减氮条件下不同土壤改良剂对烤烟生长和土壤性状的影响

陈 晨，牛莉莉，刘 园*，胡艳芳，程玉渊，吴 疆，尹光庭，刘 流，李 倩，孙善兴，张常兴

（1.南阳市烟草公司 内乡县分公司，河南 南阳 474350；2.河南省烟草公司 南阳市公司，河南 南阳 473000；3.河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450016）

氮素是对烤烟产量和品质影响最大的营养元素［1］，足量氮素可保证烤烟生育前期的正常生长，过量氮素则会导致烤烟后期贪青晚熟，影响烟叶优良品质的形成［2］。在烤烟生产中，烟农更习惯于施入过量氮肥，既可规避生育前期缺氮带来的风险，又可获得较高产量。但施入过量氮肥不仅易造成土壤氮肥盈余、利用率低下、土壤板结、面源污染等［3-4］，而且会降低烟叶品质［5］，给烟区的可持续发展带来不良影响。

为了降低减氮施肥给烤烟经济效益带来的负面影响，增施土壤改良剂是一种可行性选择。然而市面上土壤改良剂的种类繁多，对烤烟的生长和土壤理化性状的影响及机理也不尽相同［6-7］。刘巧珍等［8］研究认为，施用改良剂能够提高土壤pH值，土壤中碱性磷酸酶和过氧化氢酶的活性有所提升，微生物总量显著增加；李富欣等［9］研究认为，土壤改良剂能有效降低土壤容重，提高土壤pH值，显著改善烟叶质量；刘领［10］、刘卉［11］等研究认为，土壤改良剂通过提高土壤酶活性，促进了烤烟的生长发育，烤后烟叶的化学成分更加协调。雷波等［12］研究认为，加入土壤改良剂可改善烟叶的外观质量和内在品质，但对烟草的生物学性状无显著影响；而冯连军等［13］研究认为，施入过量的土壤改良剂生物炭使上部烟叶色素含量显著增加，导致烟叶贪青晚熟。

豫西南烟区是黄淮烟区焦甜焦香型烟叶的主产区，为浙江中烟、河南中烟和上烟集团等重点烟草工业企业提供了高质量、浓香型优质烟叶原料。如何减少氮肥施用和提高烟叶协调性是本区域内一项重点研究课题。就目前研究来看，土壤改良剂的应用效果在本区域内报道不多，少有同一水平下的多种土壤改良剂对比，且对土壤理化性状的研究未见报道。鉴于此，本试验以豫西南烟区偏黏性黄棕壤为研究对象，探究减氮条件下不同土壤改良剂对烤烟病虫害发生情况、土壤理化性状和烤烟品质的影响，以期为烟叶减氮施肥提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在河南省南阳市内乡县灌涨镇胡刘村进行，试验田肥力均匀一致，地势平坦，便于排灌。该地属亚热带季风型大陆性气候，供试土壤为黄淮烟区具有代表性的黄棕壤。土壤基础的理化性质：pH值7.16，有机质含量12.22 g/kg，碱解氮含量95.68 mg/kg，速效磷含量14.36 mg/kg，速效钾含量171.6 mg/kg。试验田前茬为烟草，品种为云烟87。

供试土壤改良剂分别为河南火车头农业技术有限公司生产的Agri-star 松土促根剂、三利新能源有限公司生产的生物炭、山东泉林嘉有肥料有限公司生产的黄腐酸有机肥。其中，生物炭由小麦秸秆在400～500 ℃的无氧条件下连续热解制成，其pH值9.15、含碳量524 g/kg、全氮含量2.3 g/kg、全磷含量6.5 g/kg、全钾含量9.9 g/kg；黄腐酸有机肥中黄腐酸≥12%、有机质≥40%。

