玉米秸稈促腐還田的腐解及對烤煙生長與產質量的影響

周米良，鄧小華，田峰，李海林，巢進，張明發，張黎明

1中國煙草中南農業試驗站,長沙 410128；2湘西自治州煙草專賣局, 湖南吉首416000；3湖南農業大學農學院,長沙 410128

玉米秸稈促腐還田的腐解及對烤煙生長與產質量的影響

周米良1,2，鄧小華1,3，田峰2，李海林3，巢進2，張明發2，張黎明2

1中國煙草中南農業試驗站,長沙 410128；2湘西自治州煙草專賣局, 湖南吉首416000；3湖南農業大學農學院,長沙 410128

為探索玉米秸稈直接還田的方法,研究了不同促腐條件下玉米秸稈直接還田的腐解效果和對烤煙生長及產質量的影響。結果表明：促腐條件下玉米秸稈在烤煙移栽前腐解率在75%以上,較好地解決了土壤氮素養分與烤煙需肥規律吻合的矛盾；玉米秸稈直接還田可以改善烤煙農藝性狀,提高煙葉產量和產值,提高煙葉開片度,降低煙葉含梗率,提高煙葉結構疏松度,增加煙葉糖含量和鉀含量,提高煙葉評吸質量。以添加發酵菌曲的玉米秸稈直接還田處理效果較好。

玉米秸稈還田；腐解效果；烤煙；產量和質量

土壤是影響煙葉質量的重要因素[1-2]。目前植煙土壤環境變劣,影響優質煙葉生產可持續發展,改良和培肥土壤已成為提高煙葉質量的根本出路[3-11]。國內外試驗研究證明玉米秸稈還田可以改善土壤結構和耕性,還可以提高土壤速效鉀和土壤有機質含量,以及土壤中微生物和各種酶的活性[12-14]。直接還田的玉米秸稈在土壤中的轉化是一個復雜的生物化學過程,雖有改良土壤效果,但其前期產生“氮饑餓”現象,后期又進行相對強烈的有機氮的礦化作用[12-13],其肥力釋放與烤煙的需肥規律不相吻合,影響烤煙正常生長發育和煙葉質量[15],賈宏昉[16]、曹仕明[17]等對煙田施用腐熟秸稈肥開展了研究,山東、河南等省的煙田覆蓋玉米秸稈技術已被越來越多的煙農接受[7-8],王紹坤[4]研究了煙田施用玉米稈糠對煙區土壤和煙葉產質量的效應,和麗忠[10]、汪祿祥[18]、邱學禮[19]等采用調節碳氮比直接在煙田施用玉米秸稈,但有關玉米秸稈直接還田改良植煙土壤的技術措施報道較少。本研究在湘西州煙區一年一熟種植制度下施用促腐劑將玉米秸稈直接還田,探討在不同促腐條件下玉米秸稈直接還田的腐解效果及對烤煙生長與產質量的影響,旨在為玉米秸稈直接還田改良植煙土壤、改善煙葉品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

烤煙品種為云煙87。玉米秸稈為當地種植的干玉米秸。有機廢物發酵菌曲為北京市京圃園生物工程有限公司生產,BM有機物料腐熟劑為河南寶融生物科技有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗于2013～2014年在湖南省鳳凰縣千工坪鄉進行。供試土壤為石灰巖母質發育的旱地黃壤,土壤質地為壤土,pH為6.23,有機質為10.46g/kg,堿解氮為38.20mg/kg,速效磷為9.75 mg/kg,速效鉀為108.76mg/kg。試驗設5個處理,分別為T1（玉米秸稈+尿素+發酵菌曲）、T2（玉米秸稈+尿素+ BM有機物料腐熟劑）、T3（玉米秸稈+發酵菌曲）、T4（玉米秸稈+BM有機物料腐熟劑）、CK（常規栽培,不用玉米秸稈,也不用促腐劑）。隨機區組設計,3次重復,15個小區；小區面積48m2,8行,行長5m,密度為50cm×120cm。

