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不同钾源对土壤微生物和烤烟产质量的影响

2019-05-31 08:50:47 《天津农业科学》 2019年4期

余琼 司贤宗 张翔 李亮 毛家伟 索炎炎

摘    要:烟草是一种喜钾的经济作物,钾含量对其品质形成具有重要作用,试验设置硫酸钾(T2)、碳酸钾(T3)、黄腐酸钾(T4)和腐殖酸钾(T5) 4个钾肥处理,以不施钾肥(T1)为对照,对烟株圆顶期土壤微生物以及烟叶钾含量和烤后烟叶化学成分进行测定,并对其综合经济性状进行测算,探讨不同钾源在烟草上的施用效果。结果表明,与不施钾(T1)相比,施用硫酸钾(T2)可以显著增加土壤微生物总数、细菌和放线菌数量,其它钾源处理均在一定程度上降低了土壤微生物總数和细菌数量,施钾处理的真菌数量均显著降低;施钾处理烟叶化学成分较协调,综合经济性状均得以提升,其中以腐殖酸钾(T5)处理综合效果最好,本试验条件下可获得的烟叶产量和产值分别为3 645.00 kg·hm-2,92 580.15 元·hm-2,其次是碳酸钾(T3),其产量和产值分别为3 626.48 kg·hm-2和91 789.05 元·hm-2。结合投入成本,推荐施用腐殖酸钾(T5)作为烟草钾肥,可以较好地改善烟叶的品质并提高经济效益。

关键词:烤烟;钾源;微生物;产量;品质

中图分类号:S572,S143.3,Q939.96          文献标识码:A         DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2019.04.008

Effects of Different Potassium Sources on Soil Microbe and Flue-cured Tobacco Yield and Quality

YU Qiong, SI Xianzong, ZHANG Xiang, LI Liang, MAO Jiawei, SUO Yanyan

(Institute of Plant Nutrition, Resource and Environment, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou, Henan 450002, China)

Abstract: Tobacco is an important commercial crop which likes potassium. Potassium content plays an important role in the formation of its quality. The experiment was conducted with four potassium fertilizers, which included potassium sulfate (T2), potassium carbonate (T3), potassium fulvic acid (T4) and potassium humate (T5), and the treatment without potassium fertilizer (T1) was as control. The soil micro-organisms, tobacco leaf potassium and chemical components content in the dome-period were measured, and the comprehensive economic characters were analyzed, to discuss the application effect of different potassium sources on tobacco. The results showed that, compared with the control (T1), the potassium sulfate treatment (T2) significantly increased the total number of soil microorganisms, and also the number of bacteria and actinomycetes, while the other potassium treatments(T3~T5) reduced the total number of soil microorganisms and also the bacteria number, all the 4 potassium treatments significantly decreased the soil fungi number. The tobacco leaf chemical composition in the potassium treatments was more harmonious, and the economic characters were higher than that in the control, in which the potassium humic acid treatment(T5) was the best, and the second one was the potassium carbonate treatment(T3), the yield and the output value in the experiment conditions were 3 645.00 kg·hm-2 and 92 580.15 yuan·hm-2, 3 626.48 kg·hm-2 and 91 789.05 yuan·hm-2, respectively. Combined with the cost of input, the application of potassium humic acid (T5) was recommended as potassium fertilizer which could improve the quality and economic benefits of tobacco leaves.

Key words: flue-cured tobacco; potassium source; microbe; yield; quality

钾在植物的生长发育和繁殖等生命过程中起着关键作用,在农业生产中,作物缺钾在世界范围内普遍存在,导致作物生长受到抑制、减产[1-2]。烟草是我国重要的经济作物,其产品质量受可调控的因素如施肥、种植模式等的影响较为明显,烟草也是一种喜钾的经济作物。钾是烟草最重要的品质元素,Lu等[3]分析研究了低钾胁迫条件下烟草幼苗的转录组,试验结果发现由于钾的缺少,诸多基因被上调或下调了2倍以上,大量参与植物生理过程的基因表达谱在低钾胁迫时发生显著变化,可能会导致烟草植株的生理和形态学的变化。烟叶含钾量随着钾施用量的增加而增加,土壤中速效钾含量决定了钾肥的施用效果,通常认为,优质烟叶钾含量在2%以上[4-5]。

