不同有机无机氮配比对南阳烟区土壤碳氮及烤烟上部叶质量的影响

李耕 赵园园 程玉渊 吴疆 段卫东 尹光庭 李倩 陈晨 郑飞 刘园 史宏志

摘要：为探究不同有机肥与无机肥比配对南阳烟区烟草上部叶品质、改善土壤碳氮结构的作用，以烤烟品种云烟87为试验材料，以沼渣和芝麻饼肥为有机氮源，根据有机氮∶无机氮的不同配比设置6个处理［T1（0∶10，纯化肥）、T2（1∶9）、T3（2∶8）、T4（3∶7）、T5（4∶6）、T6（5∶5）］，对相应的烟叶和土壤样品进行检测分析。结果表明，与T1处理相比，施用沼渣有机肥和芝麻饼肥处理的烟草叶片大小、单叶重、钾氯比、淀粉含量、产值、香气总量等均显著提升，其中T4处理烟叶的叶长、叶宽、钾离子含量、淀粉含量、均价、产值、香气总量分别较T1处理提升了9.23%、10.49%、21.79%、31.91%、21.31%、26.57%、19.92%。与T1处理相比，施用有机肥处理的土壤有机碳含量、土壤碳氮比及微生物量碳、氮含量均明显提高。在南阳烟区按照有机氮∶无机氮配比为3∶7施用沼渣有机肥和芝麻饼肥能够有效提升烟草上部叶质量、耐熟性及成熟度，并改善土壤碳氮比。

关键词：有机无机氮配比；南阳烟区；烤烟；上部叶质量；耐熟性；沼渣；土壤doi：10.13304/j.nykjdb.2021.0567

中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：10080864（2023）01017512

烟草上部叶产量占整体产量的30%～40%，在烟叶原料生产中占据重要地位[1]。我国烤烟上部叶具有香气量足、满足感强等特点，是卷烟配方的重要组成部分[2]，但生产中往往存在烟叶内部化学成分不协调、杂气重、成熟度偏低等问题[3]，导致可用性较差，因此，提升上部叶质量具有重要意义。研究表明，提高烟草上部叶质量需要充足合理的光照[4]、适宜的pH[5]、成熟期充足的水分等生态条件[6]；同时，选择适当的移栽期[7]、合理密植[8]、调整供氮形态[9]、追施钾肥[10]、适当推迟打顶[6]、适当延迟采收[11]、改进烘烤方法[12?13]等措施也能够显著提升烟草上部叶的质量、成熟度及可用性。

优质的土壤是烟草生长的重要基础，也是保证烟草质量和产量的关键，施肥对保持土壤肥力至关重要[14]。研究发现，适当施用有机肥能够增加土壤有机质含量，且能增加植物生长必需的营养元素[15]；用秸秆有机肥部分替代化肥能够有效降低土壤容重，增加土壤大粒径团聚体含量，进而增强土壤保水保肥性[16]；配施有机肥还可以提高大田土壤有机质含量，协调土壤碳氮比，增强土壤微生物功能多样性[17]；此外，有机肥提供的养分大都是自然的活性有机成分，比化肥更加绿色、无污染，能够促进农业可持续生产[18]。

史宏志等[19]研究发现，有机肥配施化肥能够优化烟叶碳氮比和两糖比，显著提升烟叶品质。王源等[20]认为，施用生物有机肥能够显著增加烟叶香气质和香气量，减少杂气和刺激性，使烟叶吃味更加醇和。配施有机肥作为基肥能够提高上部叶产质量，改善外观质量、评吸质量[21]；配施有机肥还能够提高上部叶两糖含量，协调各化学成分之间的比例，提高烟草上部叶质量[22]。以上研究表明，有机肥与化肥配合施用，具有改良土壤、培肥地力、改善烟叶品质等效果。沼渣是有机物质发酵后剩余的固形物质，作为一种优质有机肥，富含有机质、腐殖酸、微量营养元素、多种氨基酸等，能调节土壤碳氮比，还能补充土壤中各种植物生长必需的营养元素，满足作物生长的需要[23]。朱列书等[24]研究发现，在土壤中施入沼渣肥后，烟叶中上部叶面积显著增加，烟叶弹性适中有光泽。