2013年的10月份烤煙拔稈后,在壟溝內均勻平鋪切成30～50cm小段的玉米秸稈,用量為4500kg/hm2,玉米秸稈厚度不超過10cm；再在玉米秸稈上均勻撒施尿素60kg/hm2或腐熟劑22.5 kg/hm2；然后將原壟體從中剖開,分別倒向兩邊的原壟溝,覆土以掩埋玉米秸稈,清除煙蔸。2014年4月上旬起壟前不翻耕土壤,烤煙專用基肥施于原玉米壟溝,剖開玉米壟體起壟,在原玉米壟溝上聚集土壤形成新的烤煙壟體,原玉米壟體則成為烤煙壟溝。4月下旬移栽。處理組施肥量為：三餅合一型基肥（氮、磷、鉀含量分別為7.5%、14.0%、8.0%）750.00 kg/hm2、專用追肥（氮、磷、鉀含量分別為10.0%、5.0%、29.0%）300.00 kg/hm2、提苗肥（氮、磷、鉀含量分別為20.0%、9.0%、0.0%）75.00kg/hm2、硫酸鉀375.00kg/hm2。對照組采用常規施肥（施N量為108.00kg/hm2, 施P2O5量為129.00 kg/hm2,施K2O量為299.25 kg/hm2）。其它管理按照《湘西州烤煙標準化生產技術方案》執行。

1.3 測定項目與方法

（1）玉米秸稈促腐效果：采用尼龍網袋掩埋法[20],尼龍網袋規格100目,20cm×25cm。每個尼龍網袋內裝入玉米秸稈量100g,按各處理的腐解劑和尿素用量比例配施腐解劑和尿素,密封口袋,放于玉米秸稈上并用土壤掩埋。秸稈翻埋后,分別于秸稈還田1個月、秸稈還田2個月、移栽前10d及烤煙生長的團棵期、打頂期、拔稈期取樣1次,每次隨機取樣3袋,相當于3次重復。取出尼龍網袋后,用水沖洗、除去表面粘附泥土,在60℃烘箱中烘干樣品并稱重。玉米秸稈累計腐解率=（玉米秸稈重量–玉米秸稈殘留量）/玉米秸稈重量×100%。

（2）農藝性狀：分別于烤煙團棵期、現蕾期和第1次采烤期測量株高、莖圍、有效葉數和最大葉長、最大葉寬,計算最大葉面積。

（3）光合生理指標：分別于烤煙團棵期、現蕾期和第一次采烤期,采用Sunscan冠層分析儀測定葉面積指數,采用SPAD-502便攜式葉綠素儀測量煙葉的相對葉綠素含量,采用LI—6400便攜式光合作用測定系統測量凈光合速率。所測葉片為從上至下數第5片葉,每個處理每次測 10 株。

（4）經濟性狀：主要觀察上等煙比例、均價、產量和產值。

（5）烤后煙葉質量評價：由試驗人員和專職分級人員按照GB2635—92標準,從試驗煙葉樣品中挑選B2F和C3F等級煙葉約2kg,分別作為上部煙葉和中部煙葉的代表性樣品用于烤后煙葉質量評價。物理特性主要測定煙葉的開片率、含梗率、平衡含水率、單葉重、葉片厚度、葉質重[21]。常規化學成分主要測定總糖、還原糖、煙堿、總氮、鉀、氯；其中,煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、氯等化學成分含量測定采用SKALAR間隔流動分析儀,煙葉鉀含量采用火焰光度法測定。評吸質量按YC/T138-1998煙草及煙草制品[22]進行單料煙樣品的感官評吸；烤后煙樣經回潮、切絲,卷制成每支長85 mm、重（900±15）mg的單料煙支；組織專業評吸人員對香氣質、香氣量、雜氣、刺激性、濃度、勁頭、余味等指標打分,并分別按0.25、0.20、0.15、0.10、0.10、0.10、0.10的權重計算感官質量指數。

