高碳基肥施用方法对清镇植烟土壤及烤烟品质的影响

刁朝强,聂忠扬,程传策,胡 勇,吴永琴,魏光钰,任春燕

(1.贵州省烟草公司 贵阳市公司,贵州 贵阳 550001;2.河南农业大学 烟草学院,河南 郑州 450002)

土壤是优质烟叶生产的基础,土壤的优势也是优质烟生产的优势[1]。长期连作和连续施用化肥使烟田土壤环境严重破坏,土壤肥力下降,土壤营养供应不均衡，土壤和烟株之间的矿质营养难以平衡,烟叶化学成分失调,最终影响烟叶的香气特性[2]。因此,针对贵阳烤烟生产实际,适时开展技术性研究,在保证烟叶优质适产的同时,大幅度提高养分资源的利用效率,可以为全面提高烟叶生产的经济效益提供技术保障,同时也可为贵州烟区烟叶风格特色的彰显提供优良的配套栽培技术。

碳基肥料一般都能作为养分被植物吸收,其肥料利用率高于非碳基化肥[3]。碳基肥料除了供应大量元素外,还可以提供大量的二氧化碳营养,不论从环境保护角度,还是从作物营养需要角度,碳基肥料应是化肥工业发展的方向[4]。我们通过试验筛选出合适的高碳基肥料的使用量,以期更好地改良土壤结构,提高烟叶品质；选择效果好、费用低的配方作为今后一个阶段推广应用的配方,以期为大规模的示范推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验安排在清镇市进行,试验田为当地主要植烟土壤田块,地势平坦、排灌方便,近年来未做过有机肥类效应试验,面积约1000 m2,前茬未使用高残留有害除草剂。

1.2 试验材料

供试材料:高碳基有机肥料。供试烤烟品种为当地主栽品种云烟87。

1.3 试验设计

实验共设置5个处理,即:对照(CK)，常规施肥,不施用任何高碳基有机肥料；T1，常规施肥,施用高碳基肥料1500 kg/hm2;T2，常规施肥,施用高碳基肥料1200 kg/hm2;T3，常规施肥,施用高碳基肥料900 kg/hm2;T4，常规施肥,施用高碳基肥料600 kg/hm2。每个处理3次重复,采用随机区组排列；每小区面积为66.7 m2，每个小区种植5行,行距1.2 m,株距0.5 m。试验田各处理所有农事操作在同一天内完成,其它田间管理措施均按当地烟叶生产技术方案。在采收烘烤过程中,以小区为单位单独挂牌采收、烘烤、分级、计产。按国家42级制标准分级。

1.4 观察记载

1.4.1 农艺性状 在各小区选择有代表性的10株烟株挂牌标记,分别于烟株移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d对烟株的株高、茎围、叶片数、最大叶长宽等农艺性状进行调查。

1.4.2 经济性状 以小区为单位单独采收烘烤、分级计产。开烤前调查实收株数,对各小区标记烟株标记下部叶(4～7叶位)、中部叶(9～12叶位)、上部叶(14～17叶位)。烘烤结束后,按小区进行分级,再统计烟叶产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例。

1.5 样品采集与测定

1.5.1 土样采集 共分4次采取,分别于烟株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d对每个处理植烟根际土壤5 mm范围内进行取样,取样时采集耕作层土样1.5 kg,混合均匀后,用四分法取1.0 kg土样送检。

1.5.2 烟样采集 烟叶分级结束后,以处理为单位留取各小区标记叶,用于物理特性和香气物质含量的测定。

1.5.3 测定项目及方法 (1)土壤化学指标:分别在烟株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样,测定碱解氮、速效磷、速效钾、有机质的含量，其测定方法分别为碱解扩散法、0.5 mol/L NaHCO3法、NH4OAc浸提-火焰光度法和重铬酸钾容量法。(2)土壤相关酶指标:在烟株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样,测定土壤蔗糖酶和土壤脲酶的活性，其中土壤蔗糖酶活性的测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法,以葡萄糖mg/(g·24 h·37 ℃)为单位;土壤脲酶活性的测定采用奈氏比色法,以NH4-N mg/(g·24 h·37 ℃)为单位。(3)经济性状:计算烤后烟的产量、产值、均价、上等烟比例和上中等烟比例等。(4)物理特性:包括厚度、拉力、填充值、叶质重、含梗率和平衡含水率等；其中厚度、含梗率、叶质重、拉力的测定方法参照文献[11]，平衡含水率的测定采用行业标准YC/T 31─1996，填充值的检测按行业标准YC/T 152─2001。(5)中性致香物质:采用气/质联用仪Agilent GC 6890 N/MS 5975进行分析。

