2020, Vol. 57
表1(Table 1)
2. 云南省烟草公司曲靖市公司，云南曲靖 655002;
3. 云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，昆明 650205;
4. 云南省烟草农业科学研究院，昆明 650021
2. Qujing Branch of Yunnan Tobacco Company, Qujing, Yunnan 655002, China;
3. Biotechnology and Genetic Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China;
4. Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences, Kunming 650021, China
云南是中式卷烟最大的核心基地，烤烟风格为西南高原生态区-清甜香型[1]，所产烟叶是我国各类高端品牌卷烟不可替代的原料。烤烟生产一直是云南农业的重要经济支柱，也是农民增收的重要途径。但长期以来，一些烟区和烟农片面追求产量和经济收益，重施化肥而轻施有机肥以及采取高复种模式，造成植烟土壤板结、酸化、养分不均衡、土壤碳氮比（C/N）和微生物活性降低[2]，以及烤烟肥料利用率和烟叶品质下降等问题[3]，在一定程度上已威胁到云南烟草产业的可持续发展[4]。
我国油枯（饼肥）资源丰富，一些烟区也有施用油枯的传统，油枯对增加烟叶产量、改善烟叶外观质量和提高香气含量发挥着很好的作用[5]。化肥减施是实现我国农业绿色发展的重要举措，其中有机肥替代化肥措施是第一选择[6]。近年来，我国烟草行业也开始尝试推行利用油枯替代部分化肥以实现烟草减肥、增产、提质和增效。菜籽油枯富含氮磷钾及多种中微量元素和小分子有机营养物质，在改土促烟上已展现出良好效果[7]，但也存在一些不足，如其在土壤中氮素释放速率与烤烟需肥不一致，易出现前期“供氮不足”但后期“供氮过多”，利用率低等问题[8]，因此需要与无机氮合理配施[9]，才可促进土壤微生物活性及氮素转化[10]，改善土壤C/N比、尿酶活性及微生物群落结构，优化根际环境，提高烤烟养分吸收利用率及烟叶品质[11-12]。有研究表明菜籽饼肥氮替代30%化肥氮的改土促烟效果较好[12-13]，也有研究发现菜籽饼与复合肥按25%：75%配施时提升烤烟品质的效果最好[14]，而油枯占比超过40%时则会降低烟叶品质[15]。
虽然已有关于油枯配施化肥对烤烟生长发育、产质量及养分利用的研究报道[5-15]，但菜籽油枯在烤烟生产上的科学施用必需考虑菜籽饼肥自身的特点、烟区气候和土壤特征以及烤烟主栽品种等因素，才能保证菜籽油枯的科学高效施用。云南是我国冬油菜主产地之一，2019年全省油菜种植面积30万hm2，产油菜籽60万t，预计可产菜籽油枯36万t[16]。为进一步提高云南菜籽油枯在改良植烟土壤和促进烤烟生产上的应用，本研究针对利用云南菜籽油枯研发制成的高端烟草专用菜籽油枯有机无机复混肥，选择曲靖烟区最典型的植烟土壤类型，开展大田试验，探讨该肥料对烤烟生长、产质量和养分利用效率的影响，旨在为进一步利用云南菜籽油枯资源，提升其在烤烟生产上的高效利用提供理论支撑。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验于2019年进行，试验地位于云南省曲靖市罗平县罗雄圭山（103°57′E，24°46′N，海拔1 480 m），前茬为油菜，土壤类型为黄壤，质地为轻黏土，烤烟移栽前耕层土壤pH 5.67，有机质30.19 g·kg-1，碱解氮147.3 mg·kg-1，有效磷46.25 mg·kg-1，速效钾284.3 mg·kg-1，除质地偏黏外，其他属性均适宜植烟。本试验地土壤类型及其理化属性状况在曲靖市烟区较为普遍，具有代表性。
1.2 试验材料供试烤烟品种：K326（主栽品种之一）。供试肥料：2种自主研发的菜籽油枯有机无机复混肥：1）OR30，油枯300 g·kg-1，N:P2O5:K2O= 15%:5%:18%，有机质722.9 g·kg-1；2）OR40，油枯400 g·kg-1，N:P2O5:K2O= 12%:5%:17%，有机质758.1 g·kg-1。烟草专用复合肥:N:P2O5:K2O=15%: 8%:25%；硝酸钾（N135 g·kg-1，K2O 465 g·kg-1），过磷酸钙（P2O5 160 g·kg-1），硫酸钾（K2O 500 g·kg-1）。
