有机无机肥配施对烟田土壤养分和烟叶产质量的影响

李亚飞，张 翔，李 亮，司贤宗，索炎炎，李 倩，程培军，徐凤丹，李 琦

(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.烟草行业烟草栽培重点实验室/河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002；3.河南省烟草公司，河南 郑州 450018)

0 引言

【研究意义】一直以来，烟田普遍存在化肥用量过高的问题，对土壤性质和烟叶品质产生不良影响。有机肥成分复杂，自身含有丰富的大量和微量营养元素以及多种活性物质，对提高土壤养分和活性均有重要的影响。有机肥部分替代化肥是确保土壤地力提升、兼顾农田养分高效利用的有效途径[1]，因此，开展烟田有机无机肥配施效果研究，对改善烟田土壤结构和提高烟叶产质量具有重要的现实意义。【前人研究进展】前人研究发现，施用有机肥能够显著影响土壤可溶性有机碳/氮和微生物量碳/氮含量，有机无机肥配施对可溶性有机碳/氮和微生物量碳/氮的影响远大于施用化肥，且有机无机肥配施效果更好[2-3]。有机无机肥配施不仅能促进土壤有机碳积累[4-6]，而且显著增加土壤微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOOC)、溶解性有机碳(DOC)[7-8]。有机肥具有缓慢释放养分的特点，又富含多种生长调节物质和有机化学物质，对作物整个生育期都具有良好的作用。与单施化肥或单施有机肥相比，有机无机肥配施可促进植株养分元素的吸收积累，提高作物干物质的积累量。【研究切入点】有机肥不仅能够为土壤微生物和作物生长发育提供丰富的营养物质和活性物质，而且能够有效改良土壤性质和提高烟叶品质的作用，但目前针对河南烟田的有机无机肥配施比例还不十分明确。【拟解决的关键问题】以烟田施用不同有机无机肥配比为处理对象，研究其对烟田土壤养分、调制后烟叶化学成分及其协调性的影响，旨在为植烟土壤改良及优质烟叶生产提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年在河南省平顶山郏县白龙庙村进行，供试地块土壤肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。试验田基础土壤肥力：pH 6.93，有机质15.10 g/kg，碱解氮50.30 mg/kg，速效磷17.30 mg/kg，速效钾80.29 mg /kg。前作为花生。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为中烟100，由青岛中烟种子有限责任公司提供。有机肥为芝麻饼肥(N 5%)，当季矿化率按80%计算，由河南惠农土质保育研发有限公司提供。复合肥为烟草专用肥(N︰P2O5︰K2O=10︰10︰20)，由湖北香青化肥有限公司提供。硫酸钾(K2O 50%)、硝酸钾(N 13%，K2O 46%)由浙江浙农爱普贸易有限公司提供。过磷酸钙(P2O512%)，由洛阳启禾生态农业科技有限责任公司提供。

1.3 试验设计

以烟田施用有机氮肥与无机氮肥不同配比为处理对象，共设置5个处理，试验按照随机区组设计，3次重复。T1处理，对照(CK)，纯施无机肥，即无机肥施用比例为100%；T2处理：有机肥︰无机肥=30%︰70%；T3处理：有机肥︰无机肥=50%︰50%；T4处理：有机肥︰无机肥=70%︰30%；T5处理：纯施有机肥，不施无机肥。试验各处理氮水平保持一致，均为60.0 kg/hm2。烟田肥料施用方法和其他管理按照当地标准操作要求进行。不同处理施肥量见表1。

表1 不同处理施肥量Table 1 The fertilizer amount of different treatments kg/hm2

1.4 测定内容与方法

1.4.1 土壤养分 分别在烤烟团棵期、旺长期和成熟期取0～20 cm土壤，用于测定土壤养分。土壤有机碳采用重铬酸钾-外加热法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定[9]，土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮采用氯仿熏蒸提取方法测定[10]。

