有机肥和品种互作对土壤微生物群落及雪茄烟叶生长和产量的影响

李 虹，高华军，吕洪坤，林北森

（中国烟草总公司海南省公司海口雪茄研究所，海南海口 571100）

0 引言

【研究意义】雪茄为使用纯天然3种不同类型（茄芯、茄套和茄衣）高品质烟叶卷制成的具有独特风味和香气、高价值的日常消费品（Fröhlich，2015；Montano，2020）。茄芯使用香气浓郁的上部烟叶，茄套使用拉伸良好、能恰当包裹茄芯的中大叶烟叶，而茄衣必须使用颜色均匀、叶脉细小和柔韧光滑的大叶烟片才能赋予雪茄完美的外观和结构稳定性。目前世界上仅有少数国家和地区（如古巴维纳莱斯山谷、印度尼西亚苏门答腊岛、美国康涅狄格河谷等）具有温和的气候及肥沃的山地红壤、火山黑土或河谷沙壤，以生长优良品种及生产质地良好和赋有香气的高品质雪茄烟叶著称于世（Wikle，2005；Djajadi，2015；Bailey and Pearce，2020）。近年来，国产雪茄发展趋向火热，但国产雪茄烟叶质量较差，存在叶片小而厚、叶脉粗、缺少香气、燃烧灰黑等问题，造成国内雪茄烟叶的需求长期以来主要依赖进口，因此急需提高国产雪茄烟叶品质（时向东等，2010；周迪等，2020）。影响雪茄烟叶品质的主要因素为土壤和气候环境（Hermiyanto et al.，2016；Wardhono et al.，2019；Montano，2020），其次是品种和栽培管理技术（Wikle，2005；Bailey and Pearce，2020）。目前国内雪茄研究的重点为品种（时向东等，2010；周迪等，2020），而对重要的土壤生物性质（如微生物区系）和化学性质（如有机质含量）对雪茄烟叶生长和品质影响的研究甚少。研究表明，有机肥具有改良土壤微生物环境和增强土壤微生物功能多样性的作用（Kong et al.，2011；李虹等，2017；聂庆凯等，2020）。因此，分析有机肥的利用对土壤微生物群落和数量变化的影响，筛选对有机肥响应度较高的雪茄烟叶品种，并揭示有机肥和不同品种在雪茄烟叶生长过程中的互作关系，对通过优化雪茄植烟土壤管理和优良烟叶品种配套利用来促进国产雪茄的生产具有重要意义。【前人研究进展】雪茄烟叶需要优化土壤肥力管理并结合利用优势品种才能促使烟叶生长良好，使之物理和化学品质达适宜手工卷制优质雪茄的标准（Wikle，2005；Wardhono et al.，2019）。土壤有机肥对土壤微生物区系和肥力性质及作物生长等发挥重要作用（王世强等，2011；樊小林和李进，2014；李虹等，2017；张明宇等，2020），土壤有机质含量愈高，雪茄烟叶品质愈好、香气量愈足（Fröhlich，2015）。土壤有机质含量和pH条件对雪茄烟叶产量和品质的影响表现在叶片大小、叶面积、颜色、质地、油分和风味等重要的物理和化学品质特征方面（王惠方等，2015；陈勇等，2017；Montano，2020）。吴创等（2018）研究表明，在四川烟区施用酒糟有机肥可显著提高雪茄烟叶的单叶重、香气量和燃烧性。Bailey和Pearce（2020）研究指出，在美国东北部康涅狄格河谷，土壤有机质含量提高可促进烟叶伸长变宽，显著提升雪茄茄衣烟叶产量及油分含量。近年国内研究发现，施用有机肥尤其是大田前期配施高碳基肥处理可提高土壤有机质含量和烤烟产量（聂庆凯等，2020），而在施用化肥的基础上配施有机肥有利于提高烤烟根际土壤功能性细菌群落的相对丰度（刘魁等，2021）。目前，在雪茄烟叶栽培方面，我国四川、云南、湖北、海南等产区利用古巴、美国、印度尼西亚等优势雪茄烟叶品种开展了包括品种生理生态特征（时向东等，2010；李爱军等，2013；周迪等，2020）、育苗技术（高华军等，2020）、移栽期（孙延国等，2019）、施肥技术（王惠方等，2015；陈勇等，2017；吴创等，2018）等研究，但未见雪茄烟田施用有机肥和品种互作对土壤微生物及烟叶生长、产量影响的相关报道。【本研究切入点】热带和亚热带地区主要耕作土壤是红壤，酸度高，高温和频繁降雨引起土壤有机质快速分解和淋溶，导致有机质贫乏，无机营养元素淋失（王世强等，2011；王慧方等，2015；李虹等，2017），影响土壤微生物区系并诱发土著真菌病害（樊小林和李进，2014；李虹等，2017）。然而，现有雪茄植烟土壤管理信息依然局限于化肥营养类型及施用方式（时向东等，2010）、氮肥基追比例（王惠方等，2015）、水溶肥施用（陈勇等，2017）及有机肥类型（吴创等，2018）等。而土壤有机质和微生物区系等关键因素对雪茄烟叶生长和品质的影响依然未知，土壤有机肥的利用效益及雪茄烟叶品种对有机肥响应度等方面的信息依然缺乏。【拟解决的关键问题】分析有机肥施用对海南雪茄烟叶产区红壤微生物区系的影响，揭示有机肥和烟叶品种互作对雪茄烟叶生长及其产量的影响，为改善国内雪茄植烟土壤管理及提高雪茄烟叶产量和品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用雪茄烟叶品种为古巴品种KS01和KS02，由海南省烟草公司提供。有机肥中有机质含量45%，主要营养氮磷钾及中微量元素总含量5%，有益活性菌总含量3×10CFU/g（广东传丰复合肥厂有限公司）；化肥为硝酸钾（KNO，13-0-46，四川省什邡市农科化工有限公司）和钙镁磷肥［Ca（PO4），0-16-0，贵州省福泉磷肥厂］。钙镁磷肥是碱性肥料，其中化学成分含量PO16%，CaO 45%，SiO20%，MgO 12%。石灰为农业种植生石灰（主要成分为CaO和MgO），作为土壤酸度调理剂。

