马宜林 吴广海 申洪涛 王新中 赵世民 马君红王丽华 刘 领

(1河南科技大学农学院，河南 洛阳 471023；2河南中烟工业有限责任公司，河南 郑州 450000；3 河南省烟草公司洛阳市公司技术中心，河南 洛阳 471023)

目前，我国烤烟(Nicotiana tabacumL.)生产中存在长期连作、化学肥料施用不合理、忽视有机肥料施用等问题，造成烟区土壤板结、养分和酸碱平衡失调以及微生物活性降低，并导致烟株生长发育受阻、烟叶品质下降，严重影响烟农种烟效益和烟区可持续发展[1－3]。有机肥与化肥配施可以改善土壤环境和营养供应，提高烟叶产质量[4－5]。适当比例的有机无机氮素营养是获得优质高产烟叶的关键[6]。季璇等[7]研究表明，菜籽饼肥N 替代30%化肥N 处理能够显著提高烤烟成熟期干物质积累量。沈方科等[8]研究表明，配施蚕沙有机肥可以提高烟叶产量并改善烟叶品质，以配施50%有机N 的增产提质效果最佳。李司童等[9]研究表明，一定比例的蚯蚓粪肥替代化肥能改善土壤肥力，增加土壤速效养分和有机质含量，提高土壤酶活性及微生物数量，以蚯蚓粪肥N 替代70%化肥N 效果最佳。由此可知，合适的有机无机氮配施比例，对改善土壤条件、促进烟株生长发育、提高烟叶产质量具有十分重要的意义。

羊粪是一种常见的微碱性有机肥源，具有养分浓度高，有机质含量多等特点。邱吟霜等[10]研究了牛粪和羊粪有机肥对玉米生长的影响，结果表明羊粪有机肥对玉米农艺性状的改善效果最优；闵星星等[11]研究表明，在相同施肥量下腐熟羊粪对青海草地早熟禾的增产效果明显优于生羊粪，土壤中有机质、全氮、速效养分均随着腐熟羊粪施肥量的增加而增加；殷端等[12]研究表明，增施腐熟羊粪对香料烟的还原糖、总糖、烟碱含量以及烟叶的香气质和香气量均有一定的提高。然而，目前羊粪有机肥施用对烟株生长发育的影响及烟区土壤的培肥效应仍有待进一步研究。

洛阳烟区是全国优质烟叶产区之一，但近年来长期施用化肥，导致了土壤退化、烟叶品质下降等问题。同时，全市有较多的羊养殖企业，年产原羊粪3 万多吨，粪污无序排放不仅对环境有害，而且对人类和动物会产生不利的影响。为了解决这些问题，洛阳市烟草公司结合当地实际情况，重点开展了羊粪有机肥在烤烟生产中的开发和应用工作，但目前生产中仅考虑单施或增施羊粪有机肥，忽视了化肥和羊粪有机肥的配比问题，造成了烟株前期养分供应不足、后期烟叶贪青晚熟等问题，不利于烟株生长发育和烟叶成熟采收烘烤。基于此，本研究通过盆栽受控试验探讨了腐熟羊粪有机肥与化肥不同配施比例对烤烟生长、光合特性、土壤养分以及土壤酶活性的影响，旨在为羊粪有机肥在洛阳烟区的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试烤烟品种为中烟101，烟苗由洛阳市宜阳县烟草公司集中漂浮育苗。供试腐熟羊粪有机肥(有机质49.70%、氮1.42%、磷1.32%、钾2.44%)由河南正辉肥业有限公司生产。供试无机肥为烟草专用复合肥(N ∶P2O5∶K2O＝18 ∶18 ∶18)，由洛阳市烟草公司提供。过磷酸钙(16% P2O5)和硫酸钾(50% K2O)购自天津市大茂化学试剂厂，用于平衡试验处理中的磷、钾养分。供试土壤釆自河南科技大学农场0～20 cm 耕层，除去石子等杂物后风干过10 目筛网备用。土壤类型为褐土，基本化学性质为pH 值7.6、有机质12.32 g·kg－1、 总氮0.84 g·kg－1、碱解氮43.70 mg·kg－1、速效磷14.10 mg·kg－1、速效钾102.10 mg·kg－1。

