施用生物有机肥对烟草产量和品质的影响

刘丽辉，杨盼盼，田俊岭，谭志远，彭桂香

（1.华南农业大学农学院/广东省植物分子育种重点实验室，广东 广州 510642；2.华南农业大学资源环境学院，广东 广州 510642；3.广东省东莞市保得生物工程有限公司，广东 东莞 523087；4.广东省烟草南雄科学研究所，广东 南雄 512400）

【研究意义】生物有机肥中含有农作物秸秆等有机物料和氮磷钾等无机物料[1]，同时兼顾生物、有机和无机养分的互补作用，不仅有效解决了化学肥料养分单一、营养元素不平衡的缺陷[2]，还能促进土壤中难溶营养元素的溶解释放[3]，促进土壤中的养分被植物吸收利用[4]，从而可以降低肥料的施用量和减少肥料的流失量[5]。光合细菌是一种有益微生物，能够提高植物光合作用，促进植物吸收养分，促进植物生长。光合细菌用于生物有机肥，可以增加作物产量，还可增加叶绿素、维生素含量，降低作物中的硝酸盐含量，从而提高产品的品质[6]。烟草是我国重要的经济作物之一，在我国经济中具有举足轻重的作用[7]。近20年来，我国的烟草事业和科技进展显著，全国烤烟种植面积超过130万hm2，单产稳定在2 000 kg/hm2，我国已经成为世界烤烟种植面积最大、产量最高的国家[8]。因此，开发利用生物有机肥对提高烟草的产量和品质具有重要意义。【前人研究进展】高品质烟草的生长对土壤条件的要求很高。王伟杰等[9]研究表明，长期种植烟草的土壤有机质含量下降，理化性质变差，微生物繁殖基础受到损害，从而抑制了土壤微生物的生命活动，同时土壤元素释放能力也在下降。烟草种植导致土壤养分的变化，而这些变化主要是人们施肥造成的[10]。烟草施用菌肥能增强光合作用并能协调养分的分配，促进根、茎、叶的生长。烟草叶面喷施或根施生物菌肥后，植株根系发育旺盛，根系活力提高，养分吸收能力增强[11]。菌肥能增加烟草植株叶绿素含量，提高烟叶光合速率，增大叶面积，促进烟草增产并改善烟叶品质[12]。【本研究切入点】在种植烟草时施用生物有机肥，可以让烟草充分吸收利用土壤中的养分[13]，增强烟草植株的新陈代谢，使烟草作物的抗性大幅提高[14-16]，并提高肥料的利用率，减少传统化肥的使用，使得田间肥料流失率降低，环境污染减少[17]。【拟解决的关键问题】本研究通过添加功能微生物，采用在广东省南雄烟区优化试验效果较好的生物有机肥，将其施用量细化到无、低、中、高4个水平，研究不同用量的生物有机肥对烟草生长中产量和品质的影响，为生物有机肥在田间大面积推广和应用提供合理的施用量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烟草品种为粤烟97，由广东省烟草南雄科学研究所（广东烟草粤北烟叶生产技术中心）提供。

试验在广东省烟草南雄科学研究所试验基地进行，供试土壤为牛肝田，前茬作物为水稻。土壤肥力指标：pH 7.37，有机质15.63 g/kg，碱解氮81.5 mg/kg，有效磷35.8 mg/kg，速效钾168.6 mg/kg，土壤含水量为21.73%、最大田间持水量为 26.84%[18]。

烟草专用复合肥（N 13%，P2O59%，K2O 14%）由广东省烟草南雄科学研究所提供，生物有机肥由华南农业大学农学院遗传育种实验室提供，经实验室测定达到复合生物有机肥农业标准。供试菌肥肥料指标：菌种x34+jb21+sbg11（菌株x34是固氮解磷菌，固氮菌属Azotobactersp.；菌株jb21是解钾菌，芽孢杆菌属Bacillussp.；菌株sbg11是光合细菌，经鉴定为胶状红长命菌Rubrivivax gelatinosus），基质为谷糠发酵物，养分N、P2O5和K2O分别为57.4、12.8、9.5 g/kg，含水量为20.1%。

