熟芝麻在烤煙生長期間田間養分礦化特征研究

李舉旭 張帥濤 關衛東 李洪臣 王志軍

摘要 研究熟芝麻在植煙土壤中的養分礦化特征，為烤煙生產中精準施用熟芝麻提供參考。采用尼龍網袋田間原位培養的方法對熟芝麻的有機碳、氮礦化規律及其對植煙土壤速效養分、腐殖酸含量的影響進行研究。結果表明，熟芝麻掩埋后，土壤有機碳和有機氮前期（掩埋50 d內）礦化快，后期礦化慢，在掩埋70 d內分別可礦化掩埋期間總量的94.13%和88.07%；添加熟芝麻可有效地提高土壤中速效磷、速效鉀、銨態氮和硝態氮的含量；熟芝麻在掩埋20 d內有效地提高土壤中的腐殖酸含量。在煙株移栽時添加熟芝麻，其碳氮礦化規律以及土壤養分的變化可以較好地滿足烤煙的生長需求。

關鍵詞 熟芝麻；烤煙；礦化規律；腐殖酸

中圖分類號 S 572? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）23-0128-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.030

Study on the Characteristics of Nutrient Mineralization of Fried Sesame during the Growth of Flue-cured Tobacco

LI Ju-xu1， ZHANG Shuai-tao1， GUAN Wei-dong2? et al

（1.College of Tobacco Sciences， Henan Agricultural University， Zhengzhou，Henan? 450046；2.Sanmenxia Company of Henan Tobacco Corporation， Sanmenxia， Henan 472000）

Abstract To provide a reference for the precise application of fried sesame in flue-cured tobacco production， this paper studied the characteristics of nutrient mineralization of fried sesame in tobacco planting soil. The organic carbon and nitrogen mineralization release of fried sesame in tobacco planting soil was studied by the method of nylon net bag. In addition， the effects on available nutrients and humus acid were also studied. The soil organic carbon and organic nitrogen mineralized rapidly in the early stage （in 50 d after being buried） and slowly in the late stage after fried sesame was buried. The organic carbon and organic nitrogen mineralized 94.13% and 88.07% of the total amount during fried sesame buried for 70 days， respectively. The content of available phosphorus， potassium， ammonia-nitrogen， and nitrate nitrogen in soil could be increased by adding fried sesame. Furthermore， humus acids content in the soil could also be increased effectively in 20 days after fried sesame is buried. The carbon and nitrogen mineralization and soil nutrient changes of applying fried sesame when flue-cured tobacco transplanting can better meet the demand for flue-cured tobacco.

Key words Fried sesame;Flue-cured tobacco;Mineralization regularity;Humus acid

基金項目 河南省煙草公司三門峽市公司科技項目“三門峽煙區品牌導向型烤煙品種篩選與應用研究”（202041120020053）；中國煙草總公司河南省公司科技項目“提高豫西烤煙上部葉質量的關鍵技術體系構建與應用”（2020410000270020）。

作者簡介 李舉旭（1998—），男，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：煙草品質改良。

*通信作者，高級工程師，從事煙葉生產和技術推廣研究。

收稿日期 2022-11-08

近年來，由于化學肥料施用過多以及常年連作等不合理的耕作措施，我國煙田土壤板結、肥力下降、養分供應失調以及肥料利用率低等問題日益突出，最終導致煙葉質量降低，無法滿足卷煙工業原料供應要求［1］。研究發現，包括有機肥和生物質炭等在內的有機物料具有改善土壤團聚體結構和穩定性、提高土壤微生物與酶活性、提高土壤養分含量等功能，對緩解土壤問題和促進植株生長具有重要作用［2-3］。

