不同施肥措施對煙株生長發育及土壤鹽分的影響

秦燚鶴，姚鵬偉，韓秋靜，馬靜，張格格，葉協鋒

河南農業大學煙草學院/國家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業煙草栽培重點實驗室，鄭州 450002

據世界糧農組織和教科文組織統計，全球陸地面積的10%為鹽漬土[1]，此外每年約1×107hm2土地因次生鹽漬化而廢棄[2]，造成巨大的資源損失，土壤鹽漬化已經成為一個世界性的生態問題。我國鹽堿土分布廣、面積大，鹽漬土占全國耕地的6.62%，目前尚有2.6億畝左右潛在鹽漬化土壤[3]，這類土壤可能會因為不合理的耕作、施肥、灌溉等方式而導致次生鹽漬化[4]。

在土壤-植物-環境統一體中，適量的土壤鹽分可以為植株生長提供礦質營養，鹽分過量則有可能成為植物生長的限制條件，如抑制種子萌發或植物生長代謝等[5]。針對這些問題，部分學者研究了改良土壤鹽漬化的管理措施，認為施用有機肥是重要途徑之一。張建兵等[6]研究了灘涂圍墾農田鹽漬土改良方法，認為施用有機肥在提高土壤肥力的同時，還可以改善水鹽環境，促進脫鹽，抑制返鹽，以有機質調控水鹽平衡，進而促進作物生長。王海江等[7]提出增施有機肥如秸稈還田是綜合治理新疆地區重度鹽漬化土壤的有效途徑。孫運朋[8]在灘涂圍墾鹽堿土壤的研究表明，生物炭對鹽分在耕作層的積聚具有一定的緩沖作用。肖輝等[9]認為雞糞、豬糞這兩種有機肥可以延緩設施土壤鹽分累積速度。這些研究主要集中在鹽漬土或次生鹽漬化嚴重的設施栽培，關于不同施肥措施對輕度鹽漬化煙田土壤的影響鮮有報道。在烤煙的田間管理過程中，長期不合理施肥、灌溉會導致土壤次生鹽漬化。葉協鋒調查結果表明，河南省10.23%的植煙土壤屬輕度鹽漬化[10]。本試驗通過研究不同施肥措施對煙株生長發育及土壤鹽分的影響，為科學指導煙草栽培和實現植煙土壤可持續利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自河南農業大學科教園區。土壤質地為砂壤土，pH 7.85，有機質含量15.70 g/kg，堿解氮35.00 mg/kg，速效磷26.12 mg/kg，速效鉀180.34 mg/kg，供試品種為中煙100，移栽所選煙苗大小均勻一致，株高8.42 cm，莖圍1.50 cm，有效葉數8.40片，最大葉面積18.26 cm2，移栽后生長點高于土壤平面2.10 cm（隨機挑選具有代表性的5 株進行測量，最大葉面積按剪葉后統計）。試驗用土、灌溉用水及有機肥各可溶性鹽離子含量如表1。

表1 各試驗材料可溶性鹽含量Tab.1 Soluble salt content of each test material

1.2 試驗設計與管理

試驗于2017年5—9 月在河南農業大學科教園區進行。試驗用盆為塑料盆（頂部直徑45 cm，底部直徑38 cm，高35 cm）。供試土壤在試驗前碾碎混勻后過5 mm篩，每盆裝土35 kg，每盆種植一株煙草，每處理30 個重復（盆），完全隨機排列。試驗前，先在試驗地起壟，按120 cm×50 cm的行株距，將盆置于壟溝內后，對壟溝進行封土，使塑料盆頂部與試驗地表面相平。試驗設置6 個處理如表2：腐熟小麥秸稈、芝麻餅肥和生物炭全氮含量分別為0.72%、7.10%和1.12%，全磷含量分別是0.21%、1.11%和1.37%，全鉀含量分別是0.65%、0.70%和2.31%。裝盆時，將各施肥處理所施肥料與盆內土壤混合均勻。煙苗于2017年5月2日移栽，移栽后70 d打腳葉，移栽后74 d打頂，移栽后81 d，按照煙葉生產實際進行自下而上分次成熟采收。其他管理措施與河南優質煙葉栽培管理措施一致。

