不同有機無機氮配比對南陽煙區土壤碳氮及烤煙上部葉質量的影響

李耕 趙園園 程玉淵 吳疆 段衛東 尹光庭 李倩 陳晨 鄭飛 劉園 史宏志

摘要：為探究不同有機肥與無機肥比配對南陽煙區煙草上部葉品質、改善土壤碳氮結構的作用，以烤煙品種云煙87為試驗材料，以沼渣和芝麻餅肥為有機氮源，根據有機氮∶無機氮的不同配比設置6個處理［T1（0∶10，純化肥）、T2（1∶9）、T3（2∶8）、T4（3∶7）、T5（4∶6）、T6（5∶5）］，對相應的煙葉和土壤樣品進行檢測分析。結果表明，與T1處理相比，施用沼渣有機肥和芝麻餅肥處理的煙草葉片大小、單葉重、鉀氯比、淀粉含量、產值、香氣總量等均顯著提升，其中T4處理煙葉的葉長、葉寬、鉀離子含量、淀粉含量、均價、產值、香氣總量分別較T1處理提升了9.23%、10.49%、21.79%、31.91%、21.31%、26.57%、19.92%。與T1處理相比，施用有機肥處理的土壤有機碳含量、土壤碳氮比及微生物量碳、氮含量均明顯提高。在南陽煙區按照有機氮∶無機氮配比為3∶7施用沼渣有機肥和芝麻餅肥能夠有效提升煙草上部葉質量、耐熟性及成熟度，并改善土壤碳氮比。

關鍵詞：有機無機氮配比；南陽煙區；烤煙；上部葉質量；耐熟性；沼渣；土壤doi：10.13304/j.nykjdb.2021.0567

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2023）01017512

煙草上部葉產量占整體產量的30%～40%，在煙葉原料生產中占據重要地位[1]。我國烤煙上部葉具有香氣量足、滿足感強等特點，是卷煙配方的重要組成部分[2]，但生產中往往存在煙葉內部化學成分不協調、雜氣重、成熟度偏低等問題[3]，導致可用性較差，因此，提升上部葉質量具有重要意義。研究表明，提高煙草上部葉質量需要充足合理的光照[4]、適宜的pH[5]、成熟期充足的水分等生態條件[6]；同時，選擇適當的移栽期[7]、合理密植[8]、調整供氮形態[9]、追施鉀肥[10]、適當推遲打頂[6]、適當延遲采收[11]、改進烘烤方法[12?13]等措施也能夠顯著提升煙草上部葉的質量、成熟度及可用性。

優質的土壤是煙草生長的重要基礎，也是保證煙草質量和產量的關鍵，施肥對保持土壤肥力至關重要[14]。研究發現，適當施用有機肥能夠增加土壤有機質含量，且能增加植物生長必需的營養元素[15]；用秸稈有機肥部分替代化肥能夠有效降低土壤容重，增加土壤大粒徑團聚體含量，進而增強土壤保水保肥性[16]；配施有機肥還可以提高大田土壤有機質含量，協調土壤碳氮比，增強土壤微生物功能多樣性[17]；此外，有機肥提供的養分大都是自然的活性有機成分，比化肥更加綠色、無污染，能夠促進農業可持續生產[18]。

史宏志等[19]研究發現，有機肥配施化肥能夠優化煙葉碳氮比和兩糖比，顯著提升煙葉品質。王源等[20]認為，施用生物有機肥能夠顯著增加煙葉香氣質和香氣量，減少雜氣和刺激性，使煙葉吃味更加醇和。配施有機肥作為基肥能夠提高上部葉產質量，改善外觀質量、評吸質量[21]；配施有機肥還能夠提高上部葉兩糖含量，協調各化學成分之間的比例，提高煙草上部葉質量[22]。以上研究表明，有機肥與化肥配合施用，具有改良土壤、培肥地力、改善煙葉品質等效果。沼渣是有機物質發酵后剩余的固形物質，作為一種優質有機肥，富含有機質、腐殖酸、微量營養元素、多種氨基酸等，能調節土壤碳氮比，還能補充土壤中各種植物生長必需的營養元素，滿足作物生長的需要[23]。朱列書等[24]研究發現，在土壤中施入沼渣肥后，煙葉中上部葉面積顯著增加，煙葉彈性適中有光澤。

王林等[25]研究認為，施用沼渣肥能夠顯著協調煙葉內部化學成分，減少雜氣和刺激性，使煙葉吃味更加醇厚。芝麻餅肥是芝麻取油后的剩余物質經過加工后得到的肥料，是一種營養全面的有機肥，可以增加土壤碳、氮含量，提供多種營養物質[26]。

