玉米秸秆促腐还田的腐解及对烤烟生长与产质量的影响

周米良，邓小华，田峰，李海林，巢进，张明发，张黎明

1中国烟草中南农业试验站,长沙 410128；2湘西自治州烟草专卖局, 湖南吉首416000；3湖南农业大学农学院,长沙 410128

玉米秸秆促腐还田的腐解及对烤烟生长与产质量的影响

周米良1,2，邓小华1,3，田峰2，李海林3，巢进2，张明发2，张黎明2

1中国烟草中南农业试验站,长沙 410128；2湘西自治州烟草专卖局, 湖南吉首416000；3湖南农业大学农学院,长沙 410128

为探索玉米秸秆直接还田的方法,研究了不同促腐条件下玉米秸秆直接还田的腐解效果和对烤烟生长及产质量的影响。结果表明：促腐条件下玉米秸秆在烤烟移栽前腐解率在75%以上,较好地解决了土壤氮素养分与烤烟需肥规律吻合的矛盾；玉米秸秆直接还田可以改善烤烟农艺性状,提高烟叶产量和产值,提高烟叶开片度,降低烟叶含梗率,提高烟叶结构疏松度,增加烟叶糖含量和钾含量,提高烟叶评吸质量。以添加发酵菌曲的玉米秸秆直接还田处理效果较好。

玉米秸秆还田；腐解效果；烤烟；产量和质量

土壤是影响烟叶质量的重要因素[1-2]。目前植烟土壤环境变劣,影响优质烟叶生产可持续发展,改良和培肥土壤已成为提高烟叶质量的根本出路[3-11]。国内外试验研究证明玉米秸秆还田可以改善土壤结构和耕性,还可以提高土壤速效钾和土壤有机质含量,以及土壤中微生物和各种酶的活性[12-14]。直接还田的玉米秸秆在土壤中的转化是一个复杂的生物化学过程,虽有改良土壤效果,但其前期产生“氮饥饿”现象,后期又进行相对强烈的有机氮的矿化作用[12-13],其肥力释放与烤烟的需肥规律不相吻合,影响烤烟正常生长发育和烟叶质量[15],贾宏昉[16]、曹仕明[17]等对烟田施用腐熟秸秆肥开展了研究,山东、河南等省的烟田覆盖玉米秸秆技术已被越来越多的烟农接受[7-8],王绍坤[4]研究了烟田施用玉米秆糠对烟区土壤和烟叶产质量的效应,和丽忠[10]、汪禄祥[18]、邱学礼[19]等采用调节碳氮比直接在烟田施用玉米秸秆,但有关玉米秸秆直接还田改良植烟土壤的技术措施报道较少。本研究在湘西州烟区一年一熟种植制度下施用促腐剂将玉米秸秆直接还田,探讨在不同促腐条件下玉米秸秆直接还田的腐解效果及对烤烟生长与产质量的影响,旨在为玉米秸秆直接还田改良植烟土壤、改善烟叶品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

烤烟品种为云烟87。玉米秸秆为当地种植的干玉米秸。有机废物发酵菌曲为北京市京圃园生物工程有限公司生产,BM有机物料腐熟剂为河南宝融生物科技有限公司生产。

1.2 试验设计

试验于2013～2014年在湖南省凤凰县千工坪乡进行。供试土壤为石灰岩母质发育的旱地黄壤,土壤质地为壤土,pH为6.23,有机质为10.46g/kg,碱解氮为38.20mg/kg,速效磷为9.75 mg/kg,速效钾为108.76mg/kg。试验设5个处理,分别为T1（玉米秸秆+尿素+发酵菌曲）、T2（玉米秸秆+尿素+ BM有机物料腐熟剂）、T3（玉米秸秆+发酵菌曲）、T4（玉米秸秆+BM有机物料腐熟剂）、CK（常规栽培,不用玉米秸秆,也不用促腐剂）。随机区组设计,3次重复,15个小区；小区面积48m2,8行,行长5m,密度为50cm×120cm。

2013年的10月份烤烟拔秆后,在垄沟内均匀平铺切成30～50cm小段的玉米秸秆,用量为4500kg/hm2,玉米秸秆厚度不超过10cm；再在玉米秸秆上均匀撒施尿素60kg/hm2或腐熟剂22.5 kg/hm2；然后将原垄体从中剖开,分别倒向两边的原垄沟,覆土以掩埋玉米秸秆,清除烟蔸。2014年4月上旬起垄前不翻耕土壤,烤烟专用基肥施于原玉米垄沟,剖开玉米垄体起垄,在原玉米垄沟上聚集土壤形成新的烤烟垄体,原玉米垄体则成为烤烟垄沟。4月下旬移栽。处理组施肥量为：三饼合一型基肥（氮、磷、钾含量分别为7.5%、14.0%、8.0%）750.00 kg/hm2、专用追肥（氮、磷、钾含量分别为10.0%、5.0%、29.0%）300.00 kg/hm2、提苗肥（氮、磷、钾含量分别为20.0%、9.0%、0.0%）75.00kg/hm2、硫酸钾375.00kg/hm2。对照组采用常规施肥（施N量为108.00kg/hm2, 施P2O5量为129.00 kg/hm2,施K2O量为299.25 kg/hm2）。其它管理按照《湘西州烤烟标准化生产技术方案》执行。