烤煙是一種對氮素極其敏感的作物，具有生長后期需氮量較少的特點，因此適時適量的氮素添加對煙葉品質具有重要影響［4］。多數有機物料具有養分釋放緩慢的特點，且在生產中存在很多或因時期不適宜，或用量過多，或受生態環境影響等原因引起的有機物料施用不精準的情況，無法滿足作物生長需求［5］。葉協鋒等［6］在重慶以有機肥為材料，研究其在田間養分礦化釋放特征，結果表明于煙株移栽前20 d施入充分腐熟的有機肥，其碳氮礦化規律能較好地滿足烤煙對養分的需求規律。王巖等［7］通過玻璃濾紙包法研究苜蓿和黑麥草翻壓后養分釋放規律發現，苜蓿和黑麥草分別在翻壓后前42 d礦化釋放總量92%和74%的氮。芝麻餅肥是我國烤煙種植中常用有機肥，而河南等部分煙區有將炒熟芝麻應用于煙葉生產中的情況，研究表明熟芝麻和油酸配施能顯著提高煙葉中有機營養成分。趙銘欽等［8］對比小磨油、豆糝和豆漿等有機物質后發現穴施炒熟芝麻可有效增加煙葉內多數中性致香物質含量及總量。然而熟芝麻在施入土壤后的養分礦化釋放規律未見報道。筆者采用田間原位培養的方法，通過對比煙田添加與不添加熟芝麻在植煙土壤中有機碳、氮的礦化規律及對土壤速效養分和腐殖酸含量的影響，旨在探明熟芝麻在烤煙生長期間田間養分礦化特征，為烤煙生產精準施肥提供理論依據，促進優質煙葉生產。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在湖北中煙工業有限責任公司安徽省宣城市煙葉生產基地單元進行，供試品種為當地主栽品種云煙97。土壤為砂壤土，pH 6.23，有機質24.90 g/kg，全氮1.65 g/kg，堿解氮46.90 mg/kg，速效磷35.29 mg/kg，速效鉀184.25 mg/kg。熟芝麻為炒熟白芝麻（全氮5.71%，全磷2.62%，全鉀1.43%，蛋白質45.2%）。

1.2 試驗設計

采用田間原位培養法［6］進行，設置2個處理：CK為在移栽時每個尼龍網袋中裝入煙田原位過10目篩土壤220.0 g；T為在移栽時每個尼龍網袋中裝入煙田原位過10目篩土壤200.0 g和熟芝麻20.0 g。采用完全隨機試驗設計，每處理各埋36袋，小區面積為133 m2。尼龍網袋規格為300目尼龍紗網制成的20 cm×20 cm可封口袋子。3月28日移栽時，尼龍網袋埋入2個煙株移栽苗穴位置之間的壟體上距土表10 cm處，澆少量的原土懸濁液使之與土壤接觸，尼龍網袋掩埋時計為掩埋0 d，前30 d每隔10 d取樣1次，30 d后每隔20 d取樣1次，取樣重復3次，測定養分含量。

1.3 測定項目與方法

有機碳和有機氮礦化率采用以下公式計算［9］。

有機碳礦化率=（1-殘留有機碳含量-空白有機碳含量加入有機碳含量）×100%

有機氮礦化率=（1-殘留有機氮含量-空白有機氮含量加入有機氮含量）×100%

速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色分光光度法測定；速效鉀采用火焰光度計法測定；銨態氮采用2 mol/L KCl浸提法測定［10］；硝態氮采用流動分析儀測定［11］；有機碳采用重鉻酸鉀氧化法測定［12］；全氮采用CNS元素分析儀測定；腐殖酸、胡敏酸和富里酸的樣品分離和制備采用國際腐殖酸協會（IHSS）的方法。

1.4 數據分析

采用Excel 2016進行數據整理并利用SPSS 26.0進行成對樣本T檢驗。

2 結果與分析

2.1 熟芝麻土壤養分礦化特征

2.1.1 有機碳。

土壤有機碳礦化是土壤碳循環的關鍵步驟和重要環節。熟芝麻有機碳礦化特征見圖1，熟芝麻在掩埋前期有機碳礦化迅速、礦化率高，后期礦化速率逐漸降低。在掩埋30 d時有機碳礦化率達46.61%，占掩埋110 d時總礦化量的61.20%，掩埋70 d時熟芝麻的有機碳礦化率高達71.70%，占110 d總礦化量的94.13%，之后有機碳礦化率趨于平緩，最終掩埋110 d時有機碳總礦化率為76.16%。

