碳基土壤調理劑對烤煙生長期高肥力土壤的調理效果研究

趙新梅，宋鵬飛，李枝武，閆 輝，倪 明，陳興位，王 熾*

(1.云南省農業科學院農業資源環境研究所，云南 昆明 650205; 2.云南中煙有限責任公司技術中心，云南 昆明 650231)

【研究意義】隨著社會經濟的發展，傳統烤煙種植區域農田不斷被城市建設用地及蔬菜、花卉等高經濟價值作物侵占，傳統植煙農田的面積不斷減少[1-3]。為了保證烤煙生產量，烤煙被迫與蔬菜、大蒜等高施肥經濟作物進行輪作，并且輪作面積有不斷增加的趨勢[4-5]。蔬菜、大蒜等作物施氮量在375～525 kg·hm-2，是烤煙作物的5～6倍。大量的化肥投入造成土壤基礎地力水平過高[6]，局部蔬菜地土壤硝態氮含量超過了200 mg·kg-1[7-9]。同時由于化肥的肥效快、效率高，有機肥的肥效慢、效率低，造成農民重化肥輕有機肥。然而，烤煙是一種對氮素較為敏感的作物，氮肥過量容易造成貪青不落黃而失去經濟價值[9-10]?！厩叭搜芯窟M展】秸稈、廄肥、綠肥等生物質碳是傳統的土壤培肥和改良材料。生物質碳源材料投入在低肥力土壤上能夠顯著提升總有機碳含量，且能提高土壤的供氮能力[11]；在酸性土壤上能夠提高酸化茶園土壤的pH、改善土壤的養分特性[12]；在高肥力土壤上可以調控土壤養分供應，改善土壤理化性質[13]?！颈狙芯壳腥朦c】針對高肥力土壤種植烤煙，由于土壤基礎地力較高、氮素供應能力強造成烤煙貪青不回黃的問題，利用碳基土壤調理劑對高肥力土壤進行氮素調節，改善、調節土壤的氮素供應能力，實現土壤氮素供應能力與烤煙需求的平衡。【擬解決的關鍵問題】為高肥力土壤生產出高品質的煙葉探索技術參數。

1 材料與方法

1.1 試驗環境條件

試驗點1位于云南省玉溪市峨山縣小街鎮十一村委會普家倉村(東經102°27′25″，北緯24°10′48″)，海拔1510 m，土壤類型為水稻土。屬中亞熱帶半濕潤涼冬高原季風氣候區，氣候溫和，日照充足。夏無酷暑，冬無嚴寒，降水量適中，年均降雨量為934.6 mm。年平均氣溫15.9 ℃，月均氣溫1月最低，為8.4 ℃；7月最高，為21.2 ℃。年平均日照為2286.9 h。

試驗點2位于云南省大理州洱源縣三營鄉五集村(東經100°0′40″，北緯26°10′3″)，海拔2097 m，土壤類型為水稻土。屬亞熱帶高原山地氣候，雨量充沛，多年平均年降雨量1000 mm左右。干濕季分明，降雨主要集中在6-9月，多年平均降雨量750 mm左右，占全年降雨量的85 %左右。年平均氣溫13 ℃，溫度最低月(12月到次年1月)，多年平均氣溫5 ℃；溫度最高月(6-7月)，多年平均氣溫21 ℃。日照充足，年平均日照時數2250～2480 h。

試驗點1和試驗點2上茬均種植大蒜，土壤理化性質見表1。

表1 試驗點基礎地力

1.2 試驗處理設置

試驗設5個處理3次隨機重復。即：CK0空白處理，不施任何肥料；CK1對照，化肥+商品有機肥；T1化肥+碳基調理劑I；T2化肥 +碳基調理劑II；T3化肥+碳基調理劑III。碳基調理劑是利用不同植物秸稈粉碎后厭氧半發酵制作而成，厭氧半發酵可有效去除植物殘體的蛋白質、有機酸、小分子糖、醇、脂類物質，而木質素、纖維素、半纖維素及多糖等物質更好的保留下來。試驗用碳基調理劑是課題組自行配制，調理劑I以米糠、油枯為基礎配制，調理劑II以米糠、沸石粉為基礎配制，調理劑III以米糠、生物炭為基礎配制。供試碳基調理劑的基礎性質見表2。

表2 試驗材料基礎性質

玉溪試驗點種植烤煙品種為K326，移栽方式為膜上壯苗移栽，種植密度：16 500株·hm-2，移栽規格：株距55～60 cm，墑距110 cm，墑高30 cm。煙苗移栽時間2018年4月20日，第1次采烤時間2018年7月12日，最后1次采烤時間：2018年8月30日。

