羊糞有機肥與化肥配施對烤煙生長及土壤肥力特性的影響

馬宜林 吳廣海 申洪濤 王新中 趙世民 馬君紅王麗華 劉 領

(1河南科技大學農學院，河南 洛陽 471023；2河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450000；3 河南省煙草公司洛陽市公司技術中心，河南 洛陽 471023)

目前，我國烤煙(Nicotiana tabacumL.)生產中存在長期連作、化學肥料施用不合理、忽視有機肥料施用等問題，造成煙區土壤板結、養分和酸堿平衡失調以及微生物活性降低，并導致煙株生長發育受阻、煙葉品質下降，嚴重影響煙農種煙效益和煙區可持續發展[1－3]。有機肥與化肥配施可以改善土壤環境和營養供應，提高煙葉產質量[4－5]。適當比例的有機無機氮素營養是獲得優質高產煙葉的關鍵[6]。季璇等[7]研究表明，菜籽餅肥N 替代30%化肥N 處理能夠顯著提高烤煙成熟期干物質積累量。沈方科等[8]研究表明，配施蠶沙有機肥可以提高煙葉產量并改善煙葉品質，以配施50%有機N 的增產提質效果最佳。李司童等[9]研究表明，一定比例的蚯蚓糞肥替代化肥能改善土壤肥力，增加土壤速效養分和有機質含量，提高土壤酶活性及微生物數量，以蚯蚓糞肥N 替代70%化肥N 效果最佳。由此可知，合適的有機無機氮配施比例，對改善土壤條件、促進煙株生長發育、提高煙葉產質量具有十分重要的意義。

羊糞是一種常見的微堿性有機肥源，具有養分濃度高，有機質含量多等特點。邱吟霜等[10]研究了牛糞和羊糞有機肥對玉米生長的影響，結果表明羊糞有機肥對玉米農藝性狀的改善效果最優；閔星星等[11]研究表明，在相同施肥量下腐熟羊糞對青海草地早熟禾的增產效果明顯優于生羊糞，土壤中有機質、全氮、速效養分均隨著腐熟羊糞施肥量的增加而增加；殷端等[12]研究表明，增施腐熟羊糞對香料煙的還原糖、總糖、煙堿含量以及煙葉的香氣質和香氣量均有一定的提高。然而，目前羊糞有機肥施用對煙株生長發育的影響及煙區土壤的培肥效應仍有待進一步研究。

洛陽煙區是全國優質煙葉產區之一，但近年來長期施用化肥，導致了土壤退化、煙葉品質下降等問題。同時，全市有較多的羊養殖企業，年產原羊糞3 萬多噸，糞污無序排放不僅對環境有害，而且對人類和動物會產生不利的影響。為了解決這些問題，洛陽市煙草公司結合當地實際情況，重點開展了羊糞有機肥在烤煙生產中的開發和應用工作，但目前生產中僅考慮單施或增施羊糞有機肥，忽視了化肥和羊糞有機肥的配比問題，造成了煙株前期養分供應不足、后期煙葉貪青晚熟等問題，不利于煙株生長發育和煙葉成熟采收烘烤。基于此，本研究通過盆栽受控試驗探討了腐熟羊糞有機肥與化肥不同配施比例對烤煙生長、光合特性、土壤養分以及土壤酶活性的影響，旨在為羊糞有機肥在洛陽煙區的合理利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種為中煙101，煙苗由洛陽市宜陽縣煙草公司集中漂浮育苗。供試腐熟羊糞有機肥(有機質49.70%、氮1.42%、磷1.32%、鉀2.44%)由河南正輝肥業有限公司生產。供試無機肥為煙草專用復合肥(N ∶P2O5∶K2O＝18 ∶18 ∶18)，由洛陽市煙草公司提供。過磷酸鈣(16% P2O5)和硫酸鉀(50% K2O)購自天津市大茂化學試劑廠，用于平衡試驗處理中的磷、鉀養分。供試土壤釆自河南科技大學農場0～20 cm 耕層，除去石子等雜物后風干過10 目篩網備用。土壤類型為褐土，基本化學性質為pH 值7.6、有機質12.32 g·kg－1、 總氮0.84 g·kg－1、堿解氮43.70 mg·kg－1、速效磷14.10 mg·kg－1、速效鉀102.10 mg·kg－1。

