2019, Vol. 56
2. 贵州毕节市烟草公司金沙公司，贵州金沙 551800;
3. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室（中国科学院南京土壤研究所），南京 210008
喀斯特地貌即水对碳酸盐类岩石进行以化学溶蚀作用为主，流水冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅等地质作用形成的岩溶地貌。我国的喀斯特地貌区约有5.4×105 km2，贵州省喀斯特分布面积约有1.3×105 km2[1]，该区地理环境较适合烤烟生长，种植烤烟已成为该区域农民最主要经济收入之一。贵州省是全国重要的烤烟产地之一，其中产量位居全国第二[2]。贵州烟叶生产中施用有机肥呈逐年增长的趋势，其中主要分布在金沙县、仁怀县、道真县等地[2]。西南喀斯特地区由于其自身的物质基础和特殊的二元结构，成为我国四大生态环境脆弱区之一，随着人为活动的增加，喀斯特土壤退化问题日益严重[3]，同时，由于受到微地形和立体气候等因素的影响，喀斯特土壤也存在空间高度异质性的特点[4]。所以在喀斯特烟区施加有机肥，探讨其对土壤性状及其烤烟生态及产质量的影响具有重要的科学意义。
研究发现，施用定量的有机肥能够在一定程度上提升土壤有机质，同时由于不同用量及类型的有机肥在组成及性状上的差异，施用后对土壤肥力性状影响程度也存在较大差异[5]。此外，许多研究发现，单施化肥后，有机质含量下降60.5%，碱解氮含量下降62.5%，速效钾含量下降70.7%，同时，长期单施化肥会造成土壤黏重，物理性状变差，土壤容重增加5.1%，土壤孔隙度降低2.1%[6]。由于不合理施用化肥，一方面造成了投入成本的增加，另一方面有增加土壤氮素淋失的风险从而造成肥料利用率的下降，导致土壤环境问题日益严峻[7]。同时，当前普通有机肥的研究仍存在施用过程中的局限性，如有机肥发酵不彻底[8-9]，长期施用后土壤过氧化氢酶活性降低，前期养分释放慢，速效养分偏低等[10]，从而导致烟田土壤前期供氮不足，后期供氮过多，这与烤烟生长“前期多，后期少”的氮肥需求规律相违背[11]。
本研究的特点是在利用当地普通酒糟有机肥原料的基础上，经过特殊发酵技术充分腐熟转化为速效养分较高的有机肥，通过田间小区试验以期验证该特制酒糟有机肥在喀斯特烟区大田环境下对烤烟生长与产质量的影响。随着特制有机肥的添加，不同用量的特制有机肥对喀斯特烟区土壤性状及烤烟生态及产质量的影响需要进一步探讨和论证。
1 材料与方法 1.1 供试土壤试验于2017年在贵州省毕节市金沙县烟草科技园基地进行（106º22′E，27º49′N），气候属于亚热带温暖湿润性气候，年均气温为12.5℃~16.5℃，年均降水量为1 050 mm，年日照时长为1 098 h。土壤为页岩发育的黄壤，质地为粉砂质黏壤土。试验烟田土壤的基本理化性状：有机质22.8 g·kg-1，速效磷22.1 mg·kg-1，速效钾325 mg·kg-1，有效硫71.7 mg·kg-1，氯离子21.3 mg·kg-1，pH 6.32。土壤颗粒组成：黏粒（< 0.002 mm）45.1%，粉粒（0.002~0.05 mm）42.1%，砂粒（0.005~2.0 mm）12.8%。
1.2 试验设计试验共设常规酒糟有机肥3 t·hm-2（CK）、特制酒糟有机肥3 t·hm-2（T1）、特制酒糟有机肥3.6 t·hm-2（T2）、特制酒糟有机肥3.6 t·hm-2+钾肥300 kg·hm-2（T3）、特制酒糟有机肥1 t·hm-2+化肥2 t·hm-2（T4）等5个处理，其中特制酒糟有机肥为深度腐熟的酒糟有机肥（全氮含量约为40 g·kg-1）。每个处理设3个重复，采取随机区组排列，每个小区面积为70 m2，共计15个小区，烟苗行株距为1.1 m×0.55 m。供试烤烟品种为当地适宜的烤烟种植品种K326。所有试验处理的施肥均按照贵州烟草公司的有关技术规范实施，首先将有机肥料进行条施，然后起垄移栽烟苗，移栽当天每个小区施入烟草专用提苗肥。
1.3 烤烟农艺性状及病害调查分别在团棵期、旺长期、成熟期测定烤烟株高、茎围、有效叶片数及叶面积等农艺性状，每个小区随机观测记录10棵烟株。同时进行烤烟病害调查，参照烟草病虫害分级及调查方法[12]，分别调查各处理烤烟的病害发生情况，并计算烤烟发病率[13]。
发病率（%）=（发病烟株数）/（调查总烟株数）×100
