土著菌扩繁剂在烤烟化肥减施中的应用

李文丽，陈 刚，李现道，焦禹顺，包自超，张国超，徐 蕊

（1.中国农业科学院烟草研究所，青岛 266101；2.中国农业科学院研究生院，北京 100081；3.山东烟草研究院有限公司，济南 250098；4.山东临沂烟草有限公司沂水分公司，山东 沂水 276400）

近年来，长期大量施用化肥，造成农田土壤板结和酸化，肥料养分淋失等问题[1-4]。因此，农业部在2015年印发了“到2020年化肥使用量零增长”的行动方案[5]。烟草作为特殊的经济作物，在生产中化肥施用量大，也存在上述问题[6-7]。在烤烟生产中减少现有施肥结构中化肥的施用比例，同时添加有益组分的施肥方法研究已相继展开[8-9]。土著菌扩繁剂是一种有益的微生物组分，是由大豆低聚糖、维生素K2、聚谷氨酸、抗高渗透压的枯草芽孢杆菌和有机质制成，它能与化肥和有机肥协同增效，降低肥料淋溶损失率，提高肥料利用率，改良植烟土壤，改善烟叶品质[10]。前人研究发现，在肥料中添加土著菌扩繁剂作为微生物组分，可以达到较好的田间效果[11-13]。目前在烤烟生产上应用土著菌扩繁剂减少化肥施用的研究，均是采用等量替代的方法，其研究结果表明，使用含有土著菌扩繁剂的生物有机肥等量替代一定比例化肥，能够促进烤烟的生长，提高烟叶产质量，改善烤后烟叶化学成分协调性和土壤酶活性[14-15]。然而，前人的方法并没有直接减少养分的投入量，因此，本试验采用在肥料中添加土著菌扩繁剂作为微生物组分，同时直接减少化学态养分施用比例的方法，研究其对烟叶产质量、根际土壤微生物结构及肥料田间淋溶损失率的影响。验证土著菌扩繁剂在化肥减施中的效果，为山东烤烟减量施肥技术提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 基本情况

试验于2016年5—9月在山东省临沂市沂水县朝阳官庄试验站进行。试验地是丘陵地貌，前茬作物是烟草，土壤为褐土，供试烤烟品种为NC102，基本理化性状为有机质12.65 g/kg，碱解氮84.29 mg/kg，速效钾208.88 mg/kg，速效磷42.79 mg/kg，pH 6.66。

1.2 试验设计

试验设置4个处理，以当地常规施肥为对照（CK），其他3个处理化学态养分分别减少0%、15%、30%，同时按照施用肥料总质量的0.3%添加土著菌扩繁剂作为微生物组分。对照和各处理所用肥料种类均为EM菌发酵的大豆、硝酸钾、磷酸二铵和硫酸钾。土著菌扩繁剂由中国农业科学院烟草研究所技术开发中心研制并提供，由大豆低聚糖、维生素K2、聚谷氨酸、抗高渗透压的枯草芽孢杆菌和有机质制成。具体肥料施用量见表1。随机区组排列，3次重复，两侧设保护行，行距1.1 m，株距0.5 m，每小区植烟6行。田间生产管理措施按当地优质烟生产规范进行。采用大棚托盘漂浮育苗，膜下井窖式移栽，70%肥料作基肥条施，30%于移栽30 d后作追肥施用。

1.3 取样及测定

各试验小区取中间两行进行计产计值和取样。采烤结束后统计各处理主要经济性状；取各处理CF3等级的烟样进行烟叶常规化学成分检测和感官质量评吸。

根际土壤微生物测定：各处理于烤烟成熟采收后用抖根法[16]采集根际土壤。采用稀释平板法[17]进行根际土壤微生物的分离计数，细菌、真菌和放线菌培养基分别为牛肉膏蛋白胨培养基、马丁氏培养基和高氏一号培养基。

