有机无机复配调理剂对酸化土壤性状和烟叶产质量的影响

陈桢禄，潘晓英，卢钰升，黄振瑞，顾文杰，郭俊杰，魏 彬，曾瑜玲，刘意旋，何经纬，李集勤

（1广东省农业科学院作物研究所/广东省农作物遗传改良重点实验室/广东省烟草育种与综合利用工程技术研究中心，广州 510640；2中国烟草总公司广东省公司，广州 510000；3广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广州 510640；4广东烟草梅州市有限公司，广东梅州 514000；5广东烟草梅州市有限公司大埔县分公司，广东大埔 514200）

0 引言

良好的土壤条件是优质烟叶系统工程的基础，是特色烟叶种植的重要载体[1]。植烟土壤物理结构组成、有机无机养分状况、pH、微生物群落活性等直接关系着烟草根系的生长发育以及烟叶的品质和产量[2]。梅州烟区是广东第二大烟叶产区，其主要植烟土壤类型为麻沙泥田，该类土壤以偏酸性为主，部分土壤pH＜5，土壤中钙镁等矿质元素较缺乏，其不均衡的土壤理化特性已成为制约当地优质烟叶高质量发展的主要障碍因子之一[3]，亟需对该烟区植烟土壤进行改良和维护。土壤调理剂作为改良酸性土壤环境的重要措施，其不仅能有效改善土壤理化性状，平衡土壤养分状况，增加土壤有益微生物数量，提高微生物和酶活性，且对烟叶产质量形成具有良好的促进作用[4-6]。近年来，众多学者对不同特性的调理剂进行了酸化土壤改良效果的研究。卢钰升等[7]通过盆栽试验表明研发的新型土壤调理剂能显著提高植烟沙泥田土壤pH 0.52个单位，土壤速效氮、有效磷养分含量显著提高22.5%和48.8%。张玉树等[8]研发的多功能调理剂明显提高了肥料利用率，降低了烟株发病率和病情指数，显著促进了烤烟生长，提高烤烟产量和质量。黄化刚等[9]研究表明，多孔改良剂施用提升土壤pH 0.02～0.23个单位，土壤碱解氮、有效磷和速效钾分别提高3.39%～15.2%、10.8%～50.9%及1.78%～37.0%，且有助于改善烟叶化学成分协调性。邢世和等[10-11]报道称，石灰+菌棒组合改良剂处理的土壤pH、速效氮磷钾、交换性钙和镁分别较对照增加21.33%、44.81%、63.97%、123.2%、56.70%和88.64%，土壤脲酶、过氧化氢酶、纤维素酶及磷酸酶的活性得到提升。淡俊豪等[12]研究表明，施用土壤调理剂可显著提高植烟土壤微生物碳代谢强度和群落功能多样性。然而，过往研究报道中的调理剂主要以矿物类调理剂为主，但其所用原料繁杂，理化性质各异，产品质量参差不齐，某些以钢渣或水淬渣等为原料制成的土壤调理剂，长期施用甚至会对土壤产生二次障碍，而传统的石灰改良措施，其过量施用也会破坏土壤养分平衡[13-14]。因此，开发一种安全无风险、针对性强、功能全面、效果好、稳定性强的烟草有机无机土壤调理剂将具有宽广的应用前景。鉴于此，本研究以课题组前期研制出的绿色环保有机-无机营养土壤调理剂以及市售的海洋类调理剂和生物炭为研究对象，通过大田比较试验验证其效果，以期实现有机、无机和生物协同改良土壤和提升烟叶产质量的目的，为烟区推广应用新型调理剂提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年1—7月在广东省梅州市大埔县西河镇下黄砂村（北纬24°30′33″，东经116°44′46″）进行，该试验地属于亚热带季风气候区，海拔90 m，土壤类型为麻沙泥田，前作为水稻，田块方正平整，土壤基础肥力状况为：pH 4.88，有机质含量27.94 g/kg，碱解氮含量140.49 mg/kg，有效磷含量213.70 mg/kg，速效钾含量292.50 mg/kg。

