高碳基土壤修復肥對植煙土壤有效微量元素及煙葉品質的影響

張軍　朱麗　劉國順等

摘要：2013年，在河南省許昌市襄城縣紫云鎮，利用生物炭與有機肥和微生物菌劑等制備的高碳基土壤修復肥研究了不同用量高碳基土壤修復肥對土壤微量元素含量的影響。分析不同用量的高碳基土壤修復肥及等量的氮磷鉀化肥對煙田0～20 cm土層土壤有效Fe、Mn、Cu和Zn含量動態變化和煙葉常規化學成分含量的影響，可為高碳基土壤修復肥的合理施用和豫中煙區煙田的合理使用提供參考依據。結果表明：添加1 050 kg/hm2的高碳基土壤修復肥，有效Fe、Cu含量總體上略低于對照。有效Zn含量在生育前期略低于對照，生育后期高于對照，且80 d時與對照差異達到顯著水平。有效Mn含量在整個生育期均高于對照；添加2 100、3 150 kg/hm2的高碳基土壤修復肥，有效Fe、Mn、Cu和Zn含量均高于對照，且施用量達到3 150 kg/hm2時，有效Fe、Mn、Cu和Zn含量在整個生育期內顯著或極顯著高于對照。增施高碳基土壤修復肥可降低中部煙葉煙堿含量和氯含量，煙葉總氮、還原糖和鉀含量增加，糖堿比以增施1 050、2 100 kg/hm2的高碳基土壤修復肥較適宜。在常規施肥基礎上，增施適量（2 100 kg/hm2）的高碳基土壤修復肥，對植煙土壤中微量元素的改善具有積極作用，有利于植煙土壤肥力的保持和煙葉品質的提高。

關鍵詞：高碳基土壤修復肥；植煙土壤；動態變化；品質

中圖分類號： S572.062文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0146-03

收稿日期：2014-12-26

基金項目：國家煙草專賣局特色煙重大專項（編號：110201101001）。

作者簡介：張軍（1988—），男，四川宜賓人，碩士研究生，主要從事煙草栽培生理生化研究。E-mail：zj362217639@outlook.com。

信作者：劉國順（1954—），男，河南平頂山人，教授，博士生導師，從事煙草栽培生理生化教學與研究。E-mail：138898456@371.net。微量元素是煙草生長發育過程中不可缺少的必需元素，雖然在作物體內含量甚微，但卻是煙株生長和煙葉產量、品質形成必不可少的營養元素。鐵、錳、銅和鋅是必需礦質營養元素，或是煙草物質代謝的組成成分，或是維持正常代謝和各種酶活動所必需的，在煙株生育過程中起著重要作用[1-2]。其中鐵與煙葉香氣前體物的形成有關，銅與煙葉中煙堿的含量有關，錳、鋅與煙葉化學成分的協調性、香氣質和香氣量有關[2-5]。而長期以來氮磷鉀肥用量的不斷增加，忽視了微量元素的補給，導致土壤中微量元素養分失衡嚴重，是煙葉生產的重要制約因素[6-9]。因此改善土壤養分狀況，提高煙葉品質是煙葉生產面臨的一項重要工作。通過施用由生物炭、有機肥、礦物肥等配制的高碳基土壤修復肥，研究其對煙田0～20 cm土層土壤有效Fe、Mn、Cu和Zn含量動態變化的影響和中部煙葉常規化學成分含量的影響，可為高碳基土壤修復肥的合理施用和煙葉質量的可持續發展提供參考依據。生物炭是生物質在缺氧條件下熱裂解形成的穩定的富碳產物，疏松多孔，比表面積大，表面含大量的羧基、羰基等，使其具有極強的吸附能力[10-11]。近年來，生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體等備受關注[12-14]。有機肥含有豐富的作物生長所需的營養物質，對土壤改良具有積極的作用[15-18]，與生物炭混合后，可消除生物炭養分低的缺點，而生物炭在其養分緩釋釋放過程中可起到協同和互補作用，提高肥料利用率。研究發現，生物炭與肥料配合施用可明顯提升對作物的肥效。Steiner 等將生物炭與肥料溶液（硫酸銨+氯化鉀+普通過磷酸鈣）混合干燥后，可顯著延長氮素供應期，增加土壤總氮量、有效磷和交換鉀含量，促進作物對氮、磷吸收[19]。Khan等將木炭放入含N、P、K的溶液中吸附制備的炭基肥料，用模擬土壤溶液和蒸餾水淋洗，N、P、K養分均緩慢而恒穩地釋放[20]。高海英等將竹炭和木炭放入硝酸銨水溶液中吸附制備的竹炭基氮肥和木炭基氮肥，可有效提高氮肥利用率，延長肥料養分在土壤中的存留期，減少養分淋失[21]。喬志剛等將生物炭與化肥混合制備的碳基肥，可顯著提高水稻氮素利用率，有效降低氮素的損失[22]。盡管生物炭與無機肥料配合施用研究已有較多報道，但生物炭與多種肥料復合制備的炭基肥對植煙土壤微量礦質營養動態變化和煙葉品質的影響尚不清楚。本研究采用大田試驗，研究不同用量的高碳基土壤修復肥處理下，分析植煙土壤中有效微量元素Fe、Mn、Cu、Zn含量的動態變化和煙葉常規化學成分含量，為制定煙田的合理施肥措施提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗時間、地點

