高碳基肥施用方法對清鎮植煙土壤及烤煙品質的影響

刁朝強,聶忠揚,程傳策,胡 勇,吳永琴,魏光鈺,任春燕

(1.貴州省煙草公司 貴陽市公司,貴州 貴陽 550001;2.河南農業大學 煙草學院,河南 鄭州 450002)

土壤是優質煙葉生產的基礎,土壤的優勢也是優質煙生產的優勢[1]。長期連作和連續施用化肥使煙田土壤環境嚴重破壞,土壤肥力下降,土壤營養供應不均衡，土壤和煙株之間的礦質營養難以平衡,煙葉化學成分失調,最終影響煙葉的香氣特性[2]。因此,針對貴陽烤煙生產實際,適時開展技術性研究,在保證煙葉優質適產的同時,大幅度提高養分資源的利用效率,可以為全面提高煙葉生產的經濟效益提供技術保障,同時也可為貴州煙區煙葉風格特色的彰顯提供優良的配套栽培技術。

碳基肥料一般都能作為養分被植物吸收,其肥料利用率高于非碳基化肥[3]。碳基肥料除了供應大量元素外,還可以提供大量的二氧化碳營養,不論從環境保護角度,還是從作物營養需要角度,碳基肥料應是化肥工業發展的方向[4]。我們通過試驗篩選出合適的高碳基肥料的使用量,以期更好地改良土壤結構,提高煙葉品質；選擇效果好、費用低的配方作為今后一個階段推廣應用的配方,以期為大規模的示范推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗安排在清鎮市進行,試驗田為當地主要植煙土壤田塊,地勢平坦、排灌方便,近年來未做過有機肥類效應試驗,面積約1000 m2,前茬未使用高殘留有害除草劑。

1.2 試驗材料

供試材料:高碳基有機肥料。供試烤煙品種為當地主栽品種云煙87。

1.3 試驗設計

實驗共設置5個處理,即:對照(CK)，常規施肥,不施用任何高碳基有機肥料；T1，常規施肥,施用高碳基肥料1500 kg/hm2;T2，常規施肥,施用高碳基肥料1200 kg/hm2;T3，常規施肥,施用高碳基肥料900 kg/hm2;T4，常規施肥,施用高碳基肥料600 kg/hm2。每個處理3次重復,采用隨機區組排列；每小區面積為66.7 m2，每個小區種植5行,行距1.2 m,株距0.5 m。試驗田各處理所有農事操作在同一天內完成,其它田間管理措施均按當地煙葉生產技術方案。在采收烘烤過程中,以小區為單位單獨掛牌采收、烘烤、分級、計產。按國家42級制標準分級。

1.4 觀察記載

1.4.1 農藝性狀 在各小區選擇有代表性的10株煙株掛牌標記,分別于煙株移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d對煙株的株高、莖圍、葉片數、最大葉長寬等農藝性狀進行調查。

1.4.2 經濟性狀 以小區為單位單獨采收烘烤、分級計產。開烤前調查實收株數,對各小區標記煙株標記下部葉(4～7葉位)、中部葉(9～12葉位)、上部葉(14～17葉位)。烘烤結束后,按小區進行分級,再統計煙葉產量、產值、均價、上等煙比例、上中等煙比例。

1.5 樣品采集與測定

1.5.1 土樣采集 共分4次采取,分別于煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d對每個處理植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣,取樣時采集耕作層土樣1.5 kg,混合均勻后,用四分法取1.0 kg土樣送檢。

1.5.2 煙樣采集 煙葉分級結束后,以處理為單位留取各小區標記葉,用于物理特性和香氣物質含量的測定。

1.5.3 測定項目及方法 (1)土壤化學指標:分別在煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,對植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣,測定堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質的含量，其測定方法分別為堿解擴散法、0.5 mol/L NaHCO3法、NH4OAc浸提-火焰光度法和重鉻酸鉀容量法。(2)土壤相關酶指標:在煙株移栽后30 d、60 d、90 d、120 d,對植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣,測定土壤蔗糖酶和土壤脲酶的活性，其中土壤蔗糖酶活性的測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法,以葡萄糖mg/(g·24 h·37 ℃)為單位;土壤脲酶活性的測定采用奈氏比色法,以NH4-N mg/(g·24 h·37 ℃)為單位。(3)經濟性狀:計算烤后煙的產量、產值、均價、上等煙比例和上中等煙比例等。(4)物理特性:包括厚度、拉力、填充值、葉質重、含梗率和平衡含水率等；其中厚度、含梗率、葉質重、拉力的測定方法參照文獻[11]，平衡含水率的測定采用行業標準YC/T 31─1996，填充值的檢測按行業標準YC/T 152─2001。(5)中性致香物質:采用氣/質聯用儀Agilent GC 6890 N/MS 5975進行分析。

