土著菌擴繁劑在烤煙化肥減施中的應用

李文麗，陳 剛，李現道，焦禹順，包自超，張國超，徐 蕊

（1.中國農業科學院煙草研究所，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081；3.山東煙草研究院有限公司，濟南 250098；4.山東臨沂煙草有限公司沂水分公司，山東 沂水 276400）

近年來，長期大量施用化肥，造成農田土壤板結和酸化，肥料養分淋失等問題[1-4]。因此，農業部在2015年印發了“到2020年化肥使用量零增長”的行動方案[5]。煙草作為特殊的經濟作物，在生產中化肥施用量大，也存在上述問題[6-7]。在烤煙生產中減少現有施肥結構中化肥的施用比例，同時添加有益組分的施肥方法研究已相繼展開[8-9]。土著菌擴繁劑是一種有益的微生物組分，是由大豆低聚糖、維生素K2、聚谷氨酸、抗高滲透壓的枯草芽孢桿菌和有機質制成，它能與化肥和有機肥協同增效，降低肥料淋溶損失率，提高肥料利用率，改良植煙土壤，改善煙葉品質[10]。前人研究發現，在肥料中添加土著菌擴繁劑作為微生物組分，可以達到較好的田間效果[11-13]。目前在烤煙生產上應用土著菌擴繁劑減少化肥施用的研究，均是采用等量替代的方法，其研究結果表明，使用含有土著菌擴繁劑的生物有機肥等量替代一定比例化肥，能夠促進烤煙的生長，提高煙葉產質量，改善烤后煙葉化學成分協調性和土壤酶活性[14-15]。然而，前人的方法并沒有直接減少養分的投入量，因此，本試驗采用在肥料中添加土著菌擴繁劑作為微生物組分，同時直接減少化學態養分施用比例的方法，研究其對煙葉產質量、根際土壤微生物結構及肥料田間淋溶損失率的影響。驗證土著菌擴繁劑在化肥減施中的效果，為山東烤煙減量施肥技術提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 基本情況

試驗于2016年5—9月在山東省臨沂市沂水縣朝陽官莊試驗站進行。試驗地是丘陵地貌，前茬作物是煙草，土壤為褐土，供試烤煙品種為NC102，基本理化性狀為有機質12.65 g/kg，堿解氮84.29 mg/kg，速效鉀208.88 mg/kg，速效磷42.79 mg/kg，pH 6.66。

1.2 試驗設計

試驗設置4個處理，以當地常規施肥為對照（CK），其他3個處理化學態養分分別減少0%、15%、30%，同時按照施用肥料總質量的0.3%添加土著菌擴繁劑作為微生物組分。對照和各處理所用肥料種類均為EM菌發酵的大豆、硝酸鉀、磷酸二銨和硫酸鉀。土著菌擴繁劑由中國農業科學院煙草研究所技術開發中心研制并提供，由大豆低聚糖、維生素K2、聚谷氨酸、抗高滲透壓的枯草芽孢桿菌和有機質制成。具體肥料施用量見表1。隨機區組排列，3次重復，兩側設保護行，行距1.1 m，株距0.5 m，每小區植煙6行。田間生產管理措施按當地優質煙生產規范進行。采用大棚托盤漂浮育苗，膜下井窖式移栽，70%肥料作基肥條施，30%于移栽30 d后作追肥施用。

1.3 取樣及測定

各試驗小區取中間兩行進行計產計值和取樣。采烤結束后統計各處理主要經濟性狀；取各處理CF3等級的煙樣進行煙葉常規化學成分檢測和感官質量評吸。

根際土壤微生物測定：各處理于烤煙成熟采收后用抖根法[16]采集根際土壤。采用稀釋平板法[17]進行根際土壤微生物的分離計數，細菌、真菌和放線菌培養基分別為牛肉膏蛋白胨培養基、馬丁氏培養基和高氏一號培養基。