1.6 数据处理

使用DPS 7.05软件,采用Duncan氏新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异;使用OriginPro 8.5进行相关数据统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 不同高碳基肥料施用处理对土壤有机质含量的影响

有机质是土壤养分的主要来源,能有效促进土壤结构形成,改善土壤的物理性质,提高土壤的保肥能力和缓冲性能,同时腐殖质具有生理活性,能促进作物生长发育[5]。

从图1可以看出,不同高碳基肥料施用处理的植烟土壤有机质含量在烤烟生长发育过程中变化不大,与对照相比,经不同高碳基肥料施用处理的植烟土壤有机质含量较高,尤其是T2处理。方差分析结果表明：在移栽后30 d,T2和T3处理之间土壤有机质含量差异不显著,T1、T3和T4处理之间差异不显著,T1、T4处理和对照之间差异不显著;在移栽后60 d,T1、T2和T3处理之间土壤有机质含量差异不显著,T1、T3和T4处理之间差异不显著,4个处理与对照差异显著;在移栽后90 d,4个处理之间土壤有机质含量差异不显著,T1、T2、T3处理与对照间差异显著,T4处理与对照间差异不显著;在移栽后120 d,各处理间土壤有机质含量差异显著。

图1 不同高碳基肥料施用方法对土壤有机质含量的影响

2.2 不同高碳基肥料施用处理对土壤氮磷钾含量的影响

氮素是蛋白质、氨基酸、核酸、磷脂、激素、酶、叶绿素和烟碱的组成成分,是构成生命活动的物质基础,直接参与烟株的形态建成,是烟草最重要的营养元素[6]。磷在有机化合物中以磷脂、核酸、植素的形态存在,参与烟株的碳水化合物、脂肪、蛋白质、核酸和能量代谢,促进细胞分裂,增强烟株的抗逆性[7]。烟草是喜钾作物,钾是烟株体内多种酶的激活剂,能促进烟株的碳水化合物代谢、氮代谢、脂肪代谢,调节气孔开放,维持细胞膨压,促进物质运输和机械组织发育,提高烟株的抗逆性[8]。

2.2.1 不同处理对碱解氮含量的影响 土壤水解性氮或称碱解氮,也叫有效氮,能反映土壤近期内氮素供应情况,包括无机态氮(铵态氮、硝态氮)及易水解的有机态氮(氨基酸、酰胺和易水解蛋白质)[9]。氮素在土壤和烟株体内的移动性都很强。土壤有效氮量与烟株生长关系密切,因此它在指导施肥中意义更大。

从图2可以看出,在烤烟生长发育过程中,不同处理植烟土壤碱解氮含量的动态变化趋势一致,表现为移栽后30 d土壤碱解氮含量增加,在移栽90 d之后又逐渐减少。与对照相比,不同高碳基肥料施用处理的植烟土壤碱解氮含量均较高,尤其是T2处理最高。方差分析结果表明：在烤烟移栽后30 d,T2和T3处理之间土壤碱解氮含量差异不显著,T1和T3处理之间差异不显著,T1和T4处理之间差异不显著,T4处理和对照之间差异不显著,T2处理与T1、T4处理、对照之间差异显著,T3处理与T4处理、对照之间差异显著,T1处理与对照之间差异显著;在移栽后60 d,T1、T2、T3和T4处理与对照间土壤碱解氮含量差异显著,4个处理之间差异不显著;在移栽后90 d,4个处理之间土壤碱解氮含量差异不显著,T1、T2、T3处理与对照间差异显著,T4处理与对照间差异不显著;在移栽后120 d,T2和T3处理之间土壤碱解氮含量差异不显著,T1、T3和T4处理之间差异不显著,T4处理和对照之间差异不显著,T2处理与T1、T4处理、对照之间差异显著,T3处理与对照之间差异显著。

图2 不同高碳基肥料施用方法对土壤碱解氮含量的影响

2.2.2 不同处理对速效磷含量的影响 土壤速效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标, 土壤磷素含量高低可在一定程度上反映土壤中磷素的贮量和供应能力。土壤中速效磷含量与烟株对肥料磷的利用呈负相关[10]。