1.2 试验方法

试验于2019—2020年在海南省儋州市宝岛新村雪茄烟叶栽培试验区进行。试验地土壤为海南典型代表性红壤，土层深，壤质，呈强酸性（pH 5.2），有机质平均含量2.1%。试验前期作物为葫芦科（Cucurbitaceae）南瓜（L.）。

试验采用二因素完全方案设计。设有机肥（C）和品种（V）2个处理，其中有机肥（C）处理包括常规用量1500 kg/ha（C）和高施用量2250 kg/ha（C）；品种（V）处理为KS01（V）和KS02（V）。试验处理随机区组排列，小区面积60 m（15 m×4 m），4次重复。

试验采用托盘育苗。2019年10月中旬开始在温室播种育苗，整个育苗期实施严格的卫生消毒预防方案，保证烟苗健康无病。大田移栽烟苗前1周，试验小区一次性施放土壤调理剂生石灰1500 kg/ha。移栽前2 d一次性施放有机肥，拌土均匀至土层10 cm。试验地起垄行距1.1 m，使用黑白双色塑料薄膜覆盖。烟苗移栽密度21000株/ha。试验地不遮荫，施肥比例为N∶PO∶KO=1.0∶1.2∶3.5，其中N肥用量180 kg/ha。依据N∶KO比例及硝酸钾营养元素含量，合计KNO使用量1385 kg/ha，其中含KO 637 kg/ha。依据N：PO比例及钙镁磷肥中的PO含量，钙镁磷肥用量为1350 kg/ha。实施水肥一体化滴灌，病虫害防控以理化诱控和生物真菌剂防控为主。开花后手工打顶，每株烟留14～16片叶。叶片成熟收获分下部叶、中部叶、上部叶3次采摘，间隔5 d。每次采摘当天开始晾制，晾房自然通风，人工调控温湿度，晾制阶段持续40～45 d。

