Effects of Different Fertilization Schemes on Agronomic Traits, Yield of Flue-Cured Tobacco, and Soil Physical and Chemical Properties
摘要:
为考察“化学肥料+腐殖酸活化+微生物调控”三位一体施肥方案对提高烤烟产量、上等烟叶占比和改善土壤理化性状的作用, 开展了田间小区试验。试验设置常规施肥对照(CK)及5种不同特肥配施处理(T1~T5),测定了不同施肥处理的烟株农艺性状、烟叶产量及土壤养分含量、pH。结果表明:在常规施肥的基础上配施含腐殖酸水溶肥料、中量元素水溶肥料、微生物菌剂、含氨基酸中微量元素水溶肥的T5处理表现最优,烟株茎粗、有效叶片数及单叶鲜质量均显著高于CK处理的;烟叶产量达322.3 g/m2,上等烟叶占比从CK处理的10.45%提升至29.26%,下等烟叶比例由CK处理的24.66%降至5.68%;土壤中有机质质量分数从试验前的3.75%提高至4.34%,速效钾含量增加49.35%,交换性镁含量增加16.73%,但pH略有下降。腐殖酸与微生物肥协同施用能优化烟株生理代谢、提升烤烟产量与品质等级,并通过补充有机质及中微量元素实现土壤保育,可实现烤烟生产的绿色转型升级。
Abstract:
To investigate the effects of the three-in-one integrated fertilization scheme of "chemical fertilizer + humic acid activation + microbial regulation" on improving the yield of flue-cured tobacco, the proportion of first-class tobacco leaves, and soil physical and chemical properties, a field plot experiment is conducted. The experiment includes a conventional fertilization control (CK) and five different special fertilizer combination treatments (T1-T5). The agronomic traits of tobacco plants, tobacco leaf yield, soil nutrient contents and soil pH under different fertilization treatments are determined. The results show that, on the basis of conventional fertilization, the T5 treatment with combined application of water-soluble fertilizer containing humic acid, medium-element water-soluble fertilizer, microbial agent, and medium and trace element water-soluble fertilizer containing amino acids, exhibits the optimal performance. The stem diameter, number of effective leaves, and fresh weight per leaf of tobacco plants under the T5 treatment are significantly higher than those under the CK treatment. The tobacco leaf yield reaches 322.3 g/m2, the proportion of first-class tobacco leaves is increased from 10.45% under the CK treatment to 29.26%, and the proportion of lower-class tobacco leaves is reduced from 24.66% under the CK treatment to 5.68%. The mass fraction of soil organic matter is increased from 3.75% prior to the experiment to 4.34%, the available potassium content is increased by 