不同生物型肥料对烤烟养分积累及土壤特性的影响

程培军,郝浩浩,张 翔,李 亮,司贤宗,索炎炎,杨立均

(1.河南省农业科学院,河南 郑州 450002；2.河南省驻马店市烟草公司,河南 驻马店 463000)

豫南烟区多为黄褐土,素以浓香型烟为主闻名全国[1]。烤烟长期连作和单施化肥会导致烟田土壤板结和烟株根系发育不良,进而影响烤烟的产质量及化学成分协调性[2]。生物型肥料是含有有机碳、虾头、海藻等有机物料或添加绿色生物菌剂的一类肥料,不仅能为植物营养生长提供充足均衡的养分,还能为土壤微生物提供营养源,对维持地力平衡、增加土壤有机质含量等有着巨大的作用[3-5]。据前人的研究报道[6,7],施用海藻生物肥能增加黄瓜、番茄和辣椒的干物质重和产量。朱昌雄等[8]研究发现,施用有机碳肥能显著增加作物地上部的生物量,增幅为35.6%。殷全玉等[9]的研究表明,高碳基肥配施木霉菌剂能提高烤烟土壤的全氮和速效磷含量。孙延国等[10]的研究表明,施用猛生根海藻肥能显著提高烤烟土壤的碱解氮和速效钾含量。近年来,关于不同生物型肥料在烟草上的应用有一些报道,但是因为不同地区的气候环境和土壤类型不同,所以施肥效果差异也很大。针对豫南烟区烟田存在的土壤质量问题,本研究比较了不同生物型肥料对烟田酶活性、土壤速效养分含量和烤烟养分积累的影响,以期为烤烟生产的科学施肥及改良土壤提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验在河南省泌阳县双庙乡进行。土壤基础理化性状为： pH 5.22,有机质含量为14.4 g/kg,速效氮含量为129 mg/kg,速效磷含量为20.42 mg/kg,速效钾含量为118 mg/kg,氯离子含量为10.9 mg/kg。试验前茬均为烟草,烤烟品种为云烟87。

4种生物型肥料分别为绿色木霉生物菌剂(由河南农业大学提供)、有机碳液肥(由福建绿洲生化有限公司生产)、虾肽健叶水溶肥(由美国花王植物营养集团有限公司生产)、猛生根海藻肥(由北京雷力海洋生物新产业股份有限公司生产)。绿色木霉生物菌剂的孢子含量为0.5亿个/g。有机碳液肥的养分(以碳元素计)含量≥150 g/L。虾肽健叶水溶肥是以虾头为原料,采用生物螯合和酶解技术,提取出多种活性氨基酸、甲壳素、壳聚糖、虾脑磷脂、虾红素等营养成分而制成的液体肥料,其氨基酸含量≥10%。猛生根海藻肥是以从海藻提取出的海藻酸为原料,配以中微量元素而制成的液体肥料,其海藻酸含量≥13%,N+P+K含量≥14%，Cu+Fe+Mn+Zn含量≥4%。

1.2 试验设计

本试验设5个处理： T1，为对照； T2，穴施绿色木霉生物菌剂； T3，穴施有机碳液肥； T4，穴施猛生根海藻肥； T5，穴施虾肽健叶水溶肥。每个处理3次重复,随机区组排列,小区面积为72 m2(4 m×15 m)。

试验在施用相同氮、磷、钾肥料的基础上进行,施纯氮N 60 kg/hm2,N∶P2O5∶K2O=1∶1.5∶3.5,肥料分别为芝麻饼肥、烟草专用肥、过磷酸钙、硫酸钾和硝酸钾,施肥按常规方法进行。不同生物型肥料处理在移栽时穴施灌根方法:绿色木霉生物菌剂、有机碳液肥、猛生根海藻肥和虾肽健叶水溶肥的施用量均为22.5 kg/hm2,稀释倍数均为400倍。常规施肥处理在移栽时,以等量清水浇穴。各处理的其他田间管理措施保持一致。

