不同绿肥品种部分替代化肥对烟叶质量及土壤肥力的影响

程培军，郝浩浩，张 翔，李 亮，司贤宗，索炎炎，吴俊林

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.驻马店市烟草公司，河南驻马店463000）

烟叶是我国主要的经济作物之一，河南烤烟常年种植面积 8.41 万 hm2，2019 年总产达 22.1 万 t，占全国烤烟面积、总产比例分别达到8.7%和10.9%[1]。植烟中长期单施或过量施用化肥而忽视了有机肥的配合施用，导致土壤板结、有机质减少、烟叶品质下降等一系列问题[2-3]。绿肥作为一种重要的有机肥料，其掩青后在培肥土壤、增产等方面起着积极作用[4-5]。PIOTROWSKA 等[6]研究发现，绿肥掩青能显著提高土壤硝酸还原酶和酸性磷酸酶活性。关于绿肥掩青在烟叶上的施用效果，前人研究发现[7-8]，绿肥掩青能增加土壤田间持水量、总孔隙度、土壤通气度及土壤水稳性团聚体含量，并增加微生物多样性指数；田峰等[9]研究认为，连续绿肥翻压后提高了土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾等养分含量；禚其翠等[10]研究表明，绿肥掩青能提高了烟叶产量和产值；光叶紫花苕子绿肥部分替代化肥后提高了烤烟品质[11]。但关于不同绿肥品种部分替代化肥对烤烟质量及土壤肥力影响的研究尚未见报道。

本研究通过田间试验，研究不同绿肥品种（油菜、大麦、黑麦草、毛苕子）部分替代化肥对烟叶产量、质量及土壤肥力的影响，以期为土壤培肥和烟叶品质提高提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年在泌阳县盘古乡小岗村开展，试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。供试土壤基础肥力为：pH 值5.78，有机质13.4 g/kg，全氮0.91 g/kg，全磷 0.36 g/kg，全钾 16.8 g/kg，阳离子交换量9.7 cmol/kg，碱解氮85 mg/kg，有效磷18.0 mg/kg，速效钾126 mg/kg。前茬作物均为烟草。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为云烟87；供试肥料为烟草专用肥（10∶12∶18）、硝酸钾（K2O 44.5%）、硫酸钾（K2O 50%）。

1.3 试验设计

试验共设5 个处理，分别为不种植绿肥的冬闲处理（对照）和种植油菜、大麦、黑麦草和毛苕子4 个绿肥品种。试验采取大区对比，不设重复，每个处理占地面积0.12 hm2。每年9 月中旬烤烟收获后拔除烟秆和杂草，地块翻耕后用条播方式播种绿肥。油菜、大麦、黑麦草和毛苕子播种量分别为7.5、135、135、75 kg/hm2，3 月 7 日绿肥掩青，掩青时干生物量分别为 2 750、6 120、3 770、1 710 kg/hm2。对照处理氮、磷和钾用量分别为 60、90、210 kg/hm2，绿肥处理氮、磷和钾用量比对照处理减少10%。4 月7 日移栽，8 月26 日采烤结束。其他各项田间生产管理统一按当地规范化措施进行。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤养分测定 于烤烟生长生育期（圆顶期，移栽后60 d；成熟期，移栽后90 d；采烤结束，移栽后140 d）采集不同处理烟垄上2 株烟正中位置0~20 cm 土层3 个重复的土壤样品，所有样品均为多点混合，用四分法留存1 kg 装入无菌自封袋带回实验室，风干、去杂、细化土壤，用于有机质、总氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量的测定[12]。

1.4.2 经济性状测定 各小区单独计产，并根据烤烟国标对烤后烟叶进行分级，确定烤烟的产值、均价、上等烟比例及中上等烟比例[13]。

1.4.3 烤后烟叶化学成分测定 总糖采用蒽酮比色法测定，还原糖采用DNS 比色法测定，烟碱采用提取脱色法测定，总氮采用凯氏定氮法测定，钾采用火焰光度法测定，氯采用莫尔法测定[14]。

1.4.4 烤烟物理性状测定 根据郑州烟草研究院烟叶物理特性研究方法测定叶长、叶宽、叶质量、抗拉强度、厚度、含梗率和单叶质量。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 和SPSS 22.0 软件对试验数据进行统计分析，并进行Duncan 新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同绿肥处理对烟叶经济性状的影响

