不同用量高碳基有机肥对烤烟生长及产质量的影响

路 丹， 张得平， 梁永进， 石保峰，韦建玉， 袁 维， 李界秋， 首安发， 沈方科*

(1.广西大学 农学院， 广西 南宁 530004； 2.广西大学 植物科学国家级实验教学示范中心， 广西 南宁 530004； 3.广西壮族自治区烟草公司 贺州市公司， 广西 贺州 542899； 4.广西中烟工业有限责任公司， 广西 南宁 530001)

广西贺州市是国内典型浓香型特色优质烟叶产区之一，贺州烟叶在“真龙”品牌卷烟配方中起到重要作用。但是，贺州烟区耕地的复种指数高，长期烟-薯轮作、烟-烟连作等种植模式，致使土壤结构板结，导致烟叶产量低、品质差、土传病害严重和土壤生态环境退化等问题的产生[1]。另外，烟农为了获得高产，连年大量施用化学肥料，也造成植烟土壤C/N比失衡，使烤烟营养发育不良、抗病性差和产量低，进而影响真龙品牌卷烟的生产与销售。采用物理、化学和生物调控措施可有效消减或调节烟草连作产生的系列问题。生物调控措施主要是通过施用各种有机肥，调节土壤中酶活性，促进微生物活动，从而有利于养分循环及作物对养分的吸收利用。生物炭因具有较大的比表面积和较高的孔隙度[2-4]，施入土壤中可以有效调节土壤碳氮比，能够吸附土壤中的有害物质、促进养分循环及微生物活动[5]，被广泛地应用到土壤改良中。将生物炭与有机肥按一定比例混合后配制成高碳基有机肥，其效果比单施生物炭或有机肥的施用效果更佳。已有研究表明，高碳基有机肥施入土壤后可以调节土壤结构、降低土壤容重、促进根系对养分的吸收[6-8]，降低烤烟的发病率[9]，提高烟叶的糖含量及香气物质[10]、产量与质量[11-12]。烤烟生产上施用高碳基有机肥对改良植烟土壤生态环境、消减烟草连作病害、提高烟叶产量和品质具有重要的现实意义。广西贺州内典型浓香型特色烟叶区鲜见烤烟生产施用高碳基有机肥的研究报道。为此，研究高碳基有机肥不同施用量对烤烟生长及产质量的影响，以期寻求贺州烟区高碳基有机肥的适宜施用量，为高碳基有机肥在贺州烟区大面积推广应用及优质特色烟叶的生产提供参考。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1品种供试烟草品种为K326，由贺州市烟草公司提供。

1.1.2肥料高碳基有机肥(有机质>50%，N+P2O5+K2O>5.45%，pH 7.82)，河南惠农土质保育研发有限公司生产；复合肥(N-P2O5-K2O 为12-9-24)，米高(遵义)科技肥业有限公司生产；硫酸钾(K2O 50%)，山东海化股份有限公司生产。

1.1.3仪器紫外可见分光光度计(UV-2450),上海岛津；连续流动化学分析仪(AA3),德国希尔；原子吸收光谱仪(ZEENIT 700P)，德国耶拿。

1.2试验地概况

试验于2017年2-10月在广西贺州市钟山县公安镇大龙村进行，试验区域属于典型亚热带季风气候，雨量充沛，光照充足，土壤肥力中等，适宜烟叶种植。土壤基本理化性状为有机碳16.53 g/kg、全氮 1.40 g/kg、全磷1.01 g/kg、全钾 8.45 g/kg、铵态氮10.24 mg/kg、硝态氮 8.26 mg/kg、有效磷 20.13 mg/kg、速效钾160.25 mg/kg和pH 4.85。

1.3方法

1.3.1试验设计根据高碳基有机肥施用量的不同，共设4个处理。对照(CK)，不施用高碳基有机肥；HC1，施高碳基有机肥375 kg/hm2；HC2，施高碳基有机肥750 kg/hm2；HC3，施高碳基有机肥1 125 kg/hm2。采用随机区组设计，3次重复，小区面积为66.6 m2。肥料用量为N 167.7 kg/hm2，P2O5127.5 kg/hm2，K2O 363.9 kg/hm2。高碳基有机肥全部作为基肥施用，分条施和穴施，其中，HC1的375 kg/hm2全部用于穴施，HC2的375 kg/hm2用于条施后起垄，375 kg/hm2用于穴施，HC3的750 kg/hm2用于条施后起垄，375 kg/hm2用于穴施。烟草后期的水分管理及采收烘烤措施按照贺州市标准化烟叶生产技术要求执行。