田间淋溶液收集及测定：每次降雨或灌水后采用田间淋溶液原位收集装置收集各小区淋溶水，并加入1～2滴浓硫酸，立即将样品带回实验室测量淋溶液体积、溶解性总氮（TSN）、全磷和全钾的浓度，或放入4℃冰箱保存并于24 h内测定分析完毕。TSN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定（HJ 636—2012），全磷浓度测定采用钼酸铵分光光度法（GB 11893—89），钾浓度测定采用分光光度法（GB 11904—89）。用淋溶液体积与总氮、全磷和钾的浓度相乘计算每次淋失量，每次淋失量相加得累计淋失量。

淋溶损失率=（累计淋失量/养分施入总量）×100%

表1 肥料施用量Table 1 Fertilizer application rates kg/hm2

1.4 数据分析

数据分析和处理采用SAS 9.2和EXCEL 2010软件进行。

2 结果

2.1 不同处理对烤烟产质量的影响

2.1.1 不同处理对经济性状的影响 从图1、2中可以看出，各处理的产量和产值均比对照略有降低，但与对照差异不显著。各处理上等烟比例和上中等烟比例均比对照显著提高。T1、T2和T3上等烟比例分别提高6.67%、7.13%和8.74%，中上等烟比例分别提高4.48%、5.21%和6.42%。T2和T3处理的均价显著高于对照，分别提高4.73%和4.34%。可见，减少化学态养分比例同时增施土著菌扩繁剂会对烤烟经济性状产生有利影响，其中T2、T3处理效果更为明显。

2.1.2 不同处理对烟叶化学成分的影响 由表2可知，与CK相比各处理的糖含量、总植物碱、总氮和钾氯比有增加的趋势，钾含量、氯含量、糖碱比和氮碱比有降低的趋势；各处理烟叶常规化学成分含量均在适宜范围之内。与CK相比，添加土著菌扩繁剂的各处理钾氯比均较高，尤其是T3处理钾氯比最高，可以改善烟叶的燃吸特性。综合来看，适当减少化肥施用量不会对烟叶常规化学成分产生不良影响，且对化学成分协调性有一定的改善作用。

2.1.3 不同处理对烟叶感官评吸质量的影响 从表3可以看出，T1处理的烟叶感官评吸浓度和杂气得分均高于对照，香气量和余味得分均低于对照，总得分比对照低0.2分，质量档次与对照相同；处理T2和T3的烟叶感官评吸浓度、香气量、余味和杂气得分均高于对照，评吸总得分分别比对照高0.6和0.8分，质量档次均比对照高一个档次。可见减少化学态养分比例同时增施土著菌扩繁剂对烟叶感官评吸质量是有利的，其中T3处理烟叶评吸质量综合评价最高。

图1 各处理烤烟产量和产值Fig.1 Yield and output value for each treatment

图2 各处理烟叶等级比例和均价Fig.2 Leaf grade and average price for each treatment

2.2 不同处理对根际土壤微生物数量的影响

从表4可以看出，与对照相比，各处理根际土壤细菌数量和放线菌数量显著增加，真菌数量显著减少。T1、T2和T3处理的根际土壤细菌数量与对照相比，分别增加131%、119%和92.86%；T1、T2和T3处理的根际土壤放线菌数量与对照相比，分别增加16.67%、12.78%和9.44%；T1、T2和T3处理的根际土壤真菌数量与对照相比，分别减少39.53%、38.37%和26.74%。综合分析，在肥料中添加土著菌扩繁剂作为微生物组分，可以显著提高根际土壤中细菌和放线菌的数量，显著降低真菌的数量。

2.3 不同处理对肥料淋溶损失率的影响

从表5看出，各处理的总氮、全磷和钾淋溶损失率均显著小于对照。T1、T2和T3的总氮淋溶损失率分别比对照减少7.03%、8.14%和8.23%；T1、T2和T3的全磷淋溶损失率分别比对照减少15.94%、18.84%和26.09%；T1、T2和T3的钾淋溶损失率分别比对照减少7.25%、9.63%和10.41%。由此可以得出在减少化肥施用量的基础上增施土著菌扩繁剂可以显著减少肥料养分的淋失，提高肥料利用率；全磷的淋溶损失率各处理均较小，可能是由于磷素易在土壤中被固定，因而淋溶较少。

表2 各处理烤烟中部烟叶（C3F）常规化学成分Table 2 Chemical components of C3F tobacco leaves for each treatment