研究發現，施用芝麻餅肥的煙葉香氣質純凈、香氣量大、柔和、雜氣小、余味舒適，感官質量較好[27]；芝麻餅肥可提升煙草產量，進而提升經濟效益[28]。

本研究以常用的芝麻餅肥為基礎，通過增加沼渣有機肥用量調節有機氮無機氮施用比例，探究土壤有機氮無機氮適宜施用比例以提高煙葉品質及改善土壤性質，以期為南陽煙區施肥方式的改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2020年4—10月在河南省南陽市內鄉縣灌漲鎮（33.04°N、111.95°E）進行，該地區屬于亞熱帶季風氣候，海拔172 m，年均氣溫15 ℃，日照總時數1 891.8 h，平均降雨量782.7 mm，無霜期225 d。試驗地土壤質地類型為黃棕壤土，土壤有機質含量13.43 g·kg?1、堿解氮含量105 mg·kg?1、速效磷含量32.8 mg·kg?1、速效鉀含量133 mg·kg?1、緩效鉀含量1 307 mg·kg?1，pH 5.6，前茬作物為小麥。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為云煙87。試驗所用無機肥為煙草專用復合肥（10∶10∶20），包括硝酸鉀（N13.5%，K2O≥45%）、過磷酸鈣（P2O5≥12%）、硫酸鉀（K2O≥50%）及液態鉀肥；有機肥為芝麻餅肥（C49.8%、N 4.5%、P2O5 2.63%、K2O 1.33%，）、沼渣肥（中聚天冠生物能源有限公司，C 41.5%、N 4.5%、P2O5 6.93%、K2O 2.75%）。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，每個處理設3次重復，試驗煙田面積共計0.200 hm2，每個處理面積為0.033 hm2，每個小區面積為0.011 hm2。種植方式采用膜下小苗移栽，移栽時間為4月15日，采收時間為8月10日，其他管理措施與當地大田一致。

設置6 個有機氮∶無機氮的不同配比處理（T1、T2、T3、T4、T5、T6，表1），每個處理施氮量一定（純N按52.5 kg·hm?2計算），通過調整有機肥和化肥的施用量將部分無機氮替換為有機氮，磷鉀用量與T1 處理（N、P2O5、K2O 含量分別為52.50、46.50、188.25 kg·hm?2）一致，施用有機肥時不考慮有機肥中的磷、鉀含量，具體比例詳見表1。

在當地農民習慣施肥基礎上，調整基肥用量，施用基肥為復合肥、硫酸鉀、50% 液態鉀肥（條施），有機肥為芝麻餅肥、沼渣有機肥（撒施），追肥為硝酸鉀（團棵前）、50%液態鉀肥（團棵后25 d左右），追肥施用方式為滴灌，其中芝麻餅肥、沼渣有機肥中氮利用率按50%計算。

1.4 測定項目與方法

采收后（8 月10 日）采用當地常規的烘烤方式，在同一烤房的相同條件下進行烘烤，留取烤后樣以測定經濟性狀、物理性狀、化學成分，并進行感官質量評價。在煙株移栽后50、80、110、140 d分別采集田間土壤樣品。采用“S”型多點混合取樣法，采集耕層0—20 cm深度土壤1 kg，去除石礫和動植物殘體、根系等分成兩部分，一部分土壤于?4 ℃冰箱保存，另一部分土壤經室內自然風干；風干土樣一部分研磨過0.85 mm篩，另一部分研磨過0.15 mm篩后保存備用。

1.4.1 土壤總氮的測定 使用Vario Macro CUBECNS元素分析儀（德國Elementar公司）測定土壤的總氮含量，采用動態閃燒?色譜分離法，即杜馬斯燃燒法。樣品經過粉碎研磨后在960 ℃左右的高溫下燃燒，燃燒過程中產生混合氣體，這些混合氣體以氦氣為載氣，經過熱的還原管除去其他雜質氣體，氮氧化物被還原為分子氮，不經吸附直接被熱導檢測器檢出，其余氣體經過吸附解吸后分別依次被檢測器檢出。通過計算機中保存的標準樣品的校正曲線自動轉化為待測樣品中總氮的含量。

