镁、硼、氯肥配施土壤调理剂对烤烟光合特性及产质量的影响

张晓伟,李鹏飞,邱学礼,余小芬,徐天养,杨树明,成 龙

(1.云南省烟草质量监督检测站,昆明 650106;2.云南省烟草公司文山州公司,云南 文山 663099;3.云南省农业科学院农业环境资源研究所,昆明 650205;4.云南高意匠科技有限公司,云南 麻栗坡 663000)

【研究意义】文山州位于云贵高原南部,自然条件得天独厚,是西南高原-清甜香型风格烟叶的主产区之一[1]。该烟区地处典型的喀斯特地貌区,植烟土壤多为红壤,质地黏重,土壤碳酸盐和硫酸盐含量高、酸性强、土层浅薄、水肥极易漏失,土壤钙镁比失衡、土壤有效硼和水溶性氯的缺乏达到中度到重度[2];同时,部分烟区复种指数高,注重氮磷钾肥投入而忽略中微肥,引起土壤中微量养分严重失衡,以及土壤肥力、土壤团聚体稳定性、烤烟肥料利用率和烟叶内在品质下降等问题[3],严重制约区域烤烟安全、稳定、高效生产。因此,合理改良土壤、平衡中微量养分对烤烟高效生产,以及恢复与重建退化生态区具有重要的现实意义。【前人研究进展】钾、钙、镁、硼、氯元素参与烤烟多种生理代谢,与烟叶品质形成关系密切[4],供应的媒介主要是土壤,土壤中有效态含量直接影响烟草对其他养分的吸收、积累[4]。土壤速效钾是影响烟叶产质量的主控肥力因子[5],根区钾含量高有利于烟叶钾含量提升[6]。土壤交换性钙、镁含量及高钙镁比降低烟株对钙、镁的吸收,使光合作用减弱,引起烟叶生理性缺镁[7],且土壤钙高影响烤烟成熟度,使叶片粗糙、增厚及锌、铁失调,降低烤烟对硼的吸收[8]。土壤缺镁抑制烟株对氮、磷、钾养分的吸收,烤后烟叶吸湿性强,难储存、醇化[9]。土壤缺硼导致烟株根系发育不良,影响磷、钾的吸收[10],土壤高K/B比加剧烤烟缺硼[11],硼可促进烟叶镁、锰、钼吸收,降低烟叶中氯的含量[12]。土壤含氯或施氯量高时,降低烟叶燃烧性,但烟叶氯含量过低时,烟叶弹性、燃烧性变差,适宜的氯含量能促进氮、磷、钾和钙吸收[2,13]。在烤烟生产中,弥补烤烟缺钾、镁、硼、氯的主要途径是改善配方施肥和叶面喷施,但因效果不稳定且增加生产成本,因而生产实践受限[9-14]。【本研究切入点】目前,关于施钾、镁、硼、氯肥提高烤烟产质量和肥料利用率[12-14],以及土壤调理剂改良酸化土壤已有报道[15]。钾长石(KAlSi3O8)土壤调理剂是一种富含钾、硅、钙、镁及诸多微量元素的缓冲性、碱性矿物质,兼有肥料养分供应,调节土壤酸碱性、土壤胶体性能、离子交换、土壤结构和微生态环境的功能[16],其在甘蔗[17]、水稻[18]等作物上增产与节肥效果显著,但在文山喀斯特烟区,能否通过镁、硼、氯肥料配施钾长石土壤调理剂,平衡烟株中微量养分供应,提升烟叶品质鲜见研究。【拟解决的关键问题】本文在文山核心烟区红壤上,研究镁、硼、氯配施钾长石土壤调理剂对土壤有效养分、烤烟光合作用及产质量的影响,以期为文山州烤烟平衡施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021年4—9月在云南省文山州丘北县双龙营(104°09′ E,24°17′ N,海拔1431 m,烤烟大田期4—9月平均降雨量823.9 mm)的中高肥力土壤上进行。试验地土壤类型为红壤,质地黏土,前茬为冬闲,烤烟移栽前耕层(0～20 cm)土壤pH 5.30,有机质26.67 g/kg,水解性氮102.69 mg/kg,有效磷26.17 mg/kg,速效钾310.85 mg/kg,交换性钙712.50 mg/kg,交换性镁100.50 mg/kg,有效硼0.42 mg/kg和水溶性氯离子(Cl-)10.92 mg/kg(属于缺乏水平[2])。