大理試驗點種植烤煙品種為云煙99，移栽方式為膜上壯苗移栽，種植密度：19 500株·hm-2，移栽規格：株距45 cm，墑距110 cm，墑高30 cm。煙苗移栽時間2018年5月15日，第1次采烤時間2018年8月1日，最后1次采烤時間：2018年9月25日。

各試驗小區除施肥不同外，烤煙種植品種、栽培管理、覆膜方式均相同。試驗點具體施肥情況見表3。

表3 試驗點施肥量

1.3 數據分析和計算方法

數據分析采用SPSS 12.3以及Excel 2010進行基本計算和統計分析，并采用Duncan法進行多重比較，顯著水平設定為P<0.05。

土壤基礎氮素供應量=無氮肥區烤煙氮吸收量

土壤當季氮素盈余量=氮肥施用量-作物氮素吸收量

2 結果與分析

2.1 不同調理劑對土壤pH的影響

從表4可見，2個試驗點土壤pH均隨著生育期逐漸提升，但各處理間無顯著差異。據張星等[14]研究秸稈施用可以提高土壤pH，但本試驗中施用3種碳基調理劑對土壤pH沒有顯著的提升效果，這可能是高肥力水稻土對土壤pH的緩沖能力較強，掩蓋了調理劑的效果。

表4 不同處理對烤煙生長期土壤pH的影響

2.2 不同調理劑對土壤有機質的影響

土壤有機質的提升是長期累積的過程，本試驗結果顯示試驗前(基礎土壤)和試驗后(打頂期)土壤有機質含量基本一致。從表5可見，隨著氮磷等營養元素的投入，土壤中氮磷營養的增加雖然促進了土壤中生物質材料的降解，但這種促進作用非常弱。可能是高肥力土壤條件下，投入氮磷養分數量占土壤中速效養分的比重太小，也就是高肥力條件下氮磷等營養物質不是微生物的限制因子。試驗結果也表明土壤調理劑對玉溪試驗點的影響大于大理試驗點。2個試驗點土壤有機質含量旺長期>基礎土樣>打頂期。3種調理劑處理與對照相比，玉溪試驗點旺長期土壤有機質含量有一定提升，T1、T2、T3分別比CK0提高10.8 %、21.5 %、4.4 %；大理洱源試驗點T2比CK0提高8.4 %，T1、T3降低4.8 %、1.2 %。

表5 不同處理對烤煙生長期土壤有機質含量的影響

2.3 不同調理劑對土壤氮的影響

水解氮含量能夠反映土壤近期的氮素供應能力，2個試驗點土壤水解氮含量滿足：旺長期>基礎土樣>打頂期。旺長期煙株較小，吸收的養分相對較低，土壤的水解性氮含量最高，打頂期是植株養分吸收的高峰，土壤水解氮含量下降。施用3種調理劑對旺長期土壤的水解氮含量有顯著影響，2個試驗點旺長期土壤水解氮含量T1>T2>T3，其中玉溪試驗點旺長期水解氮含量T1比CK1高24 %，T2、T3與CK1無顯著差異，大理試驗點水解氮含量T1、T2、T3比CK1分別低11.6 %、14 %、34 %(表6)。

表6 不同處理對烤煙生長期土壤水解性氮含量的影響

無機態氮包括NH4-N和NO3-N，是作物可直接吸收利用的2種氮形態。由表7可見，3種調理劑對旺長期土壤的無機氮含量有顯著影響，旺長期土壤無機氮含量T1>T2>T3。其中，玉溪試驗點T1比CK1高24 %，T2、T3比CK1低23.7 %、25.7 %；大理試驗點旺長期土壤無機氮含量T1與CK1無顯著差異，T2、T3比CK1分別低36.9 %、51.6 %。由此說明，T2和T3調理劑在一定程度上具有抑制肥效的作用。