1.4.2 土壤有機碳的測定 使用固體TOCVSeriesSSM-5000A TOC 測定儀（日本島津公司）分別測定土壤總碳和無機碳含量。土壤中總碳含量主要是通過高溫氧化燃燒獲得。樣品在高溫條件下，與氧氣發生反應，釋放出CO2，通過測定CO2的含量，獲得未知樣品中總碳的含量。通過加入磷酸或鹽酸對樣品進行酸化，根據釋放出的二氧化碳含量獲得無機碳含量[29]，計算公式如下。

土壤有機碳含量=總碳含量-無機碳含量（1）

1.4.3 土壤微生物量碳、氮的測定 土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸浸提法[30]，并經TOC-VCPH總有機碳分析儀（日本島津公司）檢測。土壤經氯仿熏蒸后直接進行浸提，測定浸提液中的碳含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中總碳的差值為基礎計算土壤微生物含碳量。土壤微生物量氮采用氯仿熏蒸法[31]，并經流動分析儀Auto Analyzer3（德國SEAL 公司）測定。土壤微生物量氮是土樣在氯仿熏蒸后直接浸提氮，并測定其含量，以熏蒸和不熏蒸土壤中總氮的差值為基礎計算土壤微生物量氮。

土壤微生物量碳=（熏蒸土壤有機碳-未熏蒸土壤有機碳）/0.45 （2）

式中，0.45為將熏蒸提取法提取液的有機碳增量換算成土壤微生物量碳所采用的轉換系數。

土壤微生物量氮=（熏蒸土壤微生物量氮-未熏蒸土壤微生物量氮）/0.25 （3）

式中，0.25為微生物量氮的礦化系數。

1.4.4 物理性狀測定 烤后煙葉檢測的物理特性包括葉長、葉寬、葉面積、單葉重、含梗率、葉片厚度、拉力、平衡含水率。葉長、葉寬采用卷尺測量；單葉重和含梗率采用天平（型號：MTS600，永康市五鑫衡器有限公司）測量；采用BHZ 1-l型薄片厚度計（石家莊誠信中輕機械設備有限公司）測定葉片厚度；采用ZKW-3煙草薄片抗張試驗機（廣州潤湖儀器有限公司）測定葉片拉力；葉面積采用測量法測定，計算方式見公式（4）；平衡含水率采用XY-100MW-A鹵素水分測試儀（常州市幸運電子設備有限公司）測定。

d=（L+2W）/3 （4）

式中，d、L、W 分別代表烤煙葉面積（cm2）、烤煙葉片最大長度（cm）、烤煙葉片最大寬度（cm）。

1.4.5 化學成分檢測 采用AAⅢ型連續流動化學分析儀（德國BRAN+LUEBBE 公司），按照YC/Z240-2008煙草及煙草制品標準體系[32]測定烤后煙葉的化學成分，包括蛋白質、淀粉、還原糖、鉀、氯、煙堿、總氮及總糖，并計算鉀氯比、糖堿比和氮堿比。

1.4.6 經濟性狀調查 根據GB2635-1992標準[33]對烤后煙葉進行分級，統計等級結構（中上等煙比例）、產量，并計算均價和產值。烤后煙上3片、下3片分別去青、去雜后各取混合樣2 kg，用于外觀鑒定、化學成分檢測和感官評吸。

1.4.7 中性香氣成分測定 采用內標法[34]測定香氣成分。

1.4.8 感官評吸鑒定 感官評價包括香氣質、香氣量、濃度、雜氣、勁頭、刺激性、余味、燃燒性等。由河南中煙工業有限責任公司和河南農業大學國家煙草栽培生理生化研究基地評吸專家進行打分。香氣質：較好、中偏上（6.1～9.0分），中等、中偏下（3.1～6.0分），較差（≤3分）；香氣量：較足、尚足（6.1～9.0分），有（3.1～6.0分），香氣較少（≤3.0分）；濃度：濃、較濃（6.1～9.0分），中等（3.1～6.0分），較淡、淡（≤3.0分）；雜氣：無、較輕（6.1～9.0分），有（3.1～6.0分），略重、較重、重（≤3.0分）；勁頭：大、較大（6.1～9.0分），中等（3.1～6.0分），較小、小（≤3.0分）；刺激性：微有（6.1～9.0），有（3.1～6.0分），略大、較大（≤3.0分）；余味：舒適、較舒適（6.1～9.0 分），尚適（3.1～6.0 分），欠適、滯舌（≤3.0 分）；燃燒性：強、較強（6.1～9.0 分），中等（3.1～6.0分），較差、熄火（≤3.0）；灰色：白（6.1～9.0分），灰白（3.1～6.0分），灰、黑灰（≤3.0分）。