1.2 试验材料

供试改良剂为有机无机复配调理剂（有机质≥14%，黄腐酸≥1%，复合微生物菌剂≥1.5%，CaO≥20.0%，pH 9.5）和有机无机复配优化调理剂（有机质≥10%，蛋清溶菌酶≥0.1%，聚天冬氨酸≥1%，复合微生物菌剂≥1.5%，K2O≥24.0%，CaO≥20.0%，pH 10.2），二者由广东省农业科学院农业资源与环境研究所研制提供；海洋类虾肽海螺甲壳素调理剂（海洋生物钙、活性镁、锌≥35%，虾肽氨基酸≥5%，甲壳素≥0.5%，pH 10.5）购买于湛江市博泰生物科技有限公司；稻壳生物炭（pH 9.8，含碳量≥50%）购买于镇江泽地农业生物科技有限公司。供试烟草品种为‘云烟87’。

1.3 试验设计

试验设计5个处理，分别为T1：不施改良剂(CK)；T2：有机无机复配调理剂；T3：有机无机复配优化调理剂；T4：海洋类虾肽海螺甲壳素调理剂（以下简称海洋类调理剂）；T5：稻壳生物炭。每种改良剂用量均为1500 kg/hm2，待烟田起垄后以条施形式施入。试验设3次重复，随机区组设计，共计15个小区，每个小区植烟40株，烟株行株距为1.2 m×0.5 m，试验区四周设置保护行，选取7叶1芯整齐一致烟苗于1月18日同一时间移栽，每个小区施肥和田间管理水平保持一致。

1.4 测试指标及方法

1.4.1 烟叶经济性状农艺性状及经济性状 按照《烟草农艺性状调查测量方法》标准(YC/T142—2010)，在打顶期每小区随机选取5株烟株进行测定[15]；烟叶烘烤调制后，按照《烤烟（第3版）[S]》标准(GB 2635—1992)对每个小区的初烤烟叶进行分级，计算其产量、产值、上等烟比例、上中烟比例和均价[16]。

1.4.2 烟叶化学成分 每个小区选取出初烤烟上部叶(B2F)和中部叶(C3F)各1 kg，用于内在化学成分分析，总糖、总氮、还原糖、蛋白质、总烟碱、钾和氯含量等采用荷兰SKALAR San++间隔流动分析仪测定。

1.4.3 土壤性状 在烟叶采收结束后，按着五点法用土钻在每个小区5～20 cm耕层采集土样，并将每个小区土样混合均匀，自然风干后分成两半，一份用于土壤性状检测，另一份过1 mm筛孔后用于土壤酶活性检测。土壤性状指标参照文献[17]测定方法：土壤pH采用酸度计电位法；有机质含量采用重铬酸钾法；碱解氮采用碱解扩散法；速效钾采用醋酸铵浸提—火焰分光光度法；有效磷采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；全氮采用凯氏定氮法；全磷采用高氯酸—硫酸—钼锑抗比色法；全钾采用高氯酸—硫酸—火焰光度计法；交换性钙和交换性镁含量测定采用醋酸铵交换—原子吸收光度法。

1.4.4 土壤酶活性土壤 转化酶、脱氢酶、磷酸酶和脲酶参照文献[18]分别采用3,5-二硝基水杨酸比色法、氯化三苯基四氮唑比色法（TTC法）、2,6-双溴苯醌氯酰亚胺比色法和靛酚蓝比色法。

1.4.5 土壤微生物群落 细菌、真菌、放线菌等微生物群落测定参照文献[19]采用平板稀释法。

1.5 数据处理

采用Excel 2010及SPSS20.0等软件进行试验数据分析与处理，并采用邓肯新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

如表1所示，4个调理剂处理的株高、有效叶数、茎围、最大叶长和最大叶宽均大于对照T1处理，其中株高、有效叶数、茎围和最大叶长以T3处理最大，分别较对照T1显著提高8.53%、14.19%、7.40%和8.21%，除T3处理有效叶数显著大于T5处理外，4个调理剂间其他各项指标差异不显著。总之，调理剂施用促进了烟株生长，改善了烟株农艺性状，为产量提升打下基础。