2.1.2 有機氮。

與有機碳礦化規律相似，熟芝麻掩埋后有機氮迅速礦化分解，而后期礦化速度緩慢（圖2）。30 d時有機氮礦化率達28.71%，占掩埋110 d時有機氮總礦化量的61.70%。在掩埋0～50 d，熟芝麻有機氮礦化率增長較為迅速，在掩埋50 d時熟芝麻中約37.68%的有機氮被礦化釋放，占有機氮總礦化量的80.98%，掩埋50 d后有機氮礦化率增長緩慢。最終在掩埋110 d時有機氮礦化率為46.53%。

2.2 不同掩埋天數熟芝麻對土壤速效養分的影響

由表1可知，熟芝麻處理的速效磷含量在各時期均顯著或極顯著高于對照，總體呈先升高后降低的趨勢。熟芝麻處理的速效磷含量在掩埋0～10 d略有升高，在掩埋10～50 d稍有降低然后迅速升高，掩埋50 d達到峰值115.24 mg/kg，之后開始降低。說明熟芝麻能夠有效地提高烤煙生長期間的土壤速效磷含量。

與對照相比，熟芝麻處理在掩埋后各個時期速效鉀含量均較高，其中掩埋0～70 d差異極顯著。掩埋0～20 d時對照速效鉀含量緩慢升高，在掩埋20～70 d呈緩慢降低趨勢，之后又平緩上升。而熟芝麻在掩埋20～50 d呈降低趨勢，在掩埋50 d到達最低值，為159.92 mg/kg，在掩埋70 d升高至479.25 mg/kg后迅速降低，至掩埋90 d時又開始回升。說明熟芝麻可以有效提高土壤中的速效鉀含量，對土壤中速效鉀含量變化有一定的緩沖作用。

在掩埋期間，對照的銨態氮和硝態氮含量一直維持在較低水平且變化不大，而熟芝麻處理的銨態氮含量在各時期均極顯著高于對照，總體呈先升高后降低的趨勢。熟芝麻在掩埋0～10 d時銨態氮含量迅速升高至峰值，達279.71 mg/kg，之后迅速降低趨于平穩，在掩埋后期處于較低水平。熟芝麻處理硝態氮含量呈先降低后升高再降低的趨勢，可能由于環境因素的影響，掩埋0～50 d波動較大。掩埋10～30 d硝態氮含量由12.70 mg/kg迅速提升至112.05 mg/kg，之后呈降低趨勢，掩埋90 d后趨于平穩。說明熟芝麻可有效提高土壤銨態氮和硝態氮含量供烤煙生長所需，主要表現為前期提升多而后期少的規律。

2.3 不同掩埋天數熟芝麻對土壤腐殖酸的影響

2.3.1 不同掩埋天數熟芝麻對土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量的影響。

由圖3可知，土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸的變化規律基本一致。與對照相比，熟芝麻處理土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量在掩埋0～20 d均有顯著提高，掩埋20 d后總體呈波動下降的趨勢，后期含量較低，而對照始終在較低水平波動，各時期含量無明顯變化。熟芝麻在掩埋0～10 d土壤腐殖酸含量略有降低，后迅速升高，至掩埋20 d時極顯著高于對照，是對照腐殖酸含量的5倍，之后呈降低趨勢。與前30 d相比，熟芝麻在掩埋30～110 d腐殖酸含量較低，掩埋110 d高出對照24.16%。除掩埋30和110 d外，熟芝麻處理土壤胡敏酸含量在掩埋期間各個時期均顯著或極顯著高于對照。熟芝麻掩埋0～10 d，富里酸含量迅速降低34.26%后再升高，20 d時富里酸含量約為對照的5倍，之后便持續降低，其中30～110 d降低速度較為緩慢，除50 d外，熟芝麻處理土壤富里酸含量在掩埋70 d內均顯著高于對照，90～110 d低于對照。說明熟芝麻在烤煙生長前期能顯著提高土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量，后期提升效果較小。