1.3 测定项目

于烤烟种植前,采集0～20 cm耕层的基础土样,充分混匀后,用四分法保留1 kg。pH值的测定采用pH计法(水、土质量比为2.5∶1),有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法,速效氮含量的测定采用碱解扩散法,速效磷含量的测定采用钼锑抗显色法,速效钾含量的测定采用火焰光度计法[11]。于烤烟旺长期、现蕾期和成熟期,采集土样用于土壤速效养分含量和酶活性的测定；采集植株样，分根、茎和叶，用于全氮和全钾含量的测定。脲酶活性的测定采用苯酚钠-次氯酸钠比色法,磷酸酶活性的测定采用磷酸苯二钠比色法,蔗糖酶活性的测定采用水杨酸比色法,过氧化氢酶活性的测定采用KMnO4滴定法[12]。全氮含量的测定采用浓硫酸消煮法,全钾含量的测定采用火焰光度计法[11]。

1.4 数据分析

采用Excel 2010和DPS软件对试验数据进行统计分析,并进行Duncan氏新复极差多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同生物型肥料对烟株氮素和钾素含量的影响

不同处理的烟株氮含量随着烤烟生育期的推进呈现降低的规律(见表1)。在前两个生育期内,不同生物型肥料处理的根氮含量没有显著性差异。在3个生育期内,T2和T5处理的茎氮含量较T1处理显著提高,增幅分别为14.6%和16.7%；T2、T3和T5处理的叶氮含量显著高于T4处理,但在T2、T3和T5处理间没有显著性差异。

表1 不同处理对烟株氮含量的影响 kg/hm2

如表2所示,不同处理烟株的钾含量随生育期的变化趋势与氮含量的变化趋势是一致的。在3个生育期内,T3处理的根钾含量显著高于T2处理,增幅分别为11.0%、9.4%和14.4%；T2和T5处理的茎钾含量没有显著性差异；T2处理显著高于T4处理,增幅分别为7.2%、12.2%和6.7%。

表2 不同处理对烟株钾含量的影响 kg/hm2

2.2 不同生物型肥料对烟株氮素和钾素积累量的影响

图1显示,植株各部位的氮素积累量随着烤烟生育期推进呈现递增趋势。在3个生育期内，不同生物型肥料处理的叶氮素积累量显著高于对照的,分别增加了0.9～3.3、1.2～6.1和2.8～8.1 kg/hm2,增幅分别为9.2%～40.5%、9.4%～48.7%和16.4%～47.9%。在3个生育期内，T2和T5处理的叶氮素积累量显著高于T3和T4处理。T4和T5处理根的氮素积累量在烤烟关键生育期内没有显著性差异。

钾会影响烟叶的内在及外观质量,有“品质元素”之称。在3个生育期内，T5处理的叶钾素积累量显著高于T3和T4处理,增幅分别为15.2%～21.6%、16.0%～20.5%和13.2%～16.6%(见图2)。在3个生育期内，T5处理与T2和T3处理的茎钾素积累量没有显著性差异。T5处理在前两个生育期内的根钾素积累量显著高于T2、T3和T4处理。

图3表明,不同处理的烤烟均以叶和茎对氮的吸收较多。在3个生育期内,T2、T3和T5处理的地上部氮吸收量均高于T1处理,随着生育期的推进,地上部氮吸收量逐渐增加。

图4显示,T4和T5处理的茎部位钾吸收量低于T1处理,T4和T5处理的叶部位钾吸收量高于T1处理。

2.3 不同生物型肥料对土壤酶活性的影响

由表3可知,不同处理的土壤酶活性随着烤烟生育期的推进呈现降低的规律。不同生物型肥料处理的土壤脲酶活性显著高于对照的。在旺长期，土壤的脲酶活性表现为T5>T4>T2>T3；在后两个生育期内，T5处理的土壤脲酶活性显著高于其它3个处理的。

表3 不同处理对土壤酶活性的影响

不同处理的土壤蛋白酶活性在整个生育期内表现为缓慢下降的趋势；在3个生育期内，T5处理的土壤蛋白酶活性显著高于T4处理的,增幅分别为22.3%、9.9%和23.9%。在前两个生育期内，T4处理的土壤蛋白酶活性显著高于T3处理的。在成熟期，T4处理的土壤蛋白酶活性与T3处理没有显著性差异。

不同处理的土壤蔗糖酶活性在整个生育期内表现为缓慢下降的趋势且变化幅度较小。在3个生育期内，T5处理的土壤蔗糖酶活性与T2和T3处理存在显著性差异,而在T5和T4处理之间,以及T3和T2处理之间均无显著性差异。在旺长期，T5处理的土壤蔗糖酶活性较T2的增幅为8.4%。

