化肥减量配施炭基有机肥对烤烟翠碧1号生长及产质量的影响

王成己 李静超 郝 东 张建忠 王 涛 胡忠良 唐莉娜

（1福建省农业科学院农业生态研究所/农业农村部福州农业环境科学观测实验站，福建 福州 350013； 2南平市烟草公司建阳分公司，福建 南平 354200；3福建省烟草公司三明市公司，福建 三明 365000； 4福建省烟草专卖局烟草科学研究所，福建 福州 350003）

烤烟（NicotianatabacumL.）是世界上栽培面积最大的烟草类型，是我国重要的经济作物［1］。烤烟对肥料反应敏感，因此需要严格控制养分吸收。长期施用化肥使植烟土壤板结、养分失调、土壤微生境失衡［2-3］，导致烟叶产量降低、品质下降［4-6］。为解决化肥过量施用对土壤和环境带来的不利影响，我国制定了一系列化肥减量增效政策并开展了大量研究［7-9］。相关研究表明，化肥减量配施有机肥在培育土壤肥力的同时改善了烟叶品质，成为烤烟栽培中有效的提质增效措施［10-12］。因此，针对不同烟区生产实际，研究化肥减量配施有机肥的施用效果，对烤烟施肥管理和优质适产具有重要指导作用。

生物炭是生物质材料在少氧条件下热裂解产生的富碳固体物质［13］。炭基有机肥具有改善土壤微生境、提高养分利用率、提升作物品质的特性，成为我国烟区化肥减量增效的重要途径［6］。但有机肥替代化肥的农学及环境效应因有机肥种类、替代率、作物类型和土壤条件不同而异。因此，明确不同有机肥施用情景下化肥减施量及其效果对实现我国化肥负增长具有重要意义。

福建省是我国“武夷丘陵生态区—清香型”区域［14］，是我国主要烟区之一。翠碧1 号（NicotianatabacumL.cv.Cuibi No.1）是福建烟区清香型风格烟叶的典型代表，是福建省三明市、南平市、龙岩市及江西部分烟区大面积推广的主栽品种，烟叶香气清雅、吃味醇和、品质优良、工业可用性高［15］。

调查发现，近年来翠碧1 号香气特色风格弱化、品质下降。其原因可能是肥水运筹不当，导致烟株生长过旺、株型偏大，从而影响烟叶风格和品质。研究人员针对不同移栽深度和移栽期［16-17］、不同施肥［18-19］以及不同采收成熟度［20］对翠碧1号生长发育及产质量的影响展开了研究，但化肥减量配施烟秆炭基有机肥对翠碧1 号生长发育及烟叶产质量的影响还鲜有报道。因此，本研究以氮素调控为主线，探讨化肥减量配施烟秆炭基有机肥对植烟土壤肥力、烤烟生长及烤后烟叶产量和品质的影响，并构建氮素调控与烟叶产质量提升方案，以期为福建及江西清香型特色烤烟翠碧1 号的优质生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于福建省南平市建阳区徐市镇烟草科研基地。该区域属于亚热带季风性气候，年均气温18.1 ℃，无霜期322 d，年均降雨量1 742 mm，年均日照时数1 802 h。土壤为山地丘陵红壤。试验前土壤养分状况：pH值5.07，有机质29.01 g·kg-1，全氮1.63 g·kg-1，全磷0.80 g·kg-1，全钾12.25 g·kg-1，碱解氮120.63 mg·kg-1，有效磷34.57 mg·kg-1，速效钾127.01 mg·kg-1。根据陈江华等［21］的分类方法，本研究试验地土壤为中高肥力水平。耕作制度为烟-稻复种连作种植。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为翠碧1 号（CB-1），由福建省烟草科学研究所南平烟科分所（南平市烟草公司技术中心）提供。烤烟行距1.2 m，株距0.48 m，移栽密度17 400 株·hm-2（每小区定植4行，每行20 株）。试验所用烟秆炭基有机肥由贵州金叶丰农业科技有限公司提供，其原料组成为烟秆生物炭30%、酒糟20%、菌菇渣50%；炭基有机肥中有机质含量72%，pH 值8.4，氮磷钾总养分7.7%，其中氮（N）2.4%、磷（P2O5）2.1%、钾（K2O）3.2%。

