有机肥部分替代化肥对植烟土壤生化特性和烤烟品质的影响

来源:用户上传      作者:聂庆凯 王静 孙兴广 刘剑波 张锦中 朱学杰 符云鹏

　　摘  要：为了筛选适宜的有机肥种类，进一步提高烤烟品质，以云烟87為研究对象，采用田间试验研究了高碳基肥、炒芝麻、生物有机肥、腐熟芝麻饼肥分别与烟草专用复合肥配施对植烟土壤生化特性及烟叶产量和品质的影响。结果表明，配施有机肥可以提高烤烟大田生长各阶段土壤中有机质含量和土壤酶活性，增强土壤微生物功能多样性，其中大田前期配施高碳基肥处理提升幅度最大，中、后期则是配施炒芝麻处理效果最为明显;配施炒芝麻对烤烟品质有显著改善作用，配施高碳基肥对烤烟产量、产值提高幅度最大。综合来看，高碳基肥和炒芝麻部分替代化肥是周口烟区较适宜的施肥方式。
　　关键词：有机肥;土壤;微生物多样性;土壤酶活性;烤烟;品质
　　Abstract： In order to screen suitable organic fertilizer species and improve the quality of flue-cured tobacco， in this studyYunyan 87 was used in a field experiment to investigate the effects of different organic fertilizers on biochemical characteristics of flue-cured tobacco planting soil and yield. Four kinds of organic fertilizers （high-carbon base fertilizer， fried sesame， bio-organic fertilizer and decomposed sesame seed cake fertilizer） were applied in combination with a tobacco-specific compound fertilizer separately during different growth periods. The results showed that application of organic fertilizers could increase the content of organic matter， soil microbial functional diversity and soil enzyme activities in the soil. The increase was higher from the treatment with high-carbon base fertilizers at early stages compared with the other treatments  while at middle and late stages the treatment of fried sesame had the most significant effect. The quality of flue-cured tobacco was most significantly improved when applied with sesame seeds. The combined application of high-carbon base fertilizers could greatly promote yield and output values of flue-cured tobacco. Overall， it is more suitable to use high-carbon base fertilizers and fried sesame to partially replace chemical fertilizers in Zhoukou tobacco areas.
　　Keywords： organic fertilizer; tobacco-planting soil; microorganisms; soil enzyme activity; flue-cured tobacco; quality
