氮肥减量配施微生物菌剂对烤烟生长发育的影响

刘昭伟，邹佳怡，黄子彧，张阳，薛建业，张洪波，黄琼慧，王新月，全柯颖，夏冰，邓小华*

(1 湖南省烟草公司株洲市公司，湖南 株洲 412400； 2 湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

烤烟的早生快发可为烤烟优质丰产奠定基础[1]，湖南稻作烟区烤烟移栽期、伸根期常面临低温阴雨天气，降雨易造成土壤养分流失，低温会导致烤烟根系发育迟缓，从而影响烤烟早生快发，降低烟叶产量和质量[2-3]。 土壤类型[4-5]、种植模式[6]、施肥模式[7]、施肥方式[8]、耕作方式[9]等均会影响烤烟的生长发育。 研究[10-11]表明，深耕、深松措施可改善土壤物理性状，优化烤烟根系空间分布，促进烤烟根系生长发育。 植物生长调节剂ABT 和GGR 可促进烤烟地上部和根系的发育，提高根系活力，有利于烤烟干物质积累[12-13]。 施用生物有机肥可改善土壤中的微生态条件和养分浓度，从而促进烤烟生长、提高叶绿素含量、增加烟叶产量与产值[14-15]。地膜覆盖栽培可保墒增温，改善水、肥、气、热等环境因子，促进烤烟早生快发[16]。 如何在减少化肥施用量的同时，不影响烤烟生长，还能提高烤烟肥料利用率和产质量，是湖南稻作烟区亟待解决的问题。 有关烤烟施肥模式、微生物菌剂对烤烟生长发育、产质量的影响已有报道，但关于肥料运筹配施微生物菌剂对烤烟生长发育影响的研究较少。 鉴于此，本研究采用双因素试验，研究氮肥减施配施微生物菌剂对烤烟根系生长发育、农艺性状、烟叶SPAD 值、烤烟地上和根系生物量及根冠比的影响，为南方稻作烟区烤烟栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验采用的烤烟品种为云烟87。 使用的肥料有烟草专用基肥(N-P2O5-K2O＝7-17-8，总养分≥32%，硝态氮/总氮≥20%，有机质≥15%)、生物发酵饼肥(总养分≥8%，有机质≥70%)、硫酸钾(水溶性氧化钾含量≥52.0%，氯含量≤1.0%，硫含量≥17.5%)、灌蔸肥(N ∶P2O5∶K2O ＝20 ∶9 ∶0，总养分含量≥29%，含硼、镁、锌、钼、黄腐酸、抗病解磷复合功能菌、天然生物抗病素、保水保肥营养增效剂等)、水溶追肥(N ∶P2O5∶K2O ＝10 ∶0 ∶40，总养分含量≥50%)、烟草专用提苗肥(N ∶P2O5∶K2O ＝20 ∶9 ∶0，总养分含量≥29%)、烟草专用追肥(N ∶P2O5∶K2O ＝10 ∶0 ∶32，总养分≥42%)。 采用的微生物菌剂“根茎康”由北京恩格兰环境技术有限责任公司提供，每克含有效活菌数≥30 亿，富含丰富的活性有益拮抗菌微生物，主要成分为芽孢杆菌。

1.2 试验设计

试验地位于湖南省株洲市茶陵县腰陂镇(113°45′0″E，26°46′59″N)，属亚热带季风湿润气候，年均日照率37%，年均日照1 744.7 h，年平均气温17.9 ℃，年均降水量1 423 mm，太阳辐射总量470.24 J/cm3，该地区海拔870 m，无霜期290 d。 土壤pH 为5.82，含有机质44.23 g/kg、碱解氮34.72 mg/kg、有效磷60.22 mg/kg、速效钾250.14 mg/kg。

设置肥料运筹方式和微生物菌剂2 个试验因素，肥料运筹方式(C)设2 个水平:C1 为减氮施肥(减氮21.49%)，C2 为传统施肥；微生物菌剂(D)设2 个水平:D1 为施用微生物菌剂根茎康，用量为30 kg/hm2，与基肥拌匀后穴施，D2 为不施根茎康。 设置3 次重复，小区面积65 m2，随机区组排列。 减氮施肥模式的总施肥量为2 025 kg/hm2，其中施氮量为126 kg/hm2，基肥氮占25%，氮、磷、钾比例为1 ∶0.82 ∶3.32。 传统施肥处理的总施肥量为2 475 kg/hm2，其中施氮量为160.5 kg/hm2，基肥氮占40%，氮、磷、钾比例为1 ∶1 ∶2.87，具体施肥方式见表1。烤烟采用漂浮育苗，于2022 年3 月24 日移栽，种植密度为50 cm(株距)×120 cm(行距)。 其他田间管理措施参照株洲市优质烤烟生产技术规程。