1.3 试验设计

试验设6个处理：不施肥（TJ1）、单施化肥（TJ2）、化肥未减量+炭基肥（TJ3）、化肥减量10%+炭基肥（TJ4）、化肥减量20%+炭基肥（TJ5）、化肥减量30%+炭基肥（TJ6）。化肥减量是以当地翠碧1 号常规氮肥用量（83.40 kg·hm-2纯N）为基础，从基肥的烟草专用肥中按比例扣减，磷（P2O5）、钾（K2O）比例也相应发生变化；炭基有机肥作为基肥一次施入，用量为2 400 kg·hm-2。

除TJ1 处理外，其他处理化肥用量分为基肥和追肥两部分，其中基肥包括烟草专用肥（N∶P2O5∶K2O=12.5∶8∶22.5）、氢氧化镁、硼砂（质量分数＞95%）、钙镁磷肥（P2O512%）；追肥包括烟草专用肥、硝酸钾（N 12%、K2O 46%）、硫酸钾（K2O 50%）。除基肥中烟草专用肥用量因试验处理存在差异外，其他肥料施用量和施用方式均相同，并按照优质烟叶管理方式进行管理。具体施肥方案见表1。烟苗移栽前将配合好的化肥与炭基肥呈宽带状均匀施入条沟。施肥深度15～18 cm，宽度18 cm，施肥后随即覆土盖膜。试验田土壤肥力均匀，各小区随机区组排列，每处理3 次重复，小区面积216 m2（长36 m，宽6 m）。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization scheme/（kg·hm-2）

1.4 测定项目与方法

1.4.1 烟田土壤理化性质测定 于烤烟收获后采集土壤样品。采用5 点取样法，每个小区分别在两株烟的垄中间采集0～20 cm 土层混合土样1 kg，自然风干，去除砂砾、根系等杂物，过2 mm 方孔筛备用。土壤理化性质参考《土壤农业化学分析方法》［22］进行测定，其中pH值测定采用电位法；有机碳含量测定采用重铬酸钾容量法；全氮含量测定采用凯氏法；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；全磷含量测定采用碳酸钠熔融法；有效磷含量测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；全钾含量测定采用氢氧化钠熔融火焰光度法；速效钾含量测定采用醋酸铵浸提-火焰光度法。

1.4.2 烤烟农艺性状 依据《YC/T 142—2010烟草农艺性状调查测量方法》［23］调查烤烟农艺性状，记录烤烟生育期表现，打顶后每小区选取5 株代表性烟株，测定烟株株高、茎围、节距、有效叶片数、最大叶长宽及叶面积等农艺性状。

1.4.3 烟叶产质量调查 按小区面积分别测产，计算产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例。

1.4.4 烟叶化学成分测定 烤后烟叶去除杂色、含青烟叶后，选取中部（C3F）和上部（B2F）初烤样品各3 kg测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾和氯含量，并据此计算糖碱比、氮碱比和钾氯比。总糖含量采用蒽酮比色法测定，还原糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，总氮含量采用过氧化氢—硫酸消化凯氏定氮法测定，烟碱含量采用紫外分光光度法测定，钾含量采用火焰光度法测定，氯含量采用莫尔法测定［24］。

1.4.5 烟叶感官质量评价 称取C3F 和B2F 初烤样品，按照《YC/T 138—1998 烟草及烟草制品 感官评价方法》［25］由感官评吸专家进行感官质量评价。评吸指标包括香型、甜感、香气质、香气量、杂气、细腻度、浓度、劲头、刺激性及余味等10项，参照王成己等［26］的方法评价计分。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2021 软件进行数据整理，T 检验方法进行差异显著性分析。试验数据以平均值±标准差形式表示，并统计处理间差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟田土壤理化性质的影响