王林等[25]研究认为，施用沼渣肥能够显著协调烟叶内部化学成分，减少杂气和刺激性，使烟叶吃味更加醇厚。芝麻饼肥是芝麻取油后的剩余物质经过加工后得到的肥料，是一种营养全面的有机肥，可以增加土壤碳、氮含量，提供多种营养物质[26]。

研究发现，施用芝麻饼肥的烟叶香气质纯净、香气量大、柔和、杂气小、余味舒适，感官質量较好[27]；芝麻饼肥可提升烟草产量，进而提升经济效益[28]。

本研究以常用的芝麻饼肥为基础，通过增加沼渣有机肥用量调节有机氮无机氮施用比例，探究土壤有机氮无机氮适宜施用比例以提高烟叶品质及改善土壤性质，以期为南阳烟区施肥方式的改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年4—10月在河南省南阳市内乡县灌涨镇（33.04°N、111.95°E）进行，该地区属于亚热带季风气候，海拔172 m，年均气温15 ℃，日照总时数1 891.8 h，平均降雨量782.7 mm，无霜期225 d。试验地土壤质地类型为黄棕壤土，土壤有机质含量13.43 g·kg?1、碱解氮含量105 mg·kg?1、速效磷含量32.8 mg·kg?1、速效钾含量133 mg·kg?1、缓效钾含量1 307 mg·kg?1，pH 5.6，前茬作物为小麦。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为云烟87。试验所用无机肥为烟草专用复合肥（10∶10∶20），包括硝酸钾（N13.5%，K2O≥45%）、过磷酸钙（P2O5≥12%）、硫酸钾（K2O≥50%）及液态钾肥；有机肥为芝麻饼肥（C49.8%、N 4.5%、P2O5 2.63%、K2O 1.33%，）、沼渣肥（中聚天冠生物能源有限公司，C 41.5%、N 4.5%、P2O5 6.93%、K2O 2.75%）。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，每个处理设3次重复，试验烟田面积共计0.200 hm2，每个处理面积为0.033 hm2，每个小区面积为0.011 hm2。种植方式采用膜下小苗移栽，移栽时间为4月15日，采收时间为8月10日，其他管理措施与当地大田一致。

设置6 个有机氮∶无机氮的不同配比处理（T1、T2、T3、T4、T5、T6，表1），每个处理施氮量一定（纯N按52.5 kg·hm?2计算），通过调整有机肥和化肥的施用量将部分无机氮替换为有机氮，磷钾用量与T1 处理（N、P2O5、K2O 含量分别为52.50、46.50、188.25 kg·hm?2）一致，施用有机肥时不考虑有机肥中的磷、钾含量，具体比例详见表1。

在当地农民习惯施肥基础上，调整基肥用量，施用基肥为复合肥、硫酸钾、50% 液态钾肥（条施），有机肥为芝麻饼肥、沼渣有机肥（撒施），追肥为硝酸钾（团棵前）、50%液态钾肥（团棵后25 d左右），追肥施用方式为滴灌，其中芝麻饼肥、沼渣有机肥中氮利用率按50%计算。

1.4 测定项目与方法

采收后（8 月10 日）采用当地常规的烘烤方式，在同一烤房的相同条件下进行烘烤，留取烤后样以测定经济性状、物理性状、化学成分，并进行感官质量评价。在烟株移栽后50、80、110、140 d分别采集田间土壤样品。采用“S”型多点混合取样法，采集耕层0—20 cm深度土壤1 kg，去除石砾和动植物残体、根系等分成两部分，一部分土壤于?4 ℃冰箱保存，另一部分土壤经室内自然风干；风干土样一部分研磨过0.85 mm筛，另一部分研磨过0.15 mm筛后保存备用。

1.4.1 土壤总氮的测定 使用Vario Macro CUBECNS元素分析仪（德国Elementar公司）测定土壤的总氮含量，采用动态闪烧?色谱分离法，即杜马斯燃烧法。样品经过粉碎研磨后在960 ℃左右的高温下燃烧，燃烧过程中产生混合气体，这些混合气体以氦气为载气，经过热的还原管除去其他杂质气体，氮氧化物被还原为分子氮，不经吸附直接被热导检测器检出，其余气体经过吸附解吸后分别依次被检测器检出。通过计算机中保存的标准样品的校正曲线自动转化为待测样品中总氮的含量。

