減氮條件下不同土壤改良劑對烤煙生長和土壤性狀的影響

陳 晨，牛莉莉，劉 園*，胡艷芳，程玉淵，吳 疆，尹光庭，劉 流，李 倩，孫善興，張常興

（1.南陽市煙草公司 內鄉縣分公司，河南 南陽 474350；2.河南省煙草公司 南陽市公司，河南 南陽 473000；3.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450016）

氮素是對烤煙產量和品質影響最大的營養元素［1］，足量氮素可保證烤煙生育前期的正常生長，過量氮素則會導致烤煙后期貪青晚熟，影響煙葉優良品質的形成［2］。在烤煙生產中，煙農更習慣于施入過量氮肥，既可規避生育前期缺氮帶來的風險，又可獲得較高產量。但施入過量氮肥不僅易造成土壤氮肥盈余、利用率低下、土壤板結、面源污染等［3-4］，而且會降低煙葉品質［5］，給煙區的可持續發展帶來不良影響。

為了降低減氮施肥給烤煙經濟效益帶來的負面影響，增施土壤改良劑是一種可行性選擇。然而市面上土壤改良劑的種類繁多，對烤煙的生長和土壤理化性狀的影響及機理也不盡相同［6-7］。劉巧珍等［8］研究認為，施用改良劑能夠提高土壤pH值，土壤中堿性磷酸酶和過氧化氫酶的活性有所提升，微生物總量顯著增加；李富欣等［9］研究認為，土壤改良劑能有效降低土壤容重，提高土壤pH值，顯著改善煙葉質量；劉領［10］、劉卉［11］等研究認為，土壤改良劑通過提高土壤酶活性，促進了烤煙的生長發育，烤后煙葉的化學成分更加協調。雷波等［12］研究認為，加入土壤改良劑可改善煙葉的外觀質量和內在品質，但對煙草的生物學性狀無顯著影響；而馮連軍等［13］研究認為，施入過量的土壤改良劑生物炭使上部煙葉色素含量顯著增加，導致煙葉貪青晚熟。

豫西南煙區是黃淮煙區焦甜焦香型煙葉的主產區，為浙江中煙、河南中煙和上煙集團等重點煙草工業企業提供了高質量、濃香型優質煙葉原料。如何減少氮肥施用和提高煙葉協調性是本區域內一項重點研究課題。就目前研究來看，土壤改良劑的應用效果在本區域內報道不多，少有同一水平下的多種土壤改良劑對比，且對土壤理化性狀的研究未見報道。鑒于此，本試驗以豫西南煙區偏黏性黃棕壤為研究對象，探究減氮條件下不同土壤改良劑對烤煙病蟲害發生情況、土壤理化性狀和烤煙品質的影響，以期為煙葉減氮施肥提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年在河南省南陽市內鄉縣灌漲鎮胡劉村進行，試驗田肥力均勻一致，地勢平坦，便于排灌。該地屬亞熱帶季風型大陸性氣候，供試土壤為黃淮煙區具有代表性的黃棕壤。土壤基礎的理化性質：pH值7.16，有機質含量12.22 g/kg，堿解氮含量95.68 mg/kg，速效磷含量14.36 mg/kg，速效鉀含量171.6 mg/kg。試驗田前茬為煙草，品種為云煙87。

供試土壤改良劑分別為河南火車頭農業技術有限公司生產的Agri-star 松土促根劑、三利新能源有限公司生產的生物炭、山東泉林嘉有肥料有限公司生產的黃腐酸有機肥。其中，生物炭由小麥秸稈在400～500 ℃的無氧條件下連續熱解制成，其pH值9.15、含碳量524 g/kg、全氮含量2.3 g/kg、全磷含量6.5 g/kg、全鉀含量9.9 g/kg；黃腐酸有機肥中黃腐酸≥12%、有機質≥40%。

