化肥減施配施有機肥對烤煙產(chǎn)質(zhì)量和化學成分的影響

賴佳鑫, 鄧 華, 劉 峰, 袁 洪, 鄭林林, 劉 英

(1.西南大學資源環(huán)境學院,重慶 400715; 2.中國煙草總公司重慶市公司巫溪分公司,重慶 405899;3.重慶市市政環(huán)衛(wèi)監(jiān)測中心,重慶 401121)

施肥是影響農(nóng)作物產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[1]。然而,不合理施肥導(dǎo)致的資源能源浪費、環(huán)境污染、耕地退化、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等一系列問題已不容忽視[2]。針對此類問題,我國先后制定了化肥使用量零增長、化肥使用量負增長、深入推進農(nóng)業(yè)投入品減量化等相關(guān)政策。有效減少化肥施用量成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要目標。烤煙(NicotianatabacumL.)是世界上栽培面積最大、產(chǎn)量最多的煙草類型,也是我國重要的經(jīng)濟作物[3]。我國烤煙生產(chǎn)以使用化肥為主,長期大量使用化肥,造成土壤結(jié)構(gòu)變差,有機質(zhì)含量下降,養(yǎng)分供應(yīng)能力降低,煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)下降等問題[4-5]。因此,明確不同施肥措施下的烤煙產(chǎn)量與品質(zhì),對烤煙施肥管理和優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)具有重要意義。

為解決化肥過量施用對土壤健康和環(huán)境帶來的不利影響,國內(nèi)外對如何減少化肥施用開展了大量研究。其中,有機肥部分替代化肥的有機無機肥配合施用模式被認為是既能保障作物產(chǎn)量和質(zhì)量,又能改善土壤理化性狀、減少化肥用量和環(huán)境污染的有效措施[6-8],是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要舉措[9]。田間試驗表明,與僅施用化肥相比,東北地區(qū)粳稻在有機肥(豬糞)替代20%化肥氮時可平均增產(chǎn)3.8%[10];黃淮海地區(qū)夏玉米在有機肥(牛糞)替代15%和30%的化肥氮時可顯著增產(chǎn)15%以上[11]。小麥—水稻輪作的長期施肥試驗也表明,與僅施用化肥相比,有機肥替代50%化肥氮時作物總產(chǎn)量可增加20%以上[12]。對烤煙的化肥減施研究表明,河南煙區(qū)腐熟芝麻餅肥替代50%化肥氮時能改善煙田土壤養(yǎng)分狀況,提高中煙100的產(chǎn)量和品質(zhì)[13]。蚯蚓糞肥替代30%化肥氮可改善秦巴煙區(qū)云煙99的生長狀況、化學成分協(xié)調(diào)性和感官質(zhì)量,但產(chǎn)量無顯著變化[14]。云南煙區(qū)的田間試驗表明,有機肥配施減量化肥可改善土壤微生物區(qū)系,降低真菌和青枯病病原菌數(shù)量[15],減輕青枯病病害[16]。因此,在施用有機肥的情況下,明確減施化肥的量及效果,對實現(xiàn)我國化肥負增長具有重要意義。然而,有機肥部分替代化肥后,作物產(chǎn)量等效益會因有機肥種類、替代率、作物類型和土壤環(huán)境而不同,且有機肥部分替代化肥后,化肥用量的增減對作物產(chǎn)質(zhì)量的影響少有報道。重慶市巫溪縣位于我國武陵秦巴生態(tài)區(qū)醇甜香型區(qū)域[17],是重慶市主要植煙區(qū)之一,主栽烤煙品種為云煙87。本研究采用田間試驗,通過觀測有機肥替代20%化肥氮,基肥化肥氮磷鉀肥用量同比例增減12.5%對秦巴煙區(qū)云煙87生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量的影響,以期為煙葉原料生產(chǎn)和工業(yè)配方設(shè)計適應(yīng)化肥減施的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

重慶市巫溪縣地處長江上游,大巴山東段南麓,秦巴煙區(qū)典型植煙區(qū)。屬亞熱帶暖濕季風氣候,四季分明、雨量充沛,年均溫約18 ℃,降水量為1 030～1 950 mm,區(qū)內(nèi)多山地,立體地貌明顯,屬典型中山地形。巫溪縣作為重慶市主要植煙區(qū)之一,烤煙種植適宜區(qū)面積約2萬hm2,主栽烤煙品種云煙87。試驗地位于巫溪縣植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)古路鎮(zhèn)彭莊村(109°28′3.62″E,31°18′22.39″N),海拔1 002 m。