1.3.2样品采集与指标测定

1) 农艺性状。在烤烟生长中期每个小区选取有代表性的15株烟叶，分别测定株高、茎粗、有效叶片数、最大叶面积和单叶重。

最大叶面积=最大叶长×最大叶宽×0.634 5

式中，最大叶长与最大叶宽单位均为cm，最大叶面积单位cm2，0.634 5为叶面积指数[13]。

2) 经济性状及产量。烟叶成熟后按小区采收、烘烤并分级，统计各小区产量及上等烟、中上等烟比例。

3) 烟叶化学成分。烟叶全部烘烤结束后，各处理选择X2F、C3F和B2F等级样品各1 kg，装入密封袋后带回实验室烘干粉碎后进行化学指标分析。

烟叶总氮、总磷和总钾均采用H2SO4-H2O2消煮[14]，总氮采用连续流动化学分析仪测定，总磷采用紫外可见分光光度计-钒钼黄比色法测定，总钾采用原子吸收光谱仪测定；烟叶总糖、还原糖采用0.50 mol/L乙酸浸提-连续流动化学分析仪测定；烟碱采用紫外可见分光光度计-紫外比色法测定[15]；粗蛋白=(总氮含量-烟碱含量)×6.25×100%[16]。

1.4数据处理

采用Excel 2016处理数据，SPSS 24.0进行统计分析。

2结果与分析

2.1高碳基有机肥对烟株农艺性状的影响

从表1看出，不同处理烟株的株高、茎粗、有效叶片数、最大叶面积和单叶干重的变化。株高和单叶干重：施用高碳基有机肥各处理和CK较为接近，其变幅分别为82.60～87.00 cm和5.99～6.56 g，各处理间差异均不显著。茎粗：HC1最粗，为32.11 mm；HC2其次，为31.11 mm；CK最细，为29.15 mm；HC1显著高于CK，与HC2、HC3差异不显著；HC2、HC3与CK差异不显著。有效叶片数：施用高碳基有机肥各处理和CK较为接近，其变幅分别为18.73～20.00片/株，HC3与CK差异显著，其与HC1和HC2差异不显著；HC1、HC2与CK差异不显著。最大叶面积：HC1最大，为1 391.66 cm2；HC3其次，为1 373.02 cm2；CK最小，为1 171.43 cm2；HC1、HC2和HC3间差异不显著，HC1和HC3与CK差异极显著。

表1不同用量高碳基有机肥烟株的农艺性状

注：同列不同小写字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)；同列不同大写字母表示处理间差异达极显著水平(P<0.01)，下同。

Note: Different capital and lowercase letters in the same column indicate significant difference atP<0.01 andP<0.05 levels, respectively. The same below.

2.2高碳基有机肥对烤后烟叶化学成分含量的影响

2.2.1氮磷钾、粗蛋白质及烟碱从表2看出，不同处理各部位烟叶总氮、总磷、总钾、蛋白质和烟碱含量的变化。

1) 总氮。不同处理各部位烟叶均低于2.50%的最适含量。上部叶：CK最高，为1.71%；HC3其次，为1.67%；HC1最低，为1.48%；HC1显著低于CK和HC3，HC1与HC2差异不显著。中部叶：HC3最高，为1.69%；HC2其次，为1.65%；CK最低，为1.33%；各高碳基有机肥处理均极显著高于CK，HC3与HC2间、HC2与HC1间差异均不显著。下部叶：HC1最高，为1.58%；HC3其次，为1.52%；CK最低，为1.30%；HC1极显著高于CK，与HC2和HC3差异不显著；HC2和HC3与CK差异显著。

2) 总磷。上部叶：不同处理总磷含量差异不大，其变幅为0.22%～0.26%，HC2显著高于HC3，HC1、HC2和CK间，HC1、HC3和CK间差异均不显著。中部叶：总磷含量变幅为0.22%～0.30%，HC1显著高于CK，极显著高于HC2和HC3；CK、HC2和HC3间差异不显著。下部叶：CK最高，为0.28%；HC1其次，为0.24%；HC2最低，0.16%；CK与 HC1差异显著，二者极显著高于HC2和HC3，HC2与HC3差异显著。