表1 传统施肥模式与减氮施肥模式的肥料用量及施用方法Table 1 Fertilizer and its application methods of traditional fertilization mode and reducing nitrogen fertilization mode

1.3 检测指标与方法

1.3.1 烤烟根系性状指标

在移栽后30、60、90 d，每处理选取5 棵烟株，将根系冲洗干净，用LA-2400 多参数根系分析系统测定根长、根表面积、根体积、根直径及根尖数。

1.3.2 烤烟农艺性状指标

每个处理选代表性的烟株5 株，分别在移栽后30、60、90 d，按《烟草农艺性状调查测量方法》(YC/T142—2010)测定株高、茎围、节距、叶片数、最大叶长、最大叶宽等农艺性状，计算叶面积(叶面积＝叶 长×叶宽×0.634 5)。

1.3.3 鲜烟叶SPAD 值检测

打顶期，每处理随机选取5 株烟株，采用SPAD—502 plus 便携式叶绿素测定仪(日本柯尼卡美能达公司生产)，选择由下至上数第8 ～10 叶位烟叶，在离烟叶主脉3 cm 的两侧对称处各选择6 个点(避开支脉)测定SPAD 值，记录仪器读数并计算平均值。

1.4 统计分析方法

采用Excel 2010 和SPSS 20.0 进行数理统计分析，采用新复极差法进行多重比较，采用η2对施肥模式、微生物菌剂及其互作效应进行评价。η2表示自变量能够解释因变量总体方差变异的大小，介于0～1 之间，值越大说明变异幅度越大。η2＝SSB/SST，其中SSB(Sum of squares between)为组间平方和，表示其所在组的均值与总均值之差的平方和；SST(Sum of squares for total)为总离差平方和，表示所有数据点与均值的距离的平方和。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟根系生长发育的影响

由表2 可知，从施肥处理来看，除团棵期C1 处理的根系平均直径与C2 差异不显著外，其他时期的减氮施肥处理总根长、根表面积、根平均直径、根体积、根尖数均显著大于传统施肥处理。 与C2 相比，团棵期、打顶期、圆顶期C1 处理烟株的总根长分别增加55.78%、43.57%、22.92%，根表面积分别增加38.87%、49.52%、31.28%，根体积分别增加53.12%、81.30%、7.71%，根尖数分别增加42.41%、44.23%、24.44%；打顶期、圆顶期，C1 处理烟株的根平均直径分别较C2 增加25.00%、16.13%。

表2 不同处理烤烟的根系生长情况Table 2 Root growth of flue-cured tobacco under different treatments

根据表2，基肥添加根茎康的D1 处理与不添加根茎康的D2 处理根平均直径在各时期均无显著差异，但总根长、根表面积、根体积、根尖数均为D1 处理显著大于D2(圆顶期的根体积除外)。 与D2 相比，团棵期、打顶期、圆顶期添加根茎康的D1 处理总根长分别增加28.86%、18.30%、14.22%，根表面积分别增加24.92%、37.13%、21.68%，根体积分别增加25.45%、55.47%、3.80%，根尖数分别增加35.71%、37.52%、14.95%。 结果表明根茎康可改善根系的生长状况。

从肥料运筹方式与根茎康互作来看，总根长、根表面积、根体积、根尖数均以C1D1 表现最好，其次为C1D2。 根平均直径在团棵期以C2D1 表现最好，其次为C1D2；在打顶期以C1D2 表现最好，其次为C1D1；在圆顶期以C1D1 表现最好，其次为C1D2。综合来看，C1D1、C1D2 的根系生长表现相对较好。

2.2 不同处理对烤烟农艺性状的影响

由表3 可知，从肥料运筹方式来看，各个时期均为C1 处理的最大叶面积显著高于C2，且C1 处理团棵期的株高、圆顶期的最大叶长也显著高于C2，其他时期的株高、茎围、叶片数、最大叶长、最大叶宽均无显著差异。 团棵期、打顶期、圆顶期，相较于C2处理，C1 处理的茎围分别增加8.18%、0.19%、1.13%，最大叶长分别增加5.64%、3.59%、9.20%，最大叶宽分别增加5.72%、4.48%、3.88%，最大叶面积分别增加11.60%、8.34%、13.42%。 C1 处理团棵期、打顶期株高分别较C2 增加12.65%、2.50%；打顶期、圆顶期叶片数分别较C2 高3.45%、1.45%。 表明减氮施肥模式有利于烟株地上部生长。