2 結果與分析

2.1 不同促腐條件下玉米秸稈腐解動態

由表1可知,玉米秸稈還田后1個月,不同處理的玉米秸稈累計腐解率在51.20%～58.12%,其中添加尿素的處理（T1、T2）的玉米秸稈累計腐解率顯著高于沒有添加尿素處理（T3、T4）。至玉米秸稈還田后2個月,不同處理的玉米秸稈累計腐解率在60.80%～66.73%,其中添加尿素的處理（T1、T2）的玉米秸稈累計腐解率顯著高于沒有添加尿素處理（T3、T4）。以后玉米秸稈腐解處于低溫期間,腐解速率降低,至移栽前10d,不同處理的玉米秸稈累計腐解率在75.11%～78.33%,4個處理差異不顯著,但4個處理的玉米秸稈累計腐解率均在75%以上。至烤煙團棵期、打頂期、拔稈期,玉米秸稈腐解速度較慢,4個處理的累計腐解率分別為86.85%～88.29%、88.04%～90.23%、91.28%～93.56%,處理間差異不顯著。

表1 不同處理的玉米秸稈累積腐解率Tab. 1 Accumulation delay rate of corn stalk at different treatments %

2.2 不同處理對烤煙農藝性狀的影響

由表2可知,在烤煙的團棵期,烤煙植株的農藝性狀差異不顯著。在烤煙的現蕾期和第1次采烤期,烤煙的株高、莖圍、葉片數差異也不顯著。現蕾期烤煙最大葉面積差異顯著,其大小排序為：T1＞T2＞CK＞T3＞T4,主要為T1處理的最大葉面積顯著大于T3、T4和CK。第1次采烤期烤煙最大葉面積差異顯著,其大小排序為：T1＞T2＞T4＞T3＞CK,T1處理最大葉面積與T2處理差異不大,但顯著大于T3、T4和CK,玉米秸稈還田處理的最大葉面積顯著高于對照。

表2 不同處理的烤煙農藝性狀Tab. 2 Agronomic traits of tobacco at different treatments

2.3 不同處理對烤煙光合生理指標的影響

由表3可知,玉米秸稈還田可顯著增加烤煙葉面積指數；添加尿素的玉米秸稈還田處理（T1、T2）的葉面積指數顯著高于沒有添加尿素的處理（T3、T4）,以T1處理的葉面積指數最大。從葉綠素的相對含量SPAD值看,玉米秸稈還田可顯著提高煙葉的葉綠素含量；添加尿素的玉米秸稈還田處理（T1、T2）的葉綠素含量相對高于沒有添加尿素的處理（T3、T4）,以T1處理的葉綠素含量最高。從煙葉凈光合速率看,玉米秸稈還田可顯著增加煙葉凈光合速率；添加尿素的玉米秸稈還田處理（T1、T2）的煙葉凈光合速率相對高于沒有添加尿素的處理（T3、T4）,以T1處理的煙葉凈光合速率最大。

表3 不同處理的烤煙光合生理指標Tab.3 Photosynthetic physiological indexes of tobacco at different treatments

2.4 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

由表4可知,不同處理的煙葉上等煙比例和均價以T3處理最高,但差異不顯著。不同處理的烤煙產量排序為：T3＞T4＞T1＞T2＞CK,差異顯著；多重比較結果為T1、T2、T3、T4處理的處理顯著高于CK,T3處理的產量顯著高于T1、T2和CK。不同處理的烤煙產值排序為：T3＞T4＞T1＞T2＞CK,差異顯著；多重比較結果為T1、T2、T3、T4處理的產值顯著高于CK,T3和T4處理的產值顯著高于T1、T2和CK。

