盧村（地理位置：110°13′06″E、 34°07′55″N，海拔1 033 m），于2021年4—10月進(jìn)行田間試驗。其土壤基礎(chǔ)理化性狀：有機質(zhì)含量14.580 g/kg，速效氮含量41.490 mg/kg，速效磷含量23.426 mg/kg，速效鉀含量159.737 mg/kg，pH值6.18。

1.2 試驗材料

供試材料：云煙99，煙苗購自商洛市煙草公司洛南分公司。

供試肥料：蚯蚓糞肥購自陜西省商洛市洛南縣八一有機肥廠，基礎(chǔ)理化性狀為全氮含量16.67 g/kg， 全磷含量8.41 g/kg，全鉀含量16.87 g/kg， 速效氮含量132.42 mg/kg，速效磷含量380.98 mg/kg，速效鉀含量 1 817.50 mg/kg，有機質(zhì)含量496.25 g/kg，pH值7.11。有機無機復(fù)混肥由筆者所在課題組提供配方，陜西潤新生物肥業(yè)有限公司制成。

1.3 試驗設(shè)計

田間試驗采用單因素完全隨機設(shè)計，設(shè)有5個處理，分別為氮磷鉀復(fù)合肥（CK，N、P2O5、K2O質(zhì)量比為10 ∶ 10 ∶ 20，施氮量150 kg/hm2， 下同，含蚯蚓糞 0 kg/hm2）、4種不同有機肥比例的有機無機復(fù)混肥（OIF1：含蚯蚓糞1 800 kg/hm2；OIF2：含蚯蚓糞 2 400 kg/hm2；OIF3：含蚯蚓糞 3 000 kg/hm2；OIF4：含蚯蚓糞7 500 kg/hm2）。每個處理設(shè)3次重復(fù)，所有處理均按與CK等氮磷鉀量施入，不足部分用無機肥補足。小區(qū)隨機排列，煙苗于2021年4月29日移栽，行距1.2 m，株距0.5 m，各小區(qū)設(shè)計為4行，每行長度9.5 m，小區(qū)面積為 45.6 m2。施肥方式、管理同當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

1.4 樣品采集

于2021年8月3日（烤煙成熟期）進(jìn)行田間土壤樣品采集。用硬質(zhì)藍(lán)色塑料盒（22.5 cm×15.5 cm×7.0 cm，塑料盒覆膜）采集原狀耕層土，經(jīng)除雜、篩分（8 mm）、自然風(fēng)干后用于土壤團聚體分析。

1.5 測定方法

1.5.1 全土及團聚體有機碳含量測定

參考鮑士旦的方法［9］測定全土及團聚體有機碳含量。

1.5.2 物理性狀

將烤后煙樣放置在恒溫箱中，溫度（22±1） ℃、相對濕度（60±2）%。參考楊麗麗的方法［10］對烤煙物理性狀進(jìn)行測定，參考田茂成等的方法［11］對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，構(gòu)建烤煙物理特性指數(shù)（physical properties index，簡稱 PPI）。

1.5.3 經(jīng)濟性狀

參照GB/T 2635—1992《烤煙》統(tǒng)計各處理產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價及上等煙比例。參考鄧小華等的方法［12］構(gòu)建經(jīng)濟效果指數(shù)（ECI）。

1.5.4 烤煙烤后化學(xué)成分

測定中部葉C3F等級化學(xué)成分，包括總氮含量（YC/T 161—2002《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續(xù)流動法》）、煙堿含量［YC/T 468—2013《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續(xù)流動（硫氰酸鉀）法》］、總糖與還原糖含量（YC/T 159—2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續(xù)流動法》）、鉀含量（YC/T 217—2007《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續(xù)流動法》）與氯含量（YC/T 162—2011《煙草及煙草制品 氯的測定 連續(xù)流動法》）。

1.5.5 中性致香物質(zhì)成分

稱取10 g煙樣、1 g檸檬酸，與0.5 mL硝基苯內(nèi)標(biāo)一同加入圓底燒瓶中，采用二氯甲烷-水蒸氣減壓蒸餾萃取法提取樣品中的香氣成分［13］，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（WZ-100SP，上海申生科技有限公司）濃縮至1 mL，取濃縮樣使用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（ISQ，美國Themo公司）進(jìn)行 GC-MS 分析。參照吳薇的方法［14］計算烤煙中部葉的中性致香物質(zhì)成分含量（干質(zhì)量）。

1.6 ?數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析在SPSS 25.0和Excel 2016中進(jìn)行，測定結(jié)果均取3次平行測定的平均值，并用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對植煙土壤有機碳含量的影響