1.2 供試材料

供試土壤為黃壤,是巫溪縣典型土壤,基本理化性質(zhì)為pH值6.2、有機質(zhì)含量28.6 g/kg、全氮含量1.64 g/kg、堿解氮含量141 mg/kg、有效磷含量27.7 mg/kg、速效鉀含量146 mg/kg。供試肥料:煙草專用復(fù)合肥(含N、P2O5、K2O分別為6%、12%、25%)、水溶性復(fù)合肥(含N、P2O5、K2O分別為20%、15%、10%)、硫酸鉀(含K2O 50%)、硝酸鉀(含N 13.5%、K2O 44.5%)、磷酸二氫鉀(含P2O550%、K2O 32.9%)和腐熟菜籽餅,其中腐熟菜籽餅由重慶市煙草投資管理有限公司物資貿(mào)易分公司生產(chǎn),其他均為湖北香青化肥有限公司生產(chǎn)。供試烤煙品種為云煙87。

1.3 試驗設(shè)計

試驗時間為2020年4—9月,土壤肥力均勻,各小區(qū)隨機區(qū)組排列,按當?shù)乜緹煼N植常規(guī)移栽密度16 650株/hm2(定植4行,每行20株)。試驗共設(shè)3個處理,各處理3次重復(fù)。依據(jù)當?shù)爻Ｒ?guī)施肥的氮磷鉀用量,以有機肥替代20%化肥氮為對照(T2,CK),在T2基礎(chǔ)上設(shè)置分別減施(T1)和增施(T3)12.5%的基肥化肥處理(表1)。基肥包括煙草專用復(fù)合肥、農(nóng)家肥和腐熟菜籽餅,三者共同作為基肥一次性施用;追肥共計3次,其中水溶性復(fù)合肥分第1次追肥(20%)和第2次追肥(80%)2次施用,硫酸鉀和硝酸鉀第3次追肥施用;磷酸二氫鉀做葉面肥噴施。

表1 各處理施肥量

1.4 測定項目與方法

根據(jù)YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》于小團棵期(5月27日)、大團顆期(6月5日)、旺長期(6月15日)、平頂期(6月25日)和成熟期(7月5日)測定煙株的株高、莖圍、節(jié)距、有效葉片數(shù)、葉片長度和葉片寬度。根據(jù)GB/T 23222—2008《煙草病蟲害分級及調(diào)查方法》,于團棵期(6月9日)、旺長期(6月24日)、成熟期(7月9日、7月24日和8月10日)全小區(qū)調(diào)查煙草黑脛病(tobacco black shank,簡稱TBS)、煙草普通花葉病毒病(tobacco mosaic virus,簡稱TMV)和煙草馬鈴薯Y病毒病(tobacco potato virus,簡稱PVY)的田間自然發(fā)病率, 以計算平均發(fā)病率。按收購數(shù)據(jù)統(tǒng)計烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例等經(jīng)濟性狀。上、中和下部葉采烤后,分別選取B2F、C3F和X2F的煙葉樣品各1 kg,分別測定總糖、還原糖、總氮、氯、鉀和煙堿的含量,并計算兩糖比、鉀氯比等化學協(xié)調(diào)性指標。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)基于Excel 2016進行統(tǒng)計與分析;采用SPSS 25.0軟件進行單因素ANOVA分析,以Duncan’s多重比較法進行差異顯著性分析;采用Origin 9.0輸出圖像。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

不同施肥處理煙株的株高、節(jié)距、有效葉片數(shù)和葉片長度均在成熟期達最大值,葉片寬度于旺長期達最大值后逐步下降(圖1)。節(jié)距以T2最高,T1和T3基本一致;葉片長度以T3最高,T1和T2基本持平;其余指標均表現(xiàn)為T3>T2>T1的趨勢。T1的莖圍和葉片寬度于大團棵期、株高于平頂期,開始表現(xiàn)出低于其余處理的趨勢。成熟期T1的株高、有效葉片數(shù)顯著低于其余處理,成熟期T1莖圍顯著低于T3。

2.2 不同處理對烤煙化學成分與化學協(xié)調(diào)性的影響

如圖2所示,總體上各處理的總氮含量、煙堿含量以上部煙葉(B2F)最高,總糖、還原糖含量以中部煙葉(C3F)最高,糖堿比、氮堿比以下部煙葉(X2F)最高。不同處理間中部煙葉無顯著差異。T1上部煙葉總氮含量顯著高于T2;下部煙葉還原糖、鉀含量顯著高于其余處理,且糖堿比顯著高于T3。T3下部煙葉煙堿含量顯著高于其余處理,糖堿比顯著低于其余處理。

2.3 不同處理對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

與常規(guī)施肥相比, 增量施肥顯著提高了烤煙上等煙比例,但減量施肥上等煙比例未顯著降低,且各處理在產(chǎn)量和產(chǎn)值上無顯著差異(表2)。

表2 各處理烤煙經(jīng)濟性狀

2.4 不同處理對烤煙病害發(fā)生率的影響

如表3所示,不同處理各生長期煙株TBS、TMV和PVY均有發(fā)生,但發(fā)病率極低(<1%)。施肥對烤煙田間自然發(fā)病率無顯著影響,隨施肥量的減少,田間自然發(fā)病率整體表現(xiàn)出下降的趨勢。

