蚯蚓糞有機無機復混肥對陜南煙田有機碳及烤煙品質的影響

王艷陽 葉愛萍 王平平 婁慧敏 張明誠 胡鑫 穆耀輝 黃金輝 艾綏龍 張立新

摘要： 研究不同比例的蚯蚓糞有機無機復混肥對土壤有機碳含量以及烤煙品質的影響，為陜南煙區土壤改良和施肥管理提供科學依據。田間試驗設5個處理，以 CK（單施氮磷鉀復合肥）為對照，設置4種不同比例的有機無機復混肥處理即OIF1（含蚯蚓糞1 800 kg/hm2）、OIF2（含蚯蚓糞2 400 kg/hm2）、OIF3（含蚯蚓糞3 000 kg/hm2）、OIF4（含蚯蚓糞7 500 kg/hm2），測定成熟期土壤的有機碳含量、分布以及烤煙品質特性指標。結果表明，蚯蚓糞有機無機復混肥可顯著提升有機碳含量，OIF2處理對全土有機碳含量、>1.00～2.00 mm、>0.50～1.00 mm、≤0.25 mm粒徑的團聚體有機碳含量提升效果顯著。適宜比例蚯蚓糞復混肥對烤煙物理特性、經濟性狀、化學成分協調性及烤煙香氣物質均有不同程度的提升作用，OIF2的經濟效果指數（ECI）值最大，產量、產值、均價與上等煙比例均有顯著提升，各處理的糖堿比、氮堿比均在適宜值范圍內，鉀含量以OIF2處理最高，OIF3處理和OIF2處理的致香物質總量較CK提升較明顯。綜合表現OIF2和OIF3較優。表明含蚯蚓糞2 400～3 000 kg/hm2（OIF2和OIF3）的有機無機復混肥綜合效果良好，作為篩選出的較優配方使用，可有效改良陜南植煙土壤特性和提升烤煙品質。

關鍵詞： 蚯蚓糞；有機無機復混肥；有機碳；烤煙品質

中圖分類號：S572.06 ?文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）02-0078-06

煙草（Nicotiana tabacum L.）是我國重要的經濟作物之一，烤煙是煙草栽培的主要類型，對經濟發展、稅收以及精準扶貧有重要意義［1］?？緹熎焚|的優劣直接影響烤煙種植的經濟效益，是煙農最為關心的問題。施肥對烤煙品質的提升至關重要。目前，由于化肥和農藥的濫用，煙田土壤情況惡化，養分含量缺乏，導致烤煙產質量下降；有機肥在施用中存在腐熟不完全、肥效慢的問題，使烤煙產量偏低［2］。合理施肥可增加烤煙干物質積累量，從而使烤煙產量提高［3-4］。適宜比例的有機無機復混肥可以優勢互補，對土壤養分含量及微生物多樣性有顯著提高作用，從而有效促進烤煙根部及地上部發育，改善煙葉化學協調性［5-7］。

陜南煙區為壤質黏土，體積質量和緊實度偏高，有機質含量偏低，存在不同程度的養分缺乏狀況［8］。因此，開展蚯蚓糞有機無機復混肥對陜南煙田有機碳及烤煙品質的影響研究，篩選并采用適宜的有機無機復混肥配方技術對提高烤煙品質有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省商洛市洛南縣城關鎮四皓街道辦事處扶龍灣社區盧村（地理位置：110°13′06″E、 34°07′55″N，海拔1 033 m），于2021年4—10月進行田間試驗。其土壤基礎理化性狀：有機質含量14.580 g/kg，速效氮含量41.490 mg/kg，速效磷含量23.426 mg/kg，速效鉀含量159.737 mg/kg，pH值6.18。

1.2 試驗材料

供試材料：云煙99，煙苗購自商洛市煙草公司洛南分公司。

供試肥料：蚯蚓糞肥購自陜西省商洛市洛南縣八一有機肥廠，