1.3 试验设计设置10个施肥处理（表 1）。其中，T1、T2、T3、T6和T7处理为常规施氮量（60 kg·hm-2），T4和T8处理为减氮10%（54 kg·hm-2），T5和T9处理增氮10%（66 kg·hm-2）。除T10外，各处理的磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）用量分别为90 kg·hm-2和180 kg·hm-2。大田试验采用随机区组设计，每个处理3次重复，每个小区面积60 m2，采用漂浮育苗，2019年4月26日移栽，株行距0.6 m×1.2 m，每个小区栽烟80株，覆盖地膜。T2~T9处理氮肥来自有机无机复混肥，用过磷酸钙和硫酸钾补足磷和钾。肥料施用方式上，除T3、T4、T7和T8处理的硝酸钾在烤烟移栽后长出第8片新叶时兑水一次追施外，其余肥料和其他处理的全部肥料均为移栽时作为基肥采用根区施肥（中层环施）一次性施入。大田其他管理措施按当地优质烤烟规范化生产进行。
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表 1 试验各处理设置 Table 1 Designing of the treatments of experiment |
于移栽后50 d（团棵期）和成熟采烤前，各小区选择健康有代表性烟株8株，按标准YC/T142-2010[17]测定烟株株高、茎围、有效叶片数、叶片长和宽，并计算叶面积和叶面积系数。
1.4.2 烤烟经济性状测定烟叶开始成熟时，按小区单独挂牌采收和烘烤，烤后烟叶按照GB2635-92[18]分级，统计等级比例、产量，按曲靖市2019年烟叶收购单价，计算产值。产指为亩（合667 m2）产值与C1F（中橘一）单价的比值，级指按均价/C1F单价×100计算。
1.4.3 烟叶化学成分及可用性指数计算以小区为单位，选取有代表性的B2F（上橘二）、C3F（中橘三）和X2F（下橘二）3个等级烟叶样品测定化学成分。采用连续流动分析仪（AA3型，德国）测定总糖和还原糖（YC/T159-2002）[19]、总氮（YC/T161-2002）[20]、烟碱（YC/T468-2013）[21]、钾（YC/T217-2007）[22]和水溶性氯含量（YC/T162- 2011）[23]。参考邓小华等[24]方法计算化学成分可用性指数（Chemical components usability index，CCUI）用以评价各处理的化学成分协调性。
1.4.4 烤烟根系指标及氮、磷和钾测定在成熟期，按小区选取6株烤烟固定，分3次分别采收上、中、下部叶。最后1次采叶连同茎、根采集，取样后用清水将烟株冲洗干净，其中对根系称取鲜物质量后，按《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T 142-2010）[17]，用排水法测定烟株根部体积。随后各器官分开在105℃杀青30 min，80℃下烘干分别测定干物质量，粉碎后混合均匀，制成分析样品，按NY/T 2017- 2011[25]标准，采用H2SO4-H2O2消煮，用全自动定氮仪（K9840型，中国）测定全氮，分光光度法测定全磷，火焰光度法测定全钾。根据薛如君等[26]方法计算肥料利用率，公式如下：
肥料表观利用率=（施肥区烤烟养分吸收量-空白区烤烟养分吸收量）/肥料施用量×100%
肥料生理利用率=（施肥区烟叶产量-空白区烟叶产量）/（施肥区烟株吸收养分量-空白区烟株吸收养分量）×100%
1.5 数据处理采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0软件进行统计分析，差异显著性检验采用最小显著差异（LSD）方法。
2 结果 2.1 油枯有机无机复混肥对烤烟农艺性状的影响由表 2可知，T10（不施肥）烟株在整个生育期长势均较差，其农艺性状显著低于其他处理。在烤烟移栽后50 d，与T1（CK）相比，施油枯有机无机复混肥的处理对株高、茎围、叶片数无显著影响，但T2、T4、T6和T8处理显著降低烟株叶面积及叶面积系数。在成熟采烤前，T2、T3、T5、T7和T9处理的烤烟株高、茎围、叶片数与CK处理亦无显著差异，但叶面积及叶面积系数分别显著增加了1.74%~4.51%、4.47%~19.11%，而T4、T6和T8处理的叶面积和面积系数较CK均有显著下降。上述结果表明，在相同肥料用量和施肥方式下，施OR30的处理采烤前烟株农艺性状表现优于OR40，表明添加油枯300 g·kg-1更有利于烟株生长发育；在OR30和OR40的高施氮量下，追施硝酸钾可促进烟株生长，显著提高叶面积及叶面积系数。