1.2 試驗設計

試驗共設1個對照和4個試驗處理。CK：常規施肥，化肥總氮含量為60 kg/hm2；T0：減氮施肥，化肥總氮含量為 45 kg/hm2；T1：減氮施肥+松土促根劑（15 kg/hm2）；T2：減氮施肥+生物炭（750 kg/hm2）；T3：減氮施肥+黃腐酸有機肥（600 kg/hm2）。生育期內無機肥料施用煙草專用復合肥（N∶P2O5∶K2O= 10∶10∶20），K2SO4用量為450 kg/hm2，KNO3用量為45 kg/hm2，通過調節各肥料用量以保證符合試驗要求；有機肥料均施用450 kg/hm2芝麻餅肥。其中，80%復合肥、70% K2SO4、全部有機肥和土壤改良劑混合均勻后于起壟前作基肥；20%復合肥在移栽時施用；全部KNO3在團棵期施用；30% K2SO4在旺長期施用。處理采用隨機區組排列，各小區面積150 m2，3次重復。

試驗田于2019年3月下旬起壟，壟距1.2 m，壟高0.25 m；烤煙于4月22日移栽，株距為0.5 m。其他栽培措施參照《河南中煙內鄉基地單元煙葉生產技術方案》進行。

1.3 取樣及測定項目

1.3.1 基礎肥力的測定 于烤煙起壟前，采用五點取樣法采集0～20 cm土樣并測定各項指標。土樣pH值按照NY/T 1121.2—2006《土壤檢測 第2部分：土壤pH的測定》測定；有機質含量按照NY/T 1121.6—2006《土壤檢測 第6部分：土壤有機質的測定》測定；堿解氮含量用堿解擴散法測定（土壤農化分析）；有效磷含量按照NY/T 1121.7—2014《土壤檢測 第7部分:土壤有效磷的測定》測定；速效鉀含量按照NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》測定。

1.3.2 病害的調查 按照GB/T 23222—2008《煙草病蟲害分級及調查方法》，于烤煙成熟期對花葉病、黑脛病和根黑腐病這3種病害進行調查，計算其發病率和病情指數。計算公式如下：

1.3.3 常規化學成分協調性 各小區采集具有代表性的烤后中部葉，按照煙草行業標準YC/T 161—2002、YC/T 160—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011、YC/T 159—2002等方法測定烤后煙葉的常規化學成分，并計算氮堿比、糖堿比、兩糖比和鉀氯比。

1.3.4 土壤容重、田間持水量的測定 烤煙收獲后選取煙株間固定位置，按照NY/T 1121.4—2006《土壤檢測 第4部分：土壤容重的測定》測定土壤容重；按照 NY/T 1121.22—2010《土壤檢測 第22部分：土壤田間持水量的測定 環刀法》測定田間持水量。

1.3.5 氮素的測定 收獲后用五點取樣法采集每個小區0～20 cm土壤，按照NY/T 1121.24—2012《土壤檢測 第24部分：土壤全氮的測定 自動定氮儀法》測定土壤全氮。小區內采用3點取樣法，每20 cm為1層采集0～60 cm土壤樣品，每層土壤混勻并迅速帶回實驗室，采用雙波長分光光度法［14］測定土壤硝態氮含量。

1.3.6 經濟性狀比較 小區煙葉收獲后單獨標記烘烤，單獨儲存，按照等級質量進行分級并測算產量、產值、中上等煙比例、均價等經濟指標。

1.4 數據處理與分析 采用Excel 2010 軟件對數據進行處理和作圖，SPSS 21.0軟件進行差異分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良劑對病害發生的影響

由表1可知，不同處理的病害發生情況各不相同。減氮處理T0的花葉病發病率較CK顯著增加了17.99%，土壤改良劑處理（T1～T3）的發病率較CK和T0處理分別顯著降低了23.16%～36.06%、34.88%～ 45.81%；土壤改良劑處理的花葉病病情指數較T0處理顯著降低23.85%～31.29%，較CK無顯著差異。處理T0黑脛病的發病率較CK顯著增加了15.23%，土壤改良劑處理的黑脛病發病率較CK無顯著差異，較T0顯著降低18.38%～25.20%；T0處理黑脛病的病情指數較CK無顯著差異，施用土壤改良劑處理的黑脛病病情指數分別較CK和T0顯著降低17.55%～32.03%、22.00%～35.70%。T0根黑腐病的發病率較CK顯著增加11.24%，土壤改良劑處理的根黑腐病發病率分別較CK和T0降低8.80%～17.59%、18.01%～25.92%；T0處理根黑腐病的病情指數較CK顯著增加21.92%；土壤改良劑處理的根黑腐病病情指數較CK和T0分別降低18.58%～26.51%、33.22%～39.73%。