表3 不同处理烤烟的农艺性状Table 3 Agronomic characters of flue-cured tobacco under different treatments

从根茎康处理来看，各个时期均为基肥添加根茎康的D1 处理最大叶面积显著大于不添加根茎康的D2 处理，除圆顶期的叶片数为D1 少于D2 外，其他时期的农艺性状指标均为D1 大于D2。 团棵期、打顶期、圆顶期，与D2 相比，添加根茎康的D1 处理株高分别增加11.92%、3.63%、9.16%，茎围分别增加4.46%、4.15%、9.66%， 最 大 叶 长 分 别 增 加3.68%、2.58%、0.49%，最大叶宽分别增加7.06%、6.71%、3.88%，最大叶面积分别增加10.98%、9.58%、4.17%；D1 处理团棵期、打顶期的叶片数分别较D2 增加2.63%、7.02%。 表明根茎康可改善烟株农艺性状，促进烟株生长。

从肥料运筹方式与根茎康互作来看，茎围、最大叶长、最大叶面积在各个时期均为C1D1 处理效果最好，其次为C1D2。 株高在团棵期、打顶期以C1D1效果最好，圆顶期以C2D1 效果最好；叶片数在团棵期以C2D1 效果最好，打顶期、圆顶期以C1D1 效果最好；最大叶宽在团棵期、打顶期以C1D1 效果最好，其次为C2D1，圆顶期以C2D1 效果最好，其次为C1D2。 综合来看，C1D1、C2D1 处理烟株的农艺性状表现较好。

从肥料运筹方式、根茎康及两者的互作效应来看，株高、茎围在团棵期为肥料运筹方式的贡献率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)，打顶期、圆顶期为根茎康贡献率最大(η2D＞η2C＞η2C×D)；最大叶面积在打顶期为根茎康贡献率最大(η2D＞η2C＞η2C×D)，团棵期、圆顶期为肥料运筹方式贡献率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；最大叶长在团棵期、打顶期为肥料运筹方式贡献率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；最大叶宽在团棵期、打顶期为根茎康贡献率最大。 从3 个时期的肥料运筹方式、根茎康及两者互作效应的平均值来看，肥料运筹方式、根茎康、两者互作在团棵期的贡献率分别为41.58%、36.33%、22.09%，打顶期分别占34.30%、46.84%、18.87%，圆顶期分别为45.97%、31.23%、22.80%；团棵期、圆顶期均为打顶期为随着烟株的生长发育，肥料运筹方式、根茎康及两者互作对株高的影响均呈先下降后上升的趋势，对茎围的影响均逐渐降低；肥料运筹方式对最大叶长和最大叶宽的影响逐渐增加，根茎康、两者互作对最大叶长和最大叶宽的影响呈先上升后下降的趋势；肥料运筹方式、两者互作对最大叶面积的影响逐渐增加。 可见肥料运筹方式、根茎康对农艺性状都有较大影响，而两者互作的影响相对较小。

2.3 不同处理对打顶期烟叶SPAD 值的影响

由图1 可知，C1 的SPAD 值高于C2，但差异不显著；D1 的SPAD 值显著高于D2；从肥料运筹方式与根茎康的互作来看，SPAD 值表现为C1D1＞C2D1＞C1D2＞C2D2，且C1D1 的SPAD 值显著高于C2D2。可见减氮施肥模式不会降低烟叶的SPAD 值，根茎康则有利于提高烟叶SPAD 值。 综合来看，以C1D1、C2D1 效果最好。

图1 不同处理打顶期鲜烟叶的SPAD 值Fig.1 SPAD values of fresh tobacco leaves under different treatments

2.4 不同处理对烤烟地上部和根系生物量及根冠比的影响

由表4 可知，C1 处理的根系生物量、根冠比在各时期均显著大于C2；团棵期、打顶期、圆顶期，与C2 处理相比，C1 处理的根系生物量分别增加63.93%、6.22%、6.50%，根冠比分别增加33.33%、8.00%、7.69%；团棵期、打顶期，C1 处理地上部生物量分别较C2 增加12.32%、0.61%。 表明减氮施肥模式有利于增加烟株根系生物量。

表4 不同处理烤烟的地上部和根系生物量及根冠比Table 4 Aboveground and root biomass and root-shoot ratio of flue-cured tobacco under different treatments

基肥添加根茎康的D1 处理根系生物量在各时期均显著大于不添加根茎康的D2 处理；团棵期、打顶期，D1 处理地上部生物量显著大于D2；D1、D2 处理的根冠比则无显著差异。 团棵期、打顶期、圆顶期，与D2 相比，D1 处理的根系生物量分别增加21.92%、6.07%、5.24%，地上部生物量分别增加16.26%、3.85%、2.08%。 表明根茎康可促进烟株生物量积累。