1.3 测定项目与方法

（1）玉米秸秆促腐效果：采用尼龙网袋掩埋法[20],尼龙网袋规格100目,20cm×25cm。每个尼龙网袋内装入玉米秸秆量100g,按各处理的腐解剂和尿素用量比例配施腐解剂和尿素,密封口袋,放于玉米秸秆上并用土壤掩埋。秸秆翻埋后,分别于秸秆还田1个月、秸秆还田2个月、移栽前10d及烤烟生长的团棵期、打顶期、拔秆期取样1次,每次随机取样3袋,相当于3次重复。取出尼龙网袋后,用水冲洗、除去表面粘附泥土,在60℃烘箱中烘干样品并称重。玉米秸秆累计腐解率=（玉米秸秆重量–玉米秸秆残留量）/玉米秸秆重量×100%。

（2）农艺性状：分别于烤烟团棵期、现蕾期和第1次采烤期测量株高、茎围、有效叶数和最大叶长、最大叶宽,计算最大叶面积。

（3）光合生理指标：分别于烤烟团棵期、现蕾期和第一次采烤期,采用Sunscan冠层分析仪测定叶面积指数,采用SPAD-502便携式叶绿素仪测量烟叶的相对叶绿素含量,采用LI—6400便携式光合作用测定系统测量净光合速率。所测叶片为从上至下数第5片叶,每个处理每次测 10 株。

（4）经济性状：主要观察上等烟比例、均价、产量和产值。

（5）烤后烟叶质量评价：由试验人员和专职分级人员按照GB2635—92标准,从试验烟叶样品中挑选B2F和C3F等级烟叶约2kg,分别作为上部烟叶和中部烟叶的代表性样品用于烤后烟叶质量评价。物理特性主要测定烟叶的开片率、含梗率、平衡含水率、单叶重、叶片厚度、叶质重[21]。常规化学成分主要测定总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、氯；其中,烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯等化学成分含量测定采用SKALAR间隔流动分析仪,烟叶钾含量采用火焰光度法测定。评吸质量按YC/T138-1998烟草及烟草制品[22]进行单料烟样品的感官评吸；烤后烟样经回潮、切丝,卷制成每支长85 mm、重（900±15）mg的单料烟支；组织专业评吸人员对香气质、香气量、杂气、刺激性、浓度、劲头、余味等指标打分,并分别按0.25、0.20、0.15、0.10、0.10、0.10、0.10的权重计算感官质量指数。

2 结果与分析

2.1 不同促腐条件下玉米秸秆腐解动态

由表1可知,玉米秸秆还田后1个月,不同处理的玉米秸秆累计腐解率在51.20%～58.12%,其中添加尿素的处理（T1、T2）的玉米秸秆累计腐解率显著高于没有添加尿素处理（T3、T4）。至玉米秸秆还田后2个月,不同处理的玉米秸秆累计腐解率在60.80%～66.73%,其中添加尿素的处理（T1、T2）的玉米秸秆累计腐解率显著高于没有添加尿素处理（T3、T4）。以后玉米秸秆腐解处于低温期间,腐解速率降低,至移栽前10d,不同处理的玉米秸秆累计腐解率在75.11%～78.33%,4个处理差异不显著,但4个处理的玉米秸秆累计腐解率均在75%以上。至烤烟团棵期、打顶期、拔秆期,玉米秸秆腐解速度较慢,4个处理的累计腐解率分别为86.85%～88.29%、88.04%～90.23%、91.28%～93.56%,处理间差异不显著。

表1 不同处理的玉米秸秆累积腐解率Tab. 1 Accumulation delay rate of corn stalk at different treatments %

2.2 不同处理对烤烟农艺性状的影响

由表2可知,在烤烟的团棵期,烤烟植株的农艺性状差异不显著。在烤烟的现蕾期和第1次采烤期,烤烟的株高、茎围、叶片数差异也不显著。现蕾期烤烟最大叶面积差异显著,其大小排序为：T1＞T2＞CK＞T3＞T4,主要为T1处理的最大叶面积显著大于T3、T4和CK。第1次采烤期烤烟最大叶面积差异显著,其大小排序为：T1＞T2＞T4＞T3＞CK,T1处理最大叶面积与T2处理差异不大,但显著大于T3、T4和CK,玉米秸秆还田处理的最大叶面积显著高于对照。