表2 为不同处理烟田土壤理化性质。总体来看，所有施肥处理（TJ2～TJ6）土壤pH 值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量均高于未施肥处理（TJ1），而化肥减量配施炭基肥处理（TJ3～TJ6）上述指标则或大或小于单施化肥处理（TJ2）。TJ3～TJ6处理中，土壤pH 值随化肥减施量（0～30%）的增加而增加，TJ4～TJ6 较TJ3 的增幅为0.20%～1.77%，但所有处理间无显著差异（P＞0.05，下同）；而土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量均随化肥减施量（0～30%）的增加而降低，TJ4～TJ6 较TJ3 的降幅分别为2.27%～7.57%、1.97%～4.43%、4.59%～19.27%、2.36%～8.79%、0.71%～17.62%、8.31%～16.79%、4.67%～30.23%。TJ3～TJ6土壤有机质和全氮含量均显著高于TJ1和TJ2（P＜0.05，下同），但TJ4、TJ5、TJ6 处理间无显著差异。说明化肥减量配施炭基肥能提高土壤肥力，配施炭基肥时化肥减量10%～20%未显著降低烟田土壤肥力。

表2 各处理烟田土壤理化性质Table 2 Physicochemical properties of tobacco field soil under different treatments

2.2 不同处理对打顶后烤烟农艺性状的影响

表3为打顶后烤烟农艺性状，总体来看，所有施肥处理（TJ2～TJ6）烟株株高、茎围、节距、有效叶片数、最大叶长宽和叶面积均大于未施肥处理（TJ1），增幅分别为1.89%～14.73%、3.64%～16.94%、1.69%～6.78%、1.42%～13.01%、2.18%～8.83%、7.09%～14.26% 和8.98%～23.97%。且化肥减量配施炭基肥处理（TJ3～TJ6）上述指标均大于单施化肥处理（TJ2），增幅分别为2.56%～12.59%、0.73%～12.87%、1.73%～5.07%、4.83%～11.45%、1.16%～6.52%、0.57%～6.68%、2.07%～13.76%。TJ5处理烤烟株高、茎围、叶面积均显著高于TJ1 和TJ2，但TJ3～TJ6 处理间上述指标无显著差异。进一步分析得知，上述7 项农艺性状指标最大值均出现在TJ5 处理（化肥减量20%+炭基肥），其次为TJ4或TJ6处理，而非施肥量最大的TJ3 处理（化肥未减量+炭基肥）。说明化肥减量20%配施2 400 kg·hm-2炭基肥对烟株生长具有积极的促进作用，而过量施肥则对烟株生长产生一定的抑制作用。

表3 各处理烤烟打顶后农艺性状Table 3 Agronomic characters of flue-cured tobacco after topping under different treatments

2.3 不同处理对烤后烟叶化学成分及化学协调性的影响

烤烟生产中不但关注烤后烟叶内在化学成分含量，更注重烟叶化学成分的协调性。不同处理烤后烟叶化学成分及化学协调性如表4 所示。国际上优质烟叶内在化学成分含量为总糖18%～22%，还原糖16%～20%，总氮1.5%～3.5%，烟碱1.5%～3.5%，钾2.0%～3.5%，氯0.3%～0.8%，糖碱比8～12，氮碱比≤1，钾氯比≥4［27］。总体上，本研究各处理烤后烟叶总糖含量为16.00%～38.03%，还原糖含量为12.17%～22.36%，总氮含量为1.37%～2.72%，烟碱含量为1.29%～2.32%，钾含量为1.75%～2.20%，氯含量为0.14%～0.45%，糖碱比为3.67～17.33，氮碱比为0.82～1.15，钾氯比为4.62～13.40。