1.2 供试材料

烤烟品种为云烟97。供试肥料:烟草专用复合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=10∶16∶22]、烟草专用复合肥[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=11.5∶0∶33]、硫酸钾(K2O 50.0%),以及硫酸镁(MgO 9.7%)、硼砂(B 12%)和氯化钾(K2O 52.3%,Cl-47.6%)。钾长石土壤调理剂(K2O 7%,SiO226%,Fe2O32%,CaO 21.5%,MgO 5.0%,B 0.3%,Cl-0.3%,有效镁39.64 mg/g,有效钾47.33 mg/g,有效硅97.86 mg/g,pH 7.5)由云南高意匠科技有限公司提供。

1.3 试验设计

采用L9(34)正交设计,共9个组合处理。4因素为钾长石土壤调理剂、镁(硫酸镁)、硼(硼砂)和氯(氯化钾),每个因素3个施用量水平(表1)。每个处理3次重复,小区面积50 m2,各小区栽烟60株,随机区组排列。选用漂浮育苗膜下小苗移栽,于2021年4月26日移栽,株行距0.6 m×1.2 m,栽后覆膜,烟株团棵期揭膜。各处理大田期N、P2O5、K2O施用量相同,即N 90 kg/hm2、P2O5135 kg/hm2、K2O 270 kg/hm2,[m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶1.5∶3。其中土壤调理剂、氮和磷肥全部基施;钾肥70%作基施,30%作追施,分别在烟株第8和12片新叶长出时兑水浇施,硫酸镁、硼砂和氯化钾肥料均于烤烟移栽后15 d兑水浇施,其他田间管理措施与当地优质烟生产管理方法一致。

表1 正交L9(34)设计Table 1 L9(34) orthogonal design (kg/hm2)

1.4 样品采集及测定指标

1.4.1 土壤 在烤烟采收结束,各小区用土钻按“S”形5点取样法,采集根际土样(0～20 cm耕层)。按鲍士旦[19]的方法测定土壤有效养分含量。

1.4.2 光合特性 在烤烟成熟期,各小区选定5株,于9:00—11:00,用Li-6400便携式光合仪测定烟株顶部倒数第3片叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。

1.4.3 烟株农艺性状 在采烤前,各小区选择健康烤烟8株,按YC/T142—2010方法[20],测定烤烟株高、茎围、叶片数、烟叶长和宽,并计算叶面积、叶面积系数。

1.4.4 烤烟经济性状 按小区单独挂牌采收、烘烤成熟烟叶,初烤烟叶按GB2635—92标准[21]分级,统计上等烟比例、产量和产值。

1.4.5 烟叶化学成分及可用性指数 以小区为单元,采集烟叶C3F(中橘三)样品。用连续流动分析仪(AA3型,德国)测定总糖和还原糖(YC/T 159—2002)[22]、总氮(YC/T 161—2002)[23]、烟碱(YC/T 468—2013)[24]、钾(YC/T 217—2007)[25]和水溶性氯含量(YC/T 162—2011)[26]。参考余小芬等[27]方法求得烟叶化学成分可用性指数(Chemical components usability index,CCUI)。

1.5 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0 软件进行统计分析,差异显著性检验采用最小显著差异(LSD)方法。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株根际土壤养分及中微量元素含量的影响