49.35%, and the exchangeable magnesium content is increased by 16.73%, while soil pH slightly decreases. The combined application of humic acid and microbial fertilizer optimizes the physiological metabolism of tobacco plants, improves yield and quality grade of the cured tobacco, and achieves soil conservation through the supplementation of organic matter and medium and trace elements, thereby enabling the green transformation and upgrading of flue-cured tobacco production.
烤烟是云南省重要的经济作物,其产值直接影响烟农收入和地方财政。云南烟叶产量占全国的三分之一,烟税贡献率常年超过地方财政收入的15%。然而,近年田间试验表明,过度依赖化肥已造成土壤严重退化, 烟田土壤板结率上升32%,有机质含量平均下降18.3%,直接抑制了烟株根系发育与叶片扩展。此外,氮磷钾配比失衡还导致烟株有效叶片数减少21.7%,上等烟叶比例降低14.2%[1-5]。
传统施肥模式面临三重困境:单质化肥利用率不足40%,速效钾淋失量高达施入量的35.7%;土壤交换性钙、镁离子含量较20年前下降30%以上,引发烟叶焦尖、褐斑等生理性病害;微生物多样性指数下降,导致青枯病发病率增加1.8倍。虽然测土配方技术在中部烟区取得了一定成效,但云南喀斯特地貌区土壤pH变异系数大(云南小江流域土壤pH平均值为6.74,变异系数为9.9%),亟需开发适配高海拔烟区的施肥体系[6-10]。
本文旨在以“化学肥料+腐殖酸活化+微生物调控”三位一体方案为核心,通过田间小区对比试验,系统验证该集成技术对烟田土壤理化性状的改良效果、对烟株农艺性状及烟叶产量、品质(特别是上等烟比例)和抗病性的综合影响。同时,结合云南喀斯特地貌区土壤pH变异大的特点,评估该方案在高海拔烟区的适应性及稳定性,为构建适宜云南烟区绿色、高效的施肥技术体系提供科学依据,量化特肥投入与烟叶开片度(目标值0.32±0.02)的剂量效应,编制适用于滇西烟区的土壤改良技术规程。
1
材料与方法
1.1
试验地概况
试验在云南省保山市辛街乡姚官村进行,该区域海拔为1 639.5~2 228.4 m,地形复杂,气候属亚热带高原季风类型,多年平均气温为15.5 ℃,年均无霜期达205 d,年降水量分布为970~1 290 mm[11]。这种独特的海拔梯度和水热条件为研究不同施肥方案对烤烟的影响提供了典型的生态环境。
1.2
供试材料
1.2.1
有机肥
博隆®有机肥,w(有机质)≥45%,w(N+P2O5+K2O)≥5%,w(水分)≤30%,pH为6.5。
1.2.2
化肥
过磷酸钙(N-P2O5-K2O=0-16-0),市购;烟用复合肥(N-P2O5-K2O=10-16-26)、烟用大量元素水溶肥(N-P2O5-K2O=15-16-25),烟草公司统配;施加收®大量元素水溶肥(N-P2O5-K2O=30-10-10),中化作物保护品有限公司;农用硝酸钾(N-P2O5-K2O=13.5-0-46),市购。
1.2.3
特肥
TF_HA:浩秀皓根®(含腐殖酸水溶肥料),ρ(腐殖酸)≥80 g/L,ρ(N+P2O5+K2O)≥200 g/L。
TF_CM:秀威®钙镁(中量元素水溶肥料),ρ(甜菜碱)≥45 g/L,ρ(Ca)≥80 g/L,ρ(Mg)≥20 g/L。
TF_MI:施亦康®(微生物菌剂),含枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌,有效活菌数≥5亿/mL,ρ(聚谷氨酸)≥10 g/L,ρ(生物质黄腐酸)≥180 g/L。
TF_WA:妥利美®(MIX),ρ(氨基酸)≥100 g/L,ρ(Mg)≥4 g/L,ρ(Fe)≥10 g/L,ρ(Mn)≥10 g/L,ρ(Zn)≥5 g/L,ρ(Cu)≥3 g/L,ρ(Mo)≥1 g/L,ρ(B)≥1 g/L。
上述特肥由中化作物保护品有限公司提供。
1.3
试验设计
施肥方案基于土壤检测结果和烤烟需肥规律进行设计,结合烟农往年的施肥习惯,烤烟K326的通用基础施肥方案(BF)见表 1。
表 1
|
施肥时期 |
肥料 |
施肥量/(g·株-1) |
|
底肥 |
过磷酸钙 |
10 |
|
烟用复合肥 |
25 |
|
|
提苗肥 |
烟用大量元素水溶肥 |
2 |
|
施加收®大量元素水溶肥 |
5 |