2.3.2 不同掩埋天數熟芝麻對土壤胡富比的影響。

對比熟芝麻和對照土壤胡敏酸和富里酸的比值（圖4），在掩埋50 d內，熟芝麻處理土壤胡富比較高，且在10、20和50 d均顯著高于對照。之后對照胡富比呈先上升后下降的趨勢，并于掩埋70 d時到達峰值且高于熟芝麻處理，之后迅速下降，在掩埋期間，除70 d外，熟芝麻處理的胡富比均高于對照，說明熟芝麻在整個烤煙生長期間對土壤的腐殖化程度有較明顯的提升。

3 結論與討論

烤煙的干物質積累隨施氮量的增加而增加，研究表明，烤煙全生育期吸收的氮素主要來自土壤礦化氮［13］，至煙葉采收結束時，煙株體內土壤礦化氮占煙株氮素總累積量的82%。該試驗結果表明，在掩埋70 d時，熟芝麻有機氮礦化量占掩埋期間總礦化量的88.07%，70～110 d土壤有機氮礦化量較少，這基本符合烤煙在生長期間對氮素“前促后控”的需求規律。研究表明，有機肥在煙株生育期內有機氮礦化率在30%～60%［14］。該試驗中，熟芝麻在掩埋110 d時，熟芝麻中有46.53%的有機氮被礦化，且80.98%的氮素在掩埋50 d內礦化釋放。因為烤煙對氮素的敏感性，在生長后期烤煙對氮素需求較少，熟芝麻后期氮素釋放較少的規律恰好避免了烤煙因生長后期過高的氮素供給而導致的貪青晚熟、香氣量不足和上部煙葉煙堿過高、工業利用性差等問題［15］。

速效磷、速效鉀、銨態氮、硝態氮這類土壤速效養分可以被作物直接吸收利用，對作物的生長發育起到至關重要的作用。該試驗中，熟芝麻的養分釋放規律與煙株生長需肥規律一致，掩埋50 d時熟芝麻處理的鉀含量迅速降低，可能由于鉀離子移動性強，受降水等因素作用淋溶至土壤中［16］。土壤中銨態氮含量在熟芝麻剛埋入后便能在短時間得到提升，以滿足烤煙生長前期對氮素的大量需求。值得注意的是，熟芝麻埋入后土壤中的硝態氮并不能在短時間內得到補充，存在一定的延遲性。在熟芝麻掩埋后10 d內，銨態氮含量迅速提升到達峰值，而硝態氮含量在掩埋20 d后才得到顯著提升，這可能是因為土壤中微生物通過硝化作用將無機態氮轉化為硝態氮存在一定時差。此外，俞慎等［17］認為，在水分含量較高、土壤通氣性差的情況下，土壤中微生物的反硝化作用會增強，將土壤中的硝態氮轉化成氮氣釋放到空氣中，從而造成土壤中氮素的損耗［18］。在掩埋前期降水頻繁，30 d內試驗地降水高達152.7 mm，這可能是造成熟芝麻處理的硝態氮含量在前期變化幅度不太明顯的原因。

土壤中腐殖質占有機質組成的80%以上，是土壤肥力的重要體現［19］，其形成與轉化是土壤質量演變和調控的主要環節且受物料特性、土壤性質差異、土壤水分狀況等因素的影響。該試驗表明，熟芝麻在掩埋30 d內，土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量一直處于較高水平且顯著高于對照，整體表現為先增加而后下降的趨勢，后期差異較小。30 d前，土壤胡敏酸含量高且胡富比大于1，腐殖化程度高，熟芝麻在微生物的作用下大量腐殖化，而恰好20 d左右大量降水導致土壤