1.6 數據處理

使用DPS 7.05軟件,采用Duncan氏新復極差法比較不同處理間各種指標之間的差異;使用OriginPro 8.5進行相關數據統計分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 不同高碳基肥料施用處理對土壤有機質含量的影響

有機質是土壤養分的主要來源,能有效促進土壤結構形成,改善土壤的物理性質,提高土壤的保肥能力和緩沖性能,同時腐殖質具有生理活性,能促進作物生長發育[5]。

從圖1可以看出,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤有機質含量在烤煙生長發育過程中變化不大,與對照相比,經不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤有機質含量較高,尤其是T2處理。方差分析結果表明：在移栽后30 d,T2和T3處理之間土壤有機質含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,T1、T4處理和對照之間差異不顯著;在移栽后60 d,T1、T2和T3處理之間土壤有機質含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,4個處理與對照差異顯著;在移栽后90 d,4個處理之間土壤有機質含量差異不顯著,T1、T2、T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照間差異不顯著;在移栽后120 d,各處理間土壤有機質含量差異顯著。

圖1 不同高碳基肥料施用方法對土壤有機質含量的影響

2.2 不同高碳基肥料施用處理對土壤氮磷鉀含量的影響

氮素是蛋白質、氨基酸、核酸、磷脂、激素、酶、葉綠素和煙堿的組成成分,是構成生命活動的物質基礎,直接參與煙株的形態建成,是煙草最重要的營養元素[6]。磷在有機化合物中以磷脂、核酸、植素的形態存在,參與煙株的碳水化合物、脂肪、蛋白質、核酸和能量代謝,促進細胞分裂,增強煙株的抗逆性[7]。煙草是喜鉀作物,鉀是煙株體內多種酶的激活劑,能促進煙株的碳水化合物代謝、氮代謝、脂肪代謝,調節氣孔開放,維持細胞膨壓,促進物質運輸和機械組織發育,提高煙株的抗逆性[8]。

2.2.1 不同處理對堿解氮含量的影響 土壤水解性氮或稱堿解氮,也叫有效氮,能反映土壤近期內氮素供應情況,包括無機態氮(銨態氮、硝態氮)及易水解的有機態氮(氨基酸、酰胺和易水解蛋白質)[9]。氮素在土壤和煙株體內的移動性都很強。土壤有效氮量與煙株生長關系密切,因此它在指導施肥中意義更大。

從圖2可以看出,在烤煙生長發育過程中,不同處理植煙土壤堿解氮含量的動態變化趨勢一致,表現為移栽后30 d土壤堿解氮含量增加,在移栽90 d之后又逐漸減少。與對照相比,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤堿解氮含量均較高,尤其是T2處理最高。方差分析結果表明：在烤煙移栽后30 d,T2和T3處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1和T3處理之間差異不顯著,T1和T4處理之間差異不顯著,T4處理和對照之間差異不顯著,T2處理與T1、T4處理、對照之間差異顯著,T3處理與T4處理、對照之間差異顯著,T1處理與對照之間差異顯著;在移栽后60 d,T1、T2、T3和T4處理與對照間土壤堿解氮含量差異顯著,4個處理之間差異不顯著;在移栽后90 d,4個處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1、T2、T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照間差異不顯著;在移栽后120 d,T2和T3處理之間土壤堿解氮含量差異不顯著,T1、T3和T4處理之間差異不顯著,T4處理和對照之間差異不顯著,T2處理與T1、T4處理、對照之間差異顯著,T3處理與對照之間差異顯著。

圖2 不同高碳基肥料施用方法對土壤堿解氮含量的影響

2.2.2 不同處理對速效磷含量的影響 土壤速效磷是土壤磷素養分供應水平高低的指標, 土壤磷素含量高低可在一定程度上反映土壤中磷素的貯量和供應能力。土壤中速效磷含量與煙株對肥料磷的利用呈負相關[10]。