表1 不同调理剂处理的烟株农艺性状

2.2 不同处理对烟叶经济性状的影响

如表2所示，所有调理剂处理的产量、产值、上中等烟比例和均价均高于对照T1处理，其中以T3处理最高，其产量、产值和均价显著高于对照T1处理28.76%、46.98%和14.16%，其次为T4和T2，二者产量、产值和均价显著高于对照T1处理18.26%、31.57%和11.25%以上。总的来看，所有处理的经济性状综合表现为T3＞T4＞T2＞T5＞T1，说明施用土壤调理剂有利于改善烟叶的经济性状，其中以T3处理最优。

表2 不同调理剂处理的烟叶经济性状

2.3 不同处理对烟叶化学成分的影响

烟叶的化学成分是评价烟叶质量的重要组成部分。如表3所示，中部叶(C3F)：T1、T2、T3和T5处理的总糖和还原糖含量显著高于T4处理10.62%和13.3%，T4处理的二者含量更接近适宜值；各处理间的总氮(2.05% ～2.22%)、烟 碱 (2.11% ～2.86%)、钾 (3.07% ～3.20%)、氯(0.44%～0.54%)和蛋白质含量(7.29%～8.00%)以及氮碱比(0.78～0.99)接近，均在适宜范围内，但处理间差异不显著；T4处理的糖碱比显著低于其他处理，比值偏低，其他处理比例均在适宜范围内。上部叶(B2F)：T1和T5处理的总糖和还原糖含量显著高于T2、T3和T4处理20.27%和22.57%以上；各处理的总氮 (2.38% ～2.84%)、钾 (2.56% ～2.78%)、氯 (0.41% ～0.59%)和氮碱比(0.79～0.91)均在适宜范围内，但处理间差异不显著；T5处理的烟碱含量低于其他处理，但所有处理的烟碱含量基本处于适宜范围内；T1处理的蛋白质含量显著低于T2、T3和T4处理，但后三者含量略超出适宜值；所有处理的糖碱比均偏低，其中以T4处理比值最低。总的来看，与对照T1相比，中部叶以T4处理的化学成分相对协调。

表3 不同调理剂处理的烟叶化学成分

2.4 不同处理对土壤性状的影响

如表4所示，所有调理剂处理的pH均高于对照T1处理，其中T3处理较对照T1显著提高0.32个单位；所有调理剂处理的有机质和全氮含量均高于对照T1，但差异不显著；各处理间的全磷和有效磷含量差异不显著；T3、T4和T5处理的全钾和碱解氮含量显著高于对照T1处理7.08%和5.74%以上；所有调理剂处理的速效钾、交换性钙和交换性镁含量均高于对照T1处理，其中T2和T3处理的速效钾含量显著高于对照T1处理20.53%以上，T4处理的交换性钙和交换性镁含量较对照T1处理显著提升152.37%和56.34%以上。因此，施用调理剂对于提升土壤养分具有一定的促进作用，总体而言，T4和T3处理的田间施用效果较为突出。

表4 不同调理剂处理的土壤养分状况

2.5 不同处理对土壤酶活性的影响

如表5所示，T4处理的转化酶和脱氢酶活性显著高于其他处理，其含量较对照T1处理高93.67%和78.65%；所有调理剂处理磷酸酶活性均高于对照T1处理，但处理间差异不显著；T3、T2和T4处理的脲酶活性均显著高于对照，其中T3处理较对照对照T1处理高26.23%。总的来看，相比对照T1处理，T4处理的土壤酶活性提升效果明显，T3处理次之。

表5 不同调理剂处理间的土壤酶活性

2.6 不同处理土壤微生物群落的影响

如表6所示，4个调理剂处理的细菌数量显著高于对照T1处理35.26%以上；真菌数量以T5处理最高，T2处理次之，二者数量分别较对照T1处理显著高50.9%和28.38%；4个调理剂处理的放线菌数量均高于对照T1处理，其中以T3处理数量最高，显著高于对照25%。总体来看，不同调理剂处理均在一定程度上丰富了土壤微生物群落数量。

表6 不同调理剂处理的土壤微生物群落 CFU/g

3 结论

综上所述，调理剂在改善烟株农艺性状、提高烟叶产质量、提升土壤养分和丰富微生物群落等方面均有较好的促进作用，其中以有机无机复配优化调理剂效果最佳，海洋类调理剂次之，后续可进行小面积示范验证。