1.2 试验方法

试验采用随机区组设计，设5个处理：CK，不施肥空白对照；T1，当地常规施肥；T2；把复合肥使用量减少到常规施肥的3/4，加菌肥10 g；T3，把复合肥使用量减少到常规施肥的2/3，加菌肥20 g；T4，把复合肥使用量减少到常规施肥的1/3，加菌肥40 g。基肥∶追肥=1∶1，且菌肥和化肥间距20 cm穴施。除CK外，所有处理氮、磷、钾的施入总量相等，每株烟施N 10 g、P2O55.6 g、K2O 14.5 g，不足的磷和钾分别由过磷酸钙和硫酸钾补充（表1）。每个处理3次重复，共15个小区，每个小区种植1行，每行种植25株，行距120 cm，株距60 cm，共375株烟草，小区面积266.67 m2，四周设保护行。

大田试验于2018年2月19日开始，2018年7月结束。2月19日至3月9日为还苗期，3月10日至3月20日为团棵期，3月21日至4月20日为旺长期，4月21日至5月5日为现蕾期，5月6日至7月15日收获完毕为成熟期。

表1 大田试验施肥方案Table 1 Fertilization scheme of field trials

1.3 测定项目及方法

对每个小区的烟株，采用定株挂牌的方法分别调查团棵期、旺长期和成熟期烟草植株的株高、茎围叶长和叶面积等指标，每个小区调查的烟株不少于4株。在现蕾期不进行测定主要是由于现蕾期为了增产需要摘心打顶，会破坏烟草植株的农艺性状。

采烟期为6月5日至7月15日，采烟期开始每隔10 d取烟株自上而下第10～12片叶测定叶片硝酸还原酶、淀粉酶、蔗糖转化酶活性和叶绿素含量。硝酸还原酶活性测定参照朱广廉[19]的方法并略有改进：取2支试管，每支管分别称取0.5 g烟叶剪成0.5～1.0 cm小块混匀后加入，然后向各试管加入KNO3-异丙醇-磷酸缓冲液混合液9 mL，其中一管立即加入30%三氯乙酸1.0 mL混匀作对照；将所有试管置于30 ℃下于黑暗处保温30 min后，分别加入30%三氯乙酸1.0 mL摇匀终止酶活性，静置2 min；取上清液2 mL至另一试管，加入1%对-氨基苯磺酸4 mL、2% -萘胺4 mL，显色5 min，用分光光度计在540 nm波长下比色，记录吸光值。淀粉酶活性参照邹琦[20]的方法测定，叶绿素含量和蔗糖转化酶活性参照李合生[21]的方法测定。

烟叶收获后置于相同烤房内，经过三段式烘烤，烘烤完毕后测产，根据2018年广东省烟草收购价格表计算产值。

所有数据均采用Excel 2003和SPSS17.0软件进行处理，采用Duncun’s新复极差法进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 不同施用量生物有机肥对烟草农艺性状的影响

反映烟株长势的指标主要有株高、茎围、叶长和叶面积（单叶叶面积=0.6345×叶长×叶宽）。本试验选择测定部位时，团棵期选择最大叶进行测定，旺长期和成熟期均选择从上至下第10片叶进行测定。由表2可知，在团棵期，施肥处理T1、T2、T3、T4均能提高烟株的株高、叶长和叶面积，其中T3、T4处理的效果较为显著；在旺长期，施用菌肥的处理T2、T3、T4相比于单施化肥的处理T1，有助于提高烟株的株高、叶长和叶面积，分别提高30.4%～39.85%、1.71%～9.69%、16.46%～23.52%；在成熟期，T1、T2、T3、T4处理有助于提高烟株的株高、茎围、叶长和叶面积，其中T3处理的烟草植株效果最为显著，相比于T1处理，株高增加20.5%，茎围增加8.49%，叶长增加14.69%，叶面积增加36.49%。结果表明，施用不同用量的菌肥能在不同程度上提高烟株的株高、茎围、叶长和叶面积，其中T3处理对烟株的长势提升效果最显著。

2.2 不同施用量生物有机肥对烟草叶片光合色素含量的影响

表2 不同处理对烟草植株生长的影响Table 2 Effects of different treatments on the growth of tobacco plants

植株中叶绿素的含量是植物生理重要指标之一，能间接反映植株的健康状况和光合能力，与植株的生长率也有一定相关性。烟叶的叶绿素含量高低影响着烟草的产量和质量。根据烟草的品种、生长时期，烟叶的加工方式不同，烟草中的色素含量和组分也不一样。通过测定新鲜烟叶主要的光合色素含量，可以了解烟株的光合能力。烟叶中主要的光合色素有叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素，不同处理对光合色素的影响测定结果见表3。由表3可知，T1、T2、T3、T4处理均提高了烟叶的叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量。从采烟期0～40 d，各处理中各色素的含量均呈相似的变化趋势，即先增后减，在10 d时达到最大值，并且在每个时期各色素含量的比例均相似，叶绿素a∶叶绿素b∶胡萝卜素=4∶2∶1。在30 d和40 d时，各色素急剧减少是由于烟草逐渐成熟并起于衰老所致。