表2 不同处理的烤烟农艺性状Tab. 2 Agronomic traits of tobacco at different treatments

2.3 不同处理对烤烟光合生理指标的影响

由表3可知,玉米秸秆还田可显著增加烤烟叶面积指数；添加尿素的玉米秸秆还田处理（T1、T2）的叶面积指数显著高于没有添加尿素的处理（T3、T4）,以T1处理的叶面积指数最大。从叶绿素的相对含量SPAD值看,玉米秸秆还田可显著提高烟叶的叶绿素含量；添加尿素的玉米秸秆还田处理（T1、T2）的叶绿素含量相对高于没有添加尿素的处理（T3、T4）,以T1处理的叶绿素含量最高。从烟叶净光合速率看,玉米秸秆还田可显著增加烟叶净光合速率；添加尿素的玉米秸秆还田处理（T1、T2）的烟叶净光合速率相对高于没有添加尿素的处理（T3、T4）,以T1处理的烟叶净光合速率最大。

表3 不同处理的烤烟光合生理指标Tab.3 Photosynthetic physiological indexes of tobacco at different treatments

2.4 不同处理对烤烟经济性状的影响

由表4可知,不同处理的烟叶上等烟比例和均价以T3处理最高,但差异不显著。不同处理的烤烟产量排序为：T3＞T4＞T1＞T2＞CK,差异显著；多重比较结果为T1、T2、T3、T4处理的处理显著高于CK,T3处理的产量显著高于T1、T2和CK。不同处理的烤烟产值排序为：T3＞T4＞T1＞T2＞CK,差异显著；多重比较结果为T1、T2、T3、T4处理的产值显著高于CK,T3和T4处理的产值显著高于T1、T2和CK。

表4 不同处理的烤烟经济性状Tab.4 Economic traits of tobacco at different treatments

2.5 不同处理对烤烟物理特性的影响

由表5可知,从上部烟叶看,玉米秸秆直接还田处理的开片率显著高于对照,叶片厚度显著低于对照,单叶重显著高于对照（T4除外）,含梗率显著低于对照；T3和T4处理的平衡含水率显著高于对照,叶质重显著低于对照；4个处理以T3处理的开片率最高,含梗率最低,叶片厚度适中,单叶重适中。从中部烟叶看,玉米秸秆直接还田处理的开片率显著高于对照,叶片厚度显著低于对照,单叶重显著高于对照,叶质重显著低于对照。

表5 不同处理的烤烟物理性状Tab.5 Physical properties of tobacco at different treatments

2.6 不同处理对烤烟化学成分的影响

由表6可知,从总糖和还原糖含量看,4个玉米秸秆还田处理均显著高于对照。从烟碱含量看,上部烟叶以T1、T2处理的相对较高,中部烟叶以T2和对照处理的相对较高。总氮含量处理间差异不显著。从钾含量看,4个玉米秸秆还田处理的钾含量显著高于对照,上部烟叶以T3、T4处理相对较高,中部烟叶以T2、T3处理相对较高。烟叶氯含量处理间差异不显著,但4个玉米秸秆还田处理的氯含量均低于对照。

表6 不同处理的烤烟化学成分Tab. 6 Chemical components of tobacco at different treatments

2.7 不同处理对烤烟感官评吸质量的影响

由表7可知,以T3处理感官质量指数最高,主要表现为该处理的香气质、杂气、余味等感官评吸质量指标分值相对较优；往后依次为T4、T1、T2、CK。秸秆促腐还田处理的感官评吸质量均大于对照。添加尿素的2个处理（T1、T2）的感官评吸质量均小于不加尿素的处理（T3、T4）。

表7 不同处理烤后烟叶感官质量Tab. 7 Smoking quality of tobacco at different treatments

3 讨论与结论

作物秸秆直接还田有利于土壤腐殖质组成的更新和物理性状的改善,促进土壤养分循环[23]。但禾本科秸秆直接还田方法不恰当,会出现烤烟生长前期“黄弱苗”和后期落黄困难现象[19]。采用玉米秸秆堆腐[16-17]、玉米秸秆覆盖[7-8]、施用化肥调节碳氮比[10,18-19]等方法虽然可以解决这一矛盾,但堆腐需要收集玉米秸秆集中处理,覆盖玉米秸秆难以腐烂,施用化肥调节碳氮比需改变现有施肥体系,在湘西山地烟区推广会存在一定困难。本研究提早玉米秸秆还田时间（于头年的10月份）和采用促腐剂加快玉米秸秆腐解,促腐剂含有的多种微生物能快速启动腐解过程,加快玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的腐解转化速度和土壤腐殖质形成,至烤烟移栽时,75%以上玉米秸秆已腐解,较好地解决了土壤氮素养分与烤烟需肥规律吻合的问题,且减工（免耕）提质增效,在一熟烟区具有广泛的推广价值。

土壤墒情及温度是影响秸秆腐解的重要因素。张宇[26]研究认为当土温过低,田间持水量少于20%时玉米秸秆腐解几乎停止。玉米秸秆在湘西山地提早直接还田,不可忽视土壤墒情。免耕沟埋玉米秸秆,没有翻耕垄沟,减少了雨水的下渗,更容易保贮土壤水分,有利玉米秸秆腐解。在实际操作中,要求玉米秸秆厚度不超过10cm,以保证土壤覆盖厚度,有利玉米秸秆腐解所需水分不容易蒸发。

由于玉米秸秆本身钾含量较高,还田后使土壤速效钾含量明显上升,有利于烤烟对钾的吸收[9,19]。烟草是喜钾作物,充足的钾素供应可保证烤烟生长代谢的正常进行和健壮生长,使烟叶身份更加适中,弹性和柔性增加[24],还可改善烟叶燃烧性和持火力等,从而降低焦油含量[25],本研究结果证实玉米秸秆还田可以提高烟叶钾含量,提高烟叶的安全性。

玉米秸秆还田可以增加烟叶总糖和还原糖含量。烟草叶片碳水化合物的含量受到光照、温度、干旱、海拔高度等多种生态环境因素的影响。贾宏昉[16]研究发现土壤添加腐熟秸秆有利于成熟期烟叶碳代谢途径的进行,降低了烤后烟叶的淀粉含量,增加了总糖和还原糖含量。可见,玉米秸秆还田有利于成熟期烟叶碳代谢的进行。

在4个玉米秸秆促腐处理中,T1和T2处理添加了尿素,其营养生长虽然较强,但烟叶的产量和产值却低于T3和T4处理。特别是T1和T2处理的上部烟叶烟碱含量高影响化学成分的协调性,导致其评吸质量低于T3和T4处理。可见,添加尿素虽可加速玉米秸秆前期的腐解,但尿素的肥效期长,残留氮素影响后期正常成熟而难以烘烤。因此,玉米秸秆促腐还田最好不添加尿素,如果添加尿素,应在烤烟施肥中适当减少氮肥用量。

本研究中,综合考量玉米秸秆直接还田处理的农艺性状、经济性状和烤后烟叶物理性状、化学成分及评吸质量,以添加发酵菌曲的玉米秸秆还田处理（T3）相对较好。

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Decomposition of maize stalk in fi eld under di ff erent decay conditions and its e ff ect on growth,yield and quality of fl ue-cured tobacco

ZHOU Miliang1,2，DENG Xiaohua1,3，TIAN Feng2，LI Hailin3，CHAO Jin2，ZHANG Mingfa2，ZHANG Liming2
1 China Tobacco Mid-south Agricultural Experimental Station, Changsha 410128, China;2 Hunan Xiangxi Autonomous Prefecture Tobacco Monopoly Administration, Jishou 416000, Hunan, China;3 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China

E ff ects of maize stalk decomposition in fi eld on growth, yield and quality of fl ue-cured tobacco were studied under di ff erent decay conditions. Results were as follows: the decay rate of maize stalk before tobacco transplanting was above 75% under accretion decay conditions. Maize stalk in fi eld well addressed the relationship between soil nitrogen nutrition and fertilizers needed by tobacco plant. It also improves agronomic traits of tobacco plant, and hence output and value of fl ue-cured tobacco, enhance leaf length and width proportion, reduce stem ratio , enhance porosity of leaf tobacco, sugar and potassium content of leaf tobacco, and smoking quality of leaf tobacco. Maize stalk added with zymophyte yeast decay had the best e ff ect

maize stalks return to fi eld; decomposition e ff ect; fl ue-cured tobacco; yield and quality

周米良,邓小华,田峰,等. 玉米秸秆促腐还田的腐解及对烤烟生长与产质量的影响[J]. 中国烟草学报,2016,22（2）

湖南省烟草专卖局重点项目“湘西州烟区植烟土壤维护和改良研究与示范”（13-14ZDAa03）

周米良（1972—）,硕士,高级农艺师,主要从事烟叶生产技术推广和管理,Tel：0743-8569178,Email：hnjhzml02@126.com

邓小华（1965—）,博士,教授,主要从事烟草科学与工程技术研究, Email：yzdxh@163.com

2015-08-24

: ZHOU Miliang, DENG Xiaohua,TIAN Feng , et al. Decomposition of maize stalk in fi eld under di ff erent decay conditions and its e ff ect on growth, yield and quality of fl ue-cured tobacco [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016,22(2)