表4 不同處理的烤煙經濟性狀Tab.4 Economic traits of tobacco at different treatments

2.5 不同處理對烤煙物理特性的影響

由表5可知,從上部煙葉看,玉米秸稈直接還田處理的開片率顯著高于對照,葉片厚度顯著低于對照,單葉重顯著高于對照（T4除外）,含梗率顯著低于對照；T3和T4處理的平衡含水率顯著高于對照,葉質重顯著低于對照；4個處理以T3處理的開片率最高,含梗率最低,葉片厚度適中,單葉重適中。從中部煙葉看,玉米秸稈直接還田處理的開片率顯著高于對照,葉片厚度顯著低于對照,單葉重顯著高于對照,葉質重顯著低于對照。

表5 不同處理的烤煙物理性狀Tab.5 Physical properties of tobacco at different treatments

2.6 不同處理對烤煙化學成分的影響

由表6可知,從總糖和還原糖含量看,4個玉米秸稈還田處理均顯著高于對照。從煙堿含量看,上部煙葉以T1、T2處理的相對較高,中部煙葉以T2和對照處理的相對較高。總氮含量處理間差異不顯著。從鉀含量看,4個玉米秸稈還田處理的鉀含量顯著高于對照,上部煙葉以T3、T4處理相對較高,中部煙葉以T2、T3處理相對較高。煙葉氯含量處理間差異不顯著,但4個玉米秸稈還田處理的氯含量均低于對照。

表6 不同處理的烤煙化學成分Tab. 6 Chemical components of tobacco at different treatments

2.7 不同處理對烤煙感官評吸質量的影響

由表7可知,以T3處理感官質量指數最高,主要表現為該處理的香氣質、雜氣、余味等感官評吸質量指標分值相對較優；往后依次為T4、T1、T2、CK。秸稈促腐還田處理的感官評吸質量均大于對照。添加尿素的2個處理（T1、T2）的感官評吸質量均小于不加尿素的處理（T3、T4）。

表7 不同處理烤后煙葉感官質量Tab. 7 Smoking quality of tobacco at different treatments

3 討論與結論

作物秸稈直接還田有利于土壤腐殖質組成的更新和物理性狀的改善,促進土壤養分循環[23]。但禾本科秸稈直接還田方法不恰當,會出現烤煙生長前期“黃弱苗”和后期落黃困難現象[19]。采用玉米秸稈堆腐[16-17]、玉米秸稈覆蓋[7-8]、施用化肥調節碳氮比[10,18-19]等方法雖然可以解決這一矛盾,但堆腐需要收集玉米秸稈集中處理,覆蓋玉米秸稈難以腐爛,施用化肥調節碳氮比需改變現有施肥體系,在湘西山地煙區推廣會存在一定困難。本研究提早玉米秸稈還田時間（于頭年的10月份）和采用促腐劑加快玉米秸稈腐解,促腐劑含有的多種微生物能快速啟動腐解過程,加快玉米秸稈中纖維素、半纖維素、木質素的腐解轉化速度和土壤腐殖質形成,至烤煙移栽時,75%以上玉米秸稈已腐解,較好地解決了土壤氮素養分與烤煙需肥規律吻合的問題,且減工（免耕）提質增效,在一熟煙區具有廣泛的推廣價值。

土壤墑情及溫度是影響秸稈腐解的重要因素。張宇[26]研究認為當土溫過低,田間持水量少于20%時玉米秸稈腐解幾乎停止。玉米秸稈在湘西山地提早直接還田,不可忽視土壤墑情。免耕溝埋玉米秸稈,沒有翻耕壟溝,減少了雨水的下滲,更容易保貯土壤水分,有利玉米秸稈腐解。在實際操作中,要求玉米秸稈厚度不超過10cm,以保證土壤覆蓋厚度,有利玉米秸稈腐解所需水分不容易蒸發。