1.2 試驗設計

試驗共設7 個處理，分別為:CK(不施加肥料)、T0(單施100%無機肥N)、T20(20%羊糞有機肥N＋80%無機肥N)、T40(40%羊糞有機肥N＋60%無機肥N)、T60(60%羊糞有機肥N＋40%無機肥N)、T80(80%羊糞有機肥N＋20%無機肥N)、T100(單施100%羊糞有機肥N)，每處理8 盆，共56 盆。T0、T20、T40、T60、T80 和T100 為等量施肥處理，分別采用腐熟羊糞有機肥和煙草專用復合肥控制氮素用量(每盆氮用量為0.40 g)，磷、鉀養分用過磷酸鈣和硫酸鉀(按N ∶P2O5∶K2O＝1 ∶1.5 ∶3)進行補充，確保各處理氮、磷、鉀等量施用。于2019年4月25日，稱取12 kg 過篩土樣與各處理所用肥料充分混勻后分別加入塑料培養盆(盆口直徑34 cm，高24 cm)。5月2日將大小均勻一致、健壯無病的煙苗移栽于培養盆中，每盆移栽1 株煙苗，隨機排列放置于網室中，試驗期間定期等量澆水，維持煙苗正常水分需求。于煙苗移栽后30 和60 d 分別取樣每處理的4 個重復用于測定煙株的農藝性狀、生理指標和土壤指標。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農藝性狀 按照煙草農藝性狀調查測量標準方法YC/T 142－2010[13]測定各處理株高、有效葉片數、最大葉長、最大葉寬，并計算最大葉面積(最大葉面積＝最大葉長×最大葉寬×0.634 5)。

1.3.2 生物量和根系形態特征 根部取樣后洗凈用濾紙吸干，用Epson Expression 1680 Scanner 掃描儀(Seiko Epson Corp，日本)掃描根系形態，WinRHIZO 根系分析系統(Regent Instruments Inc.，加拿大)進行分析，然后將煙株根系與地上部一起放入烘箱中，先于105℃殺青30 min，然后75℃烘干至恒重，稱取干物質重。

1.3.3 光合特性 分別于移栽后30 d 和移栽后60 d上午9:00 ―11:00 測定各處理中從上往下數第3 片葉的光合指標。氣體交換參數采用LI－6400XT 光合作用儀(LI-COR 公司，美國)測定，測定時選擇紅藍光源葉室，使用開放式氣路，葉室溫度設定為25℃，CO2濃 度 為 400 μmol·mol－1，光 照 強 度 為1 200 μmol·m－2·s－1，每個葉片測定10 次，取其平均值。葉綠素相對含量用 SPAD (soil and plant analyzer development)值表示，采用SPAD－502PLUS 葉綠素儀(柯尼卡美能達，日本)進行測量，每片葉測定葉尖、葉中和葉基3 個部位，取平均值。

1.3.4 土壤養分和酶活性 分別于移栽后30 和60 d取各處理根際土壤樣品，風干備用。參照鮑士旦[14]的方法測定土壤養分含量，參照關松萌[15]的方法測定土壤酶活性。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進行數據處理，圖表中數據為平均值±標準誤。采用IBM SPSS 22.0 統計軟件對數據進行方差分析，差異顯著性運用Duncan′s 檢驗法進行多重比較。采用Origin 9.5 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 羊糞有機肥與化肥配施比例對烤煙農藝性狀的影響

由圖1 可知，在煙苗移栽后30 d，烤煙株高、最大葉面積和地上部干重總體均隨羊糞有機肥配比的增加呈降低趨勢，T20、T40 和T60 的株高與T0 差異不顯著，T20 和T40 的最大葉面積與T0 差異不顯著，T20 的地上部干重與T0 差異不顯著；根干重則隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低的趨勢，于T20 達到最大值，顯著高于T0。在煙苗移栽后60 d，烤煙株高、最大葉面積、地上部干重和根干重均隨羊糞有機肥配比的增加先增加后降低，呈現拋物線特征，均以T40 和T60 較高；其中與T0 相比，T40 和T60 株高顯著提高了7.7%和4.5%，最大葉面積顯著提高了11.9%和10.7%，地上部干重顯著提高了11.9%和9.6%，根干重顯著提高了12.1%和26.8%?？傮w來看，單施無機肥料或羊糞有機肥配施比例較低處理(N≤20%)雖能夠更好地促進移栽后0～30 d 煙苗的生長，但在移栽后30～60 d 對煙株農藝性狀的改善有所減弱；而單施羊糞有機肥或羊糞有機肥配施比例偏高(N≥80%)不利于煙苗的早發快長；合理的羊糞有機肥和無機肥配施比例(T40、T60)不僅能夠保障煙苗生育前期的生長勢，而且有利于煙株中后期的干物質積累。