1.4.2 干物质积累 成熟期每个处理选取3株代表性烟株，分为根、茎、叶3个部分(用清水将根冲洗干净)，置于105℃烘箱杀青，60℃烘干，称重后自封袋保存。

1.4.3 调制后烟叶化学成分 对各处理调制后烟叶选取具有代表性样品，用于测定烟叶常规化学成分。按照烟草行业标准，采用流动分析法，对烟叶常规化学成分进行测定。

1.5 数据统计分析

试验数据采用Excel 2010进行整理，利用SPSS 17.0进行LSD法多重比较和Person相关性分析，运用OriginPro 9.0制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理植烟土壤的微生物生物量碳和微生物生物量氮含量

2.1.1 微生物生物量碳 土壤微生物生物量碳是土壤有机质中的活性部分，很大程度上反映土壤有效养分状况和生物活性[11]。由图1可知，有机无机肥配施对烟田土壤微生物生物量碳均有提高作用，部分处理间差异达显著性水平。团棵期：随着有机肥比例提高，土壤微生物生物量碳有增大趋势，与对照T1相比，T2、T3、T4和T5处理分别提高6.84%、8.44%、75.45%和104.29%。旺长期：土壤微生物生物量碳以T2最高，T2、T3、T4和T5分别较T1提高72.99%、38.49%、41.37%和32.60%。成熟期：T5最大，T2最小；T3、T4和T5分别较T1提高0.07%、26.34%和47.51%。

2.1.2 土壤微生物生物量氮 微生物生物量氮指活微生物体内所含的氮，由于微生物生物量氮的周转率比土壤有机氮快5倍多，所以大部分矿化氮来自于土壤微生物生物量氮，是土壤氮素的重要储备库，其在土壤氮素循环与转化中起重要调节作用[12]。从图1可知，有机无机肥配施对烟田土壤微生物生物量氮存在一定影响，部分处理间差异达显著水平。团棵期：土壤微生物生物量氮以T3最高，与对照T1相比，T2、T3、T4和T5分别提高43.10%、50.00%、27.78%和13.41%。旺长期和成熟期：土壤微生物生物量氮均以T5最高，其中，旺长期T2、T3、T4和T5分别较对照T1提高2.37%、5.76%、34.24%和38.31%，成熟期T2、T3、T4和T5分别较T1提高23.41%、29.60%、38.46%和80.60%。表明有机无机肥配施对烟株生长各个阶段土壤微生物生物量氮均有提高作用。

注：相同时期不同字母表示差异显著(P<0.05),下同。Note:Different letters at the same stage indicate significance of difference at P<0.05.The same below.图1 烟叶生长各时期不同处理土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮的含量Fig.1 Soil microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen content at different growth stage of tobacco under different treatments

2.2 不同处理植烟土壤的有机碳和碱解氮含量

2.2.1 土壤有机碳 由图2可知，有机无机肥配施后土壤有机碳含量有升高趋势，部分处理间差异达显著水平。团棵期和成熟期：土壤有机碳含量以T5最高，对照T1最低；团棵期T2、T3、T4和T5分别较T1提高14.32%、3.16%、10.68%和27.18%；成熟期T2、T3、T4、T5分别较对照T1提高17.25%、14.25%、20.65%和21.18%。旺长期：土壤有机碳含量以T2最高，T1最低；T2、T3、T4和T5分别T1提高24.19%、11.91%、13.15%和9.06%。

2.2.2 土壤碱解氮 由图2可知，有机无机肥配施对烟田土壤碱解氮含量有一定影响，部分处理间差异达显著水平。团棵期：土壤碱解氮含量以T5最高，较对照T1提高2.18%。旺长期：土壤碱解氮含量以T2最高，较T1提高2.05%。成熟期：土壤碱解氮含量以T2最高，T1最低；T2、T3、T4和T5分别较T1提高36.56%、26.80%、21.94%和29.25%。有机无机肥配施能够提高烟叶成熟期土壤碱解氮含量，这也可能是延长烟株成熟期的重要原因。