表2 各處理施肥用量Tab.2 Dosages of each fertilization treatment

1.3 測定項目與方法

在移栽后30 d、60 d、90 d，每處理選5株具有代表性煙株，分別測量各煙株株高、莖圍、有效葉數，并計算最大葉面積（葉片的實際面積=葉片長×葉片寬×0.6345）[11]。根據煙株生長狀況，每處理選6株具有代表性煙株采烤并分級記產，2株為1次重復，每處理重復3 次。最終以16500 株/hm2計算產量，依據2017年河南省煙葉收購價格計算產值。T1處理上部葉選取B3F、中部葉選取C4L、下部葉選取X3L，T2處理上部葉選取B2F、中部葉選取C3L、下部葉選取X2F，T3—T6處理上部葉選取B2F、中部葉選取C3F、下部葉選取X2F，依據《YC/T159-2002煙草及煙草制品水溶性糖的測定》、《YC/T160-2002煙草及煙草制品總植物堿的測定》、《YC/T162-2011 煙草及煙草制品氯的測定》、《YC/T161-2002煙草及煙草制品總氮的測定》、《YC/T217-2007煙草及煙草制品鉀的測定》分別測定總糖、還原糖、煙堿、氯、總氮和鉀的含量，并計算兩糖比和鉀氯比。pH測定采用pH計法（水土比為2.5∶1）。分別在移栽30 d，45 d，60 d，75 d，90 d，105 d，將各處理盆內土壤混勻后取樣，每處理3盆，土樣在室內自然風干，過1 mm篩后，采用1∶5土水比例浸提并測定水溶性鹽含量，分析項目包括Na+、K+、等主要離子含量。Na+和K+采用火焰光度法測定，Mg2+和Ca2+采用EDTA絡合滴定法，采用雙指示劑中和滴定法，Cl-采用硝酸銀滴定法測定，采用EDTA間接絡合滴定法測定，土壤總鹽分以土樣中除以外的7大離子質量之和計算[12]。有機物料K+、Na+和灌溉用水各鹽分離子測定方法同上（其中腐熟秸稈水土比為7∶1），有機物料可溶性鹽分離子Ca2+、Mg2+用日立Z-2000石墨原子吸收分光光度計測定，Cl-用離子色譜ICS-1100測定，3種有機物料pH、全氮、全磷、全鉀的測定按照行業標準NY525-2012。

1.4 數據處理

以7月15日各處理pH、總鹽含量、七個鹽離子為參數，利用SPSS19.0進行Pearson相關分析，使用Excel 2016、R 3.4.3軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同施肥措施對煙株生長發育的影響

2.1.1 不同施肥措施對煙株農藝性狀的影響

移栽后60 d，T1處理各個指標均顯著低于其他處理（表3）；T3處理株高、莖圍均顯著高于T2處理；T4、T5和T6處理莖圍、最大葉面積均高于T3處理。移栽后90 d，除有效葉數外，T1處理各個指標均顯著小于其他處理；T3處理株高顯著大于T2；除有效葉數外，T4、T5和T6處理各項指標均顯著高于T3處理，其中T4處理株高、最大葉面積最大。

表3 各處理煙株主要農藝性狀Tab.3 The main agronomic traits of tobacco plants under different treatments

2.1.2 不同施肥措施對烤后煙葉化學成分的影響

一般認為優質煙葉的煙堿含量為1.5%～3.5%、還原糖16%～18%、總糖含量18%～22%、K+含量2%以上、C1-含量1%以下、還原糖與總糖的比值應大于0.9[11]。從表4中可以看出，施肥處理T2～T6各部位煙葉煙堿含量均高于T1處理，其中T4處理的中、下部葉煙堿含量顯著高于T3處理。T1處理總糖、還原糖含量均顯著低于其他各個處理，T3與T2處理差異不顯著。與T3相比，T4～T6處理總糖、還原糖含量均顯著增加，兩糖比和鉀氯比有增加趨勢，并且T5、T6處理顯著增加了各部位煙葉K+含量。

表4 不同施肥措施對烤后煙葉化學成分的影響Tab.4 Effect of different fertilization treatments on chemical composition of flue cured tobacco leaves

2.1.3 不同施肥措施對烤后煙葉經濟學性狀的影響

由表5可以看出，各處理產量產值的表現為T4＞T5＞T6＞T3＞T2＞T1，與T3相比，T4～T6處理產值提高了8.01%～16.96%，并且上等煙比例均有增加趨勢。與T3相比，T4～T6處理中等煙比例增加了5.31%～12.32%。

表5 不同處理烤后煙葉經濟學性狀Tab.5 Economic characters of flue-cured tobacco leaves after different treatments

