红壤条件下不同土壤改良剂对土壤氮供应和烟株抗病性的影响.pdf

江西农业学报 2023，35（10）：8086ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.10.013红壤条件下不同土壤改良剂对土壤氮供应和烟株抗病性的影响张鲁民1，2，杨焕文2，何建忠1，龙云生1，周 磊1，吕亚媚1，吕 凯2，徐照丽3*，欧阳铖人2*（1.云南省烟草公司红河州公司技术中心，云南 红河 652399；2.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；3.云南省烟草农业科学研究院，云南 昆明 650021）摘 要:以烤烟品种K326为试验材料，化肥处理为对照，探究红壤条件下不同土壤改良剂（有机肥和生物炭）对烟株长势、产量、经济效益以及土壤供氮能力的影响。结果表明：（1）生物炭处理和有机肥处理的烟株长势优于化肥处理，其中团棵期生物炭处理的烟株长势优于有机肥处理，旺长期和成熟期表现为有机肥处理优于生物炭处理。（2）与化肥处理相比，有机肥处理与生物炭处理的青枯病发病率分别降低了6.70%、21.13%，黑胫病的发病率分别降低了84.78%、69.57%，花叶病的发病率分别降低了33.33%、16.67%。（3）对烤烟产量、产值以及中上等烟比例等的影响程度排序为：有机肥处理生物炭处理化肥处理；与化肥处理相比，有机肥和生物炭处理的产量分别提高了3.85%、2.22%，产值分别提高了4.94%、3.21%，中上等烟比例分别提高了3.75%和2.50%。（4）生物炭处理和有机肥处理的土壤供氮能力优于化肥处理，团棵期时生物炭处理的土壤供氮能力优于有机肥处理，旺长期和成熟期则反之。整体来看，旱地红壤类型下有机肥处理下烤烟的田间表现要优于生物炭处理，更有助于提高烟叶产量和土壤改良效果。关键词:烤烟；红壤；生物炭；有机肥；土壤供氮能力 中图分类号：S572 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）10-0080-07Effects of Different Soil Amendments on Soil Nitrogen Supply and Disease Resistance of Tobacco Plants under Red Soil Conditions ZHANGLu-min1,2,YANGHuan-wen2,HEJian-zhong1,LONGYun-sheng1,ZHOULei1,LYUYa-mei1,LYUKai2,XUZhao-li3*,OUYANGCheng-ren2*（1.TechnologyCenter,HongheTobaccoCompany,YunnanTobaccoCompany,Honghe652399,China;2.CollegeofTobaccoScience,YunnanAgriculturalUniversity,Kunming650201,China;3.YunnanAcademyofTobaccoAgriculturalSciences,Kunming650021,China）Abstract:Inthisstudy,K326wasusedasthestudymaterialandchemicalfertilizertreatmentasthecontroltoinvestigatetheeffectsofdifferentsoilamendments（organicfertilizerandbiochar）onthegrowth,yieldandeconomicbenefitsoftobaccoplantsandsoilnitrogensupplycapacityunderredsoilconditions.Theresultsshowedthat:（1）Thegrowthoftobaccoplantsinbiocharandorganicfertilizertreatmentswasbetterthanthatinchemicalfertilizertreatment.Thegrowthoftobaccoplantsinbiochartreatmentwasbetterthanthatinorganicfertilizertreatmentduringtheresettlingperiod,buttheoppositewastrueduringthevigorousgrowingperiodandthematureperiod.