粉壟及秸稈腐熟有機肥對湖南稻作煙區土壤養分和烤煙產質量的影響

劉佳琪，彭光爵，鄭重誼，唐春閨，周清明，李 強，黎 娟

(1.湖南農業大學農學院，長沙 410128；2.湖南省煙草公司長沙市公司，長沙 410007)

【研究意義】土壤是作物生長發育的基礎，良好的土壤環境是生產優質煙葉必不可少的關鍵因素[1]。目前，部分煙區土壤存在超負荷現象，并未實行有效的休耕養地措施，加之肥料的大量使用，導致耕地土壤有大幅度惡化的趨勢，施用有機肥可有效改善現階段的土壤問題，能夠提高農作物生產率，改善土壤微生物環境，提高土壤肥力[2-3]。同時，良好的耕作方式也是改善和保持土壤地力的重要措施，粉壟耕作能夠有效擴增耕作層厚度，增加耕層中有效土壤量，構建良好的健康耕層結構，不僅有利于協調作物生長和根系分布，更能夠促進水、肥、氣、熱之間相互協調，增加土壤中團聚體穩定性，有助于改善土壤板結，對土壤環境的改善、凈化和資源的持續有效發展都有重要的意義[4-5]。湖南稻作煙區土壤因長期施用化肥，導致部分地區出現土壤板結、有效養分降低等問題。【前人研究進展】黃正賓等[6]研究表明，與對照組相比，施用有機肥的植株在生長發育后期的葉綠素含量、光合速率等明顯更高。馮國勝等[7]研究指出，有機肥能有效促進根系的生長發育，提高根系活力，降低發病率，改善田間長勢，促進各項農藝性狀的發展。同時，邱妙文等[8]和張建國等[9]研究表明，有機肥對烤煙的品質也有一定影響，有機肥可提高煙葉產量、產值和上等煙比例，能調節煙葉化學成分，改善煙葉吃味，提高香氣量，減少雜氣，從而改善煙葉的內在品質。【本研究切入點】本文研究了湖南稻作煙區施用不同量秸稈腐熟有機肥+粉壟耕作對土壤養分和煙株農藝性狀、經濟性狀、化學成分等的影響，探討秸稈腐熟有機肥施用+粉壟耕作方式的效果。【擬解決的關鍵問題】以期為湖南稻作煙區烤煙提質增產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗田塊土壤類型為水稻土，質地為壤土，位于長沙市瀏陽永安鎮下大屋(28°17′17″N，113°22′2″E)，試驗田塊土壤理化性質為：有機質26.63 g/kg、全氮1.52 g/kg、全磷0.84 g/kg、全鉀19.78 g/kg、堿解氮122.80 mg/kg、有效磷45.80 mg/kg、速效鉀107.22 mg/kg，pH 7.63。

1.2 試驗設計

本試驗采用隨機區組設計，設7個處理3次重復。T1：不施用秸稈腐熟有機肥+常規耕作；T2：施用秸稈腐熟有機肥1150 kg/hm2+常規耕作；T3：施用秸稈腐熟有機肥2300 kg/hm2+常規耕作；T4：施用秸稈腐熟有機肥4600 kg/hm2+常規耕作；T5：施用秸稈腐熟有機肥1150 kg/hm2+粉壟耕作；T6：施用秸稈腐熟有機肥2300 kg/hm2+粉壟耕作；T7：施用秸稈腐熟有機肥4600 kg/hm2+粉壟耕作。供試品種為G80，利用當地水稻秸稈和餅肥進行腐熟后得到的秸稈有機肥與烤煙專用基肥于烤煙移栽前施入試驗田塊中，烤煙于2019年3月23日移栽，7月16日完成采收，株行距為0.5 m×1.2 m，小區面積為144.30 m2，基肥、追肥及提苗肥的施肥方案和生產管理技術措施均與當地烤煙生產技術手冊一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤養分 于烤煙移栽后60 d使用抖根法采集根際土壤樣品，各小區均按五點取樣法取樣，而后按照小區進行編號并裝好袋。將土樣帶回實驗室后于陰涼處自然開袋晾干、剔除異物、研磨、過篩后，檢測分析土壤養分指標。土壤有機質(SOM)含量測定采用重鉻酸鉀滴定法；堿解氮含量測定采用堿解氮擴散法；有效磷含量測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀含量測定采用醋酸銨浸提—火焰光度法。