由表1可得，除OIF4、OIF1外，其他復(fù)混肥處理全土有機碳含量較CK均有提升，以O(shè)IF2處理的全土有機碳含量最高，較CK提升了10.71%。從團聚體有機碳含量來看，在>2.000 mm粒徑上，OIF3處理提升效果顯著，較CK處理提升了21.84%。在>0.50～1.00 mm粒徑上，OIF2處理的團聚體有機碳含量提升效果顯著，與CK相比提升了28.17%。在>0.25～0.50 mm 粒徑上，以O(shè)IF3處理的團聚體有機碳含量最高，較CK處理提升了11.02%?！?.25 mm 粒徑的團聚體有機碳含量與其他處理相比，OIF2處理下該粒徑團聚體有機碳含量最高，較CK提高18.38%。

總之，OIF2處理和OIF3處理對土壤團聚體有機碳含量提升效果較明顯。

2.2 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對烤煙物理性狀的影響

商洛優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜值為開片度>34%，含梗率<22%，葉片厚度0.10～0.12 mm，單葉質(zhì)量 10～12 g，葉質(zhì)質(zhì)量75～80 g/m2，平衡含水率 12%～16%［15］。據(jù)表2可知，適宜比例的蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥較單施無機肥而言，對烤煙物理特性均有一定程度的改善作用。各處理的開片度均達(dá)到了優(yōu)質(zhì)煙葉的要求，OIF2處理的開片度較CK處理提升顯著，提升了14.72%；蚯蚓糞復(fù)混肥處理烤煙含梗率較CK均有下降，尤以O(shè)IF3處理下降效果顯著，較CK處理下降了7.47%；各處理的其余指標(biāo)較優(yōu)質(zhì)煙葉適宜值均偏高，但復(fù)混肥處理下的烤煙與優(yōu)質(zhì)煙葉更接近。對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，PPI越大，烤煙物理特性越好。OIF2處理和OIF3處理的PPI均優(yōu)于CK，物理特性有較大提升。

2.3 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由表3可知，一定比例的復(fù)混肥處理對烤煙經(jīng)濟性狀有顯著的提升作用，并且隨蚯蚓糞有機肥比例的增加，烤煙經(jīng)濟性狀呈先增后減的趨勢。OIF2和OIF1、OIF3的ECI（三者無顯著差異）均大于其他處理，OIF2經(jīng)濟性狀提升最明顯，在烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價與上等煙比例方面較CK均有顯著提升，分別提升了7.39%、8.20%、0.75%、3.07%。

2.4 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對烤煙烤后化學(xué)成分的影響

烤煙化學(xué)成分是衡量烤煙品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表4可得，各施肥處理的總氮含量均達(dá)到了最適值（2.0%～2.5%），且以O(shè)IF2處理最佳，較CK處理提升了8.70%；煙堿對烤煙色、香、味影響較大，OIF3處理煙堿含量達(dá)到了最適值（2.2%～2.8%），其余處理均偏低；總糖、還原糖含量影響煙氣醇和度與吃味，除OIF4偏高外，其余3種復(fù)混肥的總糖含量均在最適范圍（20%～28%）內(nèi)，OIF2、OIF3處理還原糖含量均達(dá)到了最適值（18%～22%）；鉀含量以O(shè)IF2處理最佳，較CK處理提升了14.95%；適宜氯吸收量對烤煙產(chǎn)量有正效應(yīng)，OIF3處理達(dá)到了最適值（0.4%～0.6%），其余處理均偏低。各處理的糖堿比、氮堿比都在適宜值范圍內(nèi)，但僅有OIF3處理達(dá)到了最適值。綜合表現(xiàn)OIF2、OIF3處理的煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好。

2.5 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對烤煙中性致香物質(zhì)成分的影響

由表5可知，烤煙中的致香物質(zhì)主要分為五大類。除其他致香物質(zhì)外，烤煙中性致香物質(zhì)成分中占比最大的為類胡蘿卜素降解產(chǎn)物。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量最高為OIF3處理，和CK相比提高了65.43%。隨著蚯蚓糞有機肥比例的增加，致香物質(zhì)含量呈先升高后降低的趨勢，OIF3處理和OIF2處理的致香物質(zhì)總量較CK處理分別提升了96.80%、84.47%，顯著高于其他處理。

3 討論

3.1 蚯蚓糞復(fù)混肥對植煙土壤團聚體有機碳的影響

蚯蚓糞復(fù)混肥對提升全土有機碳含量有顯著作用。在本研究中，OIF2、OIF3處理的全土有機碳含量均有提升，以O(shè)IF2處理提升效果明顯。復(fù)混肥中的有機質(zhì)對不同粒徑水穩(wěn)性團聚體的有機碳含量影響程度不同。本研究中復(fù)混肥對大團聚體有機碳含量提升效果較好，其中 OIF2（>0.50～1.00 mm） 與OIF3（>2.00 mm）的團聚體有機碳含量有顯著提升。這可能是由于有機無機復(fù)混肥中適宜比例的蚯蚓糞有良好的團粒結(jié)構(gòu)，有機質(zhì)被保護于團聚體中，使其免于土壤礦化，從而使土壤及團聚體中有機碳儲量提升［16-17］。本研究發(fā)現(xiàn)團聚體有機碳主要分布于大團聚體（>0.25 mm）中，這是由于土壤大團聚體穩(wěn)定性與有機質(zhì)存在正反饋調(diào)節(jié)，有機肥加速了大團聚體的形成，更有利于有機碳的積累［18］。