（2）Comparedwithchemicalfertilizertreatment,theincidenceofgreenblightwasreducedby6.70%and21.13%,theincidenceofblackshindiseasewerereducedby84.78%and69.57%,andtheincidenceofleafblightwerereducedby33.33%and16.67%inorganicfertilizertreatmentandbiochartreatment,respectively.（3）Theorderofyieldsandeconomicbenefitsoftobacco,theproportionofmediumandtop-qualitytobaccowasorganicfertilizertreatmentbiochartreatmentchemicalfertilizertreatment.Comparedwiththechemicalfertilizertreatment,theyieldsoftheorganicandbiochartreatmentswereincreasedby3.85%and2.22%,theproductionvaluewasincreasedby4.94%and3.21%,andtheproportionofmedium-gradetobaccoincreasedby3.75%and2.50%,respectively.（4）ThesoilNsupplycapacity收稿日期：2023-07-19基金项目：国家重点研发计划（2022YFD1901500）；云南省烟草公司科技计划项目（20235300000241020）；湖南中烟工业有限责任公司项目（KY2020JD0008）。作者简介：张鲁民（1980），女，山东菏泽人，助理农艺师，主要从事烟草栽培生理生化研究。*通信作者：徐照丽、欧阳铖人。10 期张鲁民等：红壤条件下不同土壤改良剂对土壤氮供应和烟株抗病性的影响81ofbiocharandorganicfertilizertreatmentswasbetterthanthatofchemicalfertilizertreatment.ThesoilNsupplycapacityofbiochartreatmentwasbetterthanthatoforganicfertilizertreatmentintheresettlingperiod,buttheoppositewastrueduringthevigorousgrowingperiodandthematureperiod.Inconclusion,theflue-curedtobaccoinorganicfertilizertreatmentunderdrylandredsoilconditionswasbetterthanthatofbiochartreatment,whichcouldhelptoimprovetobaccoyieldandincreasethesoilimprovement.Key words:Flue-curedtobacco;Redsoil;Biochar;Organicfertilizer;Soilnitrogensupplycapacity0 引言烤烟是我国重要的经济作物之一，年种植面积和产量居世界第一1。施肥是提高烤烟产量和改善烟叶品质的关键措施之一。近年来，大量化肥投入到烟田中，带来了烟田土壤养分富集、面源污染风险加剧等问题2-3。大量化肥施用导致土壤有机质含量锐减、土壤结构变差，进而造成了烟叶的产量与品质显著降低4-5。如何改善退化土壤、修复土壤、提升土地质量、提高烟叶产量是实现农业可持续发展面临的关键问题。采用土壤改良剂如增施有机肥和生物炭来改善植烟土壤是近年来烤烟栽培研究的热点之一。李培培等6-7研究发现，生物炭能够降低土壤容重，提高土壤水分含量和土壤pH值，进而改善土壤结构和提升土壤肥力。王媛等8-9研究表明，增施生物炭能够显著提高土壤速效氮、磷、钾的含量，促进烤烟根系的健康发育，显著提高烤烟的株高和干物质积累量。Oladele等10研究发现，生物炭与氮肥配施能够减少硝酸盐的淋失、提高水稻产量和土壤养分的有效性。杜为研等11-12研究表明，施用有机肥能够增加土壤有机质含量，改善土壤的理化性质，同时提高土壤微生物的活性。卢钰升等13-15研究表明，施用有机肥能够改善土壤微环境，促进烟株对大量元素和中量元素的吸收与利用，从而提高烟株的产量和品质。朱克亚等16研究表明，合理使用土壤改良剂可以有效改善土壤理化特性，提高肥料利用率，增加烤后烟叶产量的稳定性，提高中上等烟比例、均价和产值。综上所述，生物炭和有机肥在改善土壤理化性质、提升烟叶质量和产量方面具有重要的作用。近年来，有不少研究发现土壤改良剂（有机肥和生物炭）在有效降低烤烟病害方面发挥着重要的作用。Elmer等17-18研究表明，生物炭可用来防治烟草青枯病、芦笋根腐病。