土壤微生物不仅可以活化土壤中的养分,对土壤团粒结构的形成及稳定性有着决定作用,同时还参与土壤中的有机代谢过程,故土壤微生物可以反映土壤肥力状况,也是评价土壤质量和生产力的重要指标[6-9]。土壤微生物主要包括细菌、真菌、病毒等,其中土壤细菌数量最多、分布最广,主要有硝化细菌、硫化细菌、铁细菌等[10]。目前,有关不同种类钾肥对烟草产质量的影响、有机钾源结合无机钾源对作物产量及品质的影响方面均有报道[11-13],但具有生物活性的钾源结合无机钾源对土壤微生物及烤烟产质量影响的研究尚不多见。

本试验主要采用田间小区试验,研究不同钾源对土壤微生物数量的变化、烟叶钾素吸收利用及烟叶品质的影响,为提高土壤-烤烟系统钾素效应和烟叶钾含量、彰显河南烟叶浓香风格特色提供技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2015年5—9月在河南省临颍县固厢镇大师村进行,供试土壤为砂质壤土,0~20 cm耕层基础理化性状为:pH值 7.16,有机质8.0 g·kg-1,碱解氮18.5 mg·kg-1,速效磷8.5 mg·kg-1,速效钾196.8 mg·kg-1,缓效钾891.6 mg·kg-1。试验地肥力均匀一致,地势平坦,排灌条件良好。试验烤烟品种为中烟100,前茬作物为烟草。

1.2 试验设计

采取田间小区对比试验,设5个处理,分别是:T1,對照(不施钾);T2,常规钾肥(硫酸钾);T3,碳酸钾;T4,黄腐酸钾;T5,腐殖酸钾。试验按完全随机排列,小区面积72 m2,每个处理设3次重复,共15个小区,每个小区周边均设有保护行。行株距为120 cm×50 cm,每个小区种植烟4行,每行15 m,每行移栽烟苗30株,烟苗在育苗圃内培育至长有3~5片的时候挑选长势茁壮、大小均一的烟苗进行移栽。试验各处理氮、磷、钾与当地烟农常规施肥保持一致,氮、磷、钾施用量分别为 N 67.5 kg·hm-2、P2O5 101.25 kg·hm-2、K2O 236.25 kg·hm-2。供试肥料种类有:芝麻饼肥(N 5%),磷酸一铵(N 10%、P2O5 45%),硝铵磷(N 32%、P2O5 4%),硫酸钾(含钾K2O 50%),碳酸钾(含钾K2O 67%),黄腐酸钾(K2O 9.0%),腐殖酸钾(K2O 9.0%)。芝麻饼肥375 kg·hm-2全部条施;氮肥70%条施、30%穴施;钾肥、磷肥全部均匀条施。试验烟苗于5月13日移栽,9月15日采烤结束。其他各项栽培措施统一按当地优质烟叶生产管理规范化措施进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 微生物 在烟株圆顶期时,取0~20 cm的土壤,土壤细菌、真菌、放线菌数量采用稀释平板计数法进行测定。细菌总数选用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基;真菌选用马丁氏孟加拉红链霉素琼脂培养基;放线菌选用改良高氏一号琼脂培养基。在28~30 ℃恒温箱中培养,三类微生物分别在3,5,7 d后观察计数[14]。每克干土中菌数=菌落平均数×稀释倍数/干土所占百分比。

1.3.2 烟叶钾含量 烟叶磨碎经浓硫酸-双氧水消煮后,用火焰光度计法测定钾含量。

1.3.3 烤后烟叶化学成分 选取成熟烟叶各处理中的中橘三(C3F)等级烟叶进行化学成分分析,取烤后烟样进行烘干粉碎,过筛备用,烟叶化学成分测定方法参照王瑞新[15]的方法。

1.3.4 经济性状 烟叶成熟后,按不同试验处理分开采收并记产,根据国标《烤烟》(GB2635-1992)的要求进行分级,计算中等烟、上等烟率,并按2015年国家收购指导价格计算各处理产值和均价。每公顷产量、产值由小区产量、产值折算 。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和DPS软件对试验数据进行统计分析,并用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对圆顶期土壤微生物的影响