随着烤烟生育期的推进,不同处理的土壤磷酸酶活性呈现降低的规律。在3个生育期内，T2处理的土壤磷酸酶活性显著高于T3处理的,增幅分别为19.9%、12.1%和21.5%。在旺长期内，T5处理的土壤磷酸酶活性与T4处理无显著性差异。在后两个生育期内,T5处理的土壤磷酸酶活性与T4处理有显著性差异。

2.4 不同生物型肥料对土壤养分含量的影响

图5A显示：不同处理的土壤速效氮含量随着烤烟生育期的推进呈现下降的规律；在旺长期，T2、T4和T5处理的土壤速效氮含量显著高于T3处理的,增幅分别为9.8%、7.4%和12.3%；在后两个生育期内，在不同生物型肥料处理间土壤速效氮含量没有显著性差异。

图5B显示：在前两个生育期内，T4和T5处理的土壤速效磷含量与T2处理有显著性差异,但在T2和T3处理间没有显著性差异；在成熟期内,T2、T3、T4和T5处理的土壤速效磷含量显著高于对照的,增幅分别为13.1%、18.3%、13.6%和23.3%,但在不同生物型肥料处理间没有显著性差异。

由图5C可知：不同处理的土壤速效钾含量随着烤烟生育期的推进呈现下降的趋势；在3个生育期内，在T2、T3、T4和T5处理间土壤速效钾含量没有显著性差异且变化幅度较小。

3 结论与讨论

土壤酶绝大部分来源于土壤微生物,少部分来源于土壤动、植物残体分解[13]。土壤脲酶、土壤蔗糖酶和土壤磷酸酶活性的高低能反映出土壤氮和磷养分转化能力的强弱[12,14,15]。本试验结果表明：不同处理的土壤脲酶活性和土壤速效氮含量随着烤烟生育期的推进都呈现下降的趋势；在整个生育期内，虾肽健叶水溶肥处理的土壤脲酶活性显著高于有机液碳处理的,虾肽健叶水溶肥处理的土壤速效氮含量高于有机液碳处理的,这可能是由于有机液碳含有较少的有机养分,而虾肽健叶水溶肥含有多种活性氨基酸、甲壳素、壳聚糖、虾脑磷脂、虾红素等有机养分,可以为土壤微生物提供营养和良好的环境,提升土壤酶的活性。土壤磷酸酶活性与土壤有机磷养分转化之间呈现一定的相关性[14,16]。本试验研究表明：不同生物型肥料处理的土壤磷酸酶活性显著高于对照的；不同生物型肥料处理的土壤速效磷含量高于对照的。

烤烟氮素积累量是指烤烟干物质量与氮素含量的乘积,也是衡量烟株氮素营养丰缺程度的指标。有学者的研究[17,18]表明,施用有机碳液肥后烤烟干物质重在成熟期显著提高9.4%～28.6%。孙延国等[10]的研究表明,虾肽健叶水溶肥处理的烟叶全氮含量与猛生根海藻肥处理没有显著性差异。本试验发现：在3个生育期内，绿色木霉处理的烟叶氮含量和钾含量均显著高于猛生根海藻肥处理的；随着烤烟生育期的推进,不同生物型肥料处理的叶氮素积累量逐渐增加且显著高于对照的。这可能是由于不同生物型肥料在被施入后,一方面为烟株的生长提供充足的营养,促进烤烟干物质的积累，另一方面土温随着气温升高而逐渐升高,酶活性增强,刺激了土壤养分的转化[19,20]。在后两个生育期内，绿色木霉处理的烟叶钾素积累量显著高于猛生根海藻肥和有机液碳处理的。这可能是因为施用绿色木霉菌剂有利于提高烟叶的光合速率,从而促进钾素的积累[21,22],进而提高烤烟产量。在整个生育期内不同处理的叶和茎钾素积累量分配比例分别在50%～56%和28%～35%,这与李亮的研究结果“烟叶钾占全株的43.17%～69.78%,烟茎钾占全株的23.12%～40.99%”是一致的[23]。

本试验穴施不同生物型肥料能提高烤烟的养分积累量、土壤磷酸酶活性和土壤速效磷含量。穴施不同生物型肥料的效果表现为：绿色木霉生物菌剂>虾肽健叶水溶肥>有机碳液肥。