1.4.2 土壤有机碳的测定 使用固体TOCVSeriesSSM-5000A TOC 測定仪（日本岛津公司）分别测定土壤总碳和无机碳含量。土壤中总碳含量主要是通过高温氧化燃烧获得。样品在高温条件下，与氧气发生反应，释放出CO2，通过测定CO2的含量，获得未知样品中总碳的含量。通过加入磷酸或盐酸对样品进行酸化，根据释放出的二氧化碳含量获得无机碳含量[29]，计算公式如下。

土壤有机碳含量=总碳含量-无机碳含量（1）

1.4.3 土壤微生物量碳、氮的测定 土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法[30]，并经TOC-VCPH总有机碳分析仪（日本岛津公司）检测。土壤经氯仿熏蒸后直接进行浸提，测定浸提液中的碳含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中总碳的差值为基础计算土壤微生物含碳量。土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸法[31]，并经流动分析仪Auto Analyzer3（德国SEAL 公司）测定。土壤微生物量氮是土样在氯仿熏蒸后直接浸提氮，并测定其含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中总氮的差值为基础计算土壤微生物量氮。

土壤微生物量碳=（熏蒸土壤有机碳-未熏蒸土壤有机碳）/0.45 （2）

式中，0.45为将熏蒸提取法提取液的有机碳增量换算成土壤微生物量碳所采用的转换系数。

土壤微生物量氮=（熏蒸土壤微生物量氮-未熏蒸土壤微生物量氮）/0.25 （3）

式中，0.25为微生物量氮的矿化系数。

1.4.4 物理性状测定 烤后烟叶检测的物理特性包括叶长、叶宽、叶面积、单叶重、含梗率、叶片厚度、拉力、平衡含水率。叶长、叶宽采用卷尺测量；单叶重和含梗率采用天平（型号：MTS600，永康市五鑫衡器有限公司）测量；采用BHZ 1-l型薄片厚度计（石家庄诚信中轻机械设备有限公司）测定叶片厚度；采用ZKW-3烟草薄片抗张试验机（广州润湖仪器有限公司）测定叶片拉力；叶面积采用测量法测定，计算方式见公式（4）；平衡含水率采用XY-100MW-A卤素水分测试仪（常州市幸运电子设备有限公司）测定。

d=（L+2W）/3 （4）

式中，d、L、W 分别代表烤烟叶面积（cm2）、烤烟叶片最大长度（cm）、烤烟叶片最大宽度（cm）。

1.4.5 化学成分检测 采用AAⅢ型连续流动化学分析仪（德国BRAN+LUEBBE 公司），按照YC/Z240-2008烟草及烟草制品标准体系[32]测定烤后烟叶的化学成分，包括蛋白质、淀粉、还原糖、钾、氯、烟碱、总氮及总糖，并计算钾氯比、糖碱比和氮碱比。

1.4.6 经济性状调查 根据GB2635-1992标准[33]对烤后烟叶进行分级，统计等级结构（中上等烟比例）、产量，并计算均价和产值。烤后烟上3片、下3片分别去青、去杂后各取混合样2 kg，用于外观鉴定、化学成分检测和感官评吸。

1.4.7 中性香气成分测定 采用内标法[34]测定香气成分。

1.4.8 感官评吸鉴定 感官评价包括香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、刺激性、余味、燃烧性等。由河南中烟工业有限责任公司和河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地评吸专家进行打分。香气质：较好、中偏上（6.1～9.0分），中等、中偏下（3.1～6.0分），较差（≤3分）；香气量：较足、尚足（6.1～9.0分），有（3.1～6.0分），香气较少（≤3.0分）；浓度：浓、较浓（6.1～9.0分），中等（3.1～6.0分），较淡、淡（≤3.0分）；杂气：无、较轻（6.1～9.0分），有（3.1～6.0分），略重、较重、重（≤3.0分）；劲头：大、较大（6.1～9.0分），中等（3.1～6.0分），较小、小（≤3.0分）；刺激性：微有（6.1～9.0），有（3.1～6.0分），略大、较大（≤3.0分）；余味：舒适、较舒适（6.1～9.0 分），尚适（3.1～6.0 分），欠适、滞舌（≤3.0 分）；燃烧性：强、较强（6.1～9.0 分），中等（3.1～6.0分），较差、熄火（≤3.0）；灰色：白（6.1～9.0分），灰白（3.1～6.0分），灰、黑灰（≤3.0分）。

1.5 数据处理

釆用Excel 2016和Origin 7.5软件进行数据整理和图形绘制，使用DPS 7.05软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 沼渣和芝麻饼肥对南阳烟区植烟土壤碳氮的影响