3) 总钾。上部叶：CK(2.72%)>HC1(2.54%)>HC3(2.36%)>HC2(2.11%)，CK与HC2差异极显著，与HC1差异不显著，与HC3差异显著；HC2与HC3差异不显著。中部叶：CK(2.92%)>HC1(2.87%)>HC3(2.40%)>HC2(2.26%)，CK与HC1差异不显著，二者极显著高于HC2；HC2与HC3差异不显著。下部叶：CK(3.29%)>HC2(2.86%)>HC3(2.84%)>HC1(2.76%)，CK与HC1差异显著，与HC2、HC3差异不显著；HC1、HC2和HC3三者间差异不显著。

4) 蛋白质。上部叶：HC3(7.60%)>CK(7.58%)>HC2(6.25%)>HC1(5.19%)，不同处理间差异均不显著。中部叶：HC3(8.55%)>HC1(7.57%)>HC2(7.49%)>CK(6.42%)，HC3极显著高于其余处理，CK极显著低于其余处理，HC1与HC2差异不显著。下部叶：HC2(8.22%)>HC3(8.01%)>HC1(7.72%)>CK(6.17%)，CK极显著低于其余处理，HC1、HC2和HC3三者间差异不显著。

5) 烟碱。上部叶：CK(3.01%)>HC3(2.75%)>HC1(2.63%)>HC2(2.23%)，CK极显著高于HC1和HC2，与HC3差异显著；HC1与HC2差异极显著。中部叶：HC2(2.70%)>HC1(2.40%)>HC3(1.92%)>CK(1.84%)，HC2与CK、HC3差异极显著，与HC1差异显著；CK与HC3差异不显著。下部叶：HC1(2.10%)>HC3(1.43%)>CK(1.27%)>HC2(1.04%)，HC1极显著高于其余处理，HC2极显著低于其余处理，HC3与CK差异极显著。

表2高碳基有机肥不同施用量各部位烟叶氮/磷/钾、蛋白质及烟碱的含量

Table 2 Contents of total nitrogen, phosphorus, potassium, protein and nicotine in tobacco leaves applied with different dosage of high-carbon-based organic fertilizer %

叶位Position处理Treatment总氮Total N总磷Total P总钾Total K蛋白质Protein烟碱Nicotine上部叶CK1.71±0.06 aA0.24±0.03 abA2.72±0.20 aA7.58±0.33 aA3.01±0.10 aA Upper leavesHC11.48±0.14 bA0.24±0.01 abA2.54±0.20 abAB5.19±1.40 aA2.63±0.12 bBHC21.61±0.04 abA0.26±0.02 aA2.11±0.18 cB6.25±2.26 aA2.23±0.04 cCHC31.67±0.08 aA0.22±0.01 bA2.36±0.11 bcAB7.60±0.71 aA2.75±0.20 bAB中部叶CK1.33±0.03 cB0.25±0.03 bAB2.92±0.29 aA6.42±0.12 cC1.84±0.08 cB Central leavesHC11.61±0.03 bA0.30±0.02 aA2.87±0.16 aA7.57±0.20 bB2.40±0.10 bAHC21.65±0.02 abA0.22±0.02 bB2.26±0.10 bB7.49±0.33 bB2.70±0.27 aAHC31.69±0.04 aA0.22±0.01 bB2.40±0.10 bAB8.53±0.17 aA1.92±0.06 cB下部叶CK1.30±0.07 bB0.28±0.01 aA3.29±0.47 aA6.17±0.83 bB1.27±0.02 cC Lower leavesHC11.58±0.04 aA0.24±0.02 bA2.76±0.03 bA7.72±0.17 aA2.10±0.10 aAHC21.49±0.13 aAB0.16±0.02 dB2.86±0.10 abA8.22±0.75 aA1.04±0.08 dDHC31.52±0.05 aAB0.20±0.02 cB2.84±0.13 abA8.01±0.27 aA1.43±0.04 bB

注：优质烟叶氮含量的适宜值为2.50%以下，烟碱含量的适宜值为2.20%～2.80%[17]。

Note:The suitable value of nitrogen content in high quality tobacco leaves is less than 2.50%, and the suitable value of nicotine content is 2.20%-2.80%[17].