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表 2 施用油枯有机无机复混肥下的烤烟农艺性状 Table 2 Effects of application of organic-inorganic complex fertilizer on agronomic traits of flue-cured tobacco |
由表 3可知，T10处理烟叶各项经济性状显著低于其他处理。从烟叶等级结构看，T2、T4、T5和T9上等烟比例较T1（CK）显著增加4.59%~14.17%，中等烟比例以T6和T8最高。T2、T4、T5、T7和T9较CK显著增产2.69%~7.46%，其他处理产量较CK显著下降3.23%~36.62%。处理T2、T5和T9产值最高，较CK显著增加10.99%~13.46%，但三者间差异不显著，处理T4和T7次之，较CK产值分别显著增加7.63%和6.85%。产指、级指的变化规律与产值相似。上述结果表明，与CK处理相比，单施油枯有机无机复混肥，以T5和T9处理的综合效果最佳，在配施硝酸钾的条件下，分别以T4（减氮10%）和T7处理烟叶产量、产值最佳。
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表 3 施用油枯有机无机复混肥下的烤烟经济性状 Table 3 Effects of application of organic-inorganic complex fertilizer on economic traits of flue-cured tobacco |
由表 4可知，T10处理烟叶化学成分含量较低，协调性差。就总糖含量而言，施OR的8个处理总糖含量为201.6~363.7 g·kg-1，平均278.0 g·kg-1；与CK相比，上部烟叶以处理T3和T9相对较高，中部为T4和T9处理最高，下部为T8处理最高。施OR处理的还原糖含量为186.3~298.5 g·kg-1，平均236.9 g·kg-1，还原糖变化规律与总糖相似。就总氮含量而言，施OR处理的总氮含量为13.6~24.7 g·kg-1，平均18.0 g·kg-1，各处理上、下部烟叶总氮与CK差异不显著，中部烟叶总氮显著低于CK。施OR处理的烟碱含量为15.3~35.5 g·kg-1，平均23.1 g·kg-1，各处理上部烟叶烟碱含量与CK差异不显著，中部烟叶以T2和T3处理烟碱含量较高，下部烟叶为T2、T3、T6和T9处理较高。施OR的氧化钾含量为14.6~39.7 g·kg-1，平均24.4 g·kg-1，处理T2、T5、T6、T7和T9处理上部烟叶钾含量较高，中部烟叶以T2、T4、T5、T6、T7和T9处理较高，所有施OR处理的下部烟叶钾含量均显著高于CK。施OR的水溶性氯含量为2.8~11.9 g·kg-1，平均6.6 g·kg-1，各处理上部烟叶氯含量与CK差异不显著，中、下部烟叶氯含量升高。从中部烟叶化学成分差异看，与CK相比，T2、T4、T7和T9使烟叶总糖、还原糖、氧化钾和水溶性氯含量升高，总氮和烟碱含量下降，烟叶化学成分更趋于协调。上述结果表明，施用OR的处理对上、下部位烟叶品质的调控效应差异较小，而对中部烟叶品质的调控效应差异较大。
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表 4 施用油枯有机无机复混肥下的烟叶主要化学成分 Table 4 Main chemical components of the flue-cured tobacco relative to treatment |
由表 5可知，就烟株根际指标而言，T4、T5、T7和T9的根鲜物质量、根干物质量和根体积较CK分别显著增加3.74%~32.73%、3.71%~30.24%和7.09%~28.78%。就氮素利用而言，T2、T4、T5、T7和T9的氮素表观利用率和氮素生理利用率分别为34.27%~39.24%和30.34%~34.47%，较CK分别显著提高9.31%~25.17%和7.67%~22.32%。T2、T4和T9磷素表观利用率在6.28%~6.71%，分别较CK显著提高28.05%、19.85%和26.72%；T2、T4和T9磷素生理利用率为4.13%~4.54%，较CK分别显著提高14.71%、19.79%和21.39%。T2、T4、T5和T9钾素表观利用率33.51%~36.24%，分别较CK显著提高17.40%、13.96%、11.08%和8.55%；T2、T4、T5、T7和T9钾素生理利用率为32.97%~35.69%，较CK处理显著提高9.06%~21.98%。上述结果表明，单施油枯有机无机复混肥的T5和T9以及配施硝酸钾的T4（减氮10%）和T7处理可促进烟株根系发育，并能显著提高烤烟肥料利用率。