在采烟期前期即0 d时，T2处理的效果最明显，各种色素的含量都基本达到CK的两倍；在10 d时，CK烟叶的各种色素含量只有极微量的增加，而T1、T2、T3、T4处理的烟叶中各色素的含量增加差异显著，均达CK的两倍之多，其中T2、T3处理的效果最明显；在20 d时，各处理的各色素含量均减少，CK烟叶的色素含量下降最明显，叶绿素a的含量甚至比0 d时的含量还低，其中T1、T2、T3、T4处理的烟叶中叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素的含量都显著比CK高两倍之多；在30 d时，各处理的各色素含量急剧减少，几乎只有20 d时的50%左右，其中T2、T3处理的烟叶各种色素含量均为最高；在40 d时，烟叶中各种色素的含量均降至最低值，其中T4处理烟叶中各色素的含量基本上和CK相同。这表明施用不同用量的菌肥能在不同程度上促进烟叶光合色素的增加，其中T2、T3处理的提升效果最显著。

2.3 不同施用量生物有机肥对烟草叶片酶活性的影响

图1 不同施用量生物有机肥处理对烟叶淀粉酶活性的影响Fig.1 Effects of different dosages of bio-organic fertilizer on amylase activity in tobacco leaves

2.3.1 不同施用量生物有机肥对烟草叶片淀粉酶活性的影响 淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称，是生物体代谢过程中极为重要的一类酶，催化淀粉及糖原水解，生成葡萄糖、麦芽糖及含有α1，6-糖苷键支链的糊精。烟叶中淀粉酶的存在会直接影响其淀粉含量，进而影响烟叶的品质。由图 1可知，从采烟期 0 ～40 d，T1、T2、T3、T4处理烟叶的淀粉酶活性都明显比CK高，其中0～30 d，T1、T2、T3、T4处理烟叶的淀粉酶活性相差不大，而在30 d和40 d，T2、T3、T4处理烟叶的淀粉酶活性都比T1处理高，最明显的是T4和T3处理；从0～40 d，各处理烟叶的淀粉酶活性均先减后增，这是由于烟叶中的淀粉先积累后水解的原因。结果表明，不同施用量的生物有机肥对于烟叶淀粉酶活性的提高有不同程度的促进作用，施用生物有机肥的效果比单施化肥的效果要好很多，其中T4、T3处理的效果最好，且T4与T3处理无显著差异。

表3 不同处理对烟草叶片中光合色素含量的影响Table 3 Effects of different treatments on the content of photosynthetic pigments in tobacco leaves

2.3.2 不同用量生物有机肥对叶片硝酸还原酶活性的影响 硝酸还原酶（NR）是一种氧化还原酶，它可以催化植物体内的硝酸离子还原成亚硝酸离子，植物体中的NR活性影响着初级氮同化的控制，并且显著影响植物的生长发育。NR对于烟草植株的代谢很重要，其活性大小关系到蛋白质、烟碱等含氮化合物的合成。由图2可知，在采烟期0 d和10 d，各处理烟叶的NR活性均不高，不足0.5 μg/g·h，并且各处理之间的差距都很微小；20 d时，各处理烟叶的NR活性均急剧增加，以T2、T3处理烟叶的NR活性明显比CK、T1、T4处理高，其中CK、T1、T4处理烟叶的NR活性差距极小、均在1.0 μg/g·h左右，而T2、T3处理烟叶的NR活性超过1.5 μg/g·h，效果很明显；在30 d时，T1、T2、T3、T4处理烟叶的NR活性均明显比CK高，T1、T2、T3、T4处理烟叶的NR活性均呈递增状态且差值较大，T1不足2.0 g/g·h，而T4接近2.5 g/g·h，与20 d时相比，CK的烟叶NR活性只有微量的增加，而T1、T2、T3、T4处理烟叶的NR活性明显提高，以T4、T3处理的效果最明显；在40 d时，各处理烟叶的NR活性均急剧下降，CK几乎回到了10 d时的水平，其他处理降幅则比CK小，其中T4、T3处理降幅最小，T1、T2、T3、T4处理烟叶的NR活性均明显比CK高，而T1、T2、T3、T4处理烟叶的NR活性呈递增状态，且T4、T3处理的效果明显比T1、T2处理显著，而T3、T4处理间没有显著差异。