从肥料运筹方式与根茎康互作看，各个时期的根系生物量、根冠比均以C1D1 最高，其次为C1D2，且C1D1 显著高于C2D2；地上部生物量在团棵期以C1D1 最高，其次为C2D1，打顶期、圆顶期以C2D1最高，其次为C1D1。 综合来看，C1D1、C1D2 处理促进生物量积累的效果最好。

从肥料运筹方式、根茎康及两者互作效应来看，各个时期均为肥料运筹方式对根系生物量、根冠比的贡献率最大(η2C＞η2D＞η2C×D)；根茎康对地上部生物量的贡献率最大。 从3 个时期肥料运筹方式、根茎康及两者互效应的平均值来看，肥料运筹方式、根茎康、两者互作在团棵期贡献率分别为50.20%、29.02%、20.78%，打顶期分别为29.57%、38.39%、32.04%，圆顶期分别为56.23%、37.77%、37.77%，团棵期、圆顶期均表现为η2C＞η2D＞η2C×D，打顶期则为η2D＞η2C＞η2C×D。 随着烟株的生长发育，肥料运筹方式、根茎康及两者互作对根系生物量、根冠比的影响呈先上升后下降的趋势；根茎康、两者互作对地上部生物量的影响呈先上升后下降的趋势。 可见肥料运筹方式、根茎康对地上部和根系生物量及根冠比都有很大影响，两者互作的影响则相对较小。

3 讨论

烤烟生长发育与经济性状不仅受环境的影响，也受施肥水平的影响[17]。 朱毅等[18]研究表明，在常规施肥基础上，减氮10%、20%有利于烤烟农艺性状的改善和抗病能力的提高，且分别可增产4.5%、2.2%，增值为28.1%、24.1%。 陈治峰等[19]研究发现，总施氮量减少22.22%的促根减氮施肥模式有利于提高烟叶外观质量、烤烟经济性状和上、中部烟叶的评吸质量，可有效提高烤烟种植效益和肥料利用效率。 本试验中，减氮施肥模式可促进烟株根系和地上部生长发育，提高烟叶SPAD 值和烟株根系活性，这可能是由于施用了水溶性肥料，虽然施氮量减少，但提高了肥料利用率[20]。 因为水溶性肥料可改善土壤理化性质，促进根系发育，提高养分利用效率，增加作物抗逆性，提高作物产质量[21]。

烟草根系担负着植株固着、养分吸收以及物质合成等重要职能[22]，其在土壤空间内的分布状况及生理活性与烤烟的内在品质和产质量都有着密切的关系。 李全胜等[23]研究发现，增施微生物肥可改善玉米根区土壤微生物结构，提高土壤酶活性，增强玉米对土壤养分的吸收，进而促进玉米干物质积累，最终获得高产。 徐赛等[24]研究表明，喷施微生物菌剂可提高上部叶开片率，提高产值和感官质量；条施微生物菌剂有利于促进烤烟早生快发、生长发育与提高烟叶产质量，协调化学成分。 本试验结果表明，在基肥中添加根茎康微生物菌肥可改善烟株农艺性状，提高烟叶SPAD 值，促进烟株生物量积累。 刘晓倩等[25]研究也表明，施用生物菌肥，可促进烟株生长发育，提升经济效益，改善烟叶化学成分，提高土壤中的酶活性。

本研究发现，从对烤烟根系的影响来看，肥料运筹方式贡献率占38.49%，根茎康贡献率占32.01%，两者互作贡献率占29.50%；从对烤烟农艺性状的影响来看，肥料运筹方式贡献率占41.02%，根茎康贡献率占37.58%，两者互作贡献率占21.40%；从对烤烟地上部和根系生物量及根冠比的影响来看，肥料运筹方式贡献率占41.94%，根茎康贡献率占35.53%，两者互作贡献率占22.54%。 综合考虑，肥料运筹方式对烤烟生长发育影响最大，其次为根茎康。

4 结论

本试验结果表明，减氮施肥模式配施根茎康可促进烤烟根系和地上部生长，提高烟叶SPAD 值，有效促进烟株根系和地上、地下部的生物量积累，其贡献率以肥料运筹方式最大，其次为根茎康。 综合分析，肥料运筹方式对烤烟生长发育的影响最大，减氮施肥模式配施根茎康可促进烤烟早生快发，本试验各处理中，C1D1 处理效果最好。 研究结果可为稻茬烤烟优质丰产奠定基础。