2.1.1 沼渣和芝麻饼肥对植烟土壤有机碳、总氮、碳氮比的影响 由图1可知，施用沼渣和芝麻饼肥可明显影响土壤有机碳、总氮含量。随着移栽时间的推移，各处理的土壤有机碳、总氮含量均有所下降，其中T3、T4、T5、T6处理的碳氮比均呈现先上升后下降的趋势，且总氮含量后期下降速度较缓慢。在同一时期内，随着有机肥施用比例的增加，除T2处理外各处理的土壤有机碳含量、碳氮比基本呈现上升的趋势，并在T6处理达到最大值。与T1处理相比，除T2处理外配施有机肥各处理的土壤有机碳含量、碳氮比均有所增加，且碳氮比在移栽后各时期均高于T1处理。与T1处理相比，T6处理在移栽后50、80、110、140 d土壤有机碳含量分别提高了10.75%、8.77%、8.85%、6.16%，碳氮比分别提高了11.07%、8.77%、11.00%、6.88%。

2.1.2 沼渣和芝麻饼肥对植烟土壤微生物量碳、氮含量的影响 由图2可知，施用沼渣有机肥和芝麻饼肥提升了植烟土壤微生物量碳、氮含量，随着移栽时间的增加，各处理土壤微生物量碳、氮含量均有所下降。在同一时期内，随着有机肥施用比例的增加，各处理的土壤微生物量碳、氮含量基本呈现先升高后降低的趋势，且在T4处理达到最大值。施用沼渣和芝麻饼肥的土壤微生物量碳、氮含量在移栽后各时期均高于T1处理。与T1处理相比，T4处理在移栽后50、80、110、140 d土壤微生物量碳含量分别提高了32.29%、32.11%、23.40%、17.75%，土壤微生物量氮含量分别提高了37.13%、35.66%、28.41%、16.80%。

2.2 沼渣和芝麻餅肥对南阳烟区烤烟上部叶质量的影响

2.2.1 沼渣和芝麻饼肥对烟草上部叶物理性状的影响 由表2可知，施用沼渣有机肥和芝麻饼肥可以改善烟株上部叶物理性状，各处理的含梗率差异不显著（P>0.05）。随着有机肥施用比例增加，各处理的叶长、叶宽、叶面积、单叶重、拉力等均呈现先提高后降低的趋势，叶片厚度呈现逐渐降低的趋势，平衡含水量呈现先降低后升高的趋势。与T1处理相比，T4处理的叶长，T4、T5处理的叶宽，T3、T4、T5处理的叶面积，T3、T4处理的单叶重，T2、T4 处理的拉力， 均有显著提高（P<0.05），其中T4处理的提升幅度最大，与T1处理相比，叶长、叶宽、叶面积、单叶重、拉力分别提高了9.23%、10.49%、9.77%、15.85%、47.85%。与T1 处理相比，T4、T5 处理平衡含水量显著降低（P<0.05）。

2.2.2 沼渣和芝麻饼肥对烟草上部叶化学成分的影响 由表3可知，施用沼渣和芝麻饼肥可以改善烟株上部叶化学成分。随着有机肥施用比例增加，各处理的钾离子含量、钾氯比以及淀粉含量均呈现先提高后降低的趋势。与T1处理相比，T2、T3、T4 处理的淀粉含量，T3、T4、T5 处理的钾氯比、糖碱比，T4、T5处理的总糖含量，T3、T4、T6处理的烟碱含量，T2、T3、T4、T5、T6处理的钾离子含量，T5处理的还原糖含量差异显著（P<0.05）。与T1处理相比，T4处理的淀粉含量、钾离子含量、钾氯比、糖碱比以及氮碱比分别提高了31.91%、21.79%、31.61%、25.07%、22.58%。

2.2.3 沼渣和芝麻饼肥对烟草上部叶经济性状的影响 由表4可知，施用沼渣和芝麻饼肥可以显著提高烤烟上部叶经济效益，各处理的产量差异不显著（P>0.05）。随着有机肥施用比例增加，各处理的均价、产值、中上等烟比例呈现先提高后降低的趋势。与T1 处理相比，配施有机肥的处理在均价、产值、中上等烟比例等方面均有显著提高（P<0.05），其中T4处理的提升幅度最大，与T1 处理相比，T4 处理的均价、产值分别提高了23.31%、26.57%，中上等烟比例提高了31.56个百分点。