由表2可知,不施土壤调理剂的处理T2、T3与T1(CK)的土壤pH无显著差异,而施土壤调剂后土壤pH较处理T1(CK)显著提高0.61～1.30个单位,以处理T9增幅最大。处理T4、T7、T8土壤有机质含量与处理T1(CK)间差异未达显著水平,但其余处理有机质含量均显著低于处理T1(CK)。处理T2、T3土壤水解性氮含量较处理T1(CK)下降,其他处理水解性氮则较处理T1(CK)显著提高12.79%～23.59%。处理T4、T5、T7、T8和T9土壤有效磷较处理T1(CK)显著增加21.81%～45.46%;除处理T2外,其他处理土壤速效钾较处理T1(CK)显著提高9.07%～39.17%,土壤有效磷和速效钾含量分别以处理T7和T9增幅最大。与处理T1(CK)相比,其他处理土壤交换性钙和镁含量分别显著增加16.38%～67.83%和8.46%～43.28%,交换性钙和镁含量分别以处理T5和T3最高。处理T4、T6、T8土壤有效硼含量较处理T1(CK)分别下降8.89%、13.33%和15.56%,其余处理有效硼含量较处理T1(CK)显著提高13.33%～75.56%,以处理T5最高。处理T5和T9土壤水溶性氯较处理T1(CK)分别显著降低25.68%和27.10%,其他处理土壤水溶性氯较处理T1(CK)显著提高17.66%～70.49%,其中T8增幅最大。上述分析表明,镁、硼、氯肥配施钾长石土壤调理剂可明显提高土壤pH及土壤主要有效态养分含量,尤以处理T4、T5、T8效果较优。

表2 不同处理对烟田土壤有效养分含量的影响Table 2 Effects of different treatments on soil nutrient content of tobacco-planting field

2.2 不同处理对烤烟叶片光合特性的影响

由表3可知,与处理T1(CK)相比,其余处理烤烟叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度分别显著增加9.25%～82.80%、18.18%～100%和5.17%～52.47%,3个指标均以处理T8增幅最大。与处理T1(CK)相比,其余处理烤烟叶片的蒸腾速率下降2.26%～24.58%,以处理T6降幅最大,除处理T2外,其他处理叶片蒸腾速率与处理T1(CK)差异均达显著水平。表明镁、硼、氯肥配施钾长石土壤调理剂可在一定程度上提高烤烟叶片光合性能,其中以处理T5、T8组合的效果较优。

表3 不同处理对成熟期烤烟叶片光合特性的影响Table 3 Effects of different treatments on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco at maturing stages

2.3 不同处理对烤烟生长及产量、产值的影响

由表4可知,株高处理T3、T4较处理T1(CK)分别下降0.44%和1.40%,其余处理株高较处理T1(CK)提高0.88%～8.14%,但各处理间差异均不显著。与处理T1(CK)相比,其他处理烟株茎围和叶片数分别增加0.76%～6.11%、1.63%～13.64%,其中茎围各处理间无显著差异,叶片数处理T2、T6、T7、T8显著高于处理T1(CK)。处理T3、T4叶面积和叶面积系数均低于处理T1(CK),叶面积和叶面积系数处理T2、T5、T6、T7和T8较T1(CK)分别显著提高5.80%～13.30%和16.79%～28.21%,均以处理T8最高,处理T3、T4、T9与T1(CK)间2个性状差异均未达显著水平。从经济性状看,处理T2、T3、T4和T9的上等烟比例较处理T1(CK)显著下降5.02%～19.21%,处理T5、T7、T8较T1(CK)分别显著提高7.45%、6.88%、11.64%,处理T6与处理T1(CK)差异不显著;处理T3、T4和T9烟叶产量较处理T1(CK)显著下降8.51%～15.94%,处理T5、T6、T8较处理T1(CK)分别显著提高12.15%、8.43%、5.53%,处理T2、T7与处理T1(CK)间产量差异不显著。与处理T1(CK)相比,烟叶产值处理T3、T4分别显著下降10.53%、17.42%,处理T5、T8分别显著提高15.01%、21.36%,其余处理间未达显著差异。由上述分析可知,处理T5、T8对促进烤烟生长发育,提高烟叶结构等级、产量和产值的效果最佳。