1.2 试验设计

试验共设1个对照和4个试验处理。CK：常规施肥，化肥总氮含量为60 kg/hm2；T0：减氮施肥，化肥总氮含量为 45 kg/hm2；T1：减氮施肥+松土促根剂（15 kg/hm2）；T2：减氮施肥+生物炭（750 kg/hm2）；T3：减氮施肥+黄腐酸有机肥（600 kg/hm2）。生育期内无机肥料施用烟草专用复合肥（N∶P2O5∶K2O= 10∶10∶20），K2SO4用量为450 kg/hm2，KNO3用量为45 kg/hm2，通过调节各肥料用量以保证符合试验要求；有机肥料均施用450 kg/hm2芝麻饼肥。其中，80%复合肥、70% K2SO4、全部有机肥和土壤改良剂混合均匀后于起垄前作基肥；20%复合肥在移栽时施用；全部KNO3在团棵期施用；30% K2SO4在旺长期施用。处理采用随机区组排列，各小区面积150 m2，3次重复。

试验田于2019年3月下旬起垄，垄距1.2 m，垄高0.25 m；烤烟于4月22日移栽，株距为0.5 m。其他栽培措施参照《河南中烟内乡基地单元烟叶生产技术方案》进行。

1.3 取样及测定项目

1.3.1 基础肥力的测定 于烤烟起垄前，采用五点取样法采集0～20 cm土样并测定各项指标。土样pH值按照NY/T 1121.2—2006《土壤检测 第2部分：土壤pH的测定》测定；有机质含量按照NY/T 1121.6—2006《土壤检测 第6部分：土壤有机质的测定》测定；碱解氮含量用碱解扩散法测定（土壤农化分析）；有效磷含量按照NY/T 1121.7—2014《土壤检测 第7部分:土壤有效磷的测定》测定；速效钾含量按照NY/T 889—2004《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》测定。

1.3.2 病害的调查 按照GB/T 23222—2008《烟草病虫害分级及调查方法》，于烤烟成熟期对花叶病、黑胫病和根黑腐病这3种病害进行调查，计算其发病率和病情指数。计算公式如下：

1.3.3 常规化学成分协调性 各小区采集具有代表性的烤后中部叶，按照烟草行业标准YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011、YC/T 159—2002等方法测定烤后烟叶的常规化学成分，并计算氮碱比、糖碱比、两糖比和钾氯比。

1.3.4 土壤容重、田间持水量的测定 烤烟收获后选取烟株间固定位置，按照NY/T 1121.4—2006《土壤检测 第4部分：土壤容重的测定》测定土壤容重；按照 NY/T 1121.22—2010《土壤检测 第22部分：土壤田间持水量的测定 环刀法》测定田间持水量。

1.3.5 氮素的测定 收获后用五点取样法采集每个小区0～20 cm土壤，按照NY/T 1121.24—2012《土壤检测 第24部分：土壤全氮的测定 自动定氮仪法》测定土壤全氮。小区内采用3点取样法，每20 cm为1层采集0～60 cm土壤样品，每层土壤混匀并迅速带回实验室，采用双波长分光光度法［14］测定土壤硝态氮含量。

1.3.6 经济性状比较 小区烟叶收获后单独标记烘烤，单独储存，按照等级质量进行分级并测算产量、产值、中上等烟比例、均价等经济指标。

1.4 数据处理与分析 采用Excel 2010 软件对数据进行处理和作图，SPSS 21.0软件进行差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良剂对病害发生的影响

由表1可知，不同处理的病害发生情况各不相同。减氮处理T0的花叶病发病率较CK显著增加了17.99%，土壤改良剂处理（T1～T3）的发病率较CK和T0处理分别显著降低了23.16%～36.06%、34.88%～ 45.81%；土壤改良剂处理的花叶病病情指数较T0处理显著降低23.85%～31.29%，较CK无显著差异。处理T0黑胫病的发病率较CK显著增加了15.23%，土壤改良剂处理的黑胫病发病率较CK无显著差异，较T0显著降低18.38%～25.20%；T0处理黑胫病的病情指数较CK无显著差异，施用土壤改良剂处理的黑胫病病情指数分别较CK和T0显著降低17.55%～32.03%、22.00%～35.70%。T0根黑腐病的发病率较CK显著增加11.24%，土壤改良剂处理的根黑腐病发病率分别较CK和T0降低8.80%～17.59%、18.01%～25.92%；T0处理根黑腐病的病情指数较CK显著增加21.92%；土壤改良剂处理的根黑腐病病情指数较CK和T0分别降低18.58%～26.51%、33.22%～39.73%。