图2 烟叶生长各时期不同处理土壤的有机碳和碱解氮含量Fig.2 Soil organic carbon and available nitrogen content at different growth stage of tobacco under different treatments

2.3 不同处理烟株的干物质积累量

成熟期干物质积累状况与烟株田间生长阶段的长势密不可分，提高烟叶干物质积累量是增加调制后烟叶产量和经济效益的重要保障。由图3可知，成熟期：烟株根、茎、叶干物质积累量各有机肥配施处理均高于对照(T1)，部分处理间差异达显著性水平。与T1相比，T2、T3、T4和T5烟株根干重分别提高58.08%、32.68%、23.25%和71.10%，茎干重分别提高60.48%、20.64%、20.28%和49.65%，叶干重分别提高44.77%、39.31%、18.28%和17.27%，烟株整株干重分别提高52.97%、31.42%、19.99%和39.52%。表明，有机无机肥配施能够提高烟叶干物质积累量，其中以T2处理(有机肥︰无机肥=30%︰70%)促进烟叶干物质积累的效果最明显。

图3 不同处理成熟期烟株的干物质积累量Fig.3 The dry matter accumulation of tobacco plant at maturity stage under different treatments

2.4 不同处理烟叶的化学成分及其协调性

2.4.1 烟叶化学成分含量 调制后烟叶化学成分及其协调性是评价烟叶质量的重要指标，是工业原料应用分层管理的重要依据。由表2可知，不同处理对调制后烟叶化学成分存在一定影响，其中，部分处理间烟叶烟碱、总糖、还原糖、钾和氯含量差异达显著水平，而处理间烟叶总氮差异未达显著水平。烟叶总氮含量表现为T1=T2>T3>T4>T5，T3、T4和T5分别较T1下降4.08%、6.29%和8.39%；烟碱含量表现为T2>T3>T4>T5>T1，T2、T3、T4和T5分别较T1提高9.68%、6.45%、4.30%和3.23%；烟叶总糖含量为T4>T5>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分别较T1提高8.50%、10.78%、28.37%和13.79%；烟叶还原糖含量表现为T4>T5>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分别较T1提高4.41%、6.39%、25.45%和16.83%；烟叶钾含量表现为T5>T4>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分别较T1提高1.21%、9.90%、13.33%和24.24%；烟叶氯含量表现为T5>T4>T3>T2>T1，T2、T3、T4和T5分别较T1提高5.04%、12.32%、35.29%和37.82%。表明，有机无机肥配施后，烟叶总氮有下降趋势，烟叶烟碱、总糖、还原糖、钾和氯含量有一定升高，对改善烟叶香吃味有积极作用。

2.4.2 烟叶化学成分协调性 由表2可知，烟叶糖碱比T4最高，T2最低，其中，T4和T5较T1分别提高20.19%和13.08%，差异达显著水平。氮碱比T1最高，T5最低，T2、T3、T4和T5较T1分别降低9.71%、10.68%、10.68%和11.65%；两糖比T5最高，T2最低，T2、T3和T4较T1分别降低3.61%、3.61%和2.41%，而T5较T1提高3.61%；钾氯比T1最高，T4最低，T2、T3、T4和T5较T1分别降低3.54%、2.02%、16.16%和9.60%。表明，T2处理(有机肥︰无机肥=30%︰70%)烟叶化学成分协调性较好，其他处理相差不大。

表2 不同处理烟叶化学成分含量及化学成分协调性Table 2 Chemical component content and chemical component coordination of tobacco leaves under different treatments

2.5 不同处理烟叶经济性状与产量

由表3可知，不同处理烟叶产量、产值、均价和上等烟比例均存在较大差异，部分处理间差异达显著性水平。烟叶产量、产值、均价和上等烟比例均以T2最高，T1最低。T2烟叶产量、产值、均价和上等烟比例较T1分别提高22.00%、28.42%、5.42%和18.98%。表明，有机无机肥配施对提高烟叶产量和经济效益有积极作用，其中，以T2处理(有机肥︰无机肥=30%︰70%)的效果最明显。