　　良好的土壤是生产优质烤烟的基础。近年来，一些烟区由于大量使用化肥，造成土壤板结，生物活性降低，养分出现非均衡性富集或耗竭，综合肥力下降，土壤环境逐渐恶化，进而导致肥料利用率偏低，烟株生长发育不良，根茎病害加重，严重制约了烤烟品质的提高和烟草生产的可持续发展[1]。已有研究表明，配施有机肥可以提高土壤细菌的多样性[2-3]，在一定程度上提高烤烟的产值和中上等烟比例，增加烤烟的经济效益[4]。王彦锟等[5]发现，施用生物有机肥后，黄壤烟田土壤真菌群落结构趋于完善，施用生物有机肥可使土壤优势真菌群中有益的子囊菌门粪壳菌目和肉座菌目相对丰度增加，具有致病性的赤霉属相对丰度降低。有机肥自身含有多重养分，施入有机肥可以为土壤微生物生长繁殖提供良好的生存环境，为土壤酶反应提供基质，提高土壤微生物活性和土壤酶活性，进而提高土壤供肥能力[6-7]。有机肥与化肥配施可提高烤烟中钾含量，降低烟碱含量，改善烟叶品质[8]。戴华鑫等[9] 在研究中发现，豆浆灌根可以对烤烟根系干物质积累和烟叶品质提升有明显促进作用。饼肥、鸡粪与化肥配施，生产出的烟叶化学成分含量适中，可明显改善烟叶香气质，增加烟叶香气量，可提高上中等烟叶比例，增加烟叶产值[10]。
　　当前多数产区为了提高烟叶的油分和香气开始施用有机肥，但所用有机肥种类繁多，如饼肥、高碳基肥、生物有机肥等，甚至还有烟农在烟株根系滴灌芝麻油[11]。目前关于有机肥改良植烟土壤的研究有许多，但是关于不同种类有机肥的对比研究较少。本试验通过施用不同品种有机肥研究各时期植烟土壤的生化特性，分析比较了不同种类有机肥对土壤养分、微生物功能多样性和酶活性的影响，以及对烤烟产量和品质影响，以期筛选出适宜的有机肥种类，为制定合适的施肥措施提供理论依据。 　　1  材料与方法
　　1.1  试验基本情况
　　试验在河南省周口市商水县郝岗乡东洄村进行，试验地土壤为潮土，质地中壤，有机质含量15.04 g/kg、碱解氮62.31 mg/kg、速效磷13.46 mg/kg、速效钾142.40 mg/kg、水溶性氯29.69 mg/kg。
　　参试品种为云烟87。试验用有机肥为高碳基肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=2.01∶2.90∶1.50，有机质含量564.1 g/kg;炒芝麻m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=3.88∶1.57∶0.86，有机质含量892.3 g/kg;生物有机肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=4.28∶1.12∶1.00，有机质含量429.3 g/kg;腐熟芝麻饼肥m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=4.40∶2.60∶1.40，有机质含量773.7 g/kg。
　　1.2  试验设计
　　试验设5个处理，3次重复，采用随机区组排列，小区面积133 m2。各处理氮用量60.0 kg/hm2，m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=1∶1.2∶3。处理如下：CK，单施化肥，氮素由烟草专用复合肥（10-10-20）提供;T1-T4分别为高碳基肥、炒芝麻、生物有机肥、腐熟芝麻饼肥，其中40%氮素由有机肥提供、60%由烟草专用复合肥提供。各处理磷、钾不足部分由重过磷酸钙、硫酸钾补充。
　　全部有机肥和重过磷酸钙、70%的烟草专用肥和硫酸钾混合均匀后作为基肥穴施;剩余30%的烟草专用肥和硫酸钾在移栽后30 d追施，各处理施肥情况见表1。采收后烟叶置于同一烤房同一层烘烤。其他栽培措施依照当地烟叶生产技术规范进行。
　　1.3  测定指标与方法
　　1.3.1  土壤样品采集  于移栽后30、60、90 d每小区选取具有代表性的烟株5株，用抖土法采集其根际土，混合均匀作为该小区的混合土样，置于4 ℃冰箱保存，用以测定不同处理土壤微生物功能多样性和土壤磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶、蔗糖转化酶、脂肪酶活性。
　　1.3.2  土壤速效養分  土壤基础养分测定采用常规方法[12]，有机质采用重铬酸钾-外加热法测定;碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷采用NaHCO3浸提钼锑抗比色法测定;速效钾采用NH4OAC浸提火焰光度法测定。
　　1.3.3  土壤微生物功能多样性  采用BIOLOG ECO微平板法[13]对烤烟生长关键时期（移栽后30、60、90 d）的土样进行测定。土壤微生物代谢活性用BIOLOG ECO微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率（average well color development，AWCD）表示;选取培养至120 h的AWCD值进行分析，采用Simpson指数来反映土壤微生物群落的优势度，Shannon指数来反映群落物种的丰富度，McIntosh指数来表征微生物群落的均匀度。AWCD、Simpson 指数、Shannon指数、McIntosh指数计算公式参照文献[14]。