表3 不同處理煙株的田間自然發(fā)病率

3 討論

3.1 施肥對烤煙農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟性狀和化學成分的影響

施肥是影響烤煙生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵因素[18-19]。科學合理的施肥措施可改善土壤肥力水平[3]、調(diào)控土壤微生物豐富度和多樣性[15,19-20],從而促進煙株生長發(fā)育、提高煙草抗病能力[15-16]、協(xié)調(diào)煙葉化學成分[13],進而提升烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)[13,15]。過低或過高的施肥量均會引起烤煙產(chǎn)質(zhì)量的下降[21]。因此,在施用有機肥的情況下,減施化肥是否會帶來烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的下降,進而影響到經(jīng)濟性狀這一問題的研究非常必要。本研究結(jié)果表明,在有機肥替代20%化肥氮后,進一步減施12.5%的化肥基肥,煙株在成熟期能保持與其余處理一致的節(jié)距、葉片長度和葉片寬度,莖圍也與替代后不減施處理(T2)相近。同時,盡管化肥減施處理(T1)的株高、有效葉片數(shù)顯著低于其余處理,但并未影響到有效留葉數(shù)(均為18張/株)。因此,在產(chǎn)量上化肥減施與其余處理相比并無顯著差異。與鄰近區(qū)域(重慶市奉節(jié)縣)的云煙87田間試驗結(jié)果相比[22],本研究的烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例相對更高。《中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》對植煙土壤養(yǎng)分等級進行了劃分,堿解氮含量>100 mg/kg為很豐富等級,有效磷含量為20～40 mg/kg為豐富等級,速效鉀含量為150～220 mg/kg為適中等級[23]。據(jù)此標準,本研究供試土壤為中高肥力水平,當土壤肥力水平較高時,通過施肥進一步提升烤煙產(chǎn)量的空間較小,施肥的增產(chǎn)效應(yīng)逐漸下降[9]。

煙葉化學成分是煙葉香味風格和質(zhì)量特征形成的物質(zhì)基礎(chǔ)[24-26]。本研究結(jié)果表明,不同施肥處理的中部煙葉化學成分無顯著差異,但上部和下部煙葉部分指標差異顯著。盡管各處理煙葉化學成分基本都處于秦巴山區(qū)特色優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍[27],但其差異仍然會給煙葉香味風格和質(zhì)量特征帶來不同程度的變化。研究表明,在一定范圍內(nèi),總糖和還原糖含量增加可使煙葉富有彈性、不易破碎、色澤光亮[28]。鉀素能顯著改善煙葉燃燒性,提升煙葉香氣與吃味[23]。鉀氯比越高,煙葉的燃燒性越好,一般比值在4.0以上燃燒性好,陰燃持火性強[29]。在本研究中,化肥減施(T1)顯著提高了煙葉鉀含量和還原糖含量,鉀氯比也維持在較高水平,且有提高煙葉總糖含量的趨勢。由此推斷,化肥減施后烤后煙葉在色澤和香吃味上可能會有更好的表現(xiàn),這對滿足煙葉原料多元化的工業(yè)需求有積極作用。

3.2 施肥對烤煙病害發(fā)生情況的影響

病害可直接影響烤煙產(chǎn)質(zhì)量[30],長期連作、施肥不當以及線蟲侵害等均可引起土傳病害[31]。本研究對研究區(qū)常見土傳病害黑脛病、煙草普通花葉病毒病和馬鈴薯Y病毒病的調(diào)查表明,各施肥處理的土傳病害田間自然發(fā)病率都極低(1%左右)。這可能是各施肥處理均為有機肥化肥配施模式,有機物料的添加不僅可提供養(yǎng)分,還能提高土壤微生物豐富度與多樣性,進而增強煙株抵抗病原微生物的能力[16]。

4 結(jié)論

較高地力的土壤上種植烤煙,在有機肥替代20%化肥氮后,進一步減施12.5%的化肥基肥,會對煙株的株高和有效葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀帶來不利影響,但上等煙比例、產(chǎn)量和產(chǎn)值表現(xiàn)穩(wěn)定,且能提高上部煙葉的氮含量、下部煙葉的還原糖和鉀含量,并有利于降低土傳病害發(fā)病率。在有機肥替代20%化肥氮后,進一步增施12.5%的化肥基肥,盡管在農(nóng)藝性狀上總體表現(xiàn)更好,且能提高上等煙比例,但并未明顯提高煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值。因此,秦巴煙區(qū)烤煙種植中,有機肥部分替代化肥具有較大的潛力和空間。本研究僅從烤煙農(nóng)藝性狀、化學成分、經(jīng)濟性狀和病害發(fā)生情況等方面研究了烤煙的化肥減施效應(yīng),有必要進一步對烤后煙葉的性狀開展研究,這對明確煙葉的工業(yè)可用性具有重要的實踐價值。