由于玉米秸稈本身鉀含量較高,還田后使土壤速效鉀含量明顯上升,有利于烤煙對鉀的吸收[9,19]。煙草是喜鉀作物,充足的鉀素供應可保證烤煙生長代謝的正常進行和健壯生長,使煙葉身份更加適中,彈性和柔性增加[24],還可改善煙葉燃燒性和持火力等,從而降低焦油含量[25],本研究結果證實玉米秸稈還田可以提高煙葉鉀含量,提高煙葉的安全性。

玉米秸稈還田可以增加煙葉總糖和還原糖含量。煙草葉片碳水化合物的含量受到光照、溫度、干旱、海拔高度等多種生態環境因素的影響。賈宏昉[16]研究發現土壤添加腐熟秸稈有利于成熟期煙葉碳代謝途徑的進行,降低了烤后煙葉的淀粉含量,增加了總糖和還原糖含量。可見,玉米秸稈還田有利于成熟期煙葉碳代謝的進行。

在4個玉米秸稈促腐處理中,T1和T2處理添加了尿素,其營養生長雖然較強,但煙葉的產量和產值卻低于T3和T4處理。特別是T1和T2處理的上部煙葉煙堿含量高影響化學成分的協調性,導致其評吸質量低于T3和T4處理。可見,添加尿素雖可加速玉米秸稈前期的腐解,但尿素的肥效期長,殘留氮素影響后期正常成熟而難以烘烤。因此,玉米秸稈促腐還田最好不添加尿素,如果添加尿素,應在烤煙施肥中適當減少氮肥用量。

本研究中,綜合考量玉米秸稈直接還田處理的農藝性狀、經濟性狀和烤后煙葉物理性狀、化學成分及評吸質量,以添加發酵菌曲的玉米秸稈還田處理（T3）相對較好。

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Decomposition of maize stalk in fi eld under di ff erent decay conditions and its e ff ect on growth,yield and quality of fl ue-cured tobacco

ZHOU Miliang1,2，DENG Xiaohua1,3，TIAN Feng2，LI Hailin3，CHAO Jin2，ZHANG Mingfa2，ZHANG Liming2
1 China Tobacco Mid-south Agricultural Experimental Station, Changsha 410128, China;2 Hunan Xiangxi Autonomous Prefecture Tobacco Monopoly Administration, Jishou 416000, Hunan, China;3 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China

E ff ects of maize stalk decomposition in fi eld on growth, yield and quality of fl ue-cured tobacco were studied under di ff erent decay conditions. Results were as follows: the decay rate of maize stalk before tobacco transplanting was above 75% under accretion decay conditions. Maize stalk in fi eld well addressed the relationship between soil nitrogen nutrition and fertilizers needed by tobacco plant. It also improves agronomic traits of tobacco plant, and hence output and value of fl ue-cured tobacco, enhance leaf length and width proportion, reduce stem ratio , enhance porosity of leaf tobacco, sugar and potassium content of leaf tobacco, and smoking quality of leaf tobacco. Maize stalk added with zymophyte yeast decay had the best e ff ect

maize stalks return to fi eld; decomposition e ff ect; fl ue-cured tobacco; yield and quality

周米良,鄧小華,田峰,等. 玉米秸稈促腐還田的腐解及對烤煙生長與產質量的影響[J]. 中國煙草學報,2016,22（2）

湖南省煙草專賣局重點項目“湘西州煙區植煙土壤維護和改良研究與示范”（13-14ZDAa03）

周米良（1972—）,碩士,高級農藝師,主要從事煙葉生產技術推廣和管理,Tel：0743-8569178,Email：hnjhzml02@126.com

鄧小華（1965—）,博士,教授,主要從事煙草科學與工程技術研究, Email：yzdxh@163.com

2015-08-24

: ZHOU Miliang, DENG Xiaohua,TIAN Feng , et al. Decomposition of maize stalk in fi eld under di ff erent decay conditions and its e ff ect on growth, yield and quality of fl ue-cured tobacco [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016,22(2)