本研究田間試驗于2013年在河南省許昌市襄城縣紫云鎮進行，該區是我國濃香型烤煙的著名產區。

1.2試驗材料

供試烤煙品種為豫煙10號，試驗所需的高碳基土壤修復肥由河南農業大學煙草行業煙草栽培重點實驗室研發，主要成分為生物炭、有機肥、微生物菌劑等，其中有機質含量≥50%，全氮、全磷和全鉀含量分別≥2%，pH值=7.36，煙草專用復合肥中N、P、K含量分別為10%、10%、20%。硫酸鉀肥料中K2O含量為50%。

1.3試驗設計

供試土壤為褐土，土壤基本理化性狀：pH值7.14，速效磷 6.76 mg/kg，速效鉀115.72 mg/kg，堿解氮75.40 mg/kg，有機質 18.99 g/kg。采用完全隨機區組設計，共4個處理：T0，常規施肥；T1，常規施肥+高碳基土壤修復肥1 050 kg/hm2；T2，常規施肥+高碳基土壤修復肥 2 100 kg/hm2；T3，常規施肥+高碳基土壤修復肥3 150 kg/hm2。常規施肥：N用量 30 kg/hm2，N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1 ∶3.5；重復3次，小區面積300 m2，高碳基土壤修復肥用作基肥條施。各處理于移栽后30 d開始，每隔10 d采集1次土壤樣品，共采集7次。在采樣區隨機選擇3個點，于2株煙莖基部30～35 cm處取 0～20 cm 土層樣品，并自然風干，研磨備用。成熟期分葉位采收，烘烤后取各處理的中部葉（C3F）進行煙葉常規化學成分分析。

1.4分析方法

土壤有效Fe、Mn、Cu、Zn采用DTPA提取液提取，美國瓦里安的ICP-OES進行測定，煙葉常規化學成分采用AAⅢ型流動化學分析儀根據《煙草及煙草品質》標準方法測定，數據分析采用SPSS 20和Excel 2013進行，圖片制作采用 Origin 8.0。

2結果與分析

2.1高碳基土壤修復肥對植煙土壤有效Fe含量的影響

由圖1可知，T1處理有效Fe含量在整個生育期內總體上低于對照，其中60 d時有效Fe含量與對照差異達到極顯著水平，較對照降低了15.52%。T2處理有效Fe含量在不同時期均高于對照，其中除40 d時有效Fe含量與對照差異不顯著外，其余時期差異達到顯著或極顯著水平，較對照提高了11.14%～38.40%。T3 處理有效Fe含量在整個生育期內均極顯著高于對照，較對照提高了23.63%～70.73%。

2.2高碳基土壤修復肥對植煙土壤有效Mn含量的影響

由圖2可知，施用高碳基土壤修復肥后，各處理有效Mn含量均高于對照。整個生育期內，有效Mn含量總體表現為先上升，后降低再升高的趨勢，其中60 d時，土壤有效Mn含量下降幅度較大，說明此期間煙株對土壤中Mn的吸收量較大。與對照相比，T1處理各時期有效Mn含量均高于對照，比對照提高了13.58%～45.35%，且90 d時，有效Mn含量與對照差異達到顯著水平。T2與T3處理有效Mn含量在整個生育期均極顯著高于對照，分別比對照提高了69.49%～148.97%和 80.65%～193.49%。

2.3高碳基土壤修復肥對植煙土壤有效Cu含量的影響

由圖3可知，施用高碳基土壤修復肥后，T1 處理有效Cu含量除30 d時極顯著高于對照外，其余均低于對照，其中50 d 時，差異達到顯著水平，較對照下降了12.5%。T2處理有效Cu含量在整個生育期均高于對照，其中30、40 d時與對照差異達到極顯著水平，分別比對照提高了30.53%、28.79%，其余時期差異未達到顯著水平。T3處理有效Cu含量在整個生育期均高于對照，其中50、60、90 d時有效Cu含量顯著高于對照，其余時期差異達到極顯著水平，較對照提高了10.89%～37.91%。

