不同生物有機肥對烤煙產質量及土壤養分的影響

劉漢軍, 劉蕾, 劉軼豪, 劉武, 王鵬, 董振寰, 譚淵, 喻曉, 李斌, 陳強,*

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不同生物有機肥對烤煙產質量及土壤養分的影響

劉漢軍1, 劉蕾1, 劉軼豪1, 劉武1, 王鵬2, 董振寰1, 譚淵1, 喻曉3, 李斌4, 陳強1,*

1. 四川農業大學資源學院, 四川 成都 611130 2. 武漢卷煙廠, 湖北 武漢市, 430051 3. 廣元市煙草公司, 四川 廣元 628017 4. 四川省煙草公司, 四川 成都 610017

為探明不同生物有機肥對廣元煙區烤煙產質量和土壤養分的影響, 以云煙87為試驗材料, 開展了不同生物有機肥施用田間試驗研究。結果表明: (1)施用生物有機肥, 烤煙產量增加1341.19—1499.06 kg·ha-1, 上等煙比率增加8.19%—10.88%, 產值最高增加10838.62元/ha, 顯著地提高了烤煙上等煙比例和產值量(<0.05); (2)施用生物肥烤煙鉀素含量增加, 土壤養分增加, 蛋白酶活性增強; (3)采用供試細菌SJ40、8GW11和C11生產的生物有機肥效果優于接種放線菌生產的生物有機肥, 施用量以1500 kg·ha-1最佳。

生物有機肥; 烤煙; 產質量; 土壤肥力

1 前言

由于烤煙產業對土壤的掠奪性使用以及長期大量使用化肥, 造成了土壤板結、養分不均衡和有機質含量下降[1], 嚴重制約了烤煙產業的可持續發展。研究表明, 生物有機肥可增加土壤有機質、提高土壤肥力, 改善土壤質地[2-5]; 促進烤煙生長, 提高煙葉產質量[6-7]。但不同生物有機肥的增產效果不一, 施用量也需要因地制宜探討[8]。

四川廣元煙區位于川北地區, 是四川省的五大煙區之一, 該地區土壤類型石灰性紫色土比例大, 土壤有機質含量和肥力水平較低[9], 急迫需要生產出適宜本區域烤煙種植的生物有機肥, 確保烤煙產業的可持續發展。因此, 本文在廣元煙區開展田間試驗, 以期獲得適合廣元煙區烤煙種植的生物有機肥種類和施肥量。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試細菌為SJ40()、8GW11 ()、C11(sp.), 供試放線菌為鏈霉菌(sp.), 編號為CNS42、P29和P60, 均具有產IAA、產鐵載體和溶磷能力。供試細菌接種至LB培養液, 振蕩培養至對數生長期, 1:1:1混合后添加到有機肥(四川省榮龍生化肥料有限公司); 放線菌采用麥粒培養基培養至孢子大量繁殖, 無菌水洗滌孢子, 取孢子懸液添加到上述有機肥, 所得生物有機肥活菌數＞0.2億·g-1。烤煙品種為云煙87。

2.2 田間實驗設計

供試地點為四川省廣元市劍閣縣劍坪村煙草科技示范園(E 105.48,W 32.01), 土壤類型為紫色土,土壤初始養分特征: 有機質15.17 g·kg-1, 全氮0.73%, 堿解氮32.54 mg·kg-1、速效磷5.62 mg·kg-1、速效鉀86.02 mg·kg-1。

試驗于2015年3—10月進行, 設置5個處理, 常規施肥(CK); 細菌生物有機肥T1、T2; 放線菌生物有機肥T3、T4(表1)。復合肥養分含量50%(N:P:K= 10:15:25), 有機肥和生物有機肥養分含量6% (N:P:K= 2.5:2:1.5), 油枯養分含量6%(N:P:K=2:2:2), 過磷酸鈣(P2O5)含量12%, 硫酸鉀(K2O)含量50%, 硝態氮復合肥養分含量58%(N:K=14:44), 硼鋅微量元素肥養分含量12%(硼:鋅=1:5)。施肥方式為穴施, 肥料施入后與土壤混勻, 隨后覆膜和移栽煙苗。

田間小區試驗采用隨機區組設計, 每個處理重復3次; 小區面積30 m2, 種植4行, 10株/行; 株距為1.2 m × 0.5 m, 試驗區四周設保護行。田間管理按當地常規方式進行。

2.3 測定項目及方法

2.3.1 田間農藝性狀調查

按照《中華人民共和國煙草行業標準YC/T 142-1998煙草農藝性狀調查方法》, 調查了成熟期烤煙農藝性狀, 包括株高、葉數、莖圍、節距和葉面積系數。

2.3.2 烤煙產量和品質測定

烤煙收獲和烘烤后, 按照GB2635-92標準分級定產, 并按當年烤煙收購價格計算產值; 選取各處理B2F、C3F、X2F煙葉樣品, 采用近紅外光譜法測定煙葉化學成分[10]。