1.5 數據處理

釆用Excel 2016和Origin 7.5軟件進行數據整理和圖形繪制，使用DPS 7.05軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 沼渣和芝麻餅肥對南陽煙區植煙土壤碳氮的影響

2.1.1 沼渣和芝麻餅肥對植煙土壤有機碳、總氮、碳氮比的影響 由圖1可知，施用沼渣和芝麻餅肥可明顯影響土壤有機碳、總氮含量。隨著移栽時間的推移，各處理的土壤有機碳、總氮含量均有所下降，其中T3、T4、T5、T6處理的碳氮比均呈現先上升后下降的趨勢，且總氮含量后期下降速度較緩慢。在同一時期內，隨著有機肥施用比例的增加，除T2處理外各處理的土壤有機碳含量、碳氮比基本呈現上升的趨勢，并在T6處理達到最大值。與T1處理相比，除T2處理外配施有機肥各處理的土壤有機碳含量、碳氮比均有所增加，且碳氮比在移栽后各時期均高于T1處理。與T1處理相比，T6處理在移栽后50、80、110、140 d土壤有機碳含量分別提高了10.75%、8.77%、8.85%、6.16%，碳氮比分別提高了11.07%、8.77%、11.00%、6.88%。

2.1.2 沼渣和芝麻餅肥對植煙土壤微生物量碳、氮含量的影響 由圖2可知，施用沼渣有機肥和芝麻餅肥提升了植煙土壤微生物量碳、氮含量，隨著移栽時間的增加，各處理土壤微生物量碳、氮含量均有所下降。在同一時期內，隨著有機肥施用比例的增加，各處理的土壤微生物量碳、氮含量基本呈現先升高后降低的趨勢，且在T4處理達到最大值。施用沼渣和芝麻餅肥的土壤微生物量碳、氮含量在移栽后各時期均高于T1處理。與T1處理相比，T4處理在移栽后50、80、110、140 d土壤微生物量碳含量分別提高了32.29%、32.11%、23.40%、17.75%，土壤微生物量氮含量分別提高了37.13%、35.66%、28.41%、16.80%。

2.2 沼渣和芝麻餅肥對南陽煙區烤煙上部葉質量的影響

2.2.1 沼渣和芝麻餅肥對煙草上部葉物理性狀的影響 由表2可知，施用沼渣有機肥和芝麻餅肥可以改善煙株上部葉物理性狀，各處理的含梗率差異不顯著（P>0.05）。隨著有機肥施用比例增加，各處理的葉長、葉寬、葉面積、單葉重、拉力等均呈現先提高后降低的趨勢，葉片厚度呈現逐漸降低的趨勢，平衡含水量呈現先降低后升高的趨勢。與T1處理相比，T4處理的葉長，T4、T5處理的葉寬，T3、T4、T5處理的葉面積，T3、T4處理的單葉重，T2、T4 處理的拉力， 均有顯著提高（P<0.05），其中T4處理的提升幅度最大，與T1處理相比，葉長、葉寬、葉面積、單葉重、拉力分別提高了9.23%、10.49%、9.77%、15.85%、47.85%。與T1 處理相比，T4、T5 處理平衡含水量顯著降低（P<0.05）。

2.2.2 沼渣和芝麻餅肥對煙草上部葉化學成分的影響 由表3可知，施用沼渣和芝麻餅肥可以改善煙株上部葉化學成分。隨著有機肥施用比例增加，各處理的鉀離子含量、鉀氯比以及淀粉含量均呈現先提高后降低的趨勢。與T1處理相比，T2、T3、T4 處理的淀粉含量，T3、T4、T5 處理的鉀氯比、糖堿比，T4、T5處理的總糖含量，T3、T4、T6處理的煙堿含量，T2、T3、T4、T5、T6處理的鉀離子含量，T5處理的還原糖含量差異顯著（P<0.05）。與T1處理相比，T4處理的淀粉含量、鉀離子含量、鉀氯比、糖堿比以及氮堿比分別提高了31.91%、21.79%、31.61%、25.07%、22.58%。

2.2.3 沼渣和芝麻餅肥對煙草上部葉經濟性狀的影響 由表4可知，施用沼渣和芝麻餅肥可以顯著提高烤煙上部葉經濟效益，各處理的產量差異不顯著（P>0.05）。隨著有機肥施用比例增加，各處理的均價、產值、中上等煙比例呈現先提高后降低的趨勢。與T1 處理相比，配施有機肥的處理在均價、產值、中上等煙比例等方面均有顯著提高（P<0.05），其中T4處理的提升幅度最大，與T1 處理相比，T4 處理的均價、產值分別提高了23.31%、26.57%，中上等煙比例提高了31.56個百分點。