1.2 试验设计

试验共设7 个处理，分别为:CK(不施加肥料)、T0(单施100%无机肥N)、T20(20%羊粪有机肥N＋80%无机肥N)、T40(40%羊粪有机肥N＋60%无机肥N)、T60(60%羊粪有机肥N＋40%无机肥N)、T80(80%羊粪有机肥N＋20%无机肥N)、T100(单施100%羊粪有机肥N)，每处理8 盆，共56 盆。T0、T20、T40、T60、T80 和T100 为等量施肥处理，分别采用腐熟羊粪有机肥和烟草专用复合肥控制氮素用量(每盆氮用量为0.40 g)，磷、钾养分用过磷酸钙和硫酸钾(按N ∶P2O5∶K2O＝1 ∶1.5 ∶3)进行补充，确保各处理氮、磷、钾等量施用。于2019年4月25日，称取12 kg 过筛土样与各处理所用肥料充分混匀后分别加入塑料培养盆(盆口直径34 cm，高24 cm)。5月2日将大小均匀一致、健壮无病的烟苗移栽于培养盆中，每盆移栽1 株烟苗，随机排列放置于网室中，试验期间定期等量浇水，维持烟苗正常水分需求。于烟苗移栽后30 和60 d 分别取样每处理的4 个重复用于测定烟株的农艺性状、生理指标和土壤指标。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状 按照烟草农艺性状调查测量标准方法YC/T 142－2010[13]测定各处理株高、有效叶片数、最大叶长、最大叶宽，并计算最大叶面积(最大叶面积＝最大叶长×最大叶宽×0.634 5)。

1.3.2 生物量和根系形态特征 根部取样后洗净用滤纸吸干，用Epson Expression 1680 Scanner 扫描仪(Seiko Epson Corp，日本)扫描根系形态，WinRHIZO 根系分析系统(Regent Instruments Inc.，加拿大)进行分析，然后将烟株根系与地上部一起放入烘箱中，先于105℃杀青30 min，然后75℃烘干至恒重，称取干物质重。

1.3.3 光合特性 分别于移栽后30 d 和移栽后60 d上午9:00 ―11:00 测定各处理中从上往下数第3 片叶的光合指标。气体交换参数采用LI－6400XT 光合作用仪(LI-COR 公司，美国)测定，测定时选择红蓝光源叶室，使用开放式气路，叶室温度设定为25℃，CO2浓 度 为 400 μmol·mol－1，光 照 强 度 为1 200 μmol·m－2·s－1，每个叶片测定10 次，取其平均值。叶绿素相对含量用 SPAD (soil and plant analyzer development)值表示，采用SPAD－502PLUS 叶绿素仪(柯尼卡美能达，日本)进行测量，每片叶测定叶尖、叶中和叶基3 个部位，取平均值。

1.3.4 土壤养分和酶活性 分别于移栽后30 和60 d取各处理根际土壤样品，风干备用。参照鲍士旦[14]的方法测定土壤养分含量，参照关松萌[15]的方法测定土壤酶活性。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 软件进行数据处理，图表中数据为平均值±标准误。采用IBM SPSS 22.0 统计软件对数据进行方差分析，差异显著性运用Duncan′s 检验法进行多重比较。采用Origin 9.5 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 羊粪有机肥与化肥配施比例对烤烟农艺性状的影响

由图1 可知，在烟苗移栽后30 d，烤烟株高、最大叶面积和地上部干重总体均随羊粪有机肥配比的增加呈降低趋势，T20、T40 和T60 的株高与T0 差异不显著，T20 和T40 的最大叶面积与T0 差异不显著，T20 的地上部干重与T0 差异不显著；根干重则随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低的趋势，于T20 达到最大值，显著高于T0。在烟苗移栽后60 d，烤烟株高、最大叶面积、地上部干重和根干重均随羊粪有机肥配比的增加先增加后降低，呈现抛物线特征，均以T40 和T60 较高；其中与T0 相比，T40 和T60 株高显著提高了7.7%和4.5%，最大叶面积显著提高了11.9%和10.7%，地上部干重显著提高了11.9%和9.6%，根干重显著提高了12.1%和26.8%。总体来看，单施无机肥料或羊粪有机肥配施比例较低处理(N≤20%)虽能够更好地促进移栽后0～30 d 烟苗的生长，但在移栽后30～60 d 对烟株农艺性状的改善有所减弱；而单施羊粪有机肥或羊粪有机肥配施比例偏高(N≥80%)不利于烟苗的早发快长；合理的羊粪有机肥和无机肥配施比例(T40、T60)不仅能够保障烟苗生育前期的生长势，而且有利于烟株中后期的干物质积累。

2.2 羊粪有机肥与化肥配施比例对烤烟根系形态参数的影响

由表1 可知，移栽后30 d 烤烟总根长、根表面积、根体积和根尖数均表现为随羊粪有机肥配比的增加呈先增加后降低趋势，于T20 达到最大值；移栽后60 d 烤烟总根长、根表面积、根体积和根尖数也均随羊粪有机肥配比的增加而先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，其中T60 和T40 的总根长较T0 显著增加了6.0%和3.6%，根表面积显著增加了26.4%和13.4%，根体积显著增加了35.8%和26.4%。