從圖3可以看出,不同高碳基肥料施用處理植煙土壤的速效磷含量在整個生育期內變化不大。與對照相比,不同高碳基肥料施用處理的土壤速效磷含量均較高,具體表現為T2處理>T3處理>T1處理>T4處理。方差分析結果表明,在烤煙移栽后30 d,4個處理之間土壤速效磷含量差異不顯著,T1、T2和T3處理與對照間差異顯著,T4處理與對照之間差異不顯著。

圖3 不同高碳基肥料施用方法對土壤速效磷含量的影響

2.2.3 不同處理對速效鉀含量的影響 速效鉀是土壤中存在的水溶性鉀,這部分鉀能很快地被植物吸收利用。鉀是煙草吸收的營養元素中最多的一種元素。鉀對煙葉一些芳香物質的合成積累有促進作用[11]。

不同高碳基肥料施用處理對植煙土壤速效鉀含量的影響見圖4,表現為植煙土壤速效鉀含量從移栽后30 d逐漸升高,到60 d后降低。與對照相比,在烤煙各生育時期內不同高碳基肥料施用處理的土壤速效鉀含量均較高,其中T2處理土壤速效鉀含量最高。

2.3 不同高碳基肥料施用處理對土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤成分之一,烤煙根系的活動能促使土壤酶的積累,烤煙根際土壤酶活性明顯高于非根際土壤酶活性[12]。

2.3.1 不同處理對土壤脲酶活性的影響 土壤脲酶主要來源于植物和微生物,是決定土壤中氮轉化的關鍵酶,能酶促土中尿素水解成氨,其活性高低反映了各種生化過程的方向和強度[13]。

從圖5可以看出,不同處理植煙土壤的脲酶活性在烤煙生育時期內動態變化一致,表現為先升高后降低,不同高碳基肥料施用處理的植煙土壤脲酶活性均高于對照的。方差分析結果表明：在烤煙不同生育時期不同高碳基肥料施用處理與對照之間土壤脲酶活性差異均顯著;在移栽后30 d,不同處理間土壤脲酶活性差異均顯著;在移栽后60 d和90 d,T4處理與對照間土壤脲酶活性差異不顯著;在移栽后120 d,T1、T3處理之間土壤脲酶活性差異不顯著。

圖4 不同高碳基肥料施用方法對土壤速效鉀含量的影響

圖5 不同高碳基肥料施用方法對土壤脲酶活性的影響

2.3.2 不同處理對土壤蔗糖酶活性的影響 蔗糖酶又叫轉化酶或β-呋喃果糖苷酶,能酶促蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,對增加土壤中易溶性營養物質起著重要作用[14]。

從圖6可以看出,不同高碳基肥料施用處理的土壤蔗糖酶活性在烤煙各生育時期內動態變化表現一致,從移栽后30 d逐漸增強,90 d后逐漸降低。與對照相比,在烤煙生育期內不同高碳基肥料施用處理的土壤蔗糖酶活性均較高。方差分析結果顯示,在烤煙各生育時期,不同處理間土壤蔗糖酶活性差異均顯著。

2.4 不同高碳基肥料施用處理對煙株農藝性狀的影響

烤煙的農藝性狀主要包括株高、莖圍、葉片數、最大葉長和最大葉寬等,它能反映煙株在大田的生長狀況,從側面也能反映出煙田肥力的高低[15]。株高是煙株營養體生長的主要表現之一,株高的增加往往伴隨著葉片的增大和莖圍的增加。莖圍能直接反映煙株莖稈的健壯程度,與煙株營養密切相關。烤煙最大葉面積能在一定程度上反映煙株內的營養狀況,如果煙株最大葉面積大,則煙株內營養豐富。煙株最大葉長和葉寬能從側面反映煙株的最大葉面積。

從表1可以看出：從移栽后30 d至60 d,煙株的株高、莖圍、葉數和最大葉面積都急速增加；在移栽60 d之后,這些農藝指標的增加速度下降。方差分析結果表明,在烤煙各生育時期,不同處理間這些農藝指標差異均顯著。