1.3.2 烤煙農藝性狀 每處理選取具有代表性的10株煙株作為定點株，測量移栽后40、60和80 d的烤煙株高、葉數、最大葉長、最大葉寬和莖圍，參照中華人民共和國煙草行業標準YC/T 142—2010[10]煙草農藝性狀調查測量方法。

1.3.3 煙葉物理指標的檢測 選取試驗烤后煙葉C3F和B2F 2個等級，分別取樣15片，3次重復，檢測煙葉葉長、葉寬、單葉重、含梗率及葉片厚度，參照鄭州煙草研究院煙葉物理性狀研究方法[11]。

1.3.4 煙葉外觀質量的評價 樣品前處理參照YC/T31—1996進行，以GB2635—92標準分級，觀察烤煙顏色、成熟度、結構、身份、油份和色度，進行打分，參考文獻[12]確定各指標權重依次為0.30、0.25、0.15、0.12、0.10、0.08(表1)。根據模糊數學原理構建外觀質量指標的隸屬函數模型，計算各指標隸屬度，將外觀質量得分乘以0.1得到隸屬度值，再利用加乘法得出外觀質量綜合得分(Appearance quality score，AQS)。參照李強等[12]對煙葉外觀質量的評價方法，設有x個樣品，y個外觀質量指標，第i個煙葉樣品的外觀質量綜合得分計算公式為：

(1)

式中，Nij和Wij分別為第i個樣品的第j個外觀質量指標的隸屬度值和相應的權重系數。

1.3.5 煙葉化學成分協調性評價 烤后煙葉化學成分采用SKALAR SAN++間隔流動分析儀測定B2F和C3F煙葉的還原糖、煙堿、總氮、淀粉和氯含量，煙葉鉀含量則采用火焰光度法測定。化學成分應用模糊數學，先建立隸屬函數，將主要化學成分指標原始數據轉化成0.1～1.0的數值，參照李強等對化學成分的評價方法，將煙堿、總氮、還原糖、糖堿比、氮堿比、鉀、鉀氯比和淀粉作為化學協調性綜合評價的指標，并確定其權重。參照以下公式，進而對烤煙化學協調性進行綜合評價(表2)。化學成分協調性綜合得分(Chemical harmony score，CHS)計算公式為：

(2)

式中，Nij和Wij分別為第i個煙葉樣品的j個外觀質量指標的隸屬度值和相應的權重系數。

反S型

(3)

S型

(4)

拋物線型

(5)

表1 煙葉外觀質量評價標準

表2 煙葉化學協調性綜合評價指標

1.3.6 煙葉經濟性狀統計 試驗在鮮煙葉采收時分小區進行, 烤后煙葉分炕次進行產值測定。煙葉分級按照國家烤煙分級標準，統計產量、產值、均價和上等煙比例。

1.4 數據分析

采用 Microsoft Office Excel 2013 和 IBM SPSS Statistics 24.0 處理數據并進行統計分析，方差分析采用鄧肯氏新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同耕作措施對土壤養分的影響

土壤有機質和速效養分是烤煙生長發育過程中不可或缺的營養成分。從表3可以看出，施用有機肥后，土壤速效養分、有機質含量較對照T1處理均有所增加，T6、T7處理土壤有效磷、速效鉀、堿解氮含量均高于單一施用有機肥處理，且差異顯著(P<0.05)，堿解氮含量則顯著高于T1、T2處理，T7土壤有機質含量最高且與T1、T2、T3、T4處理差異達到顯著(P<0.05)。綜合來看，有機肥處理和粉壟+有機肥處理均在一定程度上提高了土壤中有效磷、速效鉀等土壤養分的含量，但有機肥+粉壟處理對土壤養分影響更為顯著，且隨著有機肥施用量的增加有一定上升趨勢，說明粉壟+施用有機肥有利于土壤養分的提升，可能因為粉壟改善了土壤物理特性，從而更有利于養分的轉化和儲存。