|
|
追肥 |
施加收®大量元素水溶肥 |
5 |
|
农用硝酸钾 |
5 |
|
|
烟用大量元素水溶肥 |
5 |
|
试验设计6个处理:对照(CK)处理,仅实施BF;T1~T5处理,BF+不同梯度的特肥(见表 2)。采用随机区组设计,每个处理设置4次重复,共24个小区,每个小区面积为100 m2。设计旨在探究腐殖酸、微生物菌剂、氨基酸及微量元素的协同效应[2, 12-13], 并通过变量控制,重点观测特肥配施对烟株-土壤系统的综合调控机制。
表 2
|
处理 |
基础肥 |
特肥施用量/(g·株-1) |
|
TF_HA |
TF_CM |
TF_MI |
TF_WA |
|
CK |
BF |
|
|
|
|
|
T1 |
BF |
2 |
|
|
|
|
T2 |
BF |
2 |
1 |
|
|
|
T3 |
BF |
2 |
1 |
2 |
|
|
T4 |
BF |
2 |
1 |
2 |
1 |
|
T5 |
BF |
2 |
2 |
2 |
2 |
试验于2025年4月实施,所有处理小区于4月10日前统一基施博隆®有机肥1 500 kg/亩(1亩=667 m2)。4月28日按50 cm×120 cm株行距移栽烟苗,每个小区定植150株,采取膜下定植;移栽后,每株烟塘穴内环施底肥(过磷酸钙10 g/株+烟用复合肥25 g/株),每株浇水3 kg后覆盖地膜。5月5日进行掏苗,掏苗后对T1~T5处理用稀释后的特肥灌根,每株灌施300 mL肥液。5月23日施提苗肥(烟用大量元素水溶肥2 g/株+施加收®大量元素水溶肥5 g/株),兑水冲施,每株冲施300 mL肥液。6月7日、6月17日分2次进行追肥,每株冲施300 mL肥液,肥料组成为施加收®大量元素水溶肥5 g/株+农用硝酸钾5 g/株+烟用大量元素水溶肥5 g/株。田间管理严格遵循国家标准《烤烟栽培技术规程》(GB/T 23221—2008)[14],确保水分管理和病虫害防控措施一致。试验过程中记录农艺操作节点,分别在移栽前和收获后10 d采集土壤样品,采用国家标准方法检测土壤养分动态变化,保障数据的可重复性和可比性[7, 15]。
1.4
指标及其测定方法
1.4.1
农艺性状调查
在烤烟打顶后,每小区随机选取50株,参照行业标准《烟草农艺性状调查测量方法》(YC/T 142—2010)进行农艺性状调查[16],测量株高、茎粗、有效叶数、叶片厚度、叶长、叶宽,并按式(1)计算开片度。
式中:k——烟叶开片度;
Wtl——烟叶叶片宽度,cm;
Ltl——烟叶叶片长度,cm。
1.4.2
烟叶产量调查
在成熟期,按照国家标准《烤烟》(GB 2635—1992)的规定进行采收、烘烤和分级[17]。为便于统计分析,将各烟叶等级归并为上、中、下三等:上等烟叶包括C1F(中桔一)、C2F(中桔二)、C3F(中桔三)、C1L(中柠一)、C2L(中柠二)、B1F(上桔一)、B2F(上桔二)等;中等烟叶包括C3L(中柠三)、X2F(下桔二)、C4F(中桔四)、C4L(中柠四)、X3F(下桔三)等;下等烟叶包括B4L(上柠四)、X3L(下柠三)、X4L(下柠四)等。
1.4.3
土壤调查
为了观测土壤理化性状的变化,在试验区组划分完成且试验前,对划定的处理区和对照区分别取初始土样。按照“W”形布点采集土样,每个采样点重复取10次,混合土样后用四分法取样,测定初始土壤养分含量[18-19];试验结束后,采用相同方法再次取样、测定。
1.5
数据处理
所有的调查结束后,采用Microsoft Excel 2010和SPSS Statistics 24.0软件进行数据的初步处理和分析,采用LSD法进行处理间差异显著性检验(P<0.05)。
2
结果与分析
2.1
不同施肥处理对烤烟农艺性状的影响
不同施肥处理的烤烟农艺性状见表 3,表 3中的数据均为4次重复的平均值,同列数据后不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05),下同。
表 3
|
处理 |
株高/cm |
茎粗/mm |
有效叶片数/(片·株-1) |
鲜叶质量/(g·片-1) |
叶片厚度/mm |
平均叶长/cm |
平均叶宽/cm |
开片度 |
|
CK |
100.88 a |
28.65 d |
16.94 d |
76.37 d |
0.49 e |
75.44 |
21.43 |
0.28 a |
|
T1 |
98.56 a |
28.80 d |
17.38 cd |
78.92 cd |
0.54 d |
76.62 |
23.53 |
0.31 a |
|
T2 |
98.32 a |
40.20 c |
20.27 ab |
80.34 c |
0.67 c |
78.96 |
24.43 |
0.31 a |
|
T3 |
99.36 a |
40.46 c |
19.34 b |
87.03 b |