圖6 不同高碳基肥料施用方法對土壤蔗糖酶活性的影響表1 不同高碳基肥料施用處理對煙株農藝性狀的影響

移栽后天數處理葉數/片株高/cm最大葉面積/cm2莖圍/cm30 dCK6.09 b13.40 ab306.13 a4.98 aT16.20 b11.26 b313.07 a4.94 aT28.06 ab13.33 ab308.32 a4.89 aT38.51 a16.10 a352.39 a4.93 aT49.02 a14.31 ab350.32 a4.91 a45 dCK9.92 a38.65 a856.53 a6.25 aT111.27 a38.62 a871.39 a6.14 aT210.16 a40.56 a864.23 a6.38 aT311.56 a36.14 a823.65 a5.78 aT412.05 a36.49 a834.43 a5.85 a60 dCK15.59 b92.48 a1175.90 a7.50 bT115.74 a93.80 a1163.12 a7.70 bT216.36 a93.65 a1191.41 a7.58 bT316.16 a92.49 a1214.43 a8.15 aT416.11 a90.38 a1208.27 a7.87 ab75 dCK15.84 b94.23 b1383.91 b8.22 abT116.31 a94.70 b1535.99 a8.24 abT216.54 ab95.12 ab1406.49 b8.50 aT316.17 ab98.68 a1533.21 a8.06 abT416.40 ab99.25 a1515.66 a8.88 a90 dCK16.12 b97.33 b1530.84 b8.29 cT116.38 b102.93 a1628.44 a9.87 abT216.95 a103.93 a1615.66 a10.30 aT316.86 a98.97 b1624.41 a9.13 bcT417.37 a103.30 a1617.79 a9.25 b

2.5 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙物理特性的影響

煙葉的物理特性與煙葉品質具有一定的相關性。煙葉的物理特性是煙葉的外部形態和物理特性,主要包括葉片的厚度、葉質重、拉力、平衡含水率、填充值和含梗率等[18]。

從表2可以看出：4個處理與對照間含梗率、填充值和抗張能力差異不顯著;T1與T3、T2、T4處理、對照間含水率差異顯著,T3、T2、T4處理與對照之間差異不顯著;T3、T4處理與對照之間葉質重差異不顯著,T1、T2處理與對照之間差異顯著,4個處理之間差異不顯著;T3處理與T1、T2、T4處理、對照之間厚度差異顯著,T1、T2、T4處理、對照之間差異不顯著。

表2 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙物理特性的影響

2.6 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙香氣成分的影響

從表4可以看出：不同高碳基肥料施用處理烤后煙的類胡蘿卜素含量與對照相比差異顯著,其中T2、T3的含量較高,其次是T4的含量,而對照和T1的含量較低;不同處理烤后煙的苯丙氨酸類總量差異顯著,其中T2和T3的含量居前2位,其次是T1和T4的含量,均顯著高于對照的;在類西柏烷類棕色化反應產物方面,各個處理的含量均顯著低于對照的,但在4個處理間差異不顯著;在新植二烯方面,T3和T4的含量居前2位,其次為T1的含量,而T2的含量與對照差異不顯著;致香物質總含量以T3處理最高,其次為T4處理,而T1、T2、對照間差異不顯著。

表3 不同處理烤后C3F煙葉中性香氣物質的組成

2.7 不同高碳基肥料施用處理對烤后煙經濟性狀的影響

從表4可以看出,與對照相比,不同高碳基肥料施用處理烤后煙的產量、均價、產值、上等煙比例、上中等煙比例均較高,其中以T1處理最高,其次為T3、T2和T4處理。

表4 不同高碳基肥料施用處理對烤煙經濟性狀的影響

3 討論與結論

經過高碳基肥料施用處理后的植煙土壤有機質含量比對照高,說明施用高碳基肥料能夠改善煙田土壤的理化性狀,提高土壤的保肥能力和緩沖性能,促進作物生長發育。其中T2處理土壤的有機質含量最高,其次為T3處理,而T1、T4處理提高土壤有機質含量的能力較差。

施用高碳基肥料能夠顯著提高土壤中氮、磷、鉀元素的含量,保證煙株的正常生長發育,其中T2處理對土壤中氮磷鉀含量的提高最多,其次為T3處理,而T1、T4處理提高較少。

在烤煙生育期內不同高碳基肥料施用處理的土壤脲酶和蔗糖酶活性均較高；施用不同高碳基肥料對煙株農藝性狀的影響較小,但能提高烤后煙葉的含梗率與含水率,提高烤后煙的經濟性狀,增加產值,提高收益。

總之，施用高碳基肥料能夠提高土壤有機質以及氮、磷、鉀的含量，土壤酶的活性，烤煙的產量、產值和香氣物質總量,其中經T2處理后的煙葉經濟效益最高,經T3處理后的煙葉香氣物質含量最高。

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