1.3 测定项目及方法

每小区的土壤微生物群落采样点与烟叶生长测定点（GPS定点）一致，每小区交叉3点采样，间隔3 m。土壤采集时间为2020年2月，根系区域采土深度为25 cm。采样时先铲去表土，将干净的鲜土装入无菌塑料袋，置于保鲜箱并及时运回中国热带农业科学院土壤无菌室进行微生物分析测定。鲜土可培养微生物（细菌、真菌、放线菌群落）测定采用常规平板群落计数法（王世强等，2011；李虹等，2017）。剩余土壤自然风干，过2 mm筛，保存，采用酸度计测定土壤pH（土∶水=1∶1）（李虹等，2017）。

在打顶后烟叶成熟期，使用CCM-200叶绿素测量计（美国Opti-Sciences）测定烟叶叶绿素含量（SPAD值）。在同一天上午10：00前完成所有叶绿素含量测定。烟叶长度和宽度变化在同样的生长期使用卷尺测定，计算叶面积（S）。S=0.653×L×W（Moustakas and Ntzanis，1998），式中，L为实测叶片长度，W为实测叶片宽度。烟叶生物量以成熟烟叶采摘收获时的鲜重计算，烟叶产量变化以晾制过程完成后烟叶干重的实际测定值表示。

1.4 统计分析

试验数据采用SAS 2019进行统计分析，采用Excel 2013绘图。

2 结果与分析

2.1 雪茄烟叶生长期土壤可培养微生物群落变化

由图1可看出，在雪茄烟叶生长期间，与常规用量（C）处理相比，有机肥高施用量（C）处理土壤微生物细菌和放线菌群落数量显著升高（＜0.05，下同），土壤真菌群落数量显著降低。其中，细菌群落为雪茄植烟红壤中的绝对优势微生物群落，放线菌次之，真菌群落为土壤弱势微生物群落。细菌群落数量平均值为8.25×10CFU/g，变化区间较大，为1.28×10～15.1×10CFU/g，有机肥高施用量（C）处理的植烟土壤中细菌群落数量较常规用量（C）处理显著提高38.9%；可培养放线菌群落数量平均值为1.42×10CFU/g，变化区间居中，为3.49×10～1.63×10CFU/g ，有机肥高施用量（C）处理的土壤中放线菌群落数量较常规用量（C）处理显著提高32.0%；可培养真菌群落数量平均值为1.18×10CFU/g，变化区间较小，为1.67×10～2.32×10CFU/g，有机肥高施用量（C）处理的真菌群落数量较常规用量（C）处理显著降低53.6%。

2.2 有机肥和品种互作对雪茄烟叶SPAD值的影响

由图2可看出，雪茄烟叶SPAD值受生长空间的影响，在同一测定时间，同一有机肥处理中不同品种（V和V）植株从下到上分布的烟叶中，烟叶SPAD值呈相似的规律性变化，即顶部叶＞上部叶＞中部叶＞下部叶。对于同一部位烟叶，均以V×C互作处理的SPAD值最高，表明有机肥高施用量（C）处理可显著促进V品种叶绿素的合成，尤其是获取光照较多的顶部叶和上部叶。

2.3 有机肥和品种互作对雪茄烟叶生长及叶面积的影响

烟叶长度（L）和宽度（W）是雪茄烟叶重要的物理质量指标，通常烟叶长度和宽度值越大，烟叶价值越高，雪茄烟叶中价值最高的茄衣叶片宽度至少要达22 cm（Bailey and Pearce，2020）。由图3可看出，在烟叶成熟采收时，V品种烟叶伸长对有机肥施用量响应度较高，其所有部位的叶片长度在成熟期比打顶期明显变长，而V品种叶片长度在有机肥处理间无明显差异。烟叶长度变化趋势均受生长空间影响，除V品种成熟期有机肥高施用量（C）处理中部叶最长（71 cm）外，2个品种叶片长度的整体变化趋势表现为下部叶＞中部叶＞上部叶。