表1 不同土壤改良劑對病害發生的影響

2.2 不同土壤改良劑對烤煙常規化學成分協調性的影響

烤后煙葉的化學成分協調性是考量烤煙品質的重要指標。由表2可知，不同處理對烤煙化學成分協調性的影響也不同。氮堿比是衡量煙葉含氮化合物轉化的重要指標之一，反映出煙葉生長發育及成熟度，適宜范圍在0.8～1.1之間；本研究不同處理的氮堿比范圍在0.85～0.97之間；與CK相比，僅T0處理顯著降低了12.37%；與T0相比，土壤改良劑處理T2顯著提高了11.76%。糖堿比可反映出煙氣的生理強度和醇和度，適宜范圍在6～13之間；本研究各處理的糖堿比范圍在10.20～10.97之間；土壤改良劑處理T2分別較CK和T0增加了5.28%、7.55%。兩糖比反映碳水化合物的轉化程度，適宜范圍為≥0.8；本研究各處理兩糖比范圍在0.83%～0.86之間，除T2較T0有顯著提升外，其余各處理均無顯著差異。鉀氯比與煙葉燃燒性、評吸質量顯著相關，適宜范圍為≥1.5；本研究鉀氯比范圍在2.39～3.89之間，T0與CK無顯著差異；T2、T3處理分別較CK顯著提升41.00%、62.76%，分別較T0顯著提升35.89%、56.85%。

表2 土壤改良劑對烤煙常規化學成分協調性的影響

2.3 土壤改良劑對土壤容重和田間持水量的影響

土壤容重和田間持水量是反映土壤物理性狀的重要指標。土壤容重越小，說明土壤孔隙度越大，耕作性越強。由圖1可知，T0與CK的土壤容重和田間持水量均無顯著差異，T1、T2處理的土壤容重分別較CK顯著降低了7.94%、8.73%，分別較T0顯著降低了8.66%、9.45%；T1、T2處理的田間持水量分別較CK顯著增加了5.18%、5.98%，分別較T0顯著增加了5.39%～6.19%。

圖1 土壤改良劑對土壤容重和田間持水量的影響

2.4 土壤改良劑對土壤全氮和硝態氮的影響

土壤氮素含量是反映土壤肥力的重要指標。由圖2可知，與CK相比，T0處理的土壤全氮含量顯著降低了15.94%，土壤改良劑處理較CK顯著降低了8.34%～10.77%；與T0相比，土壤改良劑處理的土壤全氮含量顯著增加了6.16%～9.05%；各土壤改良劑之間無顯著差異。

圖2 土壤改良劑對0～20 cm土壤全氮含量的影響

硝態氮是煙葉最宜氮源，土壤硝態氮含量也是反映土壤供氮能力的重要指標。由圖3可知，土壤硝態氮含量隨土層深度的變化呈現不同規律。0～20 cm層中，T0和土壤改良劑處理的硝態氮含量較CK顯著降低，且T0顯著低于土壤改良劑處理；20～40 cm土層中，CK的硝態氮含量仍顯著高于其他處理，T0與T1和T3差異顯著，但與T2差異不顯著；40～60 cm土層中，各處理硝態氮含量差異均不顯著。