　　1.3.4  土壤酶活性测定  土壤磷酸酶采用磷酸苯二钠比色法，酶活性以1 g土样中酚的质量（mg）代表;土壤脲酶采用靛酚蓝比色法，酶活性用24 h后1 g土样中NH4+-N的质量（mg）代表;土壤过氧化氢酶采用高锰酸钾滴定法，酶活性用20 min后1 g土样消耗0.1 mol/L的高锰酸钾溶液的体积（mL）代表;土壤转化酶采用硫代硫酸钠滴定法，酶活性用24 h后1 g土样中葡萄糖的质量（mg）代表;脂肪酶用滴定法，其活性以l g土样消耗的0.l mol/L KOH的体积（mL）表示[12]。
　　1.3.5  烟叶经济性状  将采收后的烟叶在同一烤房烘烤，烤后烟叶按照标准GB2635—92烤烟进行分级。每个小区单独统计产量、中上等烟叶比例，并按当年烟叶收购价格计算均价及产值。
　　1.3.6  烟叶品质评价  每个处理选取调制后的C3F烟叶2 kg用于品质评价。按照标准YC/T159—2002、YC/T160—2002、YC/T161—2002、YC/T162—2002、YC/T217—2007测定烤后烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯、钾的质量分数，所用仪器为AA3型全自动连续流动化学分析仪（德国BRAN LUEBBE公司）。由河南中烟工业有限责任公司技术中心的专家进行烟叶感官质量评价，评吸指标最大标度为9分[15]，各项得分之和即为总分。
　　1.4  数据处理
　　采用SPSS 19.0和Microsoft Excel 2013等软件对数据进行分析。
　　2  结  果
　　2.1  不同处理对土壤养分和生物学特性的影响
　　2.1.1  土壤有机质和速效养分  由表2可知，与CK相比，配施有机肥处理土壤中有机质含量在各时期均有提高，且差异显著，这主要与各有机肥均含有有机质有关。在移栽后30 d，CK的碱解氮、速效磷、速效钾含量均为最高，有机质含量最低，均与其他处理差异显著;配施有机肥处理的碱解氮、速效磷、速效钾含量较低，有机质含量较高，其中以T1有机质含量最高。移栽后60 d，T2的碱解氮、速效磷、速效钾含量均为最高，T1的有机质含量最高，CK的速效养分含量均为最低。移栽后90 d，各处理速效养分规律与移栽后60 d时相似。与单施化肥相比，移栽后60 d配施有机肥的处理有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别平均提高29.45%～63.60%、3.41%～13.92%、1.37%～20.38%、9.41%～17.05%。 　　2.1.2  土壤微生物功能多样性  平均颜色变化率（AWCD）可以用来反映微生物对总碳源的利用能力，也可以用来表征微生物的生长状况，平均颜色变化率的值越大，微生物代谢活性越高。由表3可知，配施有机肥处理在各时期的AWCD值均高于CK，说明配施有机肥有利于提高土壤微生物代谢活性。在移栽后30 d，AWCD值以T1最高，且与其他处理差异显著;在移栽后60 d和90 d两个时期，AWCD值均以T2最高，T1次之，在移栽后90 d，T1与T2无显著差异。
　　各处理不同时期微生物功能多样性指数表现出相似的规律，即配施有机肥的微生物功能多样性指数均大于CK。其中，移栽后30 d，该时期各处理Shannon指数和Simpson指数规律一致，由大到小依次为T1>T2>T4>T3>CK，其中T1各项指数均为最高，与其他处理差异显著。McIntosh指数略有不同，由大到小依次为T1>T4>T3>T2>CK。移栽后60 d和90 d的各项指数均以T2最高，T1次之，显著高于其他处理。
　　2.1.3  土壤酶活性  由图1-4可知，配施有机肥处理各时期土壤酶活性均高于CK，且差异显著。随生育期推进各处理土壤酶活性呈现为先升高后降低的单峰曲线，在移栽后60 d达到峰值，此时，各处理土壤蔗糖酶活性、土壤磷酸酶和土壤脲酶活性的活性规律一致，由大到小依次为T2>T1>T4>T3>CK，各处理土壤蔗糖酶、土壤磷酸酶、土壤脲酶活性分别较CK提升14.26%～21.18%、10.08%～27.45%、16.03%～26.12%;各处理土壤脂肪酶活性由大至小依次为：T2>T4>T1>T3>CK，较CK提高了33.58%～39.51%。
　　2.2  不同处理对烤烟经济性状的影响