由图4可看出，V和V品种各部位烟叶宽度的变化趋势与长度变化趋势相似，在成熟期V品种对有机肥处理的响应度较高，烟叶较打顶期明显变宽，而V品种的烟叶宽度在成熟期内变化不大。受生长空间和有机肥施用量的影响，叶片宽度的变化趋势表现为下部叶＞中部叶＞上部叶。

由图5可看出，成熟期烟叶叶面积（均值1830 cm）大于打顶期叶面积（均值1620 cm）。有机肥高施用量（C）处理有效地促进烟叶在成熟期的伸长和变宽，其中V品种高施用量（C）处理的烟叶长度最长（图3-A）、宽度最宽（图4-A），均高于长度平均值（52 cm）和宽度平均值（38 cm），因此叶面积也最大。叶面积变化趋势均表现为下部叶＞中部叶＞上部叶。

2.4 有机肥与品种互用对雪茄烟叶生物量和晾制后干物质产量的影响

由图6-A可看出，雪茄烟叶成熟采摘后的鲜重变化区间为6415～9015 kg/ha，其中中部叶鲜重变化区间最大（7485～9015 kg/ha），而上部叶和下部叶鲜重变化区间相似。各部位间平均鲜重表现为中部叶（8276 kg/ha）＞上部叶（6919 kg/ha）＞下部叶（6660 kg/ha）。

烟叶品种和有机肥处理的互作主要表现在V×C和V×C处理组合对中部叶生物量的影响，在有机肥高施用量（C）条件下，2个品种的中部叶鲜重均较高，其中以V的响应度较高，V×C处理组合的烟叶总鲜重最高（23265 kg/ha），其次是V×C处理组合（22380 kg/ha）。

由图6-B可看出，在晾制完成之后，各部位干物质重量变化区间为708～1005 kg/ha，所有烟叶累计平均产量为2415 kg/ha。V和V品种各部位烟叶干物质重量差异最大均是中部叶（855～1005 kg/ha），中部叶平均干物质重量为915 kg/ha，分别比上部叶和下部叶高19.3%和23.9%。上部叶干物质重量比下部叶稍高，但差异不显著（＞0.05）。烟叶品种和有机肥处理的互作主要表现在V×C和V×C处理组合对中部叶干物质累积的影响。在有机肥高施用量（C）条件下，2个品种的中部叶干物质重量均升高，V品种2个有机肥用量处理的中部叶干物质重量差异显著。

3 讨论

雪茄烟草是高价值的叶用经济作物，生产中需要优良的土壤和栽培条件。本研究综合采取了一系列科学措施，包括利用与烟草不同科属的前作作物、土壤酸性改良（石灰和钙镁磷肥统一使用量）、健康育苗和统一主要营养用量等方法，保证了有机肥和品种的互作不受其他因素干扰，获得了有机肥和优良雪茄烟叶品种配套利用的新认识：首先揭示了土壤有机肥在优化雪茄烟叶生长期土壤微生物区系的同时，促进了响应度大的烟叶品种的生理生长；其次是利用有机肥优化雪茄植烟土壤管理可行性的前提是至少较常规有机肥使用量提高50%，常规有机肥使用量在高度利用的耕作系统里已体现不出潜在效益；最后是提供了有机肥优化雪茄植烟土壤管理必须与优良雪茄烟叶品种相配套的应用方法。鉴于目前尚无其他相关报道，在已知的肥料类型和施放时间（时向东等，2010）、氮肥基追比例（王慧方等，2015）、水溶肥（陈勇等，2017）等因素对雪茄烟叶生长和品质影响效益的基础上，本研究从有机肥对雪茄植烟土壤微生物区系改良及同步优化雪茄烟叶生理生长这一层面对提高土壤有机质管理提供了更新和更深的定量参考价值。