表1 不同土壤改良剂对病害发生的影响

2.2 不同土壤改良剂对烤烟常规化学成分协调性的影响

烤后烟叶的化学成分协调性是考量烤烟品质的重要指标。由表2可知，不同处理对烤烟化学成分协调性的影响也不同。氮碱比是衡量烟叶含氮化合物转化的重要指标之一，反映出烟叶生长发育及成熟度，适宜范围在0.8～1.1之间；本研究不同处理的氮碱比范围在0.85～0.97之间；与CK相比，仅T0处理显著降低了12.37%；与T0相比，土壤改良剂处理T2显著提高了11.76%。糖碱比可反映出烟气的生理强度和醇和度，适宜范围在6～13之间；本研究各处理的糖碱比范围在10.20～10.97之间；土壤改良剂处理T2分别较CK和T0增加了5.28%、7.55%。两糖比反映碳水化合物的转化程度，适宜范围为≥0.8；本研究各处理两糖比范围在0.83%～0.86之间，除T2较T0有显著提升外，其余各处理均无显著差异。钾氯比与烟叶燃烧性、评吸质量显著相关，适宜范围为≥1.5；本研究钾氯比范围在2.39～3.89之间，T0与CK无显著差异；T2、T3处理分别较CK显著提升41.00%、62.76%，分别较T0显著提升35.89%、56.85%。

表2 土壤改良剂对烤烟常规化学成分协调性的影响

2.3 土壤改良剂对土壤容重和田间持水量的影响

土壤容重和田间持水量是反映土壤物理性状的重要指标。土壤容重越小，说明土壤孔隙度越大，耕作性越强。由图1可知，T0与CK的土壤容重和田间持水量均无显著差异，T1、T2处理的土壤容重分别较CK显著降低了7.94%、8.73%，分别较T0显著降低了8.66%、9.45%；T1、T2处理的田间持水量分别较CK显著增加了5.18%、5.98%，分别较T0显著增加了5.39%～6.19%。

图1 土壤改良剂对土壤容重和田间持水量的影响

2.4 土壤改良剂对土壤全氮和硝态氮的影响

土壤氮素含量是反映土壤肥力的重要指标。由图2可知，与CK相比，T0处理的土壤全氮含量显著降低了15.94%，土壤改良剂处理较CK显著降低了8.34%～10.77%；与T0相比，土壤改良剂处理的土壤全氮含量显著增加了6.16%～9.05%；各土壤改良剂之间无显著差异。

图2 土壤改良剂对0～20 cm土壤全氮含量的影响

硝态氮是烟叶最宜氮源，土壤硝态氮含量也是反映土壤供氮能力的重要指标。由图3可知，土壤硝态氮含量随土层深度的变化呈现不同规律。0～20 cm层中，T0和土壤改良剂处理的硝态氮含量较CK显著降低，且T0显著低于土壤改良剂处理；20～40 cm土层中，CK的硝态氮含量仍显著高于其他处理，T0与T1和T3差异显著，但与T2差异不显著；40～60 cm土层中，各处理硝态氮含量差异均不显著。

图3 土壤改良剂对土壤硝态氮的影响

3 讨论

研究表明，增施土壤改良剂能够减少烟草病害的发生。万川等［15］研究认为表层施用生物炭可显著降低土壤容重，增强保水能力，改良土壤通透性，为土壤有益微生物的生长提供了适宜的环境，能显著降低烟草青枯病的发生；郭怡卿等［16］研究表明，增施土壤改良剂能促进烤烟生长，提高烤烟的抗病性，显著降低烤烟黑胫病和花叶病的发病率和病情指数，黑胫病发病率最高可降低100%。