管恩娜等19-20研究表明，烟田施用生物炭能够抑制烟草黑胫病病原菌菌丝的生长，从而降低发病率，且随着连作时间的增加生物炭对病害的抑制效果也逐渐减弱。李小慧等21研究结果表明，常规施肥（基肥减量20kg/667m2）+烟秆有机肥20kg/667m2能显著降低烟草黑胫病的发病率。吕大树等22研究表明，有机肥与化肥减量配施能有效降低烤烟各种病害的发生，其中40%化肥+60%有机肥+生物炭处理下烟株的发病率较低。上述研究表明，以有机肥和生物炭为代表的土壤改良剂在改善土壤理化性状和降低烤烟病害方面的效果显著。然而，由于不同土壤改良剂的土壤养分供应能力等特性存在差异，因此在相同土壤类型等环境条件下不同土壤改良剂的施用效果会有差异。目前，关于旱地红壤（云南省植烟区中最常见的土壤类型，占云南省植烟区总面积的30%以上）条件下不同土壤改良剂（有机肥和生物炭）对烤烟生长和抗病性影响的研究鲜有报道。基于此，本研究以旱地红壤为对象，以K326为试验材料，探究旱地红壤条件下施用生物炭和有机肥对烟株生长、抗病性以及土壤养分供应的影响，以期为烟田管理提供合理的参考依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验于2021年4月10月在云南省弥勒市弥阳镇菜花庄村（103 45 46 E，24 37 34 N，海拔1451m）开展。该地区属亚热带季风气候区，年平均气温17.3，年降雨量9001100mm，年日照时数2131.4h。试验地土壤为旱地红壤（中国分类标准），土壤基本理化性质：土壤pH值6.21，有机质含量13.2g/kg，全氮含量1.44g/kg，全钾含量8.17g/kg，总磷含量1.13g/kg，硝态氮含量3.42mg/kg，铵态氮含量11.13mg/kg。1.2 试验材料供试品种为当地主栽烤烟品种K326。供试肥料：复合肥（N-P205-K2O=12-12-25）；生物炭由烤烟秸秆在高温厌氧条件下通过碳化设备制成（颗粒直径0.30.6mm，含水量3.6%、碳含量68.5%、氮含量3.6%）；有机肥为商品有机肥（N-P205-K2O=3-2.5-1.5）；硫酸钾（K2O50%）。1.3 试验设计试点采用随机区组设计，即设置了单施化肥、江 西 农 业 学 报35 卷82增施生物炭和增施有机肥3个处理，每个处理3次重复，共9个小区。每个小区的面积为3.6m18.0m。于2021年4月在移栽前进行理墒打塘，行距1.2m，塘距0.6m。移栽时有机肥和生物炭处理每塘施入生物炭30g/株、有机肥30g/株，均为混匀环施。同时基肥与追肥按3 7比例施入化肥底肥。所有处理的化肥施入量按照纯氮75kg/hm2、纯磷75kg/hm2、纯钾150kg/hm2施用，含量不足的用硫酸钾代替施入。试验于2021年5月1日进行移栽（烟苗由当地烟草公司提供），移栽时采用膜下小苗移栽方式，移栽后15d第一次追肥，30d进行第二次追肥，揭膜、中耕培土等田间管理、病虫害防治以及杂草处理与当地生产管理保持一致。1.4 测定方法1.4.1 烟株农艺性状测定 按 烟草农业性状调查测量方法（YC/T1422010）23标准对烟株农艺性状进行测定。1.4.2 土壤采集及理化性质的测定 烤烟团棵期及成熟期，分别取试验地020cm耕层土壤（利用环形取土器取土，直径3cm），充分混匀后采用四分法留取1.5kg土样，一部分土样风干后经人工磨细过2mm筛并装入密封袋，用于测定土壤理化性质。全氮含量采用浓硫酸消煮法测定，土壤硝态氮含量采用紫外分光光度法测定，土壤铵态氮含量采用KCL浸提靛蓝染色法测定，土壤硝态氮和铵态氮含量之和为土壤无机氮含量24。1.5 数据分析与处理采用IBMSPSSStatistics23.0软件进行数据统计和方差分析，方差分析采用LSD方法进行单因素比较；采用Origin2021软件绘制图表。2 结果与分析2.1 不同土壤改良剂对烟株农艺性状的影响由表1可知，团棵期生物炭处理下烤烟的最大叶长、最大叶宽、有效叶片数、茎围均高于化肥处理和有机肥处理，但差异不显著；旺长期有机肥处理下烟株的株高、最大叶长、最大叶宽、有效叶片数、茎围均优于生物炭处理和化肥处理，且除茎围外的其他农艺性状均与化肥处理差异显著，有机肥处理的烟株株高、最大叶长、最大叶宽、有效叶片数较化肥处理分别显著提高了8.71%、18.69%、15.21%、15.38%；成熟期生物炭处理下的烟株整体表现最优。整个生育期内有机肥处理的烟株长势优于生物炭处理。