表3 不同处理烟叶的经济性状及产量Table 3 The economic traits and yield of tobacco leaves under different treatments

2.6 土壤养分含量与调制后烟叶化学成分的相关性

土壤养分含量与调制后烟叶化学成分含量具有一定相关性。由表4可知，土壤微生物生物量碳与烟叶总氮含量呈显著正相关；土壤有机碳与烟叶烟碱和钾氯比呈显著或极显著负相关，与烟叶钾、氯含量呈极显著正相关。说明，土壤微生物生物量碳、有机碳与烟叶总氮、烟碱和钾氯含量密切相关。这可能是由于有机无机肥配施提高了土壤有机碳库水平，有利于改良土壤微生态环境，促进植株的营养结构合理，从而达到提高烟叶品质的效果。

表4 土壤养分与调制后烟叶化学成分指标的相关系数Table 4 The correlation coefficient of soil nutrient and chemical component index of cured tobacco

3 讨论

土壤中可溶性有机碳含量与施肥密切相关，一般认为，土壤中可溶性有机碳含量在不同施肥类型中表现为有机无机肥配施>单施有机肥>单施化肥，其中，有机无机肥配施的耕作土壤有机碳较单施化肥高1.5倍[13-14]。在有机肥长期定位试验中，有机肥︰无机肥=30%︰70%配施后，烟田土壤中可溶性有机碳、微生物生物量碳、轻组有机碳和颗粒有机碳含量分别较纯施化肥处理提高61.19%、96.03%、52.17%和33.55%，表明有机无机肥配施可使土壤有机碳总量和有机碳密度不断增加，呈富集趋势[15]。在本试验中，有机无机肥配施后，土壤微生物生物量碳、微生物量氮、有机碳和活性有机碳含量明显升高，与寇智瑞等[15]的研究结果一致。在长期耕作地块，土壤中大团聚体受到破环，土壤结构稳定性变差，土壤固碳能力下降，易遭受水、风等的侵蚀从而引起土壤有机碳的损失[16]。何川等[17]研究证实，连作3年可造成植烟土壤有机碳大量损失。而本研究表明，有机无机肥配施能够增加土壤有机碳含量，这对于提高烟叶品质十分有利。

有机无机肥配施能够促进土壤形成团粒结构，改善土壤微生态条件，增加土壤有机氮和有机碳含量，增强微生物活性，提高土壤碳、氮、磷和钾的转化和供应，进而提升烟株生长后期土壤的供氮能力和碳源利用率，提高上部叶的还原糖含量和化学成分协调性，在一定程度上提高烟叶产量和经济性状[18-19]。有机无机配肥施后，烟株成熟期延长15 d左右，烟叶成熟度高，烘烤性好，对提高烟叶品质有利[20-21]。本研究表明，有机无机肥配施后，烟叶总糖、还原糖含量增加，化学成分协调性增强，烟叶品质提升，与前人研究一致。

4 结论

对植烟土壤进行有机无机肥配施，相较于纯施无机肥处理，土壤微生物生物量碳、微生物量氮和有机碳含量升高，进而提高土壤碳库作用和优化土壤养分的释放规律，因此，适宜比例的有机无机肥配施可明显改善土壤结构和提高土壤养分。有机无机肥配施能够提高烟叶干物质积累量，改善烤后烟叶的化学成分协调性，烤后烟叶的烟碱、还原糖和总糖含量以及烟叶产量产值升高。适宜的配制比例为有机肥︰无机肥=30%︰70%，该配比处理下，烟株干物质积累量及烟叶产量、产值与上等烟比例显著高于其余处理。

土壤养分含量与调制后烟叶化学成分指标具有一定相关性。其中，土壤微生物生物量碳与烟叶总氮含量呈显著正相关；土壤有机碳与烟叶烟碱和钾氯比呈显著或极显著负相关，与烟叶钾、氯含量呈极显著正相关。表明土壤微生物生物量碳、有机碳与烟叶总氮、烟碱和钾氯含量密切相关。