2.2 不同施肥措施對植煙土壤pH的影響

由表6可見，所有處理土壤pH變化范圍在7.75～8.09之間，屬于堿性土壤。隨著煙株生育期的推進，除T3處理外，其余各個處理pH總體呈增大趨勢，并且在整個生育期，T1處理pH均高于其他處理，T2和T3處理無顯著差異。除60 d和75 d，T4～T6處理pH整體略低于T3。在移栽后105d，各處理pH表現為：T1＞T2＞T3＞T6＞T5＞T4。

2.3 不同施肥措施對植煙土壤總鹽含量及其組成的影響

2.3.1 不同施肥措施對植煙土壤總鹽及主要陰、陽離子含量的影響

由圖1可知，各個處理土壤水溶性總鹽含量隨時間變化規律不一致。除T2外，其余各個處理在移栽后45 d或60 d達到最大值。在移栽后45 d的T3和T6處理、移栽后60d的T4、T5處理總鹽含量均超過1.000g/kg，達到次生鹽漬化標準[9]，其余處理總鹽含量均低于1.000g/kg，說明試驗土壤總鹽含量整體處于安全范圍。在移栽后30 d、90 d，T1處理總鹽含量均顯著低于其他處理，全生育期T2處理總鹽含量均低于T3處理。除了移栽后30 d和60 d，T4和T5處理總鹽含量整體低于T3處理。除移栽后75 d，T6處理總鹽含量和T3處理無顯著差異。移栽后105 d，各個處理土壤總鹽量為0.469～0.710 g/kg，含量高低順序為：T3＞T2＞T6＞T5＞T4＞T1。在煙株生長發育過程中，陰離子平均占鹽分總量的52.8%（CV=17.8%），各處理間陰、陽離子占總鹽的比例未有明顯變化規律。

表6 不同施肥措施對植煙土壤pH的影響Tab.6 Effects of different fertilization treatments on soil pH

圖1 不同施肥措施對植煙土壤總鹽及主要陰、陽離子含量的影響Fig.1 Effect of different fertilization treatments on the contents of total salt, main anions and cations in tobacco planting soil

2.3.2 不同施肥措施對植煙土壤主要鹽分離子的影響

圖2 不同施肥處理植煙土壤陰離子變化Fig.2 Variation of anions in tobacco planting soil under different fertilization treatments

由圖3可知，在4種陽離子中，Ca2+含量最高，占總鹽含量18.00%～40.20%（CV=26.10%）。Ca2+含量隨時間變化趨勢與總鹽基本一致。除移栽后60 d和105 d，T1處理Ca2+含量均低于其他處理。在各個時期，T3處理Ca2+含量顯著高于T2處理。與T3相比，T4（除移栽后30 d和90 d）和T5處理整體（除移栽后30 d、60 d和90 d）降低了Ca2+含量；T6處理降低了移栽后30 d ～60 d的Ca2+含量。各處理Na+含量占總鹽含量23.00%～31.90%（CV=10.50%），且在移栽后105 d明顯減少。除移栽后30 d、45 d、90 d，T1處理Na+含量均低于其他處理。除移栽后75 d、105 d，T3處理Na+含量整體高于T2處理。添加有機物料（T4、T5、T6）對Na+含量的影響不一致。土壤K+含量略低于Na+，并且在移栽后60d有降低趨勢。T1和T2處理K+含量平均分別占總鹽含量的5.10%和5.40%，均低于其他各處理。與T3相比，T4處理整體增加了K+含量（除移栽后45d和105d）。T6處理K+含量整體高于其他各處理（除移栽后30d）。在四種陽離子中，Mg2+含量最低，占總鹽含量6.20%～8.20%（CV=8.80%）。Mg2+含量沒有明顯變化規律。

2.4 不同施肥措施土壤水溶性鹽分離子之間關系分析

2.4.1 離子之間的相關性

由土壤總鹽含量與主要離子的相關關系分析（見表7）可知，土壤總鹽量與呈負相關，表明當增加，土壤含鹽量會減少，超過一定程度可能表現為脫鹽特征。土壤總鹽量與呈顯著正相關，說明土壤鹽分主要是硫酸鉀、硫酸鈣。pH與呈顯著正相關，說明可反映土壤堿度。而pH與呈負相關，其中與Ca2+相關性達顯著水平。說明在土壤CO2與的動態平衡過程中，含量升高時，可與Ca2+結合形成碳酸鈣。除Mg2+外，其他離子和pH的相關關系與它們和總鹽含量的關系正好相反。