土壤微生物的活动对土壤中的氮、磷、碳等营养元素的循环及土壤有机质、矿物质的分解有着密不可分的联系[16-17],其中细菌是土壤微生物生命活动的主体,是分解土壤中各物质的主要参与者[10]。从表1可以看出,微生物总数表现为:T2>T1>T3>T5>T4;其中细菌数量最多,占微生物总量的63.54%~80.08%,其次为放线菌,真菌最少;各处理细菌数量与微生物总数趋势一致,其中T1与T3、T4与T5差异均不显著(P>0.05),其他处理间差异均显著(P<0.05),表明除施用硫酸钾(T2)之外的钾肥品种,均能降低土壤中细菌的数量,尤其是腐殖酸钾(T4)和黄腐酸钾(T5),这可能因硫酸钾水溶液呈中性,较适宜大多数细菌的生长繁殖,腐殖酸钾和碳酸钾水溶液偏碱性,适宜少数耐碱性细菌的生长繁殖,而黄腐酸钾偏酸性的缘故;与T1(不施钾对照)相比,T2、T3、T4、T5的土壤中真菌数量分别降低87.0%、87.0%、91.35%、80.4%,差异显著(P<0.05),表明施用钾肥能显著降低土壤中真菌的数量,但各施钾处理间真菌数量差异均不显著(P>0.05),土壤中真菌数量的增加是土壤退化的标志[18-19],因此,施用钾肥可以提高土壤的肥力;放线菌的数量表现为:T2>T5>T1>T4>T3,表明T2(硫酸钾)和T5(腐殖酸钾)可以增加土壤中放线菌的数量,而T3(碳酸钾)和T4(黄腐酸钾)能降低土壤中放线菌的数量,其中仅T2与T1(不施钾对照)差异显著(P<0.05),其他处理与T1差异均不显著(P>0.05)。因此,对于土壤微生物而言,施用硫酸钾的T2处理可同时显著提高微生物总量、细菌和放线菌数量,并显著降低真菌数量。

2.2 不同处理對烤后烟叶化学成分的影响

烟叶化学成分是烤烟品质和风味物质特征的重要物质基础,优质烟叶还原糖含量16%~18%,总氮含量1.9%~2.1% ,氯离子含量小于0.8%,钾氯比≥8.0[20-21]。从表2可以看出,C3F烟叶中总糖含量表现为T4>T5>T2>T3>T1,还原性糖含量表现为T4>T5>T2>T1>T3,烟碱表现为T1>T3>T2>T5>T4,总氮含量表现为T1>T3>T5>T2>T4,表明施用钾肥能提高C3F烟叶中总糖含量,降低烟碱和总氮含量,其中T4(黄腐酸钾)处理C3F烟叶中总糖、还原性糖的含量最高,烟碱、总氮含量最低;氯含量表现为T2>T3>T1>T4=T5,这表明,与不施钾肥相比,施用无机钾肥硫酸钾(T2)和碳酸钾(T3)能显著增加C3F烟叶中氯含量,而施用黄腐酸钾(T4)和腐殖酸钾(T5)等有机钾肥能显著降低C3F烟叶中氯含量;钾含量表现为T4>T5>T2>T3>T1,这表明施用钾肥能显著增加C3F烟叶中钾含量,且施用有机钾肥的效果高于无机钾肥,其中T4(黄腐酸钾)处理C3F烟叶中钾含量最高。综合而言,T4即施用黄腐酸钾的C3F烟叶中化学成分较协调,其次为T5处理即施用腐殖酸钾。

2.3 不同处理对烤烟经济性状的影响

从表3可知,不同处理烤烟产量、产值、均价和上等烟叶比例均表现为T5>T3>T4>T2>T1,而中等烟叶比例表现为T3>T5>T4>T2>T1,其中除上等烟叶比例T2以及均价T2、T4与T1(不施钾肥对照)差异不显著(P>0.05)外,其他各指标施用钾肥处理(T2~T5)均显著高于T1(不施钾肥对照)(P<0.05),且各指标在T3、T4、T5处理间差异均不显著(P>0.05),说明施用钾肥处理均能显著提高烟叶产量和产值及中等烟比例(P<0.05),且除T2外的其他钾肥处理(T3~T5)亦能显著提高上等烟叶比例(P<0.05),其中以T5(腐殖酸钾)处理烤烟的经济性状最佳,其次为T3(碳酸钾)处理。

3 结论与讨论

施用硫酸钾可以显著提高土壤细菌数量,硫化细菌属于细菌的一种,此细菌主要吸收硫酸盐类用于合成有机硫化物,硫化细菌可以将动植物残骸分解释放出硫化氢等物质,广泛分布于土壤和水中,其氧化作用为植物提供可利用的硫酸态的硫素养分[19]。本试验中,T2(硫酸钾)处理能显著增加土壤中微生物总数、细菌和放线菌的数量,且显著降低真菌的数量,而其他钾肥处理均在一定程度上降低了微生物总数、细菌和真菌的数量,这主要是由于土壤微生物系统环境复杂庞大,不同钾源对微生物数量的影响不同,不同钾源的酸碱性及微生物的可耐受度亦不同,而有关硫酸钾增加微生物总数及细菌数量上是否主要增加了硫化细菌方面的研究还有待于进一步深入。