表3 各处理烤烟中部烟叶（C3F）感官质量Table 3 Sensory quality of C3F tobacco leaves for each treatment

表4 各处理根际土壤微生物数量比较Table 4 The comparison of rhizosphere soil microbial population for each treatment CFU/kg

表5 各处理肥料淋溶损失率比较Table 5 The comparison of fertilizer leaching loss rate for each treatment %

3 讨论

在本试验条件下，T2、T3处理上等烟比例、上中等烟比例和均价显著提高，与前人的试验结果不尽一致。张焕菊等[14]的研究结果表明，应用生物有机肥降低化肥用量15%～30%对烤烟经济性状没有显著影响，这可能是试验点之间土壤条件、气候条件和当地习惯施肥量差异过大造成的。李金生等[10]研究结果表明，经过土著菌扩繁剂处理的烟叶经济性状得到提高。宋春燕[15]研究结果表明，使用30%肥料增效剂等量替代烟草专用复合肥对烟叶产量和产值有提高作用。本试验中各处理产量略有下降，原因可能是各处理的化学态养分减少，使得总养分含量降低，故产量略有下降，但差异并不显著。对照与各减肥处理的烟叶化学成分均在适宜范围内，且与周翔等[18]对沂水烟区烟叶低糖高碱中氯的特征分析一致。各处理与对照相比，烟叶钾含量均有所降低，T3处理降低最大，但仍在适宜范围之内。根据韩小斌[19]研究结果，随施钾量的增加烟叶钾素含量增加，可以推测减施30%化肥可能使得钾素供应不足，导致T3处理烟叶钾含量偏低，在化肥减施技术中应该注意。各处理烟叶氯含量均比对照低，且随化学态肥料的施用量减少而降低，其原因有待进一步研究明确。T3处理的烟叶感官评吸劲头、浓度、香气量、余味和杂气均比对照得分高，且质量比对照提高一个档次，说明T3处理可提高烟叶感官评吸质量。此与宋春燕[15]、刘世亮等[21]的研究结论基本吻合。

烤烟根际微生物对土壤有机质的分解、无机质的转化、氮的固定以及提供植物营养、保持土壤肥力具有重要作用[21]。与对照相比，施用土著菌扩繁剂的各处理根际土壤细菌数量和放线菌数量显著增加，真菌数量显著减少，这是因为施入土著菌扩繁剂后，不同程度地改变了植烟土壤的营养状况和微生物构成。李姣等[22]研究表明，与施用烟草专用复合肥的对照相比，施用生物有机肥明显增加了根际土壤中细菌、放线菌、真菌数量，这可能是因为所使用的微生物种类不同所造成的。蒋岁寒等[23]、王丽丽等[24]研究发现，在大田中施用生物有机肥可以减少根际土壤病原菌数量、改变根际微生物区系结构，增加根际土壤微生物功能多样性。

化学态氮、磷、钾养分等施入土壤后，水解生成铵离子、硝酸根离子、磷酸根离子和钾离子，离子易随水分淋失。各处理减少了化学态养分的比例，相应的提高了有机养分在肥料中的占比，通过根际微生物的作用，有机养分随着烟株生长逐步释放，减少养分随淋溶的损失。同时由于土著菌扩繁剂的作用，土壤细菌和放线菌含量增加，它们可能会固定部分养分，间接减少养分的淋溶损失。这与王宝申等[25]研究结果一致。

4 结论

本研究结果表明，土著菌扩繁剂结合等比例减施氮磷钾化肥的施肥方法与常规施肥相比，能提高烟叶等级比例和均价，对烟叶化学成分协调性和评吸品质均是有利的，且能显著提高烟株根际土壤细菌和放线菌数量，减少田间肥料淋溶率，利于彰显烟叶的品质特色，是烟草农业生产中兼顾产质量和生态效益的施肥模式。其中减施30%的处理综合效果最佳。

[1]石元亮，王玲莉，刘世彬，等.中国化学肥料发展及其对农业的作用[J].土壤学报，2008，45（5）：852-864.