表1 不同土壤改良剂对烟株农艺性状的影响生育期处理株高/cm最大叶长/cm最大叶宽/cm有效叶数/片茎围/cm团棵期化肥15.290.21a28.383.18a16.060.17a7.000.45a3.520.82a有机肥14.081.35a27.502.73a14.631.02a7.000.87a3.631.08a生物炭14.742.09a31.131.20a17.602.98a8.000.21a3.740.57a旺长期化肥51.203.21b48.705.00b22.161.87b13.000.45b6.530.32a有机肥55.661.99a57.803.29a25.533.11a15.000.31a6.660.76a生物炭50.532.78b51.531.98b24.031.02a13.000.60b6.560.58a成熟期化肥108.014.29a68.484.02a30.973.98a19.000.64a9.520.87a有机肥111.845.90a68.743.66a30.151.02a18.000.21a9.220.40a生物炭102.353.21b68.856.81a33.611.83a19.001.00a9.900.65a注:同列数据后不同小写字母表示不同处理间差异显著（P0.05）。下同。2.2 不同土壤改良剂对烟株病害发生情况的影响由表2可知，不同土壤改良剂作用下烤烟的青枯病、黑胫病和花叶病的发病率和病情指数均有降低。与化肥处理相比，有机肥处理与生物炭处理的青枯病发病率分别降低了0.13、0.41个百分点，病情指数分别降低了7.69%、21.54%；黑胫病的发病率分别降低了0.78、0.64个百分点，病情指数分别降低了87.50%、75.00%；花叶病的发病率分别降低了0.28、0.14个百分点，病情指数分别降低了34.04%、17.02%。化肥处理、有机肥处理和生物炭处理的根黑腐病发病率和病情指数差异不大。整体而言，有机肥处理对烤烟各种病害的抑制效果优于生物炭。2.3 不同土壤改良剂对烟叶酶活性的影响由图1可知，不同土壤改良剂在一定程度上提高了烤烟碳氮代谢酶的活性。与化肥处理相比，有机肥处理和生物炭处理的氮代谢酶如硝酸还原酶活性分别提高了1.8和1.1倍，谷氨酰胺合成酶活10 期张鲁民等：红壤条件下不同土壤改良剂对土壤氮供应和烟株抗病性的影响83性分别提高了1.2和1.1倍；碳代谢酶如-淀粉酶活性分别提高了1.2和1.5倍，蔗糖合成酶活性均提高了1.5倍。整体而言，有机肥处理的氮代谢酶活性均高于生物炭处理，但炭代谢酶活性则低于生物炭处理。表2 旺长期不同土壤改良剂对烤烟病害发生情况的影响处理青枯病黑胫病花叶病根黑腐病发病率/%病情指数发病率/%病情指数发病率/%病情指数发病率/%病情指数化肥1.940.12a0.650.920.13a0.240.840.12a0.470.280.07a0.06有机肥1.810.33a0.600.140.03b0.030.560.10b0.310.280.11a0.06生物炭1.530.24b0.510.280.01b0.060.700.07a0.390.260.08a0.06acbaab硝酸还原酶/g/（gh）-淀粉酶/g/（gmin）处理处理abcaab蔗糖合成酶/nmol/（gmin）处理处理图1 不同土壤改良剂对烤烟碳氮代谢酶活性的影响2.4 不同土壤改良剂对烤烟产量和经济效益的影响由表3可知，与化肥处理相比，有机肥处理和生物炭处理的烤烟产量、产值、均价和中上等烟比例均有提高，有机肥和生物炭处理的产量分别提高了3.85%、2.22%，产值分别提高了4.94%、3.21%，中上等烟比例分别提高了3.75%和2.50%。整体而言，有机肥处理的产量、产值和中上等烟比例均高于生物炭处理。表3 不同土壤改良剂对烤烟产量和经济效益的影响处理产量/（kg/hm2）产值/（元/hm2）均价/（元/kg）中上等烟比例/%化肥2041.6849.72b50634.51178.03c24.880.0有机肥2120.3855.78a53136.57202.19a25.083.0生物炭2087.0566.66b52259.73243.00b25.082.02.5 不同土壤改良剂对土壤供氮能力的影响由图2可知，有机肥和生物炭处理的土壤氮供应能力高于化肥处理。团棵期，化肥处理、有机肥处理以及生物炭处理三者之间的总氮含量差异不显著；有机肥处理的硝态氮氮含量高于化肥和生物炭处理，但差异不显著。生物炭处理的铵态氮和无机氮含量（供氮能力最强）均为最高，显著高于有机肥和化肥处理。旺长期，化肥处理、有机肥处理和生物炭处理三者之间的总氮和硝态氮含量差异不显著；有机肥处理的铵态氮和无机氮含量均江 西 农 业 学 报35 卷84显著高于化肥和生物炭处理。表明旺长期时有机肥处理下的土壤无机氮含量最高，供氮能力最强。整体来看，生育前期（团棵期）生物炭的供氮能力优于有机肥，生育后期（旺长期）则是有机肥的供氮能力优于生物炭。aaaaaaabbbba生育期生育期aaaaaabbaabc生育期生育期图2 不同土壤改良剂对土壤供氮能力的影响2.6 红壤条件下土壤氮供应对烟株发病率的影响由图3可知，烟株发病率与土壤供氮能力以及氮素形态密切相关。