表1 羊粪有机肥与化肥配施比例对烤烟根系形态参数的影响Table 1 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on root morphological parameters of flue-cured tobacco

2.3 羊粪有机肥与化肥配施比例对烤烟光合特性的影响

由表2 可知，在移栽后30 d，烤烟叶片的SPAD 值、净光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、蒸腾速率(transpiration rate，Tr) 和 气 孔 导 度( stomatal conductance，Gs)均随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低，于T20 达到最大值；胞间CO2浓度(intercellular CO2concentration，Ci)则随羊粪有机肥配比的增加表现为先降低后增加，于T20 达到最小值。在移栽后60 d，叶片的SPAD 值、Pn、Tr 和Gs 均随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低，于T40 达到最大值，Ci 随羊粪有机肥配比的增加表现为先降低后增加，于T40 达到最小值；与T0 相比，T40 的SPAD 值显著提高了8.8%，Pn 显著提高了17.6%，Tr 显著提高了35.0%，Gs 显著提高了11.6%，Ci 显著降低了15.4%。

2.4 羊粪有机肥与化肥配施比例对土壤养分的影响

由图2-A 可知，土壤有机质含量在烟苗移栽后30和60 d 均随羊粪有机肥配比的增加而增加，除T0 外，其余处理的土壤有机质含量均显著高于CK；在移栽后30 d，T40、T60、T80 和T100 土壤有机质含量较T0 显著增加；在移栽后60 d，配施羊粪有机肥处理的土壤有机质含量较T0 显著提高了18.0%～53.9%。由图2-B可知，土壤碱解氮含量在烟苗移栽后30 和60 d 均随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低；在移栽后30 d，以T20 最高；在移栽后60 d，以T60 最高，T40次之，分别较T0 显著提高了28.5%和24.4%。由图2-C 和图2-D 可知，土壤速效磷和速效钾含量在烟苗移栽后30 和60 d 均表现为随羊粪有机肥配比的增加而降低；在移栽后60 d，以T40 最高，T60 次之，与T0相比，T40 和T60 速效磷含量显著提高了39.4%和27.1%，速效钾含量显著提高了25.2%和20.7%。

2.5 羊粪有机肥与化肥配施比例对土壤酶活性的影响

由图3-A 可知，土壤蔗糖酶活性在烟苗移栽后30和60 d 均随羊粪有机肥配比的增加而增加；在移栽后30 d，T80 和T100 的土壤蔗糖酶活性显著高于T0；在移栽后60 d，配施羊粪有机肥处理的土壤蔗糖酶活性较T0 显著提高了29.4%～53.7%。由图3-B 可知，土壤蛋白酶活性在烟苗移栽后30 d 表现为随羊粪有机肥配比的增加呈先增加后降低的趋势，于T20 达到最大值，但T0、T40 和T60 间差异不显著；在移栽后60 d，土壤蛋白酶活性随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低，以T60 最高，T40 次之，且显著高于其余处理。由图3-C 可知，土壤脲酶活性在烟苗移栽后30和60 d 均随羊粪有机肥配比的增加表现为先增加后降低；在移栽后60 d，以T60 最高，T40 次之，分别较T0 显著提高了77.7%和63.4%。

表2 羊粪有机肥与化肥配施比例对烤烟光合特性的影响Table 2 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on photosynthetic characteristics of flue-cured tobacco

图3 羊粪有机肥与化肥配施比例对土壤酶活性的影响Fig.3 Effects of organic/inorganic fertilizer application ratios on soil enzyme activities

3 讨论

烤烟农艺性状和干物质积累量能在一定程度上反映烤烟的质量和产量，根系作为植物重要的吸收和代谢器官，直接影响烟株的生长发育[16]。王林虹[17]研究表明，饼肥与化肥配施能有效促进烤烟生长发育，以配施40%饼肥处理对烟株农艺性状的改善、根系的增强最为明显，作用时效最持久。本试验结果表明，单施无机肥料或羊粪有机肥配施比率较低处理(N≤20%)虽能够更好地促进移栽后0～30 d 烟苗的生长和根系发育，但在移栽后30～60 d 对烟株农艺性状和根系形态参数的改善有所减弱；而单施羊粪有机肥或羊粪有机肥配施比率偏高处理(N≥80%)不利于烟苗的早发快长；配施40%和60%羊粪有机肥处理不仅能够保障烟苗生育前期的生长势，而且有利于烟株后期的干物质积累。烟株的生长发育和干物质积累与地上叶片的光合作用密切相关[18]。本研究发现，配施20%、40%和60%羊粪有机肥处理对叶片光合作用的提升效果明显优于其他处理，可能是在该条件下，根系对水、肥的吸收均衡，烟叶内的光合色素总量增加，CO2的扩散阻力下降，促进气孔和外界CO2交换，有利于增强对外界CO2的捕获能力，导致光合作用强度上升，因此促进了地上部干物质的积累[19]。