结果表明，用不同施用量的生物有机肥对于烟草植株叶片中NR活性的提高有不同程度的促进作用，前期T2、T3处理的效果显著，后期T3、T4处理的效果更好，综合来看，以T3效果最好。

图2 不同施用量生物有机肥处理对叶片硝酸还原酶活性的影响Fig.2 Effects of different dosages of bio-organic fertilizer on the activity of nitrate reductase in tobacco leaves

2.3.3 不同施用量生物有机肥对叶片蔗糖转化酶活性的影响 蔗糖转化酶可以不逆转催化蔗糖水解生成果糖和葡萄糖，对于调控植物衰老和果实发育有重要作用。由图3可知，在0 d和10 d，T1、T2、T3、T4处理烟叶的蔗糖转化酶活性均比CK高，其中T2处理的活性最高，但是各处理间的差距都很微小，且10 d时各处理烟叶的蔗糖转化酶活性比0 d时仅有微小的提高，以T2处理的增幅最明显；在20 d时，T1、T2、T3、T4处理烟叶的蔗糖转化酶活性均明显比CK高，其中T2处理的活性最高，且各处理烟叶的蔗糖转化酶活性均比10 d时明显提高，以T2处理最明显；在30 d时，各处理烟叶的蔗糖转化酶活性均有所下降，但降幅度，其中T1、T2、T3、T4处理烟叶的蔗糖转化酶活性均比CK高，但CK的烟叶蔗糖转化酶活性与T1处理差距不大，而T2、T3、T4处理明显比其他处理高，且T2、T3、T4处理间几乎无差别；在40 d时，各处理烟叶的蔗糖转化酶活性均继续下降，回到了0 d的水平，其中T1、T2、T3、T4处理烟叶的蔗糖转化酶活性均比CK高，但CK和T1处理的差距不大，而T2、T3、T4处理明显比其他处理高，且三者差距不大。

结果表明，施用不同用量的菌肥对于烟草植株叶片中的NR活性的提高有不同程度的促进作用，其中T2、T3、T4处理的效果均很显著。

图3 不同施用量生物有机肥处理对叶片蔗糖转化酶酶活性的影响Fig.3 Effects of different dosages of bio-organic fertilizer on invertase activity in tobacco leaves

2.4 不同施用量生物有机肥对烟叶烤后产量和产值的影响

烟烤后烟叶产量产值测定结果（表5）显示，T1、T2、T3、T4处理上等烟叶比例、产量和产值均明显比CK高，而下等烟比例比CK低。从上等烟比例来看，以T2处理的烟质最好，上等烟比例为42.7%，并且没有下等烟；从产量和产值来看，则以T3处理的效果最好。结果表明，施用不同用量的菌肥均能提高烟草上等烟的比例、产量和产值，其中T2处理对于提高烟草的质量效果最好，T3处理对于提高烟草产量和产值最有效。

表5 不同施用量生物有机肥处理对烤后烟产量产值影响Table 5 Effects of different dosages of bio-organic fertilizer on yield and output value of flue cured tobacco

3 讨论

3.1 不同施用量生物有机肥对烟草生长的影响

植株的株高、茎围、叶长和叶面积是用于反映植株长势的主要指标，光合色素含量的高低影响着烟草的产量和质量[22]。本试验结果表明，不同施用量生物有机肥对烟草植株的株高、茎围、叶长、叶面积和光合色素含量的提高具有不同程度的促进作用。在株高，茎围，叶长和叶面积方面，T3处理的效果最好；在光合色素方面，T2、T3处理效果最明显，且两者间没有明显差异，说明不同指标对生物有机肥的含量需求不同。而T1处理的烟草植株在株高、茎围、叶长、叶面积和光合色素含量和T4处理的结果相近，甚至大部分比T4处理的效果更好，说明生物有机肥的用量不是越多效果越好，应该将生物有机肥的用量控制在一个合理的范围。