2.3.3 土壤理化特性及酶活測定

采集成熟期烤煙根際土壤, 各采5株, 剔除細根系充分混勻, 土壤樣品自然風干, 磨細過篩。測定土壤pH, 全氮、速效氮、速效磷、速效鉀和有機質等含量[11], 及蛋白酶和過氧化氫酶活[12]。

表1 各處理施肥方案

2.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2010和SPSS 18.0進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 烤煙農藝性狀

對成熟期烤煙農藝性狀測定結果表明(表2), 施用生物有機肥后, 烤煙株高增加3.91—11.83 cm, 莖圍增加0.34—0.59 cm, 葉面積系數增加0.27—0.56, 與CK差異顯著(<0.05)。生物有機肥4個處理中, T2處理烤煙株高和節距顯著高于其他3個處理(<0.05); 莖圍、葉面積系數和葉片數差異不顯著。

3.2 烤煙產量與產值

表3結果表明, 生物有機肥可增加烤煙產量和產值, T2和T4處理產量分別為2605.88 kg·ha-1和2524.44 kg·ha-1, 較CK增加282.82 kg·ha-1和201.38 kg·ha-1, 按2015年烤煙價格計算, 其綜合產值分別為54237.85元·ha-1和49707.03元·ha-1, 增加了10838.62元·ha-1和6307.80元·ha-1, T2和T4處理與CK和T1處理差異顯著(<0.05)。

同樣, 各處理的上等煙和中上等煙比例差異顯著, T2、T3和T4處理的上等煙和中上等煙比例高于T1和CK, 其中T2和T4上等煙比例分別增加了4.71%和4.46%, 中上等煙比例分別提高了4.00%和1.79%, 差異顯著(<0.05); T2處理的產量、產值和中上等煙比例等指標均高于T4, 其產值和中上等煙比例上差異達到顯著水平(<0.05)。

3.3 煙葉品質

煙葉品質主要依據為化學成分, 包括煙草全鉀含量、煙堿、總糖和還原性糖含量。分析結果表明(表4), 除CK處理X2F外, 各處理煙葉鉀含量＞2.5%。其中, T1-T4的B2F和X2F鉀含量分別增加了0.15%—0.41%, 顯著高于CK(<0.05); T2的C3F煙葉鉀含量顯著高于CK(<0.05), 增加了0.14%。

從煙堿含量看, 各處理B2F、C3F和X2F分別在2.57%—2.80%、2.10%—2.85%和1.78%—2.31%之間; T1—T4處理煙葉的煙堿含量均顯著低于CK(<0.05)。各處理B2F、C3F和X2F總氮含量差異不顯著。

各處理煙葉還原糖含量介于14.48%—23.28%, 其中B2F還原糖介于14.48%—16.19%, 各處理間差異不顯著; C3F和X2F則表現為T1—T4處理低于CK。各施肥處理煙葉總糖含量表現出了與還原糖一致的變化規律(表4)。

煙葉的化學成分協調性主要有糖堿比和氮堿比, 是評價烤煙品質的重要內容。結果表明, 除CK外的各處理C3F和X2F糖堿比介于9.12—12.23(圖1), 均在適宜范圍; B2F的糖堿比以T2最大(6.23), 屬于適宜范圍。從煙葉的氮堿比看, 除CK外, 各處理B2F、C3F和X2F的氮堿比均在適宜范圍內[13]。

表2 不同處理烤煙成熟期農藝性狀

注: a同一列內不同字母表示差異顯著(<0.05); b葉面積系數=(平均單葉面積*單株葉數*株數)/取樣的土地面積。

表3 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

注: 不同字母表示差異顯著(<0.05)。

表4 不同施肥處理烤煙煙葉化學成分含量

注: 同一列內不同字母表示差異顯著(<0.05)。

注: B2F, C3F和X2F代表不同煙葉等級; 同一列內小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

3.4 土壤主要養分含量

土壤養分測定結果表明(表5), 供試本底土壤呈中性, 有機質含量較低, 較貧瘠。施肥處理后, 根際土壤pH變化不明顯, 但烤煙成熟期土壤養分顯著增加。其中, T1—T4根際土壤速效磷、速效氮、總氮和有機質含量均高于CK, 速效磷增幅為29.36%—62.19%, 速效氮增幅為15.95%—51.18%, 全氮增幅為9.21%—49.80%, 有機質增幅為3.22%—21.42%, 其中T2處理增加作用最明顯。但土壤速效鉀含量顯著低于CK(<0.05), 尤以T2為最低。

3.5 土壤蛋白酶和過氧化氫酶活性

植煙土壤蛋白酶和過氧化氫酶測定結果顯示(圖2), T1—T4處理土壤蛋白酶活性顯著高于CK(), 其中T4蛋白酶活性最高, 為0.17 mg·kg-1, T2次之, 為0.14 mg·kg-1; 而土壤過氧化氫酶活性, 則以T2處理最高, 為1.72 mg·kg-1, CK次之, 為1.70 mg·kg-1。

4 討論

本試驗結果表明, 施用生物有機肥可促進成熟期烤煙植株的生長發育, 顯著增加了烤煙株高、莖圍, 促進了烤煙葉片的開片。這是由于生物有機肥的有機質含量高, 施入土壤具有協調土壤養分、改善根際營養的作用; 另一方面, 生物有機肥中的促生微生物數量大, 分泌的各種代謝產物可增加根系活性, 促進養分吸收和煙葉開片, 有利于提高烤煙產量[14-16]。