2.2 羊糞有機肥與化肥配施比例對烤煙根系形態參數的影響

由表1 可知，移栽后30 d 烤煙總根長、根表面積、根體積和根尖數均表現為隨羊糞有機肥配比的增加呈先增加后降低趨勢，于T20 達到最大值；移栽后60 d 烤煙總根長、根表面積、根體積和根尖數也均隨羊糞有機肥配比的增加而先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，其中T60 和T40 的總根長較T0 顯著增加了6.0%和3.6%，根表面積顯著增加了26.4%和13.4%，根體積顯著增加了35.8%和26.4%。

表1 羊糞有機肥與化肥配施比例對烤煙根系形態參數的影響Table 1 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on root morphological parameters of flue-cured tobacco

2.3 羊糞有機肥與化肥配施比例對烤煙光合特性的影響

由表2 可知，在移栽后30 d，烤煙葉片的SPAD 值、凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸騰速率(transpiration rate，Tr) 和 氣 孔 導 度( stomatal conductance，Gs)均隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低，于T20 達到最大值；胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)則隨羊糞有機肥配比的增加表現為先降低后增加，于T20 達到最小值。在移栽后60 d，葉片的SPAD 值、Pn、Tr 和Gs 均隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低，于T40 達到最大值，Ci 隨羊糞有機肥配比的增加表現為先降低后增加，于T40 達到最小值；與T0 相比，T40 的SPAD 值顯著提高了8.8%，Pn 顯著提高了17.6%，Tr 顯著提高了35.0%，Gs 顯著提高了11.6%，Ci 顯著降低了15.4%。

2.4 羊糞有機肥與化肥配施比例對土壤養分的影響

由圖2-A 可知，土壤有機質含量在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機肥配比的增加而增加，除T0 外，其余處理的土壤有機質含量均顯著高于CK；在移栽后30 d，T40、T60、T80 和T100 土壤有機質含量較T0 顯著增加；在移栽后60 d，配施羊糞有機肥處理的土壤有機質含量較T0 顯著提高了18.0%～53.9%。由圖2-B可知，土壤堿解氮含量在煙苗移栽后30 和60 d 均隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低；在移栽后30 d，以T20 最高；在移栽后60 d，以T60 最高，T40次之，分別較T0 顯著提高了28.5%和24.4%。由圖2-C 和圖2-D 可知，土壤速效磷和速效鉀含量在煙苗移栽后30 和60 d 均表現為隨羊糞有機肥配比的增加而降低；在移栽后60 d，以T40 最高，T60 次之，與T0相比，T40 和T60 速效磷含量顯著提高了39.4%和27.1%，速效鉀含量顯著提高了25.2%和20.7%。

2.5 羊糞有機肥與化肥配施比例對土壤酶活性的影響

由圖3-A 可知，土壤蔗糖酶活性在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機肥配比的增加而增加；在移栽后30 d，T80 和T100 的土壤蔗糖酶活性顯著高于T0；在移栽后60 d，配施羊糞有機肥處理的土壤蔗糖酶活性較T0 顯著提高了29.4%～53.7%。由圖3-B 可知，土壤蛋白酶活性在煙苗移栽后30 d 表現為隨羊糞有機肥配比的增加呈先增加后降低的趨勢，于T20 達到最大值，但T0、T40 和T60 間差異不顯著；在移栽后60 d，土壤蛋白酶活性隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，且顯著高于其余處理。由圖3-C 可知，土壤脲酶活性在煙苗移栽后30和60 d 均隨羊糞有機肥配比的增加表現為先增加后降低；在移栽后60 d，以T60 最高，T40 次之，分別較T0 顯著提高了77.7%和63.4%。

表2 羊糞有機肥與化肥配施比例對烤煙光合特性的影響Table 2 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco

圖3 羊糞有機肥與化肥配施比例對土壤酶活性的影響Fig.3 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on soil enzyme activities

3 討論

烤煙農藝性狀和干物質積累量能在一定程度上反映烤煙的質量和產量，根系作為植物重要的吸收和代謝器官，直接影響煙株的生長發育[16]。王林虹[17]研究表明，餅肥與化肥配施能有效促進烤煙生長發育，以配施40%餅肥處理對煙株農藝性狀的改善、根系的增強最為明顯，作用時效最持久。本試驗結果表明，單施無機肥料或羊糞有機肥配施比率較低處理(N≤20%)雖能夠更好地促進移栽后0～30 d 煙苗的生長和根系發育，但在移栽后30～60 d 對煙株農藝性狀和根系形態參數的改善有所減弱；而單施羊糞有機肥或羊糞有機肥配施比率偏高處理(N≥80%)不利于煙苗的早發快長；配施40%和60%羊糞有機肥處理不僅能夠保障煙苗生育前期的生長勢，而且有利于煙株后期的干物質積累。煙株的生長發育和干物質積累與地上葉片的光合作用密切相關[18]。本研究發現，配施20%、40%和60%羊糞有機肥處理對葉片光合作用的提升效果明顯優于其他處理，可能是在該條件下，根系對水、肥的吸收均衡，煙葉內的光合色素總量增加，CO2的擴散阻力下降，促進氣孔和外界CO2交換，有利于增強對外界CO2的捕獲能力，導致光合作用強度上升，因此促進了地上部干物質的積累[19]。