2.4.2 不同施肥處理植煙土壤鹽離子之間的主成分分析

圖3 不同施肥處理植煙土壤陽離子變化Fig.3 Variation of cations in tobacco planting soil under different fertilization

表7 土壤中水溶性鹽分離子之間的相關性分析Tab.7 Correlation analysis of salt ions in soil

利用主成分分析法，對不同施肥措施7種鹽分離子特征進行分析，按照表8累積貢獻率達到70%確定主成分個數。在經線性變換后的7個因子累積貢獻率達77.10%，即3個主成分可以概括土壤鹽分特征進而簡化問題。由鹽分離子主成分特征向量的標準化值，可以列出三個方程:

由以上3個方程可以看出，第一主成分Z1，Ca2+（-0.478）、K+（-0.453）、Na+（-0.408）特征向量系數較大，具有絕對的優勢，相關性較高。Mg2+（0.643）、（-0.722）在第二主成分Z2上占有絕對優勢，說明第一主成分Z1和第二主成分Z2代表與這些離子有關的影響因素，即土壤鹽化特征。第三主成分Z3與（0.733）相關性很高，而是堿度決定因素，說明第三主成分Z3是堿性的特征，是決定土壤酸堿性的因素。

表8 標準差及主成分貢獻率Tab.8 Standard deviation and contributing rate of component

3 討論

施肥是提高煙葉產量的重要管理措施。氮磷鉀配施腐熟秸稈（T4）處理中，施入的秸稈會進一步腐熟礦化分解，這個過程需要微生物的參與和大量繁殖，進而將部分氮素轉化成土壤微生物生物量氮，當此過程達到一定階段時，微生物會將自身的微生物生物量氮重新釋放入土壤。因此，處理T4對煙株的優勢作用表現在移栽后90 d。

生物炭一般呈堿性可用于改良酸性土壤，然而對堿性土壤的影響結果不一致。Busch和Glaser[13]指出當生物炭（pH=9.2）與供試土壤（pH∶7.5～8.1）pH相近時，施加生物炭對土壤pH無明顯影響。這與本試驗結果相似，在本試驗中生物炭（pH=9.67）和試驗土壤（pH∶7.75～8.09）pH相差不大，與氮磷鉀肥配施相比，增施生物炭土壤pH有降低趨勢但差異不顯著，pH有所降低的原因可能是施入的生物炭因受到氧化，使其表面負電荷增多、酸性增強[14]。然而，肖茜[15]在我國西北地區堿性土壤的研究得出：添加生物炭顯著提高了第1年0～10 cm土壤pH，但顯著降低了第2年土壤pH。因此需開展多年試驗研究添加生物炭對植煙土壤pH的影響。本研究中，有機物料處理土壤pH變化幅度低于單施化肥處理，說明增施有機物料可提高土壤酸堿緩沖能力。

我國自然鹽漬土主要由3種陽離子Na+、Ca2+、Mg2+及4種陰離子組成[16]。本試驗土壤陽離子主要由K+、Na+、Ca2+、Mg2+等組成，其中以Ca2+（29.8%）、Na+（27.7%）為主。陰離子主要由H等組成，其中以（47.2%）為主。因為土壤pH變化范圍為7.75～8.09，所以不存在李中昊[17]研究得出在內蒙古河套灌區，土壤總鹽含量伴隨溫度升高呈明顯增加趨勢。本試驗中，在移栽后45 d和60 d，總鹽含量較高可能與該時期（7月左右）氣溫較高、蒸發量較大有關。在移栽后75 d～90 d（7月～8月），氣溫雖依舊較高，但可能因灌溉和降雨增多，可以沖淡和淋失鹽分[18]，使后期總鹽含量有所降低。

本試驗用硝酸銨、磷酸二氫鈣和硫酸鉀作為肥料，土壤Ca2+， K+和不同程度的增加，可能是這些離子在土壤中的遷移轉化率較低所導致的。多數肥料具有致酸效果[19]，如銨態氮肥在硝化過程中會產生大量質子，過磷酸鈣含有少量游離酸，腐熟秸稈、芝麻餅肥在分解后會產生多種有機酸，從而反應，使未施肥處理含量高于其他處理。宿慶瑞[20]研究得出：在水稻的生長發育中，增施有機物料可降低土壤Na+含量。本試驗中有機物料處理的Na+含量低于氮磷鉀肥配施處理（除移栽后60 d和75 d），但在移栽后60 d和75 d，生物炭處理Na+含量顯著高于T3處理。許健[21]研究指出可溶性離子在往地表遷移的過程中，生物炭對其不具有吸附作用。在移栽后60 d和75 d時，可能由于地表蒸發量較大，使增施生物炭處理土壤中大部分Na+離子往地表遷移，降低了生物炭對其的吸附作用，導致此時Na+含量高于T3處理。