从表1 可以看出，不同绿肥处理较对照烟叶增产105～195 kg/hm2，增幅为5.0%～9.2%；与对照相比，油菜、大麦、黑麦草处理产值显著提高，增幅分别为7.6%、13.3%、12.1%，表明绿肥掩青后有利于提高烤烟产值，对烤烟经济效益有积极的促进作用；不同处理间均价差异不显著，黑麦草处理最高，大麦处理次之；与对照相比，油菜处理上等烟比例显著性提高，增幅为8.0%，不同绿肥处理间上等烟比例差异不显著。综上，大麦处理最优，黑麦草、油菜处理次之。

表1 不同绿肥处理对烟叶经济性状的影响

2.2 不同绿肥处理对烟叶内在化学成分的影响

烟叶化学成分是指烟叶内有机物和无机物的含量及其之间的比例关系，是衡量烟叶品质的重要参数。与对照相比，不同绿肥处理总糖、还原糖和总氮均有显著增加；不同绿肥处理烟叶氮碱比在0.8%左右，钾氯比≥2.34，还原糖与总糖的比值≥1.05（表2）。黑麦草处理的总糖、还原糖、糖碱比、钾氯比均显著高于大麦处理；大麦处理的总糖、还原糖、总氮、烟碱、两糖比、糖碱比和氮碱比在适宜范围内，且较对照烟叶烟碱显著提高10.2%，表明大麦绿肥掩青后能促使烤后烟叶化学品质更加协调。

表2 不同绿肥处理对烟叶内在化学成分的影响

2.3 不同绿肥处理对烟叶物理性状的影响

烤烟物理性状与烟叶品种和等级相关，是反映烟叶产质量的重要指标，其中，叶长、叶宽和单叶质量是表征烟叶产量的重要因子。由表3 可知，与对照相比，各绿肥处理烤后烟叶叶长、叶宽和单叶质量分别增加 3.32～5.95、0.93～3.20 cm 和 1.70～3.40 g，增幅分别为5.8%～10.3%、4.0%～13.9%和13.9%～27.9%；黑麦草处理抗拉强度显著大麦和毛苕子处理；油菜处理厚度显著高于大麦和黑麦草处理；叶质量是衡量单位面积烟叶质量的指标，各绿肥处理叶质量较对照显著增加16.6%～37.0%，不同绿肥处理表现为毛苕子＞油菜＞大麦＞黑麦草。

表3 不同绿肥处理对烟叶物理性状的影响

2.4 不同绿肥处理对生育期土壤养分变化的影响

由表4 可知，随烟叶生育期推进，各处理土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量呈一直降低的趋势；而土壤碱解氮含量呈现一直增加的趋势，在采烤结束时达到峰值，不同绿肥处理的碱解氮较对照增加，增幅为5.5%～24.8%。在3 个生育期内，大麦处理土壤全磷含量显著高于毛苕子处理，增幅分别为26.8%、19.5%、18.4%；不同绿肥处理土壤全钾差异不显著，在15.2%左右且变化浮动较小。

表4 不同绿肥处理对生育期土壤养分变化的影响

由表4 可知，移栽后60、90 d，黑麦草处理土壤有效磷和土壤全氮含量显著高于油菜、大麦和毛苕子处理；采烤结束，油菜、大麦和黑麦草处理土壤全氮高于毛苕子处理，增幅分别为12.3%、9.6%和17.8%。移栽后90 d，土壤有机质含量为黑麦草显著高于油菜、大麦和毛苕子，且各绿肥处理较对照分别显著增加12.7%、15.6%、26.1%和10.0%。移栽后90 d 和采烤结束，不同绿肥处理速效钾含量显著高于对照。综上，绿肥掩青后显著提高土壤有机质、全氮、全钾和碱解氮含量，以黑麦草最优，大麦次之。