1.4 烤烟根际指标测定每个小区各选取3株长势均匀一致的代表性烟株，截取烟株根部供实验分析，首先称取新鲜烟株根部重量，然后在105℃高温下杀青15 min，然后再以65℃烘至恒重，分别记录根部的新鲜态和干物质的质量。按照《烟草农艺性状调查方法》（YC/T142—1998）中的要求，采用排水法测定烟株根部体积[14]。
1.5 烟叶常规化学成分分析烟叶成熟时分小区进行采收和编竿，在当地烤房按照三段式烘烤工艺进行挂牌烘烤调制，烤后由毕节市烟草公司技术人员按照国家标准进行分级，分级后统计各校区烟叶总质量和各等级烟叶质量。根据2017年贵州省毕节市烟叶收购价格计算烤烟产值，并计算各小区烟叶均价及上、中等烟叶比例。最后，收集烤后中部烟叶作为测定样品，在45℃条件下烘干至恒重，粉碎、过60目筛，测定氮、磷、钾、氯、烟碱、总糖、还原糖等常规化学成分指标含量，分析方法参照文献[15]。
1.6 统计分析采用Microsoft Office Excel 2016进行数据处理及作图，并运用IBM SPSS Statistics 22.0进行统计分析，采用LSD法进行数据间差异的多重比较，Duncan检验进行单因素显著性检验（P < 0.05）。
2 结果 2.1 特制酒糟有机肥处理对烤烟生长的影响从烤烟农艺性状来看（表 1），烟苗移栽大田后进入团棵期，T2处理的株高显著低于CK处理（P < 0.05，下同），T1处理的茎围显著高于T3处理，T1处理的叶面积显著高于T2处理，其他处理间均无显著差异；在烤烟进入旺长期后，烟株生长加快，除T2处理的茎围与叶面积显著低于其他处理，其余各处理均无显著差异；当烤烟进入成熟期时，T4处理的株高和茎围分别显著高于T3、T2处理，T2处理的叶面积显著低于其他处理，其余各处理之间并无显著差异。
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表 1 不同特制酒糟有机肥处理对烤烟农艺性状的影响 Table 1 Effects of specialized vinasse organic manure on agronomic traits of flue-cured tobacco relative to treatment in the experiment |
由表 2可知，T4处理的烤烟根鲜重、根干重及根体积均显著高于其他各处理，其余各处理之间差异不显著，不同有机肥处理的根鲜重表现为T4 > T3 > T1 > T2 > CK；根干重表现为T4 > T2 > T1 > T3 > CK；根体积表现为T4 > T3 > T1 > T2 > CK。
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表 2 不同特制酒糟有机肥处理的烤烟根际指标 Table 2 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on rhizoshpere indices of flue-cured tobacco |
由表 3可知，根鲜重、根体积与叶面积、株高、茎围、叶片数等指标呈正相关，但相关性不显著。根鲜重、根体积、根干重相互之间均呈现显著正相关，其中根干重与根鲜重的相关系数高达0.932；茎围与叶面积、叶片数与株高相互之间均呈显著正相关，根干重与叶面积、叶片数呈现负相关，但相关性不显著。
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表 3 烤烟根系指标与地上部形态指标的相关系数 Table 3 Correlation coefficients between root indices and shoot indices of flue-cured tobacco |
不同酒糟有机肥处理的烤烟产量T4处理产量最高，为1 623 kg·hm-2（表 4），其次是T3处理，为1 533 kg·hm-2，再次是T1处理，为1 463 kg·hm-2，之后是T2处理，为1 434 kg·hm-2，CK处理最低，为1 299 kg·hm-2。与CK相比，各处理的产量均有不同幅度的增加，T1、T2、T3、T4处理使产量分别增加12.6%、10.4%、18.1%和25.0%。每千克烟叶均价以T1处理最高，为22.8元，其次是T2处理和CK处理，为22.6元，最低是T3处理和T4处理，为21.7元。每公顷烟叶产值以T4处理最高，为35 219元，其次是T1处理和T3处理，分别为33 356元、33 266元，再次是T2处理，为32 408元，CK处理最低，为29 357元；同时，每公顷烟叶的增收值分别为3 999、3 051、3 909、5 862。从烟叶结构等级来看，T1和T2处理的上等烟叶比例较CK处理提高了13.6%、5.5%。