2.4高碳基土壤修復肥對植煙土壤有效Zn含量

由圖4可知，各處理有效Zn含量變化趨勢相同，其中60 d 時，有效Zn含量下降幅度較大，說明此期間煙株對土壤中Zn的吸收量較大。之后土壤中有效Zn含量迅速增加，且在80 d時，有效Zn含量達到最高值。這可能與受根際效應的影響有關，頂端優勢的去除，使得不同范圍根系快速生長，根系通過改變周圍土壤pH值和分泌有機酸，促進土壤中碳酸鹽、硅酸鹽、氧化物態Zn的溶解，引起土壤中不同存在形態的Zn的釋放，且活化量大于煙株吸收量[23]。與對照相比，大田生育前期，T1 處理有效Zn含量略低于對照，但差異未達到顯著水平。生育后期高于對照，其中80 d時，有效Zn含量與對照差異達到極顯著水平，比對照提高了11.16%。T2 處理有效Zn含量均高于對照，其中80、90 d時，有效Zn含量與對照差異達到極顯著水平，分別比對照提高了41.89%、55.95%。T3 處理有效Zn含量在整個生育期內均高于對照，且與對照差異達到顯著或極顯著水平，較對照提高了14.86%～79.89%。

40 d時，各處理土壤中有效Fe、Mn、Cu和Zn含量均有所降低，這可能與炎熱干旱天氣導致土壤含水率、氧化還原電位及各離子間相互作用等的改變有關，土壤中的Fe、Mn、Cu和Zn在不同存在形態間重新再分配，有效性降低[24-25]，同時含水率下降，在土壤中的遷移緩慢，擴散系數和擴散程度均受到嚴重制約[26]。在高氧化還原電位條件下，可促進土壤中二價Fe轉化為三價Fe和高價Mn含量增加，土壤中Fe、Mn有效性降低[27-28]。50 d時，各處理有效Fe、Mn、Cu和Zn含量有較大幅度提高，這可能與灌水后，改變了土壤含水率和氧化還原電位等有關，還原作用加強，有利于土壤中的Fe、Mn、Cu和Zn向弱結合態轉化，有效性增加[29-30]。在低氧化還原電位下，高價鐵錳化合物還原成低價化合物，溶解度增加，Fe、Mn有效性增大。同時，鐵錳化合物中包被的Cu、Zn也被大量的釋放出來[31]。進入成熟期后，土壤中有效Fe、Mn、Cu含量增加，有效Zn含量減少，可能與成熟期煙株對土壤中Fe、Mn、Cu的吸收量減少，同時根系開始衰老，活力下降有關[32]。

2.5高碳基土壤修復肥對煙葉品質的影響

還原糖和煙堿含量的比值常被用作評價煙葉煙氣強度和柔和性的基礎，二者的協調是形成均衡煙氣的重要因素。一般認為優質煙的總糖含量要求達到18%～22%、還原糖16%～ 18%、煙堿1.5%～3.5%、總氮1.5%～3.5%、還原糖與煙堿的比值在8～10之間，鉀離子含量≥2%、氯離子含量≤1%。從表1可知，與對照相比，施用高碳基土壤修復肥后各處理煙葉中煙堿和氯含量均有所降低，其中T2處理中煙堿和氯含量顯著低于對照。煙葉中還原糖和總氮含量均顯著高于對照。糖堿比以T1和T2處理較適宜，而對照處理中煙堿含量較高，還原糖含量較低，糖堿比較低。各處理中鉀離子含量均低于優質煙鉀離子含量范圍，但施用高碳基土壤修復肥后，煙葉中鉀離子含量均有所增加，其中T2處理含量最高，比對照高23%，差異達到顯著水平。

3結論與討論

施用高碳基土壤修復肥，T1處理有效Fe和有效Cu含量總體上略低于對照。土壤有效Mn含量在整個生育期內略高于對照。有效Zn含量在大田生育前期略低于對照，而生育后期則高于對照。這可能與根系通過改變土壤pH值和分泌有機酸，促進碳酸鹽結合態和氧化物態Zn等的溶解，引起土壤中不同存在形態的Zn的釋放有關[23]。T2和T3處理有效Fe、Mn、Cu和Zn含量在整個生育期內均高于對照，其中T3處理土壤有效Fe、Mn、Cu和Zn含量與對照差異達到顯著或極顯著水平。增施高碳基土壤修復肥可降低中部煙葉煙堿含量和氯含量，煙葉鉀、還原糖和總氮含量增加，還原糖含量與煙堿含量比值增加，其中以T1和T2處理較適宜。故增施適量的高碳基土壤修復肥可提高植煙土壤中微量元素含量和改善煙葉品質。本研究表明，在常規施肥的基礎上增施2 100 kg/hm2的高碳基土壤修復肥有利于植煙土壤的肥力保持和煙葉品質的提高。

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