　　由表4可知，不同处理烤烟经济性状有所差异，其中产量T1最高，较CK高4.06%，与CK无显著差异，T4最低，较CK低15.46%，这是因为试验期间T4感染烟草普通花叶病和马铃薯Y病毒病的烟株较多，导致叶片生长受限，产量降低;均价T2最高，较CK高13.89%，且差异显著;产值T1最高，较CK高8.24%，T4最低，较CK低8.15%，二者均与CK无显著差异。上等烟比例由大到小依次为：T3>T4>CK>T2>T1。由此可见，配施高碳基肥對烤烟产量提升最大，配施高碳基肥和炒芝麻对烤烟产值提升最大。
　　2.3  不同处理对烤后烟叶品质的影响
　　2.3.1  烟叶常规化学成分  由表5可知，施用有机肥可以提高烤烟总糖、还原糖、总氮和钾含量。其中总糖含量提升1.31～6.05百分点，还原糖含量提升0.80～5.36百分点，均以T2提升幅度最大，且与CK差异显著;总氮含量提升0.01～0.19百分点，T1最高，T4次之，均与CK差异显著;烟碱含量T4最高，较CK高0.21百分点，且差异显著，T3最低，较CK低0.01百分点，无显著差异;氯含量T4最高，较CK高0.11百分点，T2最低，较CK低0.14百分点，二者均与CK有显著差异;钾含量提升0.69～0.81百分点，T3最高，T2次之，与CK差异显著;还原糖/烟碱数值由大到小依次为：T2>T1>T4>T3>CK，施用有机肥处理较CK高出0.37～1.89。
　　2.3.2  烤后烟叶感官质量  由表6看出，T1-T4的感官质量总分高于对照，T2感官质量最佳，T1、T3、T4相差不大。可见，有机肥部分替代无机肥后，烤烟香气质和香气量提升，杂气减弱，烟气舒适度变好，而单施化肥处理烤烟香气质较差，香气浓度较低，杂气较大，香气舒适度较差。就感官质量而言，以配施炒芝麻最佳。
　　3  讨  论
　　土壤理化特性易受土壤温度、水分等条件的影响，也受土壤中添加的有机物料的影响。配施有机肥后30 d，土壤N、P、K速效养分含量低于对照，这是因为配施有机肥处理速效养分施入较少，加上土壤微生物繁殖会争夺一部分养分所致。随着生育期推进，对照速效养分经过吸收、淋溶等逐渐减少，而配施有机肥处理随着土壤温度、水分升高，有机肥和土壤养分矿化加速，60 d、90 d时施有机肥的处理土壤速效养分含量均显著高于对照。王飞等[16]的研究证明，有机肥与化肥配施可以提高种植花生后土壤速效养分N、P、K的含量，与本试验结果相似。
　　NDAYEYAMIYE等[17]认为，施用有机肥可提高土壤微生物丰富度和微生物数量。胡可等[18]通过BIOLOG ECO方法研究了施用有机肥对土壤微生物活性的影响，结果表明施用有机肥处理对碳源的利用率提升明显。微生物的数量和功能多样性的提高有利于促进植烟土壤有机物料降解，为烟株生长提供良好且持久的土壤肥力。有机肥的施入为土壤酶类代谢提供了充足基质，同时经发酵的有机肥本身含有大量的土壤酶类，随烤烟生育期推进，土壤温度升高，加上烟株根系分泌物增多，导致酶活性进一步增强，加速土壤中大分子有机物分解，提高植烟土壤供肥力[19-21]。本试验结果表明，配施有机肥显著提高了各时期植烟土壤平均颜色变化率、微生物功能多样性和酶活性，表明土壤中有足够的微生物可有效利用碳源，并明显改良植烟土壤生物活性。配施炒芝麻和高碳基肥的两个处理有机质含量较高，对土壤生物活性提升较大，但炒芝麻未经腐熟，加上肥料中本身含有的微生物含量较低，因此在大田前期土壤微生物代谢活性、功能多样性和酶活性较低。生物有机肥在本研究中对提高土壤生物特性的提升效果不佳，可能是因为该肥料含有的有机质较少，为土壤微生物繁殖提供的基质低于其余几种肥料。
　　配施有机肥能增强烟株碳氮代谢强度、调节碳氮代谢适时转化。黄明月等[22]的研究表明，施用有机肥的烤烟成熟叶片嗜锇颗粒和叶绿素类囊体层数均增多，有利于烤烟叶绿体发育，增加烤烟香气前体物质含量。马兴华等[23]的研究表明，化肥与豆饼肥各半配施可以提高烟叶内在质量。本研究中，配施有机肥有利于促进烤烟生长，保持土壤肥力，增加烤烟生物量，其中配施高碳基肥能促进烤烟早发快长，在大田前期发育较好，产量最高;同时配施有机肥可以提高烤烟质量，优化烤烟等级结构，进而增加烤烟的品质和产值，以配施炒芝麻对烤烟内在质量协调性和感官质量提升最高。 　　4  结  论
　　本研究结果表明，有机肥部分替代无机肥可以提高中、后期植烟土壤速效养分含量，以配施炒芝麻提升效果最为明显;同时，施用有机肥可以增加土壤生物活性和土壤酶活性，在大田前期高碳基肥增幅较高，大田中后期炒芝麻增幅较高。配施有机肥可以提高烤烟产量和产值，改善烟叶质量，以高碳基肥对烟叶产值提升最高，炒芝麻对烤烟感官质量改善效果最好。综合来看，高碳基肥和炒芝麻部分替代化肥是较适宜周口烟区的施肥方式。
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