2.2.2烤后烟叶化学成分及比值烤烟化学成分含量高低及其彼此间的协调关系影响烤烟的质量，糖氮比、糖碱比和施木克值(水溶性总糖/蛋白质)是评价烟叶中化学成分协调性和烟叶质量的主要指标[18]。一般优质烤烟适宜的糖氮比为6.0～10.0，糖碱比为6.0～10.0，施木克值为2.00～2.50，糖碱比与糖氮比以接近10.0最好[15]。从表3可见，不同处理各部位烟叶总糖、还原糖、施木克值、糖氮比和糖碱比的变化。

1) 总糖。上部叶：HC2(27.18%)>HC3(23.80%)>HC1(23.43%)>CK(18.71%)，CK极显著低于其余处理，HC2显著高于HC1和HC3，HC1与HC3差异不显著。中部叶：HC3(27.66%)>HC2(27.30%)>CK(26.52%)>HC1(24.97%)，各处理间差异均不显著。下部叶：HC3(32.06%)>HC2(31.05%)>HC1(27.27%)>CK(25.12%)，HC3极显著高于HC1和CK，HC2与HC3间、HC1与CK间差异均不显著，HC1与HC2差异显著。

2) 还原糖。上部叶：HC1(26.24%)>HC2(25.50%)>HC3(21.97%)>CK(19.09%)，HC1、HC2显著高于CK，二者与HC3差异不显著；HC3与CK差异不显著。中部叶：HC2(26.94%)>CK(26.29%)>HC3(25.42%)>HC1(25.12%)，各处理间差异均不显著。下部叶：HC2(30.92%)>HC3(29.43%)>HC1(27.52%)>CK(22.16%)，CK极显著低于其余处理，HC1与HC2差异显著，HC2与HC3间、HC1与HC3间差异均不显著。

3) 施木克值。上部叶：HC1(4.07)>HC2(3.78)>HC3(3.15)>CK(2.47)，HC1极显著高于HC3和CK，HC1与HC2差异不显著，HC3与CK差异显著。中部叶：CK(4.14)>HC2(3.65)>HC1(3.30)>HC3(3.24)，CK极显著高于HC1和HC3，与HC2差异显著；HC1～HC3间差异不显著。下部叶：HC3(4.01)>CK(4.00)>HC2(3.80)>HC1(3.53)，各处理间差异均不显著。

4) 糖氮比。上部叶：HC1(15.99)>HC2(15.53)>HC3(14.23)>CK(10.91)，HC1与HC2差异不显著，二者显著高于CK；HC3与CK差异不显著，HC1～HC3间差异不显著。中部叶：CK(19.92)>HC2(16.55)>HC3(16.41)>HC1(15.49)，CK极显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。下部叶：HC3(21.09)>HC2(20.95)>CK(19.44)>HC1(17.19)，HC2与HC3差异不显著，二者与HC1差异显著；HC2和HC3与CK间、HC1与CK间差异均不显著。

5) 糖碱比。上部叶：HC2(9.38)>HC3(8.67)>HC1(7.21)>CK(6.22)，各处理间差异均不显著。中部叶：CK(14.49)>HC3(14.41)>HC1(10.41)>HC2(10.18)，CK与HC3差异不显著，二者极显著高于HC1和HC2，HC1与HC2差异不显著。下部叶：HC2(29.89)>HC3(22.46)>CK(18.81)>HC1(12.96)，HC2极显著高于其余处理，HC1极显著低于HC3和CK，HC3与CK差异显著。

表3 高碳基有机肥不同施用量各部位烟叶的化学成分含量

2.3高碳基有机肥对烤后烟叶质量的影响

从表4看出，不同处理烤后烟叶上等烟比例、中上等烟比例和上部烟叶比例的变化。上等烟比例：高碳基有机肥各处理均极显著高于CK，HC1、HC2和HC3较CK分别提高12.94%、19.00%和37.23%，HC3极显著高于HC1和HC2；中上等烟比例：高碳基有机肥各处理与CK接近，HC1、HC2和HC3较CK分别提高5.80%、0.32%和2.84%，处理间差异均不显著。上部烟叶比例：随着高碳基有机肥用量的增加而提高，且高碳基有机肥各处理均高于CK，HC1、HC2和HC3较CK分别提高2.83%、27.68%和32.80%。

表4高碳基有机肥不同施用量烤后烟叶的质量

Table 4 The quality of tobacco applied with different dosage of high-carbon-based organic fertilizer %

处理 Treatment上等烟 High class leaves比例比CK提高中上等烟Mid-high class leaves比例比CK提高上部烟叶Upper leaves比例比CK提高 CK34.77±0.69 cC-85.91±1.71 aA-29.68-HC139.28±1.41 bB12.9490.91±3.27 aA5.8030.522.83HC241.42±0.93 bB19.0086.27±1.95 aA0.3237.9027.68HC347.74±1.73 aA37.2388.39±3.20 aA2.8439.4232.80