盡管所有處理的煙葉品質均符合優質煙葉要求, 但施用生物有機肥的處理, 其煙葉全鉀含量顯著提高, 煙堿、總糖和還原性糖含量顯著降低, 化學成分更適宜, 煙草協調性更好。從測定結果看, 施用生物有機肥后, 除T1外, T2、T3和T4處理的土壤速效鉀含量分別為152.88±7.69 mg·kg-1, 187.47±7.84 mg·kg-1和180.07±2.56 mg·kg-1, 顯著低于CK (250.65±3.61 mg·kg-1); 而不同部位煙葉的全鉀含量, T2、T3和T4處理均顯著高于CK。這可能是由于促生微生物具有溶磷、解鉀和促生作用, 施用生物有機肥增加了土壤中功能性微生物數量, 促進了根系對鉀元素吸收轉運, 從而有效提高煙葉鉀素含量。同時, 施用生物有機肥可促進烤煙平衡吸收養分, 利于芳香物質積累, 降低煙葉氮和煙堿含量, 化學成分更適宜, 協調性更好, 從而改善了煙葉內在質量[15, 17-18]。但由于微生物種類不同, 促生特性及機理不一致, 對烤煙品質提升效果有差異, 本研究中, 細菌生物有機肥的促生效果優于放線菌生物有機肥。因此, 篩選適宜的菌株應用于生產, 才能達到理想效果。

表5 不同施肥處理對土壤養分的影響

注: 同一列內小寫字母不同表示差異顯著(<0.05)。

圖2 不同施肥處理土壤蛋白酶和過氧化氫酶活性

施用生物有機肥可改變土壤微生物群落結構, 增加微生物多樣性, 提高植煙土壤速效磷、速效氮、總氮和有機質含量, 以及土壤蛋白酶活性, 土壤速效養分含量增加, 這與相關報道一致[15, 19-21]。

5 結論

(1)施用生物有機肥能促進煙株生長發育、增加產量、提高煙葉內在品質, 增加土壤養分和酶活, 提高養分的有效性, 產值增加2.26%—24.97%。

(2)在提高煙葉產量和產值, 改善煙葉品質, 增加植煙土壤養分等方面, 由SJ40、8GW11和C11制備的細菌生物有機肥效果均優于CNS42、P29和P60制備的放線菌生物有機肥。因此, 在廣元煙區推薦使用由SJ40、8GW11和C11制備的細菌生物有機肥, 且肥施用量為1500 kg·ha-1。

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Effects of different bio-organic fertilizer on yield and quality of flue-cured tobacco and soil nutrient contents

LIU Hanjun1, LIU Lei1, LIU Yihao1, LIU Wu1, WANG Peng2, DONG Zhenhuan1, TAN Yuan1, YU Xiao3, LI Bin4, CHEN Qiang1*

1. College of Resource, Sichuan Agricultural University, Wenjiang, Sichuan 611130, China 2. Wuhan Cigarette Factory, Wuhan, Hubei 430051, China 3. Guangyuan Tobacco Company of Sichuan Province, Guangyuan, Sichuan 628017, China 4. Tobacco Company of Sichuan Province, Chendu, Sichuan 610017, China

Field experiment was conducted to study effects of different bio-organic fertilizer and application rates on yield and quality of flue-cured tobacco (Yunyan 87) and soil improvement. The results showed that: (1) the application of bio-organic fertilizer had positive effect on the yield, first-class tobacco proportion and output value. Compared to CK, the yield increased 1341.19-1499.06 kg·ha-1, the first-class tobacco proportion increased 8.19%-10.88%, andthe output value increased 10838.62 Yuan·ha-1. (2) The application of bio-organic fertilizer increased potassium content of tobacco, and the soil nutrient and proteinase activity of tobacco planting fields. (3) The PGP potential of bio-organic fertilizer made by bacteria (SJ40, 8GW11, and C11) was better than that of bio-organic fertilizer made by actinomycetes, and the optimal amount used was 1500 kg·ha-1.

bio-organic fertilizer; tobacco; yield and quality; soil fertility

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.06.012

S572

A

1008-8873(2018)06-091-06

2017-03-22;

2017-07-17

植煙土壤質量提升關鍵技術研究與集成應用[SCYC201501003]

劉漢軍(1987—)男, 在讀博士研究生, 研究方向環境微生物, E-mail: liuhanjun1987@163.com

陳強, 博士, 教授, 博士生導師, 主要從事土壤與環境微生物學研究, E-mail: cqiang@sicau.edu.cn

劉漢軍, 劉蕾, 劉軼豪,等. 不同生物有機肥對烤煙產質量及土壤養分的影響[J]. 生態科學, 2018, 37(6): 91-96.

LIU Hanjun, LIU Lei, LIU Yihao, et al. Effects of different bio-organic fertilizer on yield and quality of flue-cured tobacco and soil nutrient contents[J]. Ecological Science, 2018, 37(6): 91-96.