不同钾源在不同作物上施用效果不同,同一种作物不同施肥时期的施用效果亦有差异。冒辛平等[22]研究氯化钾、硫酸钾及硝酸钾对番茄生长发育及品质、对钾素吸收的影响情况,结果发现施用硫酸钾处理的番茄,番茄茎叶和根中钾素的吸收效果优于其他处理,番茄的糖酸比提高了37.5%,改善了番茄的风味品质。谌琛等[23]研究了氯化钾和硫酸钾对苹果产量、品质及储存性的影响,试验发现短期内氯化钾在增产、改善果实品质方面效果优于硫酸钾,硫酸钾在促进苹果树养分吸收、提高果实耐存储性方面的效果优于氯化钾。段玉等[24]研究氯化钾、硫酸钾和硝酸钾3个钾肥种类及施用时期对马铃薯产量和品质的影响,结果发现施用钾肥可以提高马铃薯产量、比重、淀粉含量,降低炸薯片的色值,但钾肥种类对马铃薯这些特性的影响不显著。盖亚波等[25]发现腐殖酸钾在其他作物上亦具有良好施用效果,比如生姜[26]、水稻[27] 玉米[28]等。本试验中,在提高烟叶钾含量方面,与不施钾肥处理(T1)相比较,各施钾肥处理均有显著的提高,其中以黄腐酸钾(T4)效果最好,其次是腐殖酸钾(T5),碳酸钾(T3)处理烟叶中钾含量是各钾肥处理中含量最低的,但与不施钾(T1)处理相比烟叶钾含量亦有明显提高,这一结果与毛家伟等[29]研究的优质烤烟对不同种类钾肥的吸收效应中发现生物包膜缓释钾肥和碳酸钾处理均可显著提高烟叶钾含量结果一致;T4处理即施用黄腐酸钾较好地协调了C3F烟叶中的化学成分,其次为T5处理即施用腐殖酸钾。施用钾肥有助于提高烟叶产量及经济性状,盖亚波等[25]采用盆栽试验研究硝酸钾、硫酸钾、柠檬酸钾、草酸钾以及腐殖酸钾在云烟87的施用效果中,认为腐殖酸钾在增加烟叶产量、协调化学成分比例均较其他形态的钾肥表现出不同程度的优势;张翔等[30]在不同钾肥种类及追施深度对烤烟的经济性状和养分吸收的影响中,认为腐殖酸及植物油包膜钾肥与施硫酸钾相比,经济性状显著提高。本试验中亦认为腐殖酸钾(T5)在烟叶产量和经济性状提升方面效果最好。

綜合而言,硫酸钾(T2)处理有助于提高土壤中细菌和放线菌数量,降低真菌数量;各钾肥处理均有助于烤烟化学成分的协调、产量及经济性状的提升,其中以腐殖酸钾(T5)处理在协调C3F烟叶中的化学成分,改善C3F烟叶品质性状,增加烟叶的产量、产值、均价、中上等烟比例等方面综合效果最好,其产量和产值分别为3 645.00 kg·hm-2和92 580.15 元·hm-2,其次是碳酸钾(T3),分别为3 626.48 kg·hm-2和91 789.05元·hm-2。考虑到不同种类钾肥的市场价格,其中以碳酸钾最高,达8 500元·t-1,其次为硫酸钾和腐殖酸钾,3 000元·t-1,故推荐腐殖酸钾(T5)处理作为在烟叶上施用的优选钾肥品种。

参考文献:

[1]BAKER R, MASSEY E, SMITH G. An overview of the effects of tobacco ingredients on smoke chemistry and toxicity[J]. Food and chemical toxicology,2004,42:53-83.

[2]李亮,张翔,王亚宁,等.不同栽培方式与追钾时间对烤烟光合特性、钾含量及产质量的影响[J].中国土壤与肥料,2018(4):67-74,113.

[3]LU L, CHEN Y, LU L, et al. Transcriptome analysis reveals dynamic changes in the gene expression of tobacco seedlings under low potassium stress[J].Journal of genetics,2015,94(3):397-406.