2.2.4 沼渣和芝麻餅肥對煙草上部葉香氣成分的影響 由表5可知，施用沼渣有機肥和芝麻餅肥可以顯著提高烤煙上部葉香氣量。隨著有機肥施用比例增加，各處理的香氣量呈現先提高后降低的趨勢。與T1處理相比，配施有機肥的處理香氣量顯著提高（P<0.05），其中T4 處理香氣總量最高。與T1處理相比，T4處理的棕色化反應產物、類胡蘿卜素降解產物、苯丙氨酸降解產物、類西柏烷類降解產物、葉綠素降解產物及香氣總量分別提升了31.34%、46.89%、91.14%、12.39%、15.91%、19.92%。

2.2.5 沼渣和芝麻餅肥對煙草上部葉感官評吸質量的影響 由表6可知，施用沼渣和芝麻餅肥可以顯著提高煙株上部葉感官評吸質量，各處理的感官刺激性得分差異不顯著（P>0.05）。隨著有機肥施用比例增加，各處理的評吸得分呈現先提高后降低的趨勢。與T1處理相比，T4、T5處理的香氣質、香氣量與燃燒性得分，T3、T4、T5處理的濃度和余味得分，T2、T3、T4、T5處理的雜氣得分，T4處理的勁頭得分差異顯著（P<0.05），其中T4處理的各項指標得分均最高。與T1處理相比，T4處理的香氣質、香氣量、濃度、雜氣、勁頭、余味、燃燒性得分分別提高了13.33%、12.90%、11.67%、10.00%、8.33%、8.33%、7.14%。

3 討論

沼渣和芝麻餅肥因具有營養成分豐富、肥效持久、效果優良、成本低廉、來源廣泛等優點，可作為肥料和土壤的改良劑，引起了人們的廣泛關注[35-36]。本研究結果表明，施用沼渣和芝麻餅肥的處理相較于純化肥處理，土壤有機碳、碳氮比均有所提高，這與梁堯等[37]的研究結果一致，說明施用沼渣和芝麻餅肥可以起到增碳固碳的作用。施用沼渣和芝麻餅肥的處理土壤有機碳含量與純化肥處理相比有明顯升高，分析原因可能為施用沼渣有機肥和芝麻餅肥后微生物活性增強，加速了土壤有機質的轉化[38]。施用沼渣和芝麻餅肥處理的微生物量碳、氮含量高于純化肥處理，并且提升了煙葉中鉀離子含量和鉀氯比，原因為沼渣肥中含有多種微生物，施入土壤后大量繁殖，形成優勢群體，增強了土壤微生物活性，活化了土壤中的鉀離子[39]。

研究發現，有機肥肥效較為持久，且有機肥與無機肥配施能夠提高無機肥肥效[40]，延緩氮素釋放，增加葉面積和單葉重，增強葉片柔韌度，提高糖堿比。土壤有機質的增多有利于均衡煙葉營養，協調生理代謝，提升淀粉含量[27，41]。均衡的營養和協調的代謝是提升煙葉耐熟性與成熟度的重要基礎，而提高淀粉含量則能延遲煙草采收，提升成熟度，進而達到工藝成熟[42]。在一定范圍內增施有機肥能夠有效提高煙葉的香氣總量，但過量施用會使煙葉成熟度降低，從而影響烤煙質量。

本研究還發現，施用沼渣和芝麻餅肥能夠增加煙葉中的中性揮發性香氣物質、色素降解類產物，并且能夠減小刺激性、雜氣，提升香氣質、香氣量、濃度、余味、燃燒性，且色素降解類產物的增多說明煙葉的成熟度得到了一定程度的提升；同時，施用沼渣和芝麻餅肥后上部煙葉的中上等煙比例、均價、產值等均有大幅提升，提高了經濟效益，有利于提高煙農的收入以及種植煙草的積極性[43-44]。

此外，在確定沼渣有機肥和芝麻餅肥的用量、種類、施肥方式時，應綜合考慮當地的土壤狀況、氣候條件、施肥方式等因素；而目前農民大多是經驗施肥，常常導致有機肥的生態改良效果不顯著，因此，研究沼渣有機肥和芝麻餅肥施用對土壤生態改良的效果時，應針對當地的肥力水平和作物種植制度，探究有機肥的適宜用量和施用方法，進而制定安全、高效的有機肥料配方和施用技術規范。

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（責任編輯：張冬玲）