3.2 蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對烤煙品質(zhì)的影響

研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復(fù)混肥對烤煙物理特性、經(jīng)濟性狀、化學(xué)成分協(xié)調(diào)性、致香物質(zhì)成分有顯著的提升作用。李文奎等研究表明，適當(dāng)添加有機肥可以促進(jìn)葉片烤煙開展，提高葉片的可用性［19］。為更方便地對比不同處理對烤煙物理特性的影響，本研究參照田茂成等的灰色效果測度模型對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，構(gòu)建物理特性指數(shù)PPI［11］。本研究OIF2處理PPI為89.45，物理特性最優(yōu)，基本達(dá)到劉陽等提出的商洛煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍［15］，符合優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)。

蚯蚓糞可以平衡土壤養(yǎng)分，促進(jìn)烤煙生長發(fā)育及干物質(zhì)積累，從而提高烤煙產(chǎn)量［3］。在本研究中，除OIF4外的3種復(fù)混肥處理的烤煙經(jīng)濟性狀均好于CK處理，原因可能是化肥作為速效養(yǎng)分，易受土壤水分影響揮發(fā)流失，不能及時被根系吸收，肥料利用率低；但施用復(fù)混肥后，土壤有機碳含量顯著提升，并且隨施用量的增加，土壤持水量顯著增加，通透性提高，生物活性也有較大提升［20］，使得土壤養(yǎng)分更易被吸收利用，從而提高作物產(chǎn)量。

煙葉的化學(xué)成分及協(xié)調(diào)性對煙葉品質(zhì)有一定影響。研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復(fù)混肥可以調(diào)控?zé)熑~中的鉀、氯、還原糖及煙堿含量，使其滿足優(yōu)質(zhì)煙葉的需求［21］。本研究中，和對照相比，復(fù)混肥處理的烤煙成分協(xié)調(diào)性有較大提升，隨著有機物料比例的增加，烤煙化學(xué)成分協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，OIF2及OIF3的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性較好。碳素的供應(yīng)水平對烤煙的化學(xué)成分影響較大［22］，蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對全土有機碳含量有較大的提升作用，大團聚體的形成使其免于土壤礦化，更有利于有機碳的積累。一定比例的蚯蚓糞有機肥配施無機肥可以提高土壤氮含量，土壤氮素水平直接影響烤煙品質(zhì)［23］。因此，有機無機復(fù)混肥可能是通過改善土壤團聚體結(jié)構(gòu)來協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供需能力，從而使烤煙品質(zhì)提高。

烤煙中性致香物質(zhì)的差異反映了烤煙風(fēng)格的差異，對其工業(yè)用途具有顯著影響［24-25］。本研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復(fù)混肥對各大類中性致香物質(zhì)含量及致香物質(zhì)總量有明顯的提高作用。類胡蘿卜素及其降解產(chǎn)物是關(guān)鍵物質(zhì)，其含量對烤煙香氣及工業(yè)可用性有重要影響［26］，在本研究中，OIF3處理的類胡蘿卜素及其降解產(chǎn)物的含量較CK處理顯著增加了65.43%。這是由于有機肥可以誘導(dǎo)類胡蘿卜素等質(zhì)體色素基因表達(dá)［27］，使得類胡蘿卜素含量增加。OIF3和OIF2處理的致香物質(zhì)總量較CK處理分別提升了96.80%、84.47%，顯著高于其他處理。

4 結(jié)論

4種不同比例的蚯蚓糞有機無機復(fù)混肥對植煙土壤有機碳含量及烤煙品質(zhì)產(chǎn)生了不同程度影響。與單獨施用無機復(fù)混肥處理相比，煙田土壤團聚體有機碳含量提升效果顯著，烤煙均長勢良好，物理特性和經(jīng)濟性狀較優(yōu)， 化學(xué)成分趨于協(xié)調(diào)，提高了烤煙的煙葉品質(zhì)和香氣物質(zhì)含量。含蚯蚓糞 2 400～3 000 kg/hm2 的有機無機復(fù)混肥綜合效果良好，可作為優(yōu)化配方在陜南相似煙區(qū)推薦應(yīng)用。

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收 稿日期：2023-03-07

基金項目： 中國煙草總公司陜西省公司科技計劃（編號：SXYC-2021-KJ-01、SXYC-2020-KJ-02）。

作者簡介：王艷陽（1998—），女，河南濮陽人，碩士研究生，研究方向為煙草營養(yǎng)學(xué)。E-mail：1354662467@qq.com。

通信作者：張立新，博士，教授，主要從事植物營養(yǎng)與逆境生理研究。E-mail：zhanglixin@nwafu.edu.cn。