表3 不同耕作措施對土壤養分的影響

2.2 不同耕作措施對烤煙農藝性狀的影響

由表4可以看出，不同處理對烤煙農藝性狀影響不一。烤煙移栽40 d時，施用有機肥+粉壟處理烤煙株高、葉片數和莖圍均顯著高于對照T1處理(P<0.05)，葉寬則無顯著性差異；烤煙移栽60 d時，T5、T6處理葉長、葉寬、最大葉面積均顯著高于對照T1處理(P<0.05)且T5處理葉長、葉寬、最大葉面積均為最高；烤煙移栽80 d時，T6處理株高、葉片數、最大葉面積、莖圍與對照差異達到顯著(P<0.05)。綜合農藝性狀結果顯示，隨著有機肥施用量的增加，烤煙的株高、葉長、最大葉面積總體呈上升趨勢，且有機肥+粉壟處理對農藝性狀影響更為顯著，此外，在施用有機肥2300 kg/hm2+粉壟時，烤煙在后期的生長發育中更有潛力。

表4 不同耕作措施對農藝性狀的影響

2.3 不同耕作措施對烤后煙葉物理指標的影響

由表5可以看出，B2F等級中，T7處理烤后煙葉單葉重、葉片厚度均顯著高于T1、T2、T3處理，葉寬則顯著低于其余處理，T6、T7處理含梗率則顯著低于對照處理(P<0.05)，葉長各處理則無顯著性差異，其中，單葉重、厚度隨有機肥施用量增加呈一定上升趨勢，而含梗率則呈下降趨勢。C3F等級中，T6、T7處理葉長、單葉重、厚度均顯著高于T1、T2處理，含梗率則顯著低于對照T1處理(P<0.05)，葉寬則無顯著差異，其中，煙葉單葉重、厚度隨有機肥施用量增加呈一定上升趨勢，而含梗率則呈下降趨勢。綜合來看，不同耕作措施對烤后煙葉物理指標有影響，施用有機肥+粉壟處理進一步的提高了煙葉單葉重、厚度，同時降低了煙葉含梗率，這可能是粉壟改良了土壤養分吸收轉化效率，從而提高了煙株的農藝性狀，更有利于烤后煙葉干物質的積累。

表5 不同耕作措施對烤后煙葉物理指標的影響

2.4 不同耕作措施對烤煙外觀質量的影響

參照李強等[12]對烤煙外觀質量的評價方法，對B2F和C3F等級煙葉進行綜合評價(滿分：10分)，由表6可知，B2F等級中，施用有機肥的處理相較T1對照處理在顏色、成熟度、身份、色度都有一定的增益效果，且T5處理煙葉顏色、成熟度、身份、色度得分均為最高；C3F等級中，煙葉顏色、成熟度、結構、身份、油分、色度得分與B2F等級煙葉規律基本一致，其中T7處理顏色、成熟度、結構、身份、色度得分均為最高；從AQS的得分來看，T7處理得分在B2F和C3F等級煙葉中均為最高，分別為76.3和87.2。總體來看，單一施用有機肥可在一定程度上改善烤煙的外觀質量，有機肥+粉壟處理則進一步提高了煙葉的外觀質量得分，且隨著施用量的提高，各項外觀質量指標得分呈增加趨勢。

表6 不同耕作措施對煙葉外觀質量的影響

2.5 不同耕作措施對烤煙化學成分的影響

烤煙的化學成分是體現煙葉質量的重要指標，優質的烤后煙葉化學成分的含量如下：煙堿2.20%～2.80%，還原糖18.00%～22.00%，總氮2.00%～2.50%，鉀≥2.50%，淀粉≤3.50%，糖堿比值8.50%～9.50%，氮堿比值在0.95%～1.05%為最適宜范圍[13]。如表7所示，T7處理煙葉中還原糖含量與其余處理均呈現顯著性差異(P<0.05)，且在B2F等級中比對照T1處理高13.58%，在C3F中比對照T1處理高9.00%，且隨著有機肥施用量的增加，還原糖含量也增加，在同等施肥量下，粉壟處理的還原糖含量更高；各處理總氮含量規律與還原糖基本一致；各處理煙堿含量在B2F等級中沒有明顯規律，在C3F中T7處理顯著低于其他各處理；各處理鉀含量在B2F等級中差異不顯著，在C3F等級中，T7處理鉀含量顯著高于T1、T2、T3、T4和T5處理，分別高8.36%、9.12%、5.42%、4.36%和6.87%；從氮堿比和糖堿比在B2F和C3F等級中的含量來看，有機肥施用量較高且粉壟處理的T7與對照差異顯著(P<0.05)，且更接近適宜范圍。從CHS得分來看，B2F等級中各處理得分由高到低分別是T7>T6>T3>T4>T5>T2>T1，C3F等級中各處理得分由高到低分別是T7>T4>T6>T3>T5>T2>T1。綜合來看，施用有機肥最高+粉壟的T7處理，更有利于烤煙化學成分趨近于最優品質范圍。