4 讨论

4.1 调理剂对烟株生长及烟叶产质量的影响

利用外源调理剂改良酸化植烟沙泥田土壤，最终目的是为获得产质兼优的烟叶产品，实现烟叶生产可持续发展。本研究中4种土壤调理剂对烟株农艺性状和烟叶的产质量均有一定改善作用。过往其他人在不同烟叶产区也得出相似研究结果，简盛义等[20]报道，在贵阳烟区施用土壤改良剂能显著增加烟株的株高、茎围和叶面积。邓小华等[21]研究认为，在湘西烟区施用酸性土壤改良剂可分别提高烟叶上等烟比例、产量和产值18.67%～26.58%、3.70%～7.51%和0.63%～6.29%，同时改善了烟叶物理特性和化学成分。胡亚杰等[22]在贺州烟区研究结果表明，土壤调理剂处理的上等烟比例、上中等烟比例、均价、产量和产值等经济指标分别较对照提高20.3%、2.2%、5.5%、5.5%和10.7%。此外，也有人对不同类型调理剂施用效果进行了对比研究，张玉树等[23]报道称，其自主研发的复合型多功能土壤调理剂较白云石粉更促进烤烟生长，提高烤烟产量、质量和经济效益。孙延国等[24]研究表明，海洋类调理剂鱼蛋白和微藻肥显著提高了中部叶最大叶长、干物质积累量，其烤后烟叶产量和产值分别较对照提高11.75%～27.79%和20.05%～29.84%。笔者前期研究结果显示，有机无机营养调理剂和生物碳改良剂效果好于纯矿物质类调理剂，其烟叶产量和产值显著高于对照20.00%和54.02%以上[25-26]。其原因可能为调理剂中添加的有机成分如黄腐酸、氨基酸、复合微生物菌剂、促生菌剂和生物炭等，可以改善土壤微生态环境，增强微生物对碳源的利用，活化土壤养分，提高土壤养分利用率，促进了作物根系对养分的吸收和地上部生长[27-28]。

4.2 调理剂对土壤理化性质的影响

土壤酸化会降低于土壤中微生物和土壤酶类活性，使土壤中H+增加，净电荷减少，造成钙、镁、钾等养分离子的吸附量显著减少，不利于植物的生长发育[29-30]。土壤调理剂具有改良土壤酸碱度与质地结构、改善养分供应状况等作用[31]。据邓小华等[32]报道，施用调理剂后，烟叶收获期土壤pH较对照提高0.39～0.54个单位。本研究中有机无机复配优化调理剂处理显著提高土壤pH 0.32个单位，其他调理剂处理提升幅度不明显，可能与不同调理剂原料组分不一有关。有研究显示，梅州烟区麻沙泥田自身土壤磷素水平已处于高度盈余现状[33]，本研究中对照和调理剂处理的有效磷含量均超过500 mg/kg，属于极高水平，因此，无论调理剂或肥料施用应严格控制磷素摄入量，以防土壤磷素继续超标。众多研究表明[10,34]，土壤调理剂施用能增加土壤速效养分和中微量元素含量。与对照相比，本试验中2种有机无机复配调理剂和海洋类调理剂处理土壤中的速效钾、交换性钙和交换性镁含量提升明显，这与笔者前期研究结果一致[26]，可能与调理剂中无机成分含有丰富的矿质养分有关，而生物炭由于成分单一，提高土壤矿质养分的作用有限。土壤酶和土壤微生物是生态系统的重要组成成分，是表征土壤肥力质量的重要指标[35]。武盼盼等[36]研究报道，炭基土壤调理剂能够明显提高玉米根际土壤细菌和放线菌数量，降低土壤真菌数量，这与本研究结果较为一致，本研究中2种机无机复配调理剂处理的土壤细菌和放线菌数量均有提升，但真菌数量变化规律不明显，笔者前期试验也得出相同结果[26]，这可能与有机无机复配调理剂配制过程中加入的对土传病害具有拮抗作用的复合微生物菌剂，更有利于放线菌等有益微生物活动和繁殖有关。本研究中2种机无机复配调理剂和海洋类调理剂处理的土壤转化酶酶和脲酶均得到显著提高，这与武盼盼等[36]和邓小华等[37]研究结果一致，说明上述3种调理剂增强了土壤有效氮的供应能力和可溶性物质的转移能力。