从图3可以看出,不同高碳基肥料施用处理植烟土壤的速效磷含量在整个生育期内变化不大。与对照相比,不同高碳基肥料施用处理的土壤速效磷含量均较高,具体表现为T2处理>T3处理>T1处理>T4处理。方差分析结果表明,在烤烟移栽后30 d,4个处理之间土壤速效磷含量差异不显著,T1、T2和T3处理与对照间差异显著,T4处理与对照之间差异不显著。

图3 不同高碳基肥料施用方法对土壤速效磷含量的影响

2.2.3 不同处理对速效钾含量的影响 速效钾是土壤中存在的水溶性钾,这部分钾能很快地被植物吸收利用。钾是烟草吸收的营养元素中最多的一种元素。钾对烟叶一些芳香物质的合成积累有促进作用[11]。

不同高碳基肥料施用处理对植烟土壤速效钾含量的影响见图4,表现为植烟土壤速效钾含量从移栽后30 d逐渐升高,到60 d后降低。与对照相比,在烤烟各生育时期内不同高碳基肥料施用处理的土壤速效钾含量均较高,其中T2处理土壤速效钾含量最高。

2.3 不同高碳基肥料施用处理对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤成分之一,烤烟根系的活动能促使土壤酶的积累,烤烟根际土壤酶活性明显高于非根际土壤酶活性[12]。

2.3.1 不同处理对土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶主要来源于植物和微生物,是决定土壤中氮转化的关键酶,能酶促土中尿素水解成氨,其活性高低反映了各种生化过程的方向和强度[13]。

从图5可以看出,不同处理植烟土壤的脲酶活性在烤烟生育时期内动态变化一致,表现为先升高后降低,不同高碳基肥料施用处理的植烟土壤脲酶活性均高于对照的。方差分析结果表明：在烤烟不同生育时期不同高碳基肥料施用处理与对照之间土壤脲酶活性差异均显著;在移栽后30 d,不同处理间土壤脲酶活性差异均显著;在移栽后60 d和90 d,T4处理与对照间土壤脲酶活性差异不显著;在移栽后120 d,T1、T3处理之间土壤脲酶活性差异不显著。

图4 不同高碳基肥料施用方法对土壤速效钾含量的影响

图5 不同高碳基肥料施用方法对土壤脲酶活性的影响

2.3.2 不同处理对土壤蔗糖酶活性的影响 蔗糖酶又叫转化酶或β-呋喃果糖苷酶,能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,对增加土壤中易溶性营养物质起着重要作用[14]。

从图6可以看出,不同高碳基肥料施用处理的土壤蔗糖酶活性在烤烟各生育时期内动态变化表现一致,从移栽后30 d逐渐增强,90 d后逐渐降低。与对照相比,在烤烟生育期内不同高碳基肥料施用处理的土壤蔗糖酶活性均较高。方差分析结果显示,在烤烟各生育时期,不同处理间土壤蔗糖酶活性差异均显著。

2.4 不同高碳基肥料施用处理对烟株农艺性状的影响

烤烟的农艺性状主要包括株高、茎围、叶片数、最大叶长和最大叶宽等,它能反映烟株在大田的生长状况,从侧面也能反映出烟田肥力的高低[15]。株高是烟株营养体生长的主要表现之一,株高的增加往往伴随着叶片的增大和茎围的增加。茎围能直接反映烟株茎秆的健壮程度,与烟株营养密切相关。烤烟最大叶面积能在一定程度上反映烟株内的营养状况,如果烟株最大叶面积大,则烟株内营养丰富。烟株最大叶长和叶宽能从侧面反映烟株的最大叶面积。

从表1可以看出：从移栽后30 d至60 d,烟株的株高、茎围、叶数和最大叶面积都急速增加；在移栽60 d之后,这些农艺指标的增加速度下降。方差分析结果表明,在烤烟各生育时期,不同处理间这些农艺指标差异均显著。