表4 各处理烤烟化学成分及其协调性Table 4 Chemical composition and coordination of flue-cured tobacco under different treatments

2.3.1 不同等级间烟叶化学成分比较 由表4 可知，所有试验处理C3F 等级烟叶总糖（35.37%，均值，下同）、还原糖（20.90%）含量及糖碱比（13.49）均高于B2F等级总糖（18.14%）、还原糖（14.38%）含量及糖碱比（5.46），而C3F 等级烟叶总氮（1.50%）及烟碱（1.59%）含量则均低于B2F 等级总氮（2.55%）及烟碱含量（2.77%）。

各试验处理C3F 和B2F 等级烟叶钾、氯含量及氮碱比、钾氯比变化规律不尽相同，但C3F等级烟叶钾含量（2.05%）、氮碱比（0.95）、钾氯比（11.18）均高于B2F等级钾含量（1.87%）、氮碱比（0.94）、钾氯比（5.47），而氯含量则表现为C3F 低于B2F 等级，均值分别为0.19%和0.36%。C3F和B2F等级烟叶TJ3和TJ4处理钾含量均显著高于TJ5 和TJ6 处理，但TJ3 和TJ4 间、TJ5 和TJ6 间均无显著差异；与TJ3 和TJ4 处理相比，TJ5 和TJ6 处理降低了烟叶氯含量；TJ4 和TJ5 处理氮碱比更合理。

2.3.2 同一等级不同处理间烟叶化学成分比较 各试验处理C3F和B2F等级烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯含量及糖碱比、氮碱比、钾氯比的变化规律相同。TJ3～TJ6处理中，随着化肥减施量的增加，烟叶总糖、还原糖含量及糖碱比、氮碱比、钾氯比呈增加趋势，而总氮、烟碱、氯含量呈降低趋势，钾含量则无明显变化规律。

C3F 等级烟叶总糖和还原糖含量、糖碱比和氮碱比最高值出现在TJ6 处理，总氮、烟碱、钾、氯含量最高值出现在TJ3 处理，钾氯比最高值出现在TJ1 处理。B2F 等级烟叶总糖和还原糖含量、钾氯比最高值出现在TJ2 处理，总氮、烟碱、钾、氯含量最高值出现在TJ3处理，糖碱比和氮碱比最高值出现在TJ6 处理。说明过量施肥（TJ3 处理）在提高烟叶钾含量的同时也增加了总氮、烟碱、氯含量，而适宜的化肥减量配施炭基有机肥方案可以增加烟叶有益化学成分，降低总氮、烟碱、氯含量，提高烟叶化学成分协调性。

2.4 不同处理对烤后烟叶感官质量的影响

不同处理烤后烟叶感官质量得分如表5 所示。总体来说，各处理烤后烟叶感官质量综合得分表现为C3F 等级＞B2F 等级，C3F 等级得分较B2F 增加0.66%～3.69%（最大值均出现在TJ4）。所有施肥处理（TJ2～TJ6）烤后烟叶感官质量综合得分均高于未施肥处理（TJ1），C3F和B2F等级增幅分别为3.03%～13.31%和3.12%～10.15%；而化肥减量配施炭基肥处理（TJ3～TJ6）上述指标均高于单施化肥处理（TJ2），C3F 和B2F 等级增幅分别为1.85%～9.98%和1.91%～6.82%。

表5 各处理烤后烟叶感官质量（得分）Table 5 Sensory quality of cured tobacco leaves under different treatments （score）

C3F 和B2F 等级烤烟风格特征得分变化趋势基本一致，风格特征得分最大值均出现在TJ3～TJ5 处理。C3F 等级烤烟香气质、香气量及香气特征得分最大值均出现在TJ4 处理，而B2F 等级各施肥处理烤烟香气质和香气量得分基本无差异。烟气特征和口感特征得分变化趋势不一致，但C3F 和B2F 等级烟叶烟气特征和口感特征得分最大值均出现在TJ4处理。