圖3 土壤改良劑對土壤硝態氮的影響

3 討論

研究表明，增施土壤改良劑能夠減少煙草病害的發生。萬川等［15］研究認為表層施用生物炭可顯著降低土壤容重，增強保水能力，改良土壤通透性，為土壤有益微生物的生長提供了適宜的環境，能顯著降低煙草青枯病的發生；郭怡卿等［16］研究表明，增施土壤改良劑能促進烤煙生長，提高烤煙的抗病性，顯著降低烤煙黑脛病和花葉病的發病率和病情指數，黑脛病發病率最高可降低100%。

本研究發現，無配套措施的煙葉減氮生產可導致花葉病、黑脛病和根黑腐病的發病率和病情指數顯著增加，減氮配施土壤改良劑不僅可消除減氮給煙草病害帶來的負面影響，并且一定程度上可降低病害的發病率和病情指數，同前人［15-18］的研究結果較為一致。張曉海等［19］研究認為：施入土壤改良劑后，土壤微生物數量短時間內可大量上升，土壤有機質已不再是影響土壤微生物生長的重要因子，其他土壤理化性狀可能是影響土壤微生物的主要因素。朱克亞等［20-22］認為，施用土壤改良劑可顯著改變土壤質地和土壤結構，而鄧小華等［7］研究認為，單季使用土壤改良劑雖然有降低土壤容重、增加土壤孔隙度的趨勢，但并未達到顯著水平。本研究表明，施入土壤改良劑后烤煙病害的減輕，主要原因可能是土壤容重的降低和田間持水量的提高，為根系微生物營造了一個良好的物理環境，有益微生物可大量繁殖，通過與有害病原菌的拮抗作用，進而減少病害的侵染；另一方面，土壤肥力隨著土壤改良劑的施入也有一定程度的加強，烤煙營養水平提高，提升了烤煙抗逆能力，烤煙病害也有所減輕。

施入土壤改良劑對土壤養分含量有一定的影響。研究認為，連作植煙土壤氮素含量水平是影響土壤質量的關鍵因素；施入土壤改良劑有利于增強土壤酶活性，提高氮素含量，改善連作土壤的品質［23］。就不同深度土壤氮含量來說，黃化剛等［24］研究認為，施入多孔性土壤改良劑可提高土壤耕層的全碳含量和堿解氮含量，可促進氮素礦化［17］，可促進硝化作用［25］，0～10 cm土層的硝態氮含量提高，銨態氮含量降低。本研究表明，無配套措施的減氮烤煙生產會顯著降低土壤中全氮和硝態氮含量，增施土壤改良劑可減弱此負面效應，但對深層土壤硝態氮含量無顯著影響。主要原因是土壤改良劑是改善土壤物理性質、增加微生物種類和數量［26］、提高相應的酶活性、促進更多養分的釋放；另外，土壤改良劑可引入含氮物質［13］，一定程度上提升了土壤氮含量。值得關注的是，施用高碳基有機肥處理的硝態氮含量在0～20 cm較其他2種土壤改良劑略高，但在20～40 cm中較其他土壤改良劑略低，其原因可能是生物炭較強的氮素固持能力［27］和對抑制硝化反應產物的吸附作用［28-29］，促進了土壤的硝化反應，減少了氮素淋溶。

本研究中，土壤改良劑的施用對烤煙的品質也有一定的影響，各烤煙化學成分的協調性更趨于合理，與閻海濤等［30-31］的研究結果一致。施入土壤改良劑對氮素的固持作用，使煙株氮素的攝入符合烤煙生長規律，利于成熟期碳氮協調轉化，提高了煙葉成熟度，改善了煙葉的外觀質量，相應的化學成分趨于協調［32］。黃淮煙區屬焦甜焦香型風格特色，化學成分協調性的提升，可使該區煙葉在增香調味和降焦減害等方面繼續發揮優勢。

4 結論

無配套措施的烤煙減氮生產可導致煙草病害的發生，影響煙葉的正常生長。而增施土壤改良劑可降低土壤容重，增加田間持水量，提高土壤耕層全氮和硝態氮含量，能顯著降低煙葉病害發生，并提高了烤煙化學成分的協調性。因此，增施土壤改良劑可為豫西南煙區的減氮生產提供一條可行的途徑。