植株叶片中的各种酶是植株进行生命活动必不可少的代谢酶，硝酸还原酶、淀粉酶和蔗糖转化酶活性的高低共同反映了烟株对氮素的吸收能力和植物碳代谢的强度。这些酶能调节碳水化合物和含氮物质的含量平衡，进而生产出优质的烟叶。本试验结果表明，施用生物有机肥有利于植株叶片硝酸还原酶、淀粉酶、转化酶的积累，促进烟草生长的代谢。不同施用量生物有机肥对于各种酶活性的提高均有不同程度的促进作用，并且施用生物有机肥的效果比单施化肥好。其中，对于淀粉酶来说，T3、T4处理的效果最好，较高用量生物有机肥能提高叶片淀粉酶的活性，有利于分解烟叶内的淀粉，形成更多的单糖，提高烟叶品质；对于硝酸还原酶来说，T2、T3、T4处理的效果接近，这可能与硝酸还原酶的性质有关，硝酸还原酶是一种不稳定的物质，容易受到外界条件的影响而分解[23]；对于蔗糖转化酶来说，较低用量生物有机肥的T2、T3处理效果明显，蔗糖转化酶是植物体内的一种不可逆反应的酶，若单糖浓度过高，则反过来抑制蔗糖还原酶的活性，因此可以通过淀粉酶和蔗糖转化酶共同调节，使植物叶片的含糖量处于合适的水平。可见，不同酶活性指标对生物有机肥的含量需求不同，但是均以T3处理的效果较好。

3.2 不同施用量生物有机肥对烟叶产量和产值的影响

生物生物有机肥有增加烟株产量、提高烟叶质量和增强其抗逆性的作用，施用生物生物有机肥有利于提高烟草生产的经济效益，其中施用生物生物有机肥使烟叶增产，主要是通过增大植株的叶面积来实现。施用生物生物有机肥能明显提高烟叶上等烟、中等烟的比例，有助于优化烟叶等级结构，提高均价和单位面积收益。本试验结果表明，与CK相比，T1、T2、T3、T4处理的上等烟叶比例、烟叶产量和产值均有所提高；与单施化肥的T1处理相比，T2处理产量提高3.66%、产值提高10.57%，T3处理产量提高29.67%、产值提高18.87%，T4产量提高7.72%、产值提高14.03%，说明生物有机肥能显著提高烟草的产量、上等烟比例和产值。郭富伟等[24]对烟田每667 m2施用生物磷2 kg和生物钾2 kg，烟株的株高比对照增加26.2 cm，叶数增加1.8片，腰叶长增加9.1 cm，腰叶宽增加4.5 cm，烟叶成熟度较好，比对照早熟7 d。罗连光等[25]研究指出生物有机肥应用于烟草可增加上等烟率，施用生物活性肥处理的烟叶产量提高了22.8%和17.4%，上、中等烟的比例提高了28.8%和24%。刘霞[26]研究发现，施用生物有机肥能显著提高烟叶产量、产值及中上等烟比例，产量、均价、产值、上等烟的比例和中上等烟的比例分别比对照增加 40.71%～48.28%、4.39%～13.37%、48.28%～59.20%、21.68%～47.38%、5.87%～14.37%，显著提高了烟叶的经济效益。综上可见，生物有机肥有助于提高烟草产量和产值，与本试验结果相似。

本试验中，使用生物有机肥处理的上等烟比例和产量均有不同程度的提高，其中T2处理的上等烟比例最高且没有下等烟，是烟叶品质比较好的一个处理，但产量的提升则没有T3、T4处理明显；而烟草产量最高的是T3处理，其产值也远远高于其他处理，且T3处理对于提高上等烟和中等烟的比例也有不错的效果。

从烟农的角度来说，选择T3处理的生物有机肥施用量能达到经济效益最大化，烟草的品质总体来说也很不错，并且产量和产值均达到最大，用于购买生物有机肥的支出也比较适中。可见，中用量生物有机肥（T3）即每株烟草基肥和追肥分别施用20 g生物有机肥，对烟草产量和品质的提高效果更明显，可作为此生物有机肥的推荐用量。

4 结论

大田试验条件下，施用生物有机肥处理能显著提高烟草植株的株高、叶长、叶面积，对烟草质体色素和代谢酶有显著影响，还可以有效提高上等烟叶比例、烟叶产量和产值。其中，中用量生物有机肥T3处理即每株烟草基肥和追肥分别施用20 g生物有机肥，对烟草生长有明显的促进作用，能显著地提高烟草植株的株高，提高量最大为44.53%；显著提高烟草叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素含量，适当地提高烟草硝酸还原酶、淀粉酶和蔗糖转化酶活性，使烟叶含糖量处于合适的水平；产量提高29.67%，产值提高18.87%，烤烟的经济性状较优。综上所述，每株烟草基肥和追肥分别施用20 g生物有机肥，对烟草产量和品质的提高效果更明显，可作为此生物有机肥的推荐用量。