表7 不同處理對烤煙生長期的土壤無機氮含量影響

2.4 植株對氮的動態吸收

從圖1可見，作物氮吸收量與作物生長時期(生物產量)緊密相關，作物生長量與氮吸收量呈正相關關系。其中，烤煙苗期生長緩慢，氮累積速度也相應較慢；團顆期后生長速度增快，氮素的累積速度也隨之增加，封頂時累積速率達到最大；封頂后氮素吸收速度逐漸降低。烤煙封頂期后，不再以提高植物的生物產量為目的，而以提高煙葉內在化學物質平衡穩定性(即煙葉成熟度)為主，此時若土壤氮素供應能力太強，容易造成煙葉貪青難以成熟。試驗結果表明，T1與CK1土壤的氮素供應能力大致相當，T2和T3氮素土壤供應能力較CK1明顯要低。玉溪試驗點烤煙對氮素的吸收總量從大到小依次為CK1(9.45 g·株-1)>T1(8.64 g·株-1)>T2(6.09 g·株-1)>T3(5.97 g·株-1)>CK0(5.51 g·株-1)，其中CK1和T1在烤煙成熟期氮素吸收量最大(分別達2.54，2.29 g·株-1)。大理試驗點烤煙氮素的吸收總量從大到小依次為T1(12.81 g·株-1)>T2(11.80 g·株-1)>CK1(10.93 g·株-1)>T3(7.31 g·株-1)>CK0(6.14 g·株-1)，其中T1、T2在成熟期對氮素的吸收量最大(2.21 g·株-1)。

圖1 碳基調理劑對不同生育期整株煙的氮素累積量影響Fig.1 Effects of carbon-based conditioners on nitrogen accumulation in whole plant flue-cured tobacco at different growing period

2.5 不同調理劑的土壤氮素平衡狀況

土壤基礎氮素供應量以不施肥區(CK0)烤煙氮素吸收量來計算，玉溪、大理試驗點的基礎氮素供應量分別為90.89、119.68 kg·hm-2，土壤基礎含氮量較高。2個試驗點的施氮量滿足CK1>T1>T3>T2，且3種碳基調理劑的施氮量均低于烤煙氮素吸收量，當季氮盈余量為負數，說明調理劑有利于消耗高肥力土壤的氮素。玉溪和大理試驗點施用T3調理劑的煙田氮盈余量分別為-86.59、-124.55 kg·hm-2，說明T3材料能調控高肥力土壤，使煙田當季氮素趨于平衡(表8)。

表8 不同處理土壤氮素盈余狀況

2.6 不同調理劑對煙葉產質量的影響

不同調理劑對初烤煙葉產量、產值的影響較大(表9)，玉溪試驗點產量:T1>T3>CK1>T2>CK0，施用T3調理劑的產值、上等煙比例最高，分別比CK0高14.2 %、6.2 %；CK0的煙葉產量和產值在各處理中最低；大理試驗點煙葉產量：T1>CK1>T3>T2>CK0，施用T3調理劑的產值、上等煙比例最高，分別比CK0高16.1 %、23.2 %。

表9 不同處理初烤煙葉產質量的影響

3 討 論

生物質碳源材料能夠調節高肥力土壤養分，主要表現在烤煙的旺長期。3種碳基調理劑的供氮能力：T1>T2>T3，土壤氮素固持能力：T3>T2>T1。對于煙株生長而言，并不是土壤供氮能力越強越好，而是需要根據煙株需肥規律和煙葉質量來供肥[15]，煙草生長前期需肥較多，但成熟期又要控制土壤氮素的供應量，保證烤煙不貪青，及時落黃成熟[7，13]。研究表明，施用T1調理劑土壤旺長期的水解氮和無機氮含量較高，尤其在烤煙成熟期的供氮能力較強，易使煙株貪青晚熟，因而不適宜在高肥力土壤中施用。施用T3調理劑的土壤旺長期的水解氮和無機氮含量最低，T3調理劑的C/N較高，高C/N的碳基調理劑在腐殖化過程中需要消耗無機氮[16]，并產生一些多糖類物質[17]，具有較強氮固持能力，李雪利等[18]研究也有相同結果。

施用3種碳基調理劑能夠調節植株對養分的吸收量，從而影響煙株的產質量。T1、T2、T3調理劑的供氮量與基礎氮素供應量之和均低于150 kg·hm-2，劉青麗[19]等對烤煙氮素供應與烤煙氮素吸收規律的研究也有相同結果。施用3種碳基調理劑的煙葉產量：T1>T3>T2，其中施用T3碳基調理劑的上等煙比例、產值為最高。施用T3碳基調理劑能夠在成熟期減少煙株對氮素的吸收，提高煙葉上等煙比例，增加產值；T3調理劑還能調節高肥力土壤的盈余狀況，減少氮素流失，魯彩艷等[20-22]研究也有相同結果。

4 結 論

3種碳基調理劑對高肥力土壤有一定的調節作用，其中T1碳基調理劑供氮能力較強，煙株在成熟期仍能大量吸收氮素，貪青晚熟；T2碳基調理劑供氮能力和氮固持能力都居中；T3碳基調理劑能夠提高土壤的氮固持能力，抑制烤煙生長后期對氮素的吸收。