图6 不同高碳基肥料施用方法对土壤蔗糖酶活性的影响表1 不同高碳基肥料施用处理对烟株农艺性状的影响

移栽后天数处理叶数/片株高/cm最大叶面积/cm2茎围/cm30 dCK6.09 b13.40 ab306.13 a4.98 aT16.20 b11.26 b313.07 a4.94 aT28.06 ab13.33 ab308.32 a4.89 aT38.51 a16.10 a352.39 a4.93 aT49.02 a14.31 ab350.32 a4.91 a45 dCK9.92 a38.65 a856.53 a6.25 aT111.27 a38.62 a871.39 a6.14 aT210.16 a40.56 a864.23 a6.38 aT311.56 a36.14 a823.65 a5.78 aT412.05 a36.49 a834.43 a5.85 a60 dCK15.59 b92.48 a1175.90 a7.50 bT115.74 a93.80 a1163.12 a7.70 bT216.36 a93.65 a1191.41 a7.58 bT316.16 a92.49 a1214.43 a8.15 aT416.11 a90.38 a1208.27 a7.87 ab75 dCK15.84 b94.23 b1383.91 b8.22 abT116.31 a94.70 b1535.99 a8.24 abT216.54 ab95.12 ab1406.49 b8.50 aT316.17 ab98.68 a1533.21 a8.06 abT416.40 ab99.25 a1515.66 a8.88 a90 dCK16.12 b97.33 b1530.84 b8.29 cT116.38 b102.93 a1628.44 a9.87 abT216.95 a103.93 a1615.66 a10.30 aT316.86 a98.97 b1624.41 a9.13 bcT417.37 a103.30 a1617.79 a9.25 b

2.5 不同高碳基肥料施用处理对烤后烟物理特性的影响

烟叶的物理特性与烟叶品质具有一定的相关性。烟叶的物理特性是烟叶的外部形态和物理特性,主要包括叶片的厚度、叶质重、拉力、平衡含水率、填充值和含梗率等[18]。

从表2可以看出：4个处理与对照间含梗率、填充值和抗张能力差异不显著;T1与T3、T2、T4处理、对照间含水率差异显著,T3、T2、T4处理与对照之间差异不显著;T3、T4处理与对照之间叶质重差异不显著,T1、T2处理与对照之间差异显著,4个处理之间差异不显著;T3处理与T1、T2、T4处理、对照之间厚度差异显著,T1、T2、T4处理、对照之间差异不显著。

表2 不同高碳基肥料施用处理对烤后烟物理特性的影响

2.6 不同高碳基肥料施用处理对烤后烟香气成分的影响

从表4可以看出：不同高碳基肥料施用处理烤后烟的类胡萝卜素含量与对照相比差异显著,其中T2、T3的含量较高,其次是T4的含量,而对照和T1的含量较低;不同处理烤后烟的苯丙氨酸类总量差异显著,其中T2和T3的含量居前2位,其次是T1和T4的含量,均显著高于对照的;在类西柏烷类棕色化反应产物方面,各个处理的含量均显著低于对照的,但在4个处理间差异不显著;在新植二烯方面,T3和T4的含量居前2位,其次为T1的含量,而T2的含量与对照差异不显著;致香物质总含量以T3处理最高,其次为T4处理,而T1、T2、对照间差异不显著。

表3 不同处理烤后C3F烟叶中性香气物质的组成

2.7 不同高碳基肥料施用处理对烤后烟经济性状的影响

从表4可以看出,与对照相比,不同高碳基肥料施用处理烤后烟的产量、均价、产值、上等烟比例、上中等烟比例均较高,其中以T1处理最高,其次为T3、T2和T4处理。

表4 不同高碳基肥料施用处理对烤烟经济性状的影响

3 讨论与结论

经过高碳基肥料施用处理后的植烟土壤有机质含量比对照高,说明施用高碳基肥料能够改善烟田土壤的理化性状,提高土壤的保肥能力和缓冲性能,促进作物生长发育。其中T2处理土壤的有机质含量最高,其次为T3处理,而T1、T4处理提高土壤有机质含量的能力较差。

施用高碳基肥料能够显著提高土壤中氮、磷、钾元素的含量,保证烟株的正常生长发育,其中T2处理对土壤中氮磷钾含量的提高最多,其次为T3处理,而T1、T4处理提高较少。

在烤烟生育期内不同高碳基肥料施用处理的土壤脲酶和蔗糖酶活性均较高；施用不同高碳基肥料对烟株农艺性状的影响较小,但能提高烤后烟叶的含梗率与含水率,提高烤后烟的经济性状,增加产值,提高收益。

总之，施用高碳基肥料能够提高土壤有机质以及氮、磷、钾的含量，土壤酶的活性，烤烟的产量、产值和香气物质总量,其中经T2处理后的烟叶经济效益最高,经T3处理后的烟叶香气物质含量最高。

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