2.5 不同绿肥处理下土壤养分与烟叶产量、化学成分和物理性状的相关性分析

不同绿肥处理下土壤养分与烟叶产量、化学成分及物理性状的相关性分析如表5 所示。

量产**70 0.6*34 0.6*17 0.5**07 0.8**18 0.8**59 0.6*57 0.5**53 0.7*27 0.6**36 0.8**78 0.6**61 0.8**65 0.7**21 0.8*97 0.5*49 0.7 1钾效速**6.89 0*4.58 0*8.58 0**5.80 0*5.60 0**6.92 0**1.91 0**8.93 0**9.84 0**6.87 0 1磷效有**9.76 0*9.51 0**6.70 0**8.79 0**2.86 0**5.84 0 1氮解碱**84 0.6*57 0.5*07 0.6*61 0.5**44 0.6**41 0.8 1钾全*40 0.5*49 0.5*24 0.6 1磷全**3.79 0*0.55 0**2.85 0*3.58 0*4.57 0*7.55 0**2.74 0*6.60 0-**5.82 0**3.75 0 1氮全*8*.90 0*50 0.5*5*.82 0*84 0.5*3*.91 0*37 0.5-*4*.91 0 1析分性关相的状质机有 度厚**45 0.8*29 0.5**0.783**0.855**59 0.6**0.674**61 0.6**0.700**94 0.7**0.770*89 0.5**0.667**92 0.8*0.572**0.8721 1性理物及分成学量质叶 率梗含**9.76 0-**5.94 0**6.98 0*5.51 0-**7.68 0**7.76 0-*0.62 0*1.53 0-**6.71 0-*5.54 0-*9.59 0-1 1化、量产叶量质叶单**8.94 0*7.62 0**5.77 0**1.90 0**4.81 0 1烟与分养度强拉抗**41 0.8**3.64 0-**08 0.7**12 0.8**20 0.7 1壤土5表宽叶 长叶**40 0.8**5.64 0*31 0.6*23 0.5*54 0.5**7.66 0**66 0.6 1 1。著显极异差平氯 钾化氧 碱烟**25 0.7**82 0.6**40 0.9**87 0.6 1 1 1.01 水0＜P示表*；*著显氮总1异差平糖 1原还糖 1总糖 糖指标 总 原还氮 烟碱总钾氯叶长 叶化宽氧度强拉抗量质叶单率梗含量质叶度厚质机有氮 全钾全磷 全氮解碱磷效有钾效速量产水0.05＜P示表:*注

从表5 可以看出，烤烟总糖与氧化钾、叶长、叶宽、抗拉强度、单叶质量、含梗率、有机质、土壤全氮、速效钾、产量呈极显著相关性，与厚度呈显著相关性；烤烟还原糖与抗拉强度呈显著相关性；烤烟总氮与烟碱、氧化钾、叶质量、厚度、土壤碱解氮呈极显著相关性，与叶宽、产量呈显著相关性；烤烟烟碱与氧化钾、叶质重、厚度呈极显著相关性，与叶宽、含梗率、碱解氮、产量呈显著相关性；烤烟氧化钾与叶长、抗拉强度、含梗率、叶质量、厚度、有机质、产量呈极显著相关性，与叶宽、单叶质量、土壤全氮、碱解氮、有效磷、速效钾呈显著相关性；叶长与单叶质量、厚度、有机质、产量呈极显著相关性，与全磷、全钾、速效钾呈著相关性；叶宽与单叶质量、厚度、全氮、速效钾、产量呈极显著相关性，与含梗率、叶质重、全磷呈显著相关性；单叶质量与全氮、全磷、速效钾、产量呈极显著相关性，与厚度呈显著相关性；有机质、全氮、全磷、全钾与产量呈极显著相关性，有效磷、速效钾与产量呈显著相关性。综上，土壤有机质、全氮、速效钾与烟叶产量、化学成分和物理性状密切相关。

2.6 不同绿肥处理下土壤养分有效性分析

由表5 可知，土壤养分与产量相关性系数大小为全磷（0.861）＞有机质（0.836）＞碱解氮（0.821）＞全钾（0.765）＞速效钾（0.749）＞全氮（0.678）＞有效磷（0.597）。一般而言，土壤养分与产量相关性可说明其有效性，而要判断各土壤养分对产量贡献的大小，需要通过土壤养分与产量的通径分析来评价土壤养分各组分对产量的综合贡献。将土壤养分与产量通径分析可知，通径系数绝对值大小为全磷（1.106）＞有效磷（-0.604）＞全钾（0.593）＞全氮（0.352）＞有机质（-0.274）＞碱解氮（-0.183）＞速效钾（0.101），直接通径系数绝对值越大，说明土壤养分对产量的直接影响越大，而虽然有机质、碱解氮与产量有极显著性相关，但其通径系数很低，说明这些土壤养分对产量的影响为间接作用。通过回归分析组建产量与土壤养分含量的线性回归，方程为y＝928.66＋1 835.92x1＋44.80x2－5.70x3（R2＝0.956*）（y为产量，x1为全磷，x2为全钾，x3为有效磷）。