TJ3～TJ6 处理（化肥减量0～30%、总养分减量0～14%）C3F 和B2F 等级烟叶感官质量综合得分较TJ2 处理（单施化肥）分别增加1.85%～9.98% 和1.91%～6.82%。说明化肥减量10%～30%配施2 400 kg·hm-2炭基肥对烟叶感官质量综合得分的不利影响有限。

2.5 不同处理对烤烟主要经济性状的影响

表6 为烤烟主要经济性状，总体来看，所有施肥处理（TJ2～TJ6）烤烟产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例均显著高于不施肥处理（TJ1），增幅分别为9.22%～19.08%、22.41%～34.14%、12.11%～12.65%、15.51～23.59 和18.37～22.84 个百分点。化肥减量配施炭基肥处理（TJ3～TJ6）上述指标均大于单施化肥处理（TJ2），增幅分别为5.25%～9.03%、5.62%～9.59%、0.05%～0.48%、2.64～8.08 和3.07～4.47 个百分点。与TJ1和TJ2处理相比，化肥减量配施炭基肥具有明显的增产增效作用。

表6 各处理烤烟主要经济性状Table 6 Main economic characters of flue-cured tobacco under different treatments

TJ3～TJ6 处理中，烤烟产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例均随化肥减施量（0～30%）的增加呈先增加后降低的趋势，最高值均出现在TJ5 处理（化肥减量20%+炭基肥），且TJ5 处理烤烟产量、产值、上等烟比例均显著高于TJ1 和TJ2 处理。与TJ3 处理（化肥未减量+炭基肥）相比，TJ4、TJ5、TJ6处理上述指标变化范围分别为-1.03%～2.52%、-0.73%～2.99%、0.28%～0.43%、-1.70%～4.84%、-0.90%～0.60%。相对于化肥未减量的TJ3 处理，化肥减量10%～20%时（TJ4 和TJ5处理）烤烟产量和产值分别增加了1.55%～2.50%和1.95%～2.99%，而化肥减量30%时（TJ6处理）则分别降低1.05%和0.73%。说明化肥减量10%～20%配施2 400 kg·hm-2炭基肥均可实现烤烟增产增效，而化肥减量30%导致烤烟减产降效，但TJ6 处理产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例均高于TJ1、TJ2处理。

3 讨论

3.1 不同处理对烤烟生长和产量的影响

本研究显示，TJ5处理各项农艺性状均最好，其次为TJ4 或TJ6 处理，说明化肥减量20%配施2 400 kg·hm-2炭基肥可有效改善烟株农艺性状，表现在农艺性状协调性较好，叶面积较大，茎秆粗壮，田间长势中等，满足翠碧1号的“株型”要求［28］。化肥减量20%配施炭基肥对烟株生长的不利影响较小，这与何晓冰等［29］的研究结果一致。

本研究表明，不施肥处理（TJ1）烤烟产量为1 725 kg·hm-2，显著低于其他5 个处理，较TJ2（单施化肥）和TJ6（化肥减量30%+炭基肥）分别降低8.44%和13.01%。虽然TJ1处理未施化肥，但仍保持一定产量，说明上一年施肥效应依旧存在，但若继续不施肥、单施化肥或者大幅度减施化肥，烤烟产量也会下降，这需要今后通过长期试验来验证。

已有研究表明，中等肥力土壤上，利用生物有机肥替代20%化肥可显著改善烟叶产质量［30］。张建忠等［31］研究表明，施氮量为58.50～136.50 kg·hm-2时，翠碧1号产量为1 768～2 682 kg·hm-2，最高产量出现在施氮量最大的处理。本研究显示，施氮总量（化肥氮+炭基肥氮）为83.40～129.45 kg·hm-2时，翠碧1 号产量为1 884～2 054 kg·hm-2，最高产量并未出现在施氮量最大处理（TJ3），而是出现在TJ5 处理（化肥减量20%+炭基肥，总氮112.65 kg·hm-2），这与刘宇［32］关于化肥减量10%～20%配施有机肥处理烟叶产量最优的结果相似。本研究表明，化肥减量20%配施炭基肥可实现烤烟增产增效，而化肥减量30%时烤烟增产效应有所降低，但产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例均高于TJ1、TJ2 处理。如前所述，本研究供试土壤为中高肥力水平，当土壤肥力水平较高时，通过施肥提升烤烟产量的空间较小，施肥的增产效应逐渐下降［33］。