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表 4 不同特制酒糟有机肥处理对烤烟产量的影响 Table 4 Effects of specialized vinasse organic manure on yield of flue-cured tobacco |
由表 5可知，T4处理的黑胫病发病率最高，为7%，其次是T3处理，为5%，再次是CK处理，发病率为3.33%，最低是T1和T2处理，发病率均为1.7%；从气候斑点病的结果来看，T2处理的气候斑点病发病率最高，达到33%，其次为CK处理，为13%，再次是T4处理，也有10%的发病率，T3处理的发病率为8.3%，最低是T1处理，发病率为5%；花叶病的发病情况与黑胫病、气候斑点病均存在差异，除CK处理（发病率：1.7%）与T1处理（3.3%）呈现出发病情况外，其余各处理均未出现该病害的发生。
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表 5 不同特制酒糟有机肥处理对烤烟病害的影响 Table 5 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on plant disease of flue-cured tobacco |
从表 6的结果来看，所有处理的烟碱含量范围为1.78%~2.91%，其中有机肥处理的T1为1.78%、T2为2.59%、T3为2.62%处理的烟碱含量均低于CK处理（2.70%），而T4处理的烟碱含量最高，达到2.91%。从总氮含量的结果来看，除T4处理（1.54%）的总氮含量高于1.5%之外，其余处理均低于1.5%。从总磷含量来看，各处理的总磷含量大小排序为T1 > T3 > T2 > CK > T4，与总氮含量变化相反。从总钾含量来看，不同处理的总钾含量大小排序为T1 > T4 > T3 > T2 > CK，所有处理的总钾含量均低于2%，比较烟碱、总氮、总磷、总钾的结果来看，各处理之间均无显著差异。烤烟的总氯含量变化除T4处理（0.06%）显著低于CK处理（0.10%）和T3处理（0.10%）外，其余各处理间无显著差异。烤烟的总糖含量与还原糖含量的变化呈现出一致性，均表现为T1 > CK > T2 > T3 > T4，其中T1处理最高，分别为21.3%、17.7%，T4处理最低，分别为14.7%、12.5%，且T1处理与T4处理存在显著差异，其余各处理均无显著差异。
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表 6 不同特制酒糟有机肥处理对烟叶化学成分的影响 Table 6 Effects of the use of specialized vinasse organic manure on chemical composition of flue-cured tobacco |
烤烟生育期间的农艺性状与肥料施用存在一定程度的相关性，从研究结果来看，添加不同有机肥后，进入团棵期表现出叶面积的提升，在旺长期，则表现为株高、茎围和叶面积的综合提升，进入成熟期后，有利于叶片数和叶面积等性状的提升，从而有利于叶片干物质的积累和转化。这可能是由于使用了适量的有机肥后，有利于土壤速效养分的提升，使之进入大田生育期后有机肥能长期、持续、平稳地为烟株提供所需养分[16]。优质烟叶的生长发育应符合“前期早发、中期快长、后期落黄”的生长特征[11]，通过有机肥的添加能够使烤烟农艺性状呈现出生长优势，然而某些指标与对照没有明显优势，主要原因可能是由于不同用量及类型的有机肥释放速度存在着差异，同时不同有机肥存在着腐熟程度和配置比例的差异，均会对烤烟的生长发育造成影响[17]。