田間淋溶液收集及測定：每次降雨或灌水后采用田間淋溶液原位收集裝置收集各小區淋溶水，并加入1～2滴濃硫酸，立即將樣品帶回實驗室測量淋溶液體積、溶解性總氮（TSN）、全磷和全鉀的濃度，或放入4℃冰箱保存并于24 h內測定分析完畢。TSN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定（HJ 636—2012），全磷濃度測定采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—89），鉀濃度測定采用分光光度法（GB 11904—89）。用淋溶液體積與總氮、全磷和鉀的濃度相乘計算每次淋失量，每次淋失量相加得累計淋失量。

淋溶損失率=（累計淋失量/養分施入總量）×100%

表1 肥料施用量Table 1 Fertilizer application rates kg/hm2

1.4 數據分析

數據分析和處理采用SAS 9.2和EXCEL 2010軟件進行。

2 結果

2.1 不同處理對烤煙產質量的影響

2.1.1 不同處理對經濟性狀的影響 從圖1、2中可以看出，各處理的產量和產值均比對照略有降低，但與對照差異不顯著。各處理上等煙比例和上中等煙比例均比對照顯著提高。T1、T2和T3上等煙比例分別提高6.67%、7.13%和8.74%，中上等煙比例分別提高4.48%、5.21%和6.42%。T2和T3處理的均價顯著高于對照，分別提高4.73%和4.34%。可見，減少化學態養分比例同時增施土著菌擴繁劑會對烤煙經濟性狀產生有利影響，其中T2、T3處理效果更為明顯。

2.1.2 不同處理對煙葉化學成分的影響 由表2可知，與CK相比各處理的糖含量、總植物堿、總氮和鉀氯比有增加的趨勢，鉀含量、氯含量、糖堿比和氮堿比有降低的趨勢；各處理煙葉常規化學成分含量均在適宜范圍之內。與CK相比，添加土著菌擴繁劑的各處理鉀氯比均較高，尤其是T3處理鉀氯比最高，可以改善煙葉的燃吸特性。綜合來看，適當減少化肥施用量不會對煙葉常規化學成分產生不良影響，且對化學成分協調性有一定的改善作用。

2.1.3 不同處理對煙葉感官評吸質量的影響 從表3可以看出，T1處理的煙葉感官評吸濃度和雜氣得分均高于對照，香氣量和余味得分均低于對照，總得分比對照低0.2分，質量檔次與對照相同；處理T2和T3的煙葉感官評吸濃度、香氣量、余味和雜氣得分均高于對照，評吸總得分分別比對照高0.6和0.8分，質量檔次均比對照高一個檔次。可見減少化學態養分比例同時增施土著菌擴繁劑對煙葉感官評吸質量是有利的，其中T3處理煙葉評吸質量綜合評價最高。

圖1 各處理烤煙產量和產值Fig.1 Yield and output value for each treatment

圖2 各處理煙葉等級比例和均價Fig.2 Leaf grade and average price for each treatment

2.2 不同處理對根際土壤微生物數量的影響

從表4可以看出，與對照相比，各處理根際土壤細菌數量和放線菌數量顯著增加，真菌數量顯著減少。T1、T2和T3處理的根際土壤細菌數量與對照相比，分別增加131%、119%和92.86%；T1、T2和T3處理的根際土壤放線菌數量與對照相比，分別增加16.67%、12.78%和9.44%；T1、T2和T3處理的根際土壤真菌數量與對照相比，分別減少39.53%、38.37%和26.74%。綜合分析，在肥料中添加土著菌擴繁劑作為微生物組分，可以顯著提高根際土壤中細菌和放線菌的數量，顯著降低真菌的數量。

2.3 不同處理對肥料淋溶損失率的影響

從表5看出，各處理的總氮、全磷和鉀淋溶損失率均顯著小于對照。T1、T2和T3的總氮淋溶損失率分別比對照減少7.03%、8.14%和8.23%；T1、T2和T3的全磷淋溶損失率分別比對照減少15.94%、18.84%和26.09%；T1、T2和T3的鉀淋溶損失率分別比對照減少7.25%、9.63%和10.41%。由此可以得出在減少化肥施用量的基礎上增施土著菌擴繁劑可以顯著減少肥料養分的淋失，提高肥料利用率；全磷的淋溶損失率各處理均較小，可能是由于磷素易在土壤中被固定，因而淋溶較少。