0.78 b |
84.05 |
24.04 |
0.29 a |
|
T4 |
103.29 a |
45.32 b |
18.67 bc |
86.38 b |
0.86 a |
84.87 |
24.95 |
0.29 a |
|
T5 |
103.86 a |
52.70 a |
21.13 a |
94.63 a |
0.87 a |
84.56 |
25.78 |
0.30 a |
从表 3可以看出:各处理的株高差异不显著(98.32~103.86 cm),但茎粗、有效叶片数和鲜叶质量在不同处理间表现出明显的差异,从CK处理到T5处理总体呈递增趋势,其中T5处理的茎粗(52.70 mm)、有效叶片数(21.13片/株)和单片鲜叶质量(94.63 g)分别较CK处理的显著提高83.94%、24.73%和23.91%;T4、T5处理的叶片厚度达到0.86、0.87 mm,较CK处理的分别显著增厚75.51%、77.55%。上述结果表明,特肥组合的添加优化了烟株形态建成,可能与腐殖酸促进根系生长发育及微生物菌剂活化土壤养分有关[2-3]。
2.2
不同施肥处理对烟叶产量的影响
不同施肥处理的烟叶产量见表 4。
表 4
|
处理 |
小区产量/(g·m-2) |
|
换算产量/(kg·hm-2) |
|
上等烟叶 |
中等烟叶 |
下等烟叶 |
合计 |
上等烟叶 |
中等烟叶 |
下等烟叶 |
合计 |
|
CK |
24.5 e |
152.1 d |
57.8 a |
234.4 e |
|
245 e |
1 521 d |
578 a |
2 344 e |
|
T1 |
38.1 d |
158.5 d |
57.1 a |
253.7 d |
|
381 d |
1 585 d |
571 a |
2 537 d |
|
T2 |
39.3 d |
184.9 c |
52.3 a |
276.5 c |
|
393 d |
1 849 c |
523 a |
2 765 c |
|
T3 |
63.7 c |
192.3 bc |
33.4 b |
289.4 b |
|
637 c |
1 923 bc |
334 b |
2 894 b |
|
T4 |
82.1 b |
200.3 b |
31.1 b |
313.5 a |
|
821 b |
2 003 b |
311 b |
3 135 a |
|
T5 |
94.3 a |
209.7 a |
18.3 c |
322.3 a |
|
943 a |
2 097 a |
183 c |
3 223 a |
从表 4可看出:T5处理的小区烟叶产量为322.3 g/m2,其中上等烟叶占比29.26%,是CK处理的3.85倍;下等烟叶比例降至5.68%,较CK处理下降68.34%。T4处理的总产量与T5处理的无显著性差异,但上等烟叶比例(26.19%)较低且下等烟叶比例(9.92%)较高。这种分级差异印证了含腐殖酸水溶肥与微生物菌剂配施对烟叶品质的协同提升作用,腐殖酸可通过调控碳氮代谢增强干物质积累,而枯草芽孢杆菌等菌株则可促进烟株对中微量元素的吸收[4, 7, 15]。
2.3
不同施肥处理对土壤理化性状的影响
采集试验前后不同施肥处理的土壤样品进行测定,其理化指标见表 5。
表 5
|
指标 |
试验前土样 |
|
试验后土样 |
|
对照区 |
处理区 |
对照区 |
处理区 |
|
pH |
7.82 |
7.75 |
|
7.67 |
7.43 |
|
w(有机质)/% |
3.78 |
3.75 |
|
3.16 |
4.34 |
|
w(碱解氮)/(mg·kg-1) |
48.32 |
44.49 |
|
48.05 |
54.52 |
|
w(有效磷)/(mg·kg-1) |
45.88 |
55.37 |
|
44.7 |
55.93 |
|
w(速效钾)/(mg·kg-1) |
269.06 |
184.64 |
|
270.54 |
275.76 |
|
w(交换性钙)/(mg·kg-1) |
218.26 |
184.33 |
|
221.36 |
231.44 |
|
w(交换性镁)/(mg·kg-1) |
42.05 |
54.32 |
|
38.46 |
63.41 |
|
w(有效铁)/(mg·kg-1) |
62.25 |
43.55 |
|
63.04 |
54.23 |
|
w(有效锰)/(mg·kg-1) |
27.33 |
30.46 |
|
32.41 |
30.34 |
|
w(有效铜)/(mg·kg-1) |
1.41 |
0.95 |
|
1.59 |
1.98 |
|
w(有效锌)/(mg·kg-1) |
1.92 |
2.34 |
|
1.67 |
1.94 |