土壤速效養分供應狀況是影響煙株生長發育的另一重要因素[20]。本研究發現，單施無機肥料或羊糞有機肥配施比率較低處理(N≤20%)能更好地提高移栽后30 d 的土壤速效養分含量，但在移栽后60 d 對土壤速效養分的改善有所減弱；而單施羊糞有機肥或羊糞有機肥配施比率偏高(N≥80%)則不能滿足煙苗前期對養分的需求；配施40%和60%羊糞有機肥處理能夠保障土壤速效養分在移栽后30 和60 d 均處于相對較高的水平。這與肥料特性有關，化肥能迅速提高土壤速效養分含量但容易淋溶，而有機肥中的有機養分需經過一定時間的降解才能充分釋放[21－22]。配施40%和60%羊糞有機肥處理能有效均衡有機肥和化肥的優缺點，既能有效富集化肥中的速效養分減少淋溶，同時羊糞有機肥緩慢釋放養分，也能有效保障烤煙生長后期對養分的需求。土壤酶是土壤中活躍的有機成分之一，在土壤養分循環以及植物生長所需養分的供給過程中起到重要作用[23]。本研究結果表明，與不施肥處理相比，配施羊糞有機肥處理能顯著提高土壤蔗糖酶活性，且酶活性隨著羊糞有機肥比率的增高而增加，可能是由于羊糞有機肥中含有大量的碳水化合物，為細菌、真菌和放線菌等微生物提供了豐富的碳源，從而提高了土壤蔗糖酶活性，促進了土壤碳循環[24－25]。由此可見，本研究中配施40%和60%羊糞有機肥處理均衡了有機肥和化肥的優缺點，提高了土壤養分供給的有效性和持續性，這不僅有利于煙苗早發快長，而且有利于煙株中后期根系的構建和地上部葉片的生長發育。在一定范圍內，土壤保持較高的有機質含量對穩定煙區煙葉質量和風格特色方面具有重要意義[26]。研究表明，與不施肥相比，施用有機肥可顯著提高土壤有機質含量，而單施化肥對土壤有機質含量提升效果相對較差，長期大量單施化肥甚至會降低土壤有機質含量[27]。本研究結果表明，土壤有機質含量隨著羊糞有機肥配施比率的增加而增加，T20 和T0 處理在移栽后30 d 土壤有機質含量差異不顯著，除此之外，配施羊糞有機肥處理土壤有機質含量均顯著高于單施無機肥處理。馮煥德等[28]研究也表明羊糞發酵肥替代化肥顯著提高了芒果園土壤有機質含量，且羊糞發酵肥替代比例越大對土壤有機質含量的提升效果越明顯。羊糞有機肥能提高土壤有機質含量，一方面是由于自身含有大量有機質，另一方面也與其施入土壤后促進了根際土壤微生物的繁殖生長，增加了微生物碳庫有關[29]。

本研究通過盆栽受控試驗進一步證實了無機肥和有機肥的肥效差異，表明在洛陽丘陵褐土區單施無機肥肥效快而中后期不足，且不利于土壤肥力維持；羊糞有機肥雖有利于土壤培肥但肥效慢，施用比率偏高(N≥80%)不利于煙苗的早發快長；配施40%～60%羊糞有機肥更適合烤煙的需肥特征，能夠兼顧烤煙生產和土壤肥力維持。然而，羊糞有機肥和無機肥配施對烤煙產量品質的影響以及田間配施的長期效應尚不明確，且不同土壤類型下羊糞有機肥和無機肥適宜的配施比率是否存在差異也需進一步探究。

4 結論

本研究結果表明，等量施肥條件下羊糞有機肥與無機肥配施比率影響了煙株地上部的生長發育和根系的構建，在洛陽丘陵褐土區配施40%～60%羊糞有機肥更有利于滿足烤煙的需肥規律，改善煙株生長，維持煙區土壤肥力。增施有機肥是發展綠色農業，保護耕作土壤，提高農產品品質和產量的重要途徑。結合當地有機肥源，進一步深入開展有機肥在烤煙生產中應用的研究，對穩定煙區煙葉質量，實現煙草農業的綠色、生態與循環發展具有重要意義。