3 结论与讨论

绿肥掩青不仅能提高土壤微生物和酶活性，还可提高土壤养分含量，而绿肥种类，绿肥翻压量及绿肥种植模式等产生的影响存在一定的差异[15-18]。前人研究表明，多年种植绿肥是增加土壤有机碳的重要措施，平均年固氮速率为0.32 mg/（hm2·a）[19]。胡晓珊等[20]研究发现，绿肥翻压较对照处理可溶性有机碳增加了11.1%。李集勤等[17]研究表明，黑麦草、毛苕子处理有机质和速效磷含量均低于对照。本试验中，移栽后60 d，黑麦草处理较油菜、毛苕子处理有机质含量分别显著增加了16.4%和22.7%，土壤全氮含量大小表现为黑麦草处理＞油菜处理＞大麦处理＞毛苕子处理，与谭英爱等[21]研究结果不同，可能与毛苕子掩青时干生物量小于黑麦草生物量有关。土壤全氮可反映出氮素储备情况，而土壤碱解氮（铵态氮、硝态氮和易水解的有机态氮）是作物最容易吸收利用的氮素形态，直接反映土壤的供氮特征。潘福霞等[18]研究发现，绿肥掩青后硝态氮呈现“缓慢上升—迅速上升—平稳”的变化趋势。本试验中，大麦、毛苕子处理的土壤碱解氮呈现缓慢上升的趋势，而油菜、黑麦草处理的土壤碱解氮呈现先降低后上升的趋势，说明不同绿肥掩青后提供速效养分及培肥效果存在差异。

绿肥掩青会对烤烟产量、主要经济性状以及化学成分产生较大影响[22-23]。前人研究表明[11，24]，绿肥配施化肥可改善烤烟叶长、叶宽和叶片数等农艺性状，促进烟叶生长，继而提高烟叶产量。本试验中，大麦、黑麦草处理较对照分别增产9.2%和7.3%，表明减施10%化肥绿肥掩青与对照相对达到增产效果；烟叶产量与土壤有机质、全氮、全磷、全钾和碱解氮含量呈极显著相关性；经通径分析和逐步回归分析表明，绿肥掩青后提高了土壤全磷、全钾和有效磷等化学养分，这与前人研究结果相一致[25-26]。烤烟的化学成分和物理性状是表征烟叶质量的重要指标[27]。刘智炫等[28]研究认为，烟叶化学成分与物理性状之间存在显著相关，总糖与叶长、叶宽呈正相关，与单叶质量呈负相关。叶片厚度与总糖、还原糖、钾呈弱相关，与烟碱，总氮呈中度相关[29]。本试验认为，烤烟总糖与叶长、叶宽、抗拉强度等呈极显著相关；烤烟烟碱与氧化钾、叶质量、厚度呈极显著相关。表明绿肥掩青后烤烟的化学成分与物理特性有良好的相关性。有研究表明[16]，减少30%常规施肥量时翻压22 500 kg/hm2光叶紫花苕子处理烟叶产量表现最好。本试验中，大麦处理烟叶产量最高、黑麦草处理次之，但绿肥掩青时生物量不同，加之绿肥养分含量也不同，是否可以通过控制绿肥掩青生物量及减少化肥投入比例来提高烟叶质量，这有待进一步研究。

综上所述，不同绿肥掩青后均能提高土壤中氮、磷和钾等含量，以大麦处理烟叶产量最高，黑麦草和油菜次之。烟叶产量与土壤养分回归方程为y＝928.66＋1 835.92x1＋44.80x2－5.70x3（R2＝0.956*）（y为产量，x1为全磷，x2为全钾，x3为有效磷）。