2.4高碳基有机肥对烤烟经济性状的影响

从表5可知，不同处理烤烟的产量、产值和均价等的变化。产量：施用高碳基有机肥各处理烤烟烟叶的产量均较CK有所提高，HC1、HC2和HC3较 CK分别提高5.15%、26.06%和20.31%，HC2、HC3与HC1、CK间差异极显著，HC1与CK差异不显著。产值：HC3最高，为47 786.55元/hm2；HC2其次，为46 792.80元/hm2；CK最低，为3 7214.25元/hm2；均价：HC3(22.70元/kg)>HC1(22.24元/kg)>CK(21.28元/kg)>HC2(21.22元/kg)。与CK相比，HC1、HC2和HC3增加产值分别为3 685.80元/hm2、9 578.55元/hm2和10 572.30元/hm2；增加产值率分别为9.90%、25.74%和28.41%。扣除高碳基有机肥投入成本(按3200元/t计)，净增产值分别为2 485.80元/hm2、7 178.55元/hm2和6 972.30元/hm2，净增产值率分别为6.68%、19.29%和18.74%。

表5高碳基有机肥不同施用量烤烟的经济性状

注：计算净增产值时，高碳基有机肥按3 200元/t成本扣除。

Note: When calculating the net increase of output value, high carbon-based organic fertilizer is deducted at the cost of 3 200 yuan/t.

3结论与讨论

烤烟生长前期的株高、茎粗、有效叶片数、最大叶面积、单叶重和生物量等主要农艺性状受烤烟品种、土壤养分及类型、气候条件和施肥等各种措施的影响。烤烟的农艺性状可以反应烟株的生长发育状况及营养水平，从而影响烤烟的产量及品质[12]。生物炭/黑炭因其含有丰富的矿物质和有机碳，孔隙度高，吸附能力强，并且呈碱性，施用后可提高土壤的pH和阳离子交换量(CEC)，调节土壤碳氮比，有利于土壤养分的有效性提高，并促进土壤形成良好结构体。因此，生物炭是近10年来农业上应用较广的土壤改良剂。将生物炭与化肥或有机肥配置而形成的生物碳肥料对烟叶前期生长及增产均具有较好效果[19-22]。研究结果表明，高碳基有机肥可显著提高烤烟的茎粗、有效叶片数和最大叶面积，从而提高烤后烟叶的产量及中上等烟比例，与崔志燕等[23]的研究结果一致。

烤烟的氮磷钾、烟碱、粗蛋白、总糖和还原糖含量对烤烟品质的形成具有重要作用，在一定程度上反映着干物质的积累与碳素的供应水平。但是，烟叶的品质不仅仅取决于某一化学成分的含量，而是取决于各成分间的比例是否协调[24-25]。生产优质烟叶的关键是降糖提碱，使碳氮比、糖碱比及施木克值趋于适宜值[26]。气候、施肥、土壤环境和海拔等因素对烟叶的品质形成具有重要影响。通过各种调控措施改变土壤生态因子，可以有效改善烟叶的品质[27-28]。研究结果表明，施用高碳基有机肥，烤烟的化学成分含量及协调性均发生改变，显著提高中部烟叶的烟碱含量，但同时也提高中部烟叶的总糖含量。总体看，施用高碳基有机肥均降低中部烟叶糖碱比和糖氮比，其比值趋于10的适宜值，表明高碳基有机肥对烟叶品质的提高具有积极影响。这是由于高碳基施入土壤后，土壤的生态环境发生改变，土壤酶活性增强，微生物活动增强，为根系的生长提供了有利的环境，从而促进养分的循环转化以及干物质的积累[29]。

高碳基有机肥主要通过提高烟叶的最大叶面积、茎粗及有效叶片数，从而提高烟叶的产量与品质，进而提高经济效益。随着施用量的增大，投入成本也随着加大，增值效益反而降低[30]。研究结果表明，只有施用适量的高碳基有机肥，才更有利于烤烟产量的提高，在高碳基有机肥不同施用量的各处理中，烟叶产值为1 125 kg/hm2>750 kg/hm2>375 kg/hm2>不施用，但净增产值却是750 kg/hm2>1 125 kg/hm2>375 kg/hm2>不施用，施用750kg/hm2高碳基有机肥，净增产值达7 178.55元/hm2。