[4]张翔,黄元炯,范艺宽.河南植烟土壤与烤烟营养[M].北京:中国农业科学技术出版社,2009.

[5]毛家伟,翟文汇,孙大为,等.不同种类钾肥对烤烟SPAD值、根系活力及经济性状的影响[J].山西农业科学,2015(5):584-587.

[6]杨亚东,王志敏,曾昭海.长期施肥和灌溉对土壤细菌数量、多样性和群落结构的影响[J].中国农业科学,2018(2):290-301.

[7]ZAMIOUDIS C,PIETERSE C M.Modulation of host immunity by beneficial microbes[J].Molecular plant-microbe interactions: MPMI,2012,25(2):139-150.

[8]CHAPARRO J M, SHEFLIN A M, MANTER D K, et al.Manipulating the soil microbiome to increase soil health and plant fertility[J].Biology and fertility of soils,2012,48(5):489-499.

[9]王伏伟,王晓波,李金才,等.施肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响[J].中国生态农业学报,2015,23(10):1302-1311.

[10]陈丽燕,戴华鑫,陈江华,等.豫中烟区土壤微生物特性及其与土壤理化性质的关系[J].烟草科技,2017,50(5):1-9.

[11]李斌,谢关林,陈若霞,等.耕作与栽培方式对瓜类土壤细菌数量及枯萎病拮抗细菌分布的影响[J].应用生态学报,2006,17(10):1937-1940.

[12]陈冬梅,柯文辉,陈兰兰,等.连作对白肋烟根际土壤细菌群落多样性的影响[J].应用生态学报,2010,21(7):1751-1758.

[13]刘国顺,叶协锋,王英元,等.褐土区不同钾肥施用量对烟株钾含量的影响[J].中国烟草学报,2005,11(1):18-22.

[14]王贺祥.农业微生物学[M].北京:中国农业大学出版社,2003.

[15]王瑞新.烟草化学[M].北京:中国农业出版社,2003.

[16]毛家伟,杨立均,张翔,等.减氮配施生物菌剂对土壤肥力及烟叶产质量影响[J].中国农学通报,2017,33(15):56-61. [17]袁红朝,吴昊,葛体达,等.长期施肥对稻田土壤细菌、古菌多样性和群落结构的影响[J].应用生态学报,2015,26(6):1807-1813.

[18]黄玥.施肥和种植方式对烤烟、玉米根际微生物数量及细菌群落的影响[D].重庆:西南大学,2013.

[19]王英,王爽,李伟群,等.长期定位施肥对土壤微生物区系的影响[J].东北农业大学学报,2007,38(5):632-636.

[20]李勇,逄涛,师君丽,等.国内外主产烟区烤烟化学成分分析[J].中国烟草科学,2013,34(1):12-16.

[21]李志鹏,刘浩,于晓娜,等.黄腐酸对植烟土壤改良及烟叶品质的影响研究[J].土壤通报,2016,47(4):914-920.

[22]冒辛平,柯英,朱建宁,等.不同钾源对设施番茄生长发育、品质及钾素吸收的影响[J].江苏农业科学,2016,44(12):186-189.

[23]谌琛,同延安,路永莉,等.不同钾肥种类对苹果产量、品质及耐贮性的影响[J].植物营养与肥料学报,2016,22(1):216-224.

[24]段玉,张君,王博,等.钾肥品种和施钾时期对马铃薯产量和品质的影响[J].北方农业学报,2016,44(2):1-6, 12.

[25]盖亚波,娄翼来,王玲莉,等.腐殖酸钾肥对烤烟烟叶产量和质量的影响[J].现代农业科技,2008(8):117,119.

[26]梁太波,王振林,刘兰兰,等.腐殖酸钾对生姜生长、钾素吸收及钾肥利用率的影响[J].水土保持学报,2008(1):87-90, 139.

[27]王安东,张丽萍,徐立佳,等.腐殖酸钾、腐殖酸镁对水稻的增产抗病效果试验[J].北方水稻,2008(2):40-41.

[28]李兆君,陆欣,王申贵,等.腐植酸尿素对玉米产量及品质的影响[J].山西农业大学学报:自然科学版,2004(4):322-324.

[29]毛家伟,张翔,杨立均,等.优质烤烟对不同种类钾肥的吸收效应[J].中国土壤与肥料,2017(1):56-60.

[30]张翔,毛家伟,翟文汇,等.不同钾肥种类及追施深度对烤烟经济性状和养分吸收的影响[J].中国烟草科学,2014,35(2):69-73.