表4 不同处理对烟株生长、产量及产值的影响Table 4 Effects of different treatments on growth,yield and output value of flue-cured tobacco

2.4 各处理对烟叶化学成分的影响

由表5可知,与处理T1(CK)相比,处理T3、T7、T8烟叶总糖和还原糖含量分别显著下降5.96%～21.76%和6.74%～22.69%,其余处理烟叶总糖和还原糖较处理T1(CK)分别显著提高8.76%～20.12%和5.24%～25.37%,处理T5增幅最大。处理T2、T4、T5、T6、T9烟叶总氮含量较处理T1(CK)显著下降8.40%～15.55%,处理T7烟叶总氮较处理T1(CK)显著提高8.82%。处理T5烟叶烟碱含量较处理T1(CK)下降0.5%,差异不显著,其他处理烟叶烟碱较处理T1(CK)显著提高 29.21%～51.49%,处理T3增幅最大。与处理T1(CK)相比,其他处理烟叶氧化钾含量显著增加 8.00%～54.00%,其中处理T2增幅最小,处理T8增幅最大。处理T5、T9烟叶氯含量较处理T1(CK)分别显著下降18.18%、42.42%,其余处理烟叶氯含量较处理T1(CK)显著增加 45.45%～121.21%。与处理T1(CK)相比,处理T2、T4、T5、T9烟叶钙含量显著下降6.22%～27.11%,其余处理增加1.99%～27.36%,其中处理T3、T7、T8较处理T1(CK)增加达显著水平。与处理T1(CK)相比,其他处理烟叶镁、硼分别显著增加6.25%～50.00%、8.51%～86.02%,其中硼处理T6增幅最小,处理T7增幅最大。从化学成分可用性指数(CCUI)来看,处理T2、T5、T8烟叶CCUI值显著高于处理T1(CK),其他处理的CCUI显著低于处理T1(CK)。由上述分析表明,镁、硼、氯肥配施钾长石土壤调理剂使烟叶钾、镁、硼含量显著升高,有利于改善烟叶化学成分协调性。

表5 各处理对烟叶化学成分的影响Table 5 Effect of different treatments on main chemical components of tobacco leaves

2.5 正交试验优化及评价

由表6可知,4个施肥因素对烟叶产值及其化学成分可用性指数(CCUI)影响大小不同,产值为C>D>A>B,即施硼对烟叶产值影响最大,其次是氯,再次是土壤调理剂,最后是镁,最优组合(A3B2C1D3)烟叶产值为73 108.65 元/hm2;CCUI为B>D>A>C,呈现施镁对CCUI影响最大,其次是氯,再次是土壤调理剂,最后是硼,最优组合(A3B2C1D3)烟叶CCUI值为85.24。

表6 正交试验因素极差分析Table 6 Range analysis of orthogonal test factors

3 讨 论

3.1 镁、硼、氯配施钾长石土壤调理剂对植烟土壤的影响

3.2 镁、硼、氯配施钾长石土壤调理剂对烤烟光合特性及产质量的影响

4 结 论

在文山喀斯特烤烟栽培区,组合施用硫酸镁150 kg/hm2,硼砂15～30 kg/hm2、氯化钾60～90 kg/hm2及钾长石土壤调理剂600～900 kg/hm2,可有效提高烤烟根区土壤pH和主要有效态养分供应能力,较好解决喀斯特烟区土壤酸化、烤烟根区钾镁硼氯供应强度不足等问题;可提升烤烟光合作用,促进生长发育,提高经济效益和烟叶中钾、硼、氯含量,改善烟叶化学成分协调性,具有良好的推广潜力。