土壤速效养分供应状况是影响烟株生长发育的另一重要因素[20]。本研究发现，单施无机肥料或羊粪有机肥配施比率较低处理(N≤20%)能更好地提高移栽后30 d 的土壤速效养分含量，但在移栽后60 d 对土壤速效养分的改善有所减弱；而单施羊粪有机肥或羊粪有机肥配施比率偏高(N≥80%)则不能满足烟苗前期对养分的需求；配施40%和60%羊粪有机肥处理能够保障土壤速效养分在移栽后30 和60 d 均处于相对较高的水平。这与肥料特性有关，化肥能迅速提高土壤速效养分含量但容易淋溶，而有机肥中的有机养分需经过一定时间的降解才能充分释放[21－22]。配施40%和60%羊粪有机肥处理能有效均衡有机肥和化肥的优缺点，既能有效富集化肥中的速效养分减少淋溶，同时羊粪有机肥缓慢释放养分，也能有效保障烤烟生长后期对养分的需求。土壤酶是土壤中活跃的有机成分之一，在土壤养分循环以及植物生长所需养分的供给过程中起到重要作用[23]。本研究结果表明，与不施肥处理相比，配施羊粪有机肥处理能显著提高土壤蔗糖酶活性，且酶活性随着羊粪有机肥比率的增高而增加，可能是由于羊粪有机肥中含有大量的碳水化合物，为细菌、真菌和放线菌等微生物提供了丰富的碳源，从而提高了土壤蔗糖酶活性，促进了土壤碳循环[24－25]。由此可见，本研究中配施40%和60%羊粪有机肥处理均衡了有机肥和化肥的优缺点，提高了土壤养分供给的有效性和持续性，这不仅有利于烟苗早发快长，而且有利于烟株中后期根系的构建和地上部叶片的生长发育。在一定范围内，土壤保持较高的有机质含量对稳定烟区烟叶质量和风格特色方面具有重要意义[26]。研究表明，与不施肥相比，施用有机肥可显著提高土壤有机质含量，而单施化肥对土壤有机质含量提升效果相对较差，长期大量单施化肥甚至会降低土壤有机质含量[27]。本研究结果表明，土壤有机质含量随着羊粪有机肥配施比率的增加而增加，T20 和T0 处理在移栽后30 d 土壤有机质含量差异不显著，除此之外，配施羊粪有机肥处理土壤有机质含量均显著高于单施无机肥处理。冯焕德等[28]研究也表明羊粪发酵肥替代化肥显著提高了芒果园土壤有机质含量，且羊粪发酵肥替代比例越大对土壤有机质含量的提升效果越明显。羊粪有机肥能提高土壤有机质含量，一方面是由于自身含有大量有机质，另一方面也与其施入土壤后促进了根际土壤微生物的繁殖生长，增加了微生物碳库有关[29]。

本研究通过盆栽受控试验进一步证实了无机肥和有机肥的肥效差异，表明在洛阳丘陵褐土区单施无机肥肥效快而中后期不足，且不利于土壤肥力维持；羊粪有机肥虽有利于土壤培肥但肥效慢，施用比率偏高(N≥80%)不利于烟苗的早发快长；配施40%～60%羊粪有机肥更适合烤烟的需肥特征，能够兼顾烤烟生产和土壤肥力维持。然而，羊粪有机肥和无机肥配施对烤烟产量品质的影响以及田间配施的长期效应尚不明确，且不同土壤类型下羊粪有机肥和无机肥适宜的配施比率是否存在差异也需进一步探究。

4 结论

本研究结果表明，等量施肥条件下羊粪有机肥与无机肥配施比率影响了烟株地上部的生长发育和根系的构建，在洛阳丘陵褐土区配施40%～60%羊粪有机肥更有利于满足烤烟的需肥规律，改善烟株生长，维持烟区土壤肥力。增施有机肥是发展绿色农业，保护耕作土壤，提高农产品品质和产量的重要途径。结合当地有机肥源，进一步深入开展有机肥在烤烟生产中应用的研究，对稳定烟区烟叶质量，实现烟草农业的绿色、生态与循环发展具有重要意义。