表7 不同耕作措施對烤煙化學成分的影響

2.6 不同耕作措施對烤煙經濟性狀的影響

由表8可知，T7處理產量、產值、均價、上等煙率均為最高，從產量來看，T7處理與T1、T2、T3、T4和T5處理差異達到顯著(P<0.05)，分別比T1、T2、T3、T4和T5處理高12.85%、8.65%、5.56%、8.10%和7.39%，產量則顯著高于其余處理，且分別比T1、T2、T3、T4、T5和T6處理高26.84%、17.22%、11.60%、10.46%、11.85%和6.54%，均價與T1和T2處理差異達到顯著差異(P<0.05)，分別比T1和T2處理高12.36%和7.88%，上等煙比例規律與產量一致，分別比T1、T2、T3、T4和T5處理高41.27%、28.20%、18.63%、16.56%和24.25%。綜合產量、產值的變化趨勢認為，施用有機肥+粉壟處理煙葉的產質、產量俱佳，但就目前的耕作體系下，為追求產量而過多的施用有機肥則有可能會出現收益遞減的現象。

表8 不同耕作措施對經濟性狀的影響

3 討 論

由于常規的施肥方式往往為追求產質與產量，從而大幅度提升肥料的使用量，導致土壤內部的環境失調，微生物的活性降低，烤煙與土壤的整體環境變差，從而限制烤煙的生長發育[14]。為解決以上問題，相較于常規的施肥方式而言，本研究引入施用秸稈腐熟有機肥方式+粉壟，有機肥可有效改善土壤肥力環境，粉壟則可以有效的提升土壤物理特性，降低土壤容重、緊實度，提高孔隙度，增加土壤中養分的遷移通道，使水、肥、氣、熱之間更加協調，有效提高土壤地力[15-18]，促進烤煙產質量的提高[19-20]，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[21-23]。

前人研究表明，施用有機肥對烤煙的農藝性狀、化學指標和經濟性狀均有一定程度的提高效應[24-31]，粉壟耕作對烤煙地下與地上部分生長發育、煙葉理化品質和產值產量均有一定的促進作用[32-33]。本文通過研究不同施用量有機肥以及不同施用量有機肥與粉壟耕作結合對烤煙的影響發現，有機肥施用量以4600 kg/hm2效果最佳，同等有機肥施用量水平下，有機肥+粉壟的處理相較于單一施用有機肥的處理在土壤養分、煙株農藝性狀、煙葉物理性狀、外觀質量和化學成分協調性各方面都更有優勢，可能是由于粉壟改變了土壤物理特性，故而提升土壤養分，進一步影響煙株。可見，對于常年施用化肥的土壤田塊，施用一定量的生物有機肥，并配合粉壟這一耕作方式，具有明顯的促生、增產和提質的效果。本研究所施用的有機肥和采用的粉壟耕作雖然會在一定程度上提高成本，但從長遠角度來看，恢復并保持土壤應有的地力環境是一個不可忽視的問題。因此，利用生物有機肥代替部分常規基肥和粉壟耕作對于提高煙葉的質量和經濟效益以及保持土壤的健康和可持續發展具有現實意義。

4 結 論

不同耕作措施對烤煙影響不一致，施用有機肥+粉壟處理煙葉化學成分協調性、外觀質量得分較單一施用有機肥處理均較高，其中以T7處理外觀質量與化學協調性得分最高，較T1、T4分別平均提高了19.86%、3.70%和11.53%、2.78%。此外，施用秸稈腐熟有機肥4600 kg/hm2+粉壟耕作(T7)措施可顯著提高土壤有效磷、速效鉀、有機質等養分含量，改善烤煙的農藝性狀及烤后煙葉物理特性，同時提高烤煙經濟性狀，其中T7處理烤煙產量、產值較T1、T4分別提高12.85%、8.10%，26.84%、10.46%，上等煙率較T1、T4分別提高13.80和6.71個百分點。施用秸稈腐熟有機肥+粉壟較單一施用有機肥可有效促進煙草生長發育，提高煙葉品質、產量，其中有機肥施用水平以4600 kg/hm2效果最佳。