一定范围内，随着土壤无机氮含量的增加，烟株的发病率也逐渐升高；在一定范围内，随着土壤铵态氮含量的增加，烟株的发病率逐渐降低。图3 土壤氮供应与烟株发病率的关系3 讨论采用土壤改良剂来改善植烟土壤的理化性质从而促进烟株生长是近年来烤烟栽培研究的热点之一25-26。本研究表明，生物炭和有机肥处理能促进烟株生长，这是因为生物炭和有机肥能够改善土壤理化性状、降低土壤容重、提高土壤孔隙度和土壤比表面积等，进而改善土壤微环境25。本研究在旱地红壤条件下，前期生物炭处理对烟株生长的促进作用优于有机肥，而后期有机肥处理则优于生物炭处理，这与两者的土壤供氮能力密切相关。本研究表明，团棵期生物炭处理的供氮能力大于有机肥处理，在成熟期则相反。这可能是因为烤烟生育前期水分不足，有机肥中的有机质难以被微生物分解转化为腐殖酸，导致土壤矿化速率较低，而到了生育后期随着降雨量逐渐增加，土壤微生物种群数量及多样性增加，微生物加速分解有10 期张鲁民等：红壤条件下不同土壤改良剂对土壤氮供应和烟株抗病性的影响85机肥中的有机质并转化为腐殖酸，使得土壤酶活性、有机肥的矿化速率及供氮能力增加，土壤肥力提升，从而促进烟株生长27-28。席鹏凯等29研究结果表明，棉花秸秆配施有机肥能够降低土壤容重，改善浅层土壤的团粒结构，并且提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾的供应能力。侯晓娜等30研究结果表明，施加生物炭能提高土壤大团聚体的含量及其稳定性，并可提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量，改善土壤理化性质。土壤供氧能力的提高对于促进烟株的生长具有重要的作用。本研究结果表明，有机肥处理下硝酸还原酶NR和谷氨酰胺合成酶GS的酶活高于生物炭处理，而-淀粉酶和蔗糖合成酶则低于生物炭处理，说明随着土壤供氧能力的增加，氮代谢随之增强，碳代谢降低。本研究结果显示，有机肥处理下烤烟黑胫病和花叶病的发病率低于生物炭处理。与化肥处理相比，有机肥处理与生物炭处理的青枯病发病率分别降低了6.70%、21.13%；黑胫病的发病率分别降低了84.78%、69.57%；花叶病的发病率分别降低了33.33%、16.67%。说明烟株碳氮代谢水平的高低与烟叶抗性的强弱密切相关，在一定范围内，随着土壤供氮能力增加，烟株氮代谢加强，烟株的抗性越强，发病率则越低，反之则越高。4 结论 本研究探索了旱地红壤条件下土壤改良剂（生物炭和有机肥）对烟株生长和土壤养分的影响，结果表明：有机肥处理和生物炭处理的烟株长势优于化肥处理，生育前期（团棵期）生物炭处理的烟株株高、最大叶长、最大叶宽、有效叶数、茎围均优于有机肥处理，生育后期（成熟期）则为有机肥处理优于生物炭处理；生育前期生物炭处理的土壤供氮能力优于有机肥处理，而生育后期相反。有机肥处理与生物炭处理的青枯病、黑胫病和花叶病的发病率均低于化肥处理；相关分析表明，土壤供氮能力与烟株的发病率密切相关，即一定条件下随着供氮能力的增加，烟株的氮代谢酶活性增强，发病率降低。有机肥和生物炭处理的产量、产值均显著高于化肥处理。以有机肥和生物炭为代表的土壤改良剂在改善烟区土壤供氮能力方面显著优于化肥处理，在供氮能力不高的旱地红壤条件下有机肥处理的土壤供氮能力、烟株的发病率和烟叶产量均优于生物炭处理。不同类型的土壤条件下土壤改良剂的改良效果有所差异，还有待于进一步研究。就旱地红壤类型而言，有机肥处理下烤烟的田间表现优于生物炭处理，这有助于提高烟叶产量和土壤改良效果，为旱地红壤土地管理提供一定的理论依据。参考文献：1 YangXC,TuNM,YiZX,etal.Researchprogressoftheeffectofapplyingmicrobialfertilizerintobaccofield J.CropResearch,2016,30（2）:232-236.2 万海涛.烤烟发育和产量品质及植烟土壤理化性状对生物炭的响应研究 D.郑州:河南农业大学,2014.3 朱兆良,金继运.保障我国粮食安全的肥料问题 J.植物营养与肥料学报,2013,19（2）:259-273.4 常栋,马文辉,张凯,等.生物炭基肥对植烟土壤微生物功能多样性的影响 J.中国烟草学报,2018,24（6）:58-66.5 朱经伟,沈晗,张恒,等.化肥减量条件下追肥方式对皖南烤烟产量和品质的影响 J.烟草科技,2020,53（7）:10-18.6 李培培,汪强,文倩,等.不同还田方式对砂质潮土理 化 性 质 及 微 生 物 的 影 响 J.生 态 学 报,2017,37（11）:3665-3672.7 毛欣宇,翟森茂,姜小三,等.不同改性生物炭对农田土壤理化性质及铅、镉钝化的影响机制研究 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