除移栽后60 d和75 d，腐熟秸稈處理（T4）Cl-含量相對較高，盆栽內土壤水主要來源為大氣降水、灌溉水。其中大氣降水平均含氯僅1.10 mg/kg[22]，對本試驗土壤氯影響不大，經測定本試驗灌溉用水所含氯離子與所加有機物料相比相對較少，因此T4處理土壤中Cl-含量的增加主要與腐熟秸稈本身Cl-含量較高有關。但土壤Cl-含量低于30 mg/kg，滿足生產優質烤煙的土壤條件[8]。同時，生物炭Cl-含量為12.44 g/kg，略高于秸稈，隨移栽時間推移，T4和T6處理Cl-含量變化規律并不一致，在腐熟秸稈施入后較短時間內，土壤Cl-含量就明顯增加；而施加生物炭對土壤Cl-呈現出逐步釋放的作用，并在移栽后60 d，Cl-含量最高，這可能與生物炭自身多孔結構有關。增施生物炭處理（T6）K+含量整體較高，產生這種現象可能一方面是生物炭中鉀的有效性較高，另一方面生物炭施入土壤能增強土壤離子交換量，有效減少鉀離子的淋溶損失[23]。添加腐熟秸稈和芝麻餅肥處理使后期土壤等有所降低，并最終降低了水溶性總鹽含量，表現出抑鹽效果。陳恩鳳指出有機質可以改良鹽漬土的原因在于以下3點：首先有機質可以改善土壤結構，既利鹽分下淋，又堵鹽分上升，能起壓鹽、排鹽的效果；其次是腐殖質因本身具有強大的吸附力，可吸附大量鹽類，起一定的緩沖作用；有機質還可以增加微生物和酶活性，產生各種有機酸，增大土壤中陰陽離子溶解度，活化鈣鎂鹽類，有利于脫鹽[24]。另外生物炭自身多孔結構可能對鹽分離子有一定吸附作用。不同有機物料對離子降低作用不同，與氮磷鉀肥配施相比，移栽后105d時，增施腐熟秸稈處理（T4）降低含量效果最為明顯，這可能是小麥秸稈還田后硫酸鹽還原菌數量顯著增多[25]，將還原為HS-[26]；另一方面，Cl-帶負電荷，T4處理較高的Cl-含量使土壤對其它陰離子的吸附量下降[27]。在移栽后105 d，增施芝麻餅肥處理（T5）顯著降低Na+含量；而增施生物炭處理（T6）顯著降低了Mg2+含量43.0%。因此，針對不同有機物料對不同鹽分離子的降低作用有待進一步深入研究。

主成分分析結果表明Ca2+、K+、Na+對于土壤鹽分影響較大。在烤煙生產中，常通過增施鉀肥提高土壤速效K+含量，進而提高煙葉含鉀量和品質。胡國松研究指出在河南石灰性土壤，烤煙收獲后土壤速效K+大于150 mg/kg才不會出現潛在性缺K+[28]。土壤中大量的Ca2+會抑制煙株對K+吸收[29]。因此，在施用含有Ca2+的肥料時，應按照煙株生長發育需求平衡施肥，防止過量施用含鈣肥料導致影響煙葉對鉀的吸收及土壤次生鹽漬化的發生。

4 結論

施肥顯著提高了煙株的農藝性狀和烤后煙產量、產值，以氮磷鉀肥配施腐熟秸稈表現最佳，增施有機物料提高了煙葉總糖、還原糖含量，增加煙堿含量，提升兩糖比。增施生物炭顯著提高煙葉含鉀量。施化肥處理降低土壤pH，增施有機物料有進一步降低土壤pH的趨勢。不同施肥措施對鹽分離子影響不一，施肥整體增加了水溶性總鹽含量，增施有機物料有降低總鹽含量的趨勢，其中增施腐熟秸稈和芝麻餅肥脫鹽效果更為顯著。對土壤鹽分影響較大的為K+、Ca2+、Na+。在施用含有Ca2+的肥料時，應用量適當。