淋蝕嚴重、土壤透氣性差，微生物與酶活性降低，可能是導致

20 d時腐殖酸含量下降且之后一直處于低水平波動的主要

原因。另外掩埋30 d時，熟芝麻處理胡富比降低至0.56，富

里酸含量明顯超過胡敏酸，這與竇森［20］在多水、透氣性差的

情況下有利于富里酸的形成而不利于胡敏酸形成的結論一致。

綜上所述，熟芝麻掩埋后，有機碳和有機氮迅速礦化，均表現為前期礦化速率高的特點，在掩埋70 d內礦化量分別占總礦化量的94.13%和88.07%，后期礦化速率低，符合烤煙“前促后控”的需氮規律。添加熟芝麻能有效地提高土壤速效養分含量，土壤銨態氮和硝態氮含量均顯著增加，但硝態氮的釋放有一定的延遲性；添加熟芝麻可以提高土壤中腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量，提升土壤胡富比，對煙田土壤保育起到積極的作用。在烤煙移栽時添加熟芝麻，其有機碳氮礦化規律及養分變化可較好地滿足煙株生長需求，并能提升土壤肥力，改善土壤環境。

參考文獻

［1］ 鄧陽春，黃建國.長期連作對烤煙產量和土壤養分的影響［J］.植物營養與肥料學報，2010，16（4）：840-845.

［2］ 金亞波，寇智瑞，韋建玉，等.有機物料對黃壤煙田土壤團聚體組成及土壤肥力的影響［J］.西南大學學報（自然科學版），2020，42（8）：9-16.

［3］ 劉勇軍，周羽，靳志麗，等.有機物料類型對煙草根際微生物及煙葉產質量的影響［J］.土壤，2018，50（2）：312-318.

［4］ 李春儉，張福鎖，李文卿，等.我國烤煙生產中的氮素管理及其與煙葉品質的關系［J］.植物營養與肥料學報，2007，13（2）：331-337.

［5］ 馬想，徐明崗，趙惠麗，等.我國典型農田土壤中有機物料腐解特征及驅動因子［J］.中國農業科學，2019，52（9）：1564-1573.

［6］ 葉協鋒，李志鵬，于曉娜，等.腐熟有機肥在烤煙生長期田間養分礦化釋放特征的研究［J］.中國煙草學報，2017，23（3）：80-86.

［7］ 王巖，劉國順.綠肥中養分釋放規律及對煙葉品質的影響［J］.土壤學報，2006，43（2）：273-279.

［8］ 趙銘欽，王瑩，李元實，等.有機物質對烤煙中性香氣物質成分及評吸質量的影響［J］.中國煙草科學，2008，29（5）：6-10.

［9］ 武雪萍，鐘秀明，劉增俊.餅肥在植煙土壤中的礦化速率和腐殖化系數分析［J］.中國土壤與肥料，2007（5）：32-35.

［10］ 鮑士旦.土壤農化分析［M］.3版.北京：中國農業出版社，2000.

［11］ 楊靖民，張忠慶，曹國軍.應用間隔流動分析儀測定土壤硝態氮和亞硝態氮含量［J］.中國土壤與肥料，2014（2）：101-105.

［12］ 楊樹筠.用重鉻酸鉀氧化法簡便快速測定土壤有機質含量［J］.現代農業，1997（4）：23.

［13］ 郭群召，吳學巧，黃平俊.餅肥對土壤性狀、烤煙生長及煙葉品質的影響［J］.中國土壤與肥料，2007（6）：68-70.

［14］ 趙明，蔡葵，趙征宇，等.不同有機肥料中氮素的礦化特性研究［J］.農業環境科學學報，2007，26（S1）：146-149.

［15］ 謝云波，馮文強，曾祥忠，等.烤煙的養分需求規律及施肥技術研究進展［J］.安徽農業科學，2010，38（21）：11115-11119.

［16］ 牛新湘，馬興旺.農田土壤養分淋溶的研究進展［J］.中國農學通報，2011，27（3）：451-456.

［17］ 俞慎，李振高.稻田生態系統生物硝化-反硝化作用與氮素損失［J］.應用生態學報，1999，10（5）：630-634.

［18］ 谷海紅，李巖，劉宏斌，等.土壤氮素礦化及其對烤煙品質的影響研究進展［J］.中國農學通報，2008，24（10）：327-333.

［19］ 劉敏，楊永鋒，陳紅麗.不同有機物配施化肥對植煙土壤腐殖質碳的影響［J］.河南農業科學，2017，46（2）：38-42.

［20］ 竇森.土壤有機質［M］.北京：科學出版社，2010：236.