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表 5 施用油枯有机无机复混肥下的烤烟根系指标及肥料利用率 Table 5 Root indices and fertilizer use efficiency of flue-cured tobacco relative to treatment |
油枯是南方烟田应用较广泛的有机肥源，具有良好的替代化肥潜力[7]。适量油枯配施化肥可在一定程度上减少化肥用量，并能保证烟叶稳产或增产，烟叶等级结构、产值显著提高[14-15]。已有研究表明，添加油枯比例在30%以内时，烟叶产量、产值随油枯用量增加均呈上升趋势，烟叶化学成分更协调[13-15]。本研究表明，与化肥相比，单施油枯有机无机复混肥（OR30和OR40）时，以OR30（施纯氮60 kg·hm-2和66 kg·hm-2）以及OR40（施纯氮66 kg·hm-2）处理的烤烟产量和产值最高（表 3），说明添加油枯300~400 g·kg-1仍可保证烤烟整个生育期的养分供应。在追施硝酸钾条件下，OR30（施纯氮54 kg·hm-2，减氮10%）和OR40（施纯氮60 kg·hm-2）处理均可显著提高烟叶产量和产值（表 3）。综合比较而言，添加菜籽油枯300 g·kg-1更有利于提高烟叶产量、产值，这与已有的研究结果[14-15]一致；饼肥用量太大将导致速效养分不足，不能及时满足烤烟生长前期对养分的需求[27]。本研究发现，与T1（CK）相比，处理T2、T4、T7和T9提高了中部烟叶总糖、还原糖、氧化钾和水溶性氯含量，降低总氮和烟碱含量（表 4），从而改善烟叶化学成分的协调性，这可能是菜籽油枯促进了烤烟根系酶活性、土壤有机营养转化、碳氮代谢及烟叶各物质转化[10]，改善氮磷钾营养[12]，并使其氮素释放速率与烤烟养分吸收规律较一致[7-8]，从而提升烟叶品质。其中，烟叶钾含量显著升高可能与施复混肥有效减缓钾素释放有关[28]。本研究中，就化学成分可用性指数（CCUI）而言，油枯有机无机复混肥对中部烟叶总氮和烟碱的影响大于上部，这可能是复混肥中的有机氮优先供应烟株生长旺盛部位，上部烟叶氮素积累量增加速度大于中部叶，而转移速度小于中部[29]，且添加发酵油枯提高了中部烟叶的耐熟性所致[30]。
3.2 菜籽油枯有机无机复混肥对烤烟肥料利用率的影响油枯有机无机复混肥是含有机物质和无机营养的复混颗粒肥料，其氮素在土壤中水平方向上扩散迁移速度较复合肥氮素慢，养分释放较适合烤烟生长所需[31]，可促进烤烟根部对氮素的吸收，从而提高氮素利用率[32]。本研究中，与单施化肥相比，处理T2、T4、T5、T7和T9的氮磷钾表观利用率及生理利用率均显著提升（表 5），表明烟株对氮、磷、钾的利用能力提高，这与宋建群等[32]研究结果相似，一方面可能是因为发酵油枯富含小分子有机营养物质，施入后有利于根际土壤微生物菌群繁殖及其活性增强，从而促进土壤对肥料的吸附、氮转化作用，改善土壤性质及微生态[33]；同时有机无机复混肥中的大量元素和有机质保证了烟株体内养分平衡[34]，其中有机物料促进了土壤氮、磷的有效性，并降低了氮、钾离子的淋溶[35]，从而有利于养分吸收。另一方面，增施腐熟有机肥促进了烟株一级和二级侧根的发育，其中根数量、体积及干物质量显著提高[36]，改善土壤脲酶和蔗糖酶的活性，微生物生物量碳显著增加[37]，而且发酵菜籽油枯对根际固氮菌和磷、钾细菌具有选择富集作用，从而增强烟株根系活力和吸收能力[12]。本研究采用根区施肥（中层环施）方法，不但实现了肥料扩展空间与根区空间的吻合，而且肥料中的高有机质改善了根际土壤环境，促进根系发育，如T4、T5、T7和T9根系生物量和体积较CK显著增加（表 5），从而提高了肥料利用率。根区施肥提高肥料当季利用率已在烤烟生产实践中有不同程度的体现[38]。可见在烤烟生产中只有充分考虑肥料养分供应及肥料对根际有益微生物的影响，才能有效提高肥料利用率。本研究仅是一类烟田土壤和一年大田试验，结果的区域广泛应用性和效果的可持续年限，以及油枯有机无机复混肥的不同施肥量和施肥位点变化后，养分在土壤中的扩散分布特征及其对烟株根系构型、根际微生物的影响等，尚需进一步研究。
4 结论菜籽油枯有机无机复混肥可促进烤烟地上部和根部生长发育，提高烟叶产量和产值，改善烟叶化学成分协调性，显著提高肥料利用率，适宜在云南烟区推广应用，也是实现油枯资源合理利用、化肥减施及烤烟提质、增效的良好施肥模式。在相同肥料用量和施肥方式下，添加菜籽油枯30%（300 g·kg-1）的有机无机复混肥的综合效果更优。
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