从烤烟根系指标的结果来看，不同有机肥的施入促进根系重量和体积的提升，主要原因可能是有机肥的施入提升了土壤肥力及改善了烟株根际土壤环境，曹仕明等[18]发现，施用腐熟秸秆肥增加了土壤细菌、放线菌、硝化细菌和氨化细菌的数量，在烤烟旺长期达到最高值；同时也增加了土壤磷酸酶和脲酶的活性。曾宇等[19]认为，通过大田实验施加腐熟秸秆后，土壤含水率可增加0.66%~44.1%，土壤容重降低可达1.59%~12.2%，且容重随秸秆用量的增加而降低，同时，对根系的影响体现在垂直方向上的生长，增加了根冠比。李艳平等[20]认为，有机肥的施用对土壤根际生态区域的影响关系密切，提高了烤烟根系活力，于移栽后60d较对照提高了200%；同时土壤脲酶、蔗糖酶和微生物生物量碳分别较对照提高了53.5%、34.0%和61.9%。高家合等[21]发现，增施腐熟有机肥促进了烤烟一级和二级侧根的发生发育，一级和二级侧根的长度、数量、体积及干重显著提高。
从烤烟病害的调查结果来看，添加不同有机肥后，烤烟病害状况有着不同程度的改善。张子颖等[22]发现，添加一定量的碳基肥料后，气候斑点病发病率下降13.4%~47.3%，花叶病发病率下降5.04%~39.7%。吕达[23]经过大田试验的研究发现，有机肥配施化肥对黑胫病、气候斑病、花叶病均有很好的抗性。羊小洪等[24]则认为烤烟病害的发生也与有机肥的种类与施用时间存在相关性，腐熟秸秆有机肥较腐熟猪粪和菜籽饼有机肥对烟叶花叶病的发病率和病情指数有更好的控制。窦玉青等[25]发现，配施有机肥可以增加烟株抗病性，减少烟叶发病率，其中黑胫病的平均发病率可以减少84.6%。
3.2 特制酒糟有机肥的添加对烤烟产质量的影响从烤烟的产量结果来看，施加特制酒糟有机肥后，烟叶产量均呈增加趋势，最高产量为T4处理，达到1 623 kg·hm-2，最低为T2处理，为1 434 kg·hm-2；在增产率方面，施加特制酒糟有机肥处理的烟叶增产率为10.4%~25.0%。韩小斌等[26]发现，有机肥和饼肥的添加可以显著提高烟叶产量，较不施有机肥处理的产量提高12.3%，有机肥处理的产量最高可达到2 195 kg·hm-2。王洪云等[27]通过添加腐熟菜籽油枯发现，烟叶产量产值均呈上升趋势。此外，有些学者则认为有机肥添加效应存在差异，如马坤等[28]则认为，虽然产量方面有机肥配施无机肥达到最高，而单施有机肥处理的产量则呈现出下降的趋势，但烟叶品质则出现改善，烟叶质量效应高于产量效应。刘月华等[29]的田间试验结果显示，不同种类有机肥处理的烟叶则较对照出现下降趋势，减产幅度最大达到了38.2%。
从烤烟的内在品质结果来看，施加特制酒糟有机肥后，促进植烟土壤养分的协调，提高烟株对土壤及肥料养分的吸收，其中烟叶氮和烟碱含量趋于协调，呈现降低的趋势；磷、钾含量呈现升高的趋势，氯含量则进一步降低；同时影响糖类的积累，改善了烟叶的协调性。这与杨云高等[30]、毛君杰等[31]的结果基本一致，这可能是因为有机肥的添加可以提高氮素的矿化率，但有机肥配施化肥的氮矿化率仍可能低于单施化肥处理，土壤氮素矿化量与有机质、全氮储量、活性炭、氮组分均呈显著的线性相关，同时氮矿化率随有机质及全氮含量的提高而提高后基本趋于稳定[32]。而黄志浩等[33]通过田间试验发现，化肥配施有机肥处理的土壤硝态氮淋溶累积量均显著高于有机肥替代化肥处理。此外也有学者认为，有机肥的输入会在不同程度上增加烤烟生育期根际土壤有机质、水溶性碳含量、微生物生物量碳和氮含量，烟株根际土壤有机质和水溶性碳含量随有机碳输入量的增加而增加，而微生物生物量碳和氮则呈先增加后下降的趋势，这与生育前期对氮素吸收和累积的增加，生育后期显著降低的结论是一致的[34]。
4 结论本试验立足于喀斯特烟区土壤质地黏重，养分含量下降等基本状况，综合考虑了4种特制酒糟有机肥施入方式对喀斯特烟区土壤环境的影响，研究其对烤烟农艺性状、根际指标、抗病性和烟叶品质等方面的影响。试验发现，不同特制酒糟有机肥施入后，有利于土壤养分的提高，提高烟株生长发育和根系指标及对烟株病害的抗性，增加烟叶产量，降低烤烟的烟碱、全氮及糖分含量，提高磷、钾离子的含量，进一步协调烟叶内部化学品质。特制酒糟有机肥适宜在喀斯特烟区推广应用，可以有效利用当地丰富的酒糟资源，实现烟草农业的绿色、生态与循环发展。但关于不同土壤类型下特制酒糟有机肥的种类选取及合理施用量的确定仍需进一步探究。
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2. Jinsha Branch Company of Bijie, Guizhou Tobacco Company, Jinsha, Guizhou 551800, China;
3. State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China