本研究发现，无配套措施的烟叶减氮生产可导致花叶病、黑胫病和根黑腐病的发病率和病情指数显著增加，减氮配施土壤改良剂不仅可消除减氮给烟草病害带来的负面影响，并且一定程度上可降低病害的发病率和病情指数，同前人［15-18］的研究结果较为一致。张晓海等［19］研究认为：施入土壤改良剂后，土壤微生物数量短时间内可大量上升，土壤有机质已不再是影响土壤微生物生长的重要因子，其他土壤理化性状可能是影响土壤微生物的主要因素。朱克亚等［20-22］认为，施用土壤改良剂可显著改变土壤质地和土壤结构，而邓小华等［7］研究认为，单季使用土壤改良剂虽然有降低土壤容重、增加土壤孔隙度的趋势，但并未达到显著水平。本研究表明，施入土壤改良剂后烤烟病害的减轻，主要原因可能是土壤容重的降低和田间持水量的提高，为根系微生物营造了一个良好的物理环境，有益微生物可大量繁殖，通过与有害病原菌的拮抗作用，进而减少病害的侵染；另一方面，土壤肥力随着土壤改良剂的施入也有一定程度的加强，烤烟营养水平提高，提升了烤烟抗逆能力，烤烟病害也有所减轻。

施入土壤改良剂对土壤养分含量有一定的影响。研究认为，连作植烟土壤氮素含量水平是影响土壤质量的关键因素；施入土壤改良剂有利于增强土壤酶活性，提高氮素含量，改善连作土壤的品质［23］。就不同深度土壤氮含量来说，黄化刚等［24］研究认为，施入多孔性土壤改良剂可提高土壤耕层的全碳含量和碱解氮含量，可促进氮素矿化［17］，可促进硝化作用［25］，0～10 cm土层的硝态氮含量提高，铵态氮含量降低。本研究表明，无配套措施的减氮烤烟生产会显著降低土壤中全氮和硝态氮含量，增施土壤改良剂可减弱此负面效应，但对深层土壤硝态氮含量无显著影响。主要原因是土壤改良剂是改善土壤物理性质、增加微生物种类和数量［26］、提高相应的酶活性、促进更多养分的释放；另外，土壤改良剂可引入含氮物质［13］，一定程度上提升了土壤氮含量。值得关注的是，施用高碳基有机肥处理的硝态氮含量在0～20 cm较其他2种土壤改良剂略高，但在20～40 cm中较其他土壤改良剂略低，其原因可能是生物炭较强的氮素固持能力［27］和对抑制硝化反应产物的吸附作用［28-29］，促进了土壤的硝化反应，减少了氮素淋溶。

本研究中，土壤改良剂的施用对烤烟的品质也有一定的影响，各烤烟化学成分的协调性更趋于合理，与阎海涛等［30-31］的研究结果一致。施入土壤改良剂对氮素的固持作用，使烟株氮素的摄入符合烤烟生长规律，利于成熟期碳氮协调转化，提高了烟叶成熟度，改善了烟叶的外观质量，相应的化学成分趋于协调［32］。黄淮烟区属焦甜焦香型风格特色，化学成分协调性的提升，可使该区烟叶在增香调味和降焦减害等方面继续发挥优势。

4 结论

无配套措施的烤烟减氮生产可导致烟草病害的发生，影响烟叶的正常生长。而增施土壤改良剂可降低土壤容重，增加田间持水量，提高土壤耕层全氮和硝态氮含量，能显著降低烟叶病害发生，并提高了烤烟化学成分的协调性。因此，增施土壤改良剂可为豫西南烟区的减氮生产提供一条可行的途径。