2.2.4 沼渣和芝麻饼肥对烟草上部叶香气成分的影响 由表5可知，施用沼渣有机肥和芝麻饼肥可以显著提高烤烟上部叶香气量。随着有机肥施用比例增加，各处理的香气量呈现先提高后降低的趋势。与T1处理相比，配施有机肥的处理香气量显著提高（P<0.05），其中T4 处理香气总量最高。与T1处理相比，T4处理的棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物、苯丙氨酸降解产物、类西柏烷类降解产物、叶绿素降解产物及香气总量分别提升了31.34%、46.89%、91.14%、12.39%、15.91%、19.92%。

2.2.5 沼渣和芝麻饼肥对烟草上部叶感官评吸质量的影响 由表6可知，施用沼渣和芝麻饼肥可以显著提高烟株上部叶感官评吸质量，各处理的感官刺激性得分差异不显著（P>0.05）。随着有机肥施用比例增加，各处理的评吸得分呈现先提高后降低的趋势。与T1处理相比，T4、T5处理的香气质、香气量与燃烧性得分，T3、T4、T5处理的浓度和余味得分，T2、T3、T4、T5处理的杂气得分，T4处理的劲头得分差异显著（P<0.05），其中T4处理的各项指标得分均最高。与T1处理相比，T4处理的香气质、香气量、浓度、杂气、劲头、余味、燃烧性得分分别提高了13.33%、12.90%、11.67%、10.00%、8.33%、8.33%、7.14%。

3 讨论

沼渣和芝麻饼肥因具有营养成分丰富、肥效持久、效果优良、成本低廉、来源广泛等优点，可作为肥料和土壤的改良剂，引起了人们的广泛关注[35-36]。本研究结果表明，施用沼渣和芝麻饼肥的处理相较于纯化肥处理，土壤有机碳、碳氮比均有所提高，这与梁尧等[37]的研究结果一致，说明施用沼渣和芝麻饼肥可以起到增碳固碳的作用。施用沼渣和芝麻饼肥的处理土壤有机碳含量与纯化肥处理相比有明显升高，分析原因可能为施用沼渣有机肥和芝麻饼肥后微生物活性增强，加速了土壤有机质的转化[38]。施用沼渣和芝麻饼肥处理的微生物量碳、氮含量高于纯化肥处理，并且提升了烟叶中钾离子含量和钾氯比，原因为沼渣肥中含有多种微生物，施入土壤后大量繁殖，形成优势群体，增强了土壤微生物活性，活化了土壤中的钾离子[39]。

研究发现，有机肥肥效较为持久，且有机肥与无机肥配施能够提高无机肥肥效[40]，延缓氮素释放，增加叶面积和单叶重，增强叶片柔韧度，提高糖碱比。土壤有机质的增多有利于均衡烟叶营养，协调生理代谢，提升淀粉含量[27，41]。均衡的营养和协调的代谢是提升烟叶耐熟性与成熟度的重要基础，而提高淀粉含量则能延迟烟草采收，提升成熟度，进而达到工艺成熟[42]。在一定范围内增施有机肥能够有效提高烟叶的香气总量，但过量施用会使烟叶成熟度降低，从而影响烤烟质量。

本研究还发现，施用沼渣和芝麻饼肥能够增加烟叶中的中性挥发性香气物质、色素降解类产物，并且能够减小刺激性、杂气，提升香气质、香气量、浓度、余味、燃烧性，且色素降解类产物的增多说明烟叶的成熟度得到了一定程度的提升；同时，施用沼渣和芝麻饼肥后上部烟叶的中上等烟比例、均价、产值等均有大幅提升，提高了经济效益，有利于提高烟农的收入以及种植烟草的积极性[43-44]。

此外，在确定沼渣有机肥和芝麻饼肥的用量、种类、施肥方式时，应综合考虑当地的土壤状况、气候条件、施肥方式等因素；而目前农民大多是经验施肥，常常导致有机肥的生态改良效果不显著，因此，研究沼渣有机肥和芝麻饼肥施用对土壤生态改良的效果时，应针对当地的肥力水平和作物种植制度，探究有机肥的适宜用量和施用方法，进而制定安全、高效的有机肥料配方和施用技术规范。

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（责任编辑：张冬玲）