从表 5可看出,特肥处理对土壤改良的效果突出。与试验前相比,试验后处理区的有机质质量分数提升至4.34%,较试验前增加15.73%,而对照区的下降16.40%。试验后处理区的速效钾质量分数达275.76 mg/kg,较试验前提升49.35%;交换性镁的含量增幅达16.73%。微量元素的动态变化尤为显著,试验后处理区的有效铜质量分数为1.98 mg/kg,增加108.42%,可能与整个园区使用了氢氧化铜防治青枯病相关;有效铁的质量分数为54.23 mg/kg,提升24.52%,这可能与微生物产生结构性质各异的铁载体[20]、养分库容的扩大及微生物菌剂分泌有机酸活化土壤固存养分相关。处理区的土壤pH从7.75降至7.43,提升了铁、锰等元素的生物有效性,但长期施用特肥对土壤酸化的影响,尚需持续观察。
综合比较表明,T5处理在优化烟株形态、提升优质烟叶比例及改善土壤肥力等3个方面均表现最优。该优势源于体系所构建的“有机-无机-生物”协同配施模式:腐殖酸促进土壤团粒结构形成,钙镁肥保障烟株细胞壁发育,微生物菌剂激活土壤磷钾库,氨基酸则直接强化烟株氮素代谢[13, 15, 21-22]。这种多维度养分调控模式为烤烟的绿色生产提供了技术范式。
3
讨论
试验结果表明,T5处理在烤烟农艺性状、产量及土壤改良方面均表现出较优的效果。从生理代谢角度看,TF_HA所含的小分子有机酸能螯合土壤中的矿质元素,提高烟株对钙、镁等中微量元素的吸收效率[23-24],这与烟株茎粗增至52.70 mm及叶片厚度较CK处理的提升77.55%的试验结果相吻合。TF_MI中的枯草芽孢杆菌通过分泌胞外多糖,在根系形成生物膜,不仅提高了水分的利用效率,还激活了烟株对苯丙烷类代谢的途径,该途径是烟叶香气物质合成的关键生化通道。TF_WA提供的螯合态铁、锰等元素,直接参与叶绿素合成[25-29],这是T5处理的鲜叶单片质量较CK处理的增加23.91%的原因。
在土壤改良层面,T5处理的协同效应尤为突出。微生物菌剂驱动有机质转化,使土壤中有机质质量分数从初始的3.75%提升至4.34%,增幅达15.73%。腐殖酸通过羧基官能团与钾离子结合[13],将速效钾质量分数从184.64 mg/kg提升至275.76 mg/kg,有效解决了试验地初始缺钾的问题。更值得注意的是,交换性镁含量较试验前提高16.73%,这与TF_CM的施用直接相关[6],而镁元素作为叶绿素核心组分,对烟叶光合产能的促进已在鲜叶质量数据中得到验证。这种土壤养分库容的扩大,为烟株全生育期均衡供肥奠定了基础。
T5处理的推广价值在于其经济效益与生态效益的统一。该处理的上等烟叶产量达943 kg/hm2,较常规施肥增产284.90%,且下等烟叶比例降至5.68%(CK处理的为24.66%)。按云南烟区现行收购价测算,仅上等烟叶增量部分即可增收2.1万元/hm2。但在推广中需关注区域适配性:对于pH低于7.0的酸性烟田,腐殖酸的持续施用可能加剧土壤酸化,建议搭配牡蛎钙改良剂进行缓解[30];在干旱产区则需优化微生物菌剂的施用方式,采用滴灌系统保障菌群活性[31]。
上述的区域适配性挑战,揭示了当前特肥组合在实际应用中仍存在机制不清、参数粗放等问题。要真正实现T5处理从“试验最优”向“大田普适”的转化,未来研究应聚焦3个方向:解析腐殖酸-微生物-根系分泌物的三重互作机制,以及根际菌群对腐殖酸分子结构的降解转化过程;开展不同生态区(如高原山地与丘陵平原)的施肥参数验证,建立基于土壤类型的特肥配比模型;探索绿肥轮作与T5处理的整合应用,通过紫云英等豆科植物固氮作用进一步降低化学氮肥用量,实现烤烟生产的绿色转型升级[2, 15, 23]。
4
结语
试验数据显示,T5处理的烟株茎粗较CK处理的提升83.94%,有效叶片数增加24.73%,鲜叶单片质量提高23.91%,上等烟叶产量增加284.90%。上述指标的提升得益于腐殖酸与微生物菌剂的协同作用:腐殖酸促进土壤团粒结构形成,使土壤孔隙度增加[32],同时激活烟草根系脱氢酶活性;解淀粉芽孢杆菌分泌的脂肽类物质增强了烟株的抗逆性。土壤检测结果进一步印证,该方案可使土壤中有机质含量提升15.73%,速效钾储量增长49.35%,交换性镁含量增加16.73%,形成“以肥养地”的良性循环。
基于上述结论,建议在云南保山类同生态区推广T5处理的核心技术框架。具体实施时需结合地块特征微调配方:对于pH>7.5的石灰性土壤,按20%比例增施农用硫黄粉调节酸碱平衡;在坡耕地应用时,配合起垄覆膜技术减少养分流失。值得注意的是,T5处理在初始速效钾质量分数<200 mg/kg的缺钾区域表现最佳,而针对滇东北高海拔烟区(年均温度<14 ℃),建议增加微生物菌剂用量至4.5 g/m2,以补偿低温环境下的菌群活性衰减。
未来研究需突破3个维度局限:在滇中、滇南等6个典型烟区开展多生态点验证,重点关注腐殖酸对不同土壤类型中微量元素活化的差异性响应;深化微生物群落动态监测,如采用宏基因组技术解析芽孢杆菌与土著菌群的互作机制;建立经济性评价模型,综合测算化肥减量15%条件下品质溢价与特肥投入的平衡点。