表2 各處理烤煙中部煙葉（C3F）常規化學成分Table 2 Chemical components of C3F tobacco leaves for each treatment

表3 各處理烤煙中部煙葉（C3F）感官質量Table 3 Sensory quality of C3F tobacco leaves for each treatment

表4 各處理根際土壤微生物數量比較Table 4 The comparison of rhizosphere soil microbial population for each treatment CFU/kg

表5 各處理肥料淋溶損失率比較Table 5 The comparison of fertilizer leaching loss rate for each treatment %

3 討論

在本試驗條件下，T2、T3處理上等煙比例、上中等煙比例和均價顯著提高，與前人的試驗結果不盡一致。張煥菊等[14]的研究結果表明，應用生物有機肥降低化肥用量15%～30%對烤煙經濟性狀沒有顯著影響，這可能是試驗點之間土壤條件、氣候條件和當地習慣施肥量差異過大造成的。李金生等[10]研究結果表明，經過土著菌擴繁劑處理的煙葉經濟性狀得到提高。宋春燕[15]研究結果表明，使用30%肥料增效劑等量替代煙草專用復合肥對煙葉產量和產值有提高作用。本試驗中各處理產量略有下降，原因可能是各處理的化學態養分減少，使得總養分含量降低，故產量略有下降，但差異并不顯著。對照與各減肥處理的煙葉化學成分均在適宜范圍內，且與周翔等[18]對沂水煙區煙葉低糖高堿中氯的特征分析一致。各處理與對照相比，煙葉鉀含量均有所降低，T3處理降低最大，但仍在適宜范圍之內。根據韓小斌[19]研究結果，隨施鉀量的增加煙葉鉀素含量增加，可以推測減施30%化肥可能使得鉀素供應不足，導致T3處理煙葉鉀含量偏低，在化肥減施技術中應該注意。各處理煙葉氯含量均比對照低，且隨化學態肥料的施用量減少而降低，其原因有待進一步研究明確。T3處理的煙葉感官評吸勁頭、濃度、香氣量、余味和雜氣均比對照得分高，且質量比對照提高一個檔次，說明T3處理可提高煙葉感官評吸質量。此與宋春燕[15]、劉世亮等[21]的研究結論基本吻合。

烤煙根際微生物對土壤有機質的分解、無機質的轉化、氮的固定以及提供植物營養、保持土壤肥力具有重要作用[21]。與對照相比，施用土著菌擴繁劑的各處理根際土壤細菌數量和放線菌數量顯著增加，真菌數量顯著減少，這是因為施入土著菌擴繁劑后，不同程度地改變了植煙土壤的營養狀況和微生物構成。李姣等[22]研究表明，與施用煙草專用復合肥的對照相比，施用生物有機肥明顯增加了根際土壤中細菌、放線菌、真菌數量，這可能是因為所使用的微生物種類不同所造成的。蔣歲寒等[23]、王麗麗等[24]研究發現，在大田中施用生物有機肥可以減少根際土壤病原菌數量、改變根際微生物區系結構，增加根際土壤微生物功能多樣性。

化學態氮、磷、鉀養分等施入土壤后，水解生成銨離子、硝酸根離子、磷酸根離子和鉀離子，離子易隨水分淋失。各處理減少了化學態養分的比例，相應的提高了有機養分在肥料中的占比，通過根際微生物的作用，有機養分隨著煙株生長逐步釋放，減少養分隨淋溶的損失。同時由于土著菌擴繁劑的作用，土壤細菌和放線菌含量增加，它們可能會固定部分養分，間接減少養分的淋溶損失。這與王寶申等[25]研究結果一致。

4 結論

本研究結果表明，土著菌擴繁劑結合等比例減施氮磷鉀化肥的施肥方法與常規施肥相比，能提高煙葉等級比例和均價，對煙葉化學成分協調性和評吸品質均是有利的，且能顯著提高煙株根際土壤細菌和放線菌數量，減少田間肥料淋溶率，利于彰顯煙葉的品質特色，是煙草農業生產中兼顧產質量和生態效益的施肥模式。其中減施30%的處理綜合效果最佳。

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