3.2 不同处理对烟叶化学成分的影响

烟叶化学成分是烟叶香味风格和质量特征形成的物质基础［34-35］。本研究显示，配施2 400 kg·hm-2炭基肥时，随着化肥减施量的增加，烟叶总糖、还原糖含量及糖碱比、氮碱比、钾氯比呈增加趋势，而总氮、烟碱、氯含量呈降低趋势。本研究所有试验处理C3F等级烟叶平均总糖、还原糖含量及糖碱比均高于B2F等级，而C3F 等级烟叶总氮及烟碱含量则低于B2F 等级。说明化肥减量配施炭基有机肥可以增加烟叶有益化学成分，降低总氮、烟碱、氯含量，提高烟叶化学成分协调性，这与陈懿等［36］的研究结果一致。研究表明，在一定范围内，总糖和还原糖含量增加可提高烟叶弹性、使其不易破碎［37］。钾素能显著改善烟叶燃烧性，提升烟叶香气与吃味［34］；钾氯比越高（一般在4.0以上），烟叶燃烧性越好［38］。本研究所用烟秆炭基有机肥含钾（K2O）3.2%，对烟叶钾素及钾氯比提升具有积极作用。

本研究中其他化学成分指标均基本在优质烟叶标准［27］的适宜范围，而C3F 等级烟叶总糖（35.37%）、还原糖含量（20.90%）均高于优质烟叶标准。虽然这是南方烟区的共同特点，但烟叶糖含量并非越高越好。B2F 等级烟叶糖碱比（5.46）低于优质烟叶标准，这可能是翠碧1 号的独有特点或是需肥特性所致［31，39］，今后需深化翠碧1 号烟叶化学成分及其风格特征研究，为卷烟配方提供技术参考［40］。

3.3 不同处理对烟叶感官质量的影响

烟叶感官质量是烟叶化学成分在烟气特征上的具体表现，烟叶内在化学成分及其协调性也会影响烟叶感官质量［41］。本研究表明，C3F 和B2F 等级烟叶感官质量综合得分表现为TJ4＞TJ5=TJ3＞TJ6＞TJ2＞TJ1，且TJ3～TJ6 处理（化肥减量0～30%，总养分减量0～14%）综合得分较TJ2 处理（单施化肥）分别增加1.85%～9.98%和1.91%～6.82%。说明化肥减量10%～30%配施2 400 kg·hm-2炭基肥对烟叶感官质量的不利影响有限，这与刘宇［32］的研究结果类似。炭基有机肥配施化肥可以提升烟叶感官质量，充分体现了炭基肥的缓释效应［42］。因此，在“双减”及“双碳”背景下，化肥减量配施高碳炭基肥［43］及烟秆炭基肥［44-45］对促进烟草提质增效、实现烟草种植业绿色低碳发展具有重要意义。

4 结论

本研究表明，化肥减量配施炭基有机肥对翠碧1号生长及烟叶产质量具有不同程度影响。化肥减量10%～20%配施炭基有机肥可使烟叶总糖和还原糖含量维持在合适区间，同时降低总氮、烟碱、氯含量，提高烟叶化学成分协调性。化肥减量10%～20%对烟叶感官质量的不利影响有限，并且可实现烤烟增产增效，而化肥减量30%时烤烟减产降效。综上，推荐化肥减量20%配施2 400 kg·hm-2烟秆炭基有机肥在福建及江西清香型特色烤烟翠碧1号种植区推广使用。