本研究表明，在雪茄烟叶生长季节，有机肥高施用量促进细菌群落发展为红壤中微生物绝对优势群落，放线菌发展为次要优势群落，而真菌群落数量则有所降低。这意味着促使细菌和放线菌群落繁殖速度加快能抑制真菌群落数量。微生物群落数量在玉米（侯晓杰等，2007）、茶叶（王世强等，2011）及香蕉（李虹等，2017）种植土壤中也随土壤酸碱度变化呈类似演变，包括降低了土居真菌病害（香蕉枯萎病）发生率（樊小林和李进，2014；李虹等，2017）。土壤细菌和放线菌促进氮碳循环，提高养分利用，土壤真菌能分解土壤物质，许多土壤真菌是重要的植物病原菌。本研究结果表明当土壤细菌和放线菌群落成为优势群落时，可改善植烟土壤的微生物环境，促进雪茄烟叶生长，提升烟叶的物理和化学品质。

叶绿素是重要的光合色素，叶绿素含量越高烟叶光合作用生成产物越多。本研究发现，在有机肥高施用量条件下，不但微生物细菌群落数量有所提升，烟叶叶绿素SPAD值也较常规用量处理升高，光合产物使烟叶叶面积更大，烟叶鲜重和干物质重量也明显增加。该结果进一步揭示了土壤微生物区系改善之后如何促进作物生长并提高产量。品种之间在烟叶伸长和变宽方面存在差异，尤其是V品种的中部叶。中部叶光照适中，产生的叶绿素和光合物质比下部叶多，因此中部叶叶面积较大、产量较高。烟叶生长位置对雪茄烟叶品质和物质输导累积的影响尤其重要，如重要的生物碱（尼古丁）从根部输导转移到各部位烟叶储存累积（Dewey and Xie，2013；Kajikawa et al.，2017），上部叶获得的阳光较多，物质储存较集中，从而具有较浓郁的烟味和香气，是制作茄芯中心的材料（Montano，2020）。本研究在优选雪茄烟叶品种过程中发现烟叶分布位置影响叶绿素合成，正因为顶部叶和上部叶获取较多光照量才促进了叶绿素合成。这些叶片叶绿素含量高表明其光合产物高含量，所以其鲜重和干物质产量甚至比生长期较长的下部叶还稍高一些。

有机肥和品种处理互作主要体现在V×C处理组合上，有机肥高施用量显著促进了V烟叶化学和物理特征的差异性。不同品种的雪茄烟叶呼吸能力、光合作用和营养吸收能力不同，研究结果显示V品种对有机肥施用量的响应度更高。因此，利用有机肥的土壤改良及筛选对有机肥施放响应度较高的雪茄品种的配套管理具有提升国内雪茄烟叶生产的潜力。

本研究中有机肥和品种处理尚存在优化和细化的空间，检测项目也有局限性。今后的研究中，可在本研究基础上，进一步增加品种数量并细化有机肥施用量，以检验雪茄烟叶光合作用速率、氮磷钾主要营养吸收、烟碱累积量等项目，将有益于更深入解释利用有机肥优化雪茄植烟土壤与不同品种烟叶生长和产质的因果关系。

4 结论

增施有机肥可改善雪茄植烟土壤的微生物群落结构，促使土壤细菌群落发展为绝对优势的微生物群落，放线菌群落成为次优势微生物群落，从而有效抑制土壤真菌（含土居病原菌）群落的数量。植烟土壤生物环境改善的同时可提高烟叶叶绿素合成，促进烟叶生长并提高干物质产量。有机肥和品种互作主要体现在对有机肥响应度更高的雪茄烟叶品种上，采用有机肥与优良雪茄烟叶品种配套的技术方法才能发挥促进土壤管理和提升雪茄烟叶产质的潜力。