[2]刘庆巍.化肥对土壤的污染及防治对策[J].种植与环境，2011（9）：240.

[3]杨云高，王树林，刘国，等.生物有机肥对烤烟产质量及土壤改良的影响[J].中国烟草科学，2012，3（4）：70-74.

[4]WILLIAMS A,BÖRJESSON G,HEDLUND K.The effects of 55 years of different inorganic fertilizer regimes on soil properties and microbial community composition[J].Soil Biology&Biochemistry,2013,67:41-46.

[5]中华人民共和国农业部.到2020年化肥使用量零增长行动方案[EB/OL].(2001-12-19)[2002-04-15].http://www.moa.gov.cn/zwllm/tzgg/tz/201503/t20150318_4444 765.htm.

[6]马兴华，陈乐，石屹，等.化肥与豆饼配施对烤烟中性致香成分含量及产质量的影响[J].中国烟草科学，2016，37（3）：29-33.

[7]施河丽，谭军，秦兴成，等.不同生物有机肥对烤烟生长发育及产质量的影响[J].中国烟草科学，2014，35（2）：74-78.

[8]张海波，晓璟，徐卫，等.减量化肥与有机材料配施对大头菜产量品质的影响[J].西南大学学报（自然科学版），2011（4）：36-41.

[9]郭云周，小怀，劲松，等.翻压等量绿肥和化肥减量对红壤旱地烤烟产量产值的影响[J].云南农业大学学报，2010（6）：811-816.

[10]李金生，吕颖，宋然，等.土著菌田间扩繁技术对烟草生长的影响[J].现代农业科技，2015（1）：48-53.

[11]张焕菊，王树声，陈刚，等．烟草田间施用土著菌扩繁剂与一次性施肥的效用[J].江苏农业科学，2016，44（4）：163-166．

[12]刘国顺，华伟.生物有机肥对烤烟土壤肥力及生长发育的影响[J].耕作与栽培，2004（3）：29-31.

[13]罗世琼，雪鸥，俊青.施肥对烤烟土壤微生物群落结构多样性及蔗糖酶活性的影响[J].贵州农业科学，2013，41（7）：124-128.

[14]张焕菊，陈刚，王树声，等.应用生物有机肥减少烤烟化肥用量试验研究[J].中国烟草科学，2015，36（1）：48-53.

[15]宋春燕.烟草增效提质减量化施肥技术在临朐烟区的应用效果[J].中国烟草科学，2013，34（4）：163-166.

[16]王成己，陈庆荣，陈曦，等.烟秆生物质炭对烟草根际土壤养分及细菌群落的影响[J].中国烟草科学，2017，38（1）：42-47.

[17]许光辉，郑洪元.土壤微生物分析方法手册[M].北京：农业出版社，1986：102-109.

[18]周翔，梁洪波，董建新，等.山东烟区烤烟化学成分含量变化及聚类分析[J].中国烟草科学，2009，30（6）：13-17.

[19]韩小斌.减量施肥对重庆烤烟生长及产量品质的影响——以彭水县为例[D].西南大学，2014.

[20]刘世亮，杜君，化党领，等.不同有机酸对烤烟品质和产值的影响[J].作物学报，2008，4（5）：851-858.

[21]张淑香，高子勤.连作障碍与根际微生态研究Ⅱ.根系分泌物与酚酸物质[J].应用生态学报，2000，11（1）：152-156．

[22]李姣，刘国顺，高琴，等.不同生物有机肥与烟草专用复合肥配施对烤烟根际土壤微生物及土壤酶活性的影响[J].河南农业大学学报，2013，47（2）：132-137.

[23]蒋岁寒，刘艳霞，孟琳，等.生物有机肥对烟草青枯病的田间防效及根际土壤微生物的影响[J].南京农业大学学报，2016，9（5）：784-790．

[24]王丽丽，石俊雄，袁赛飞，等.微生物有机肥结合土壤改良剂防治烟草青枯病[J].土壤学报，2013，50（1）：150-156.

[25]王宝申，刘秀春，高树青，等.生物有机肥对果园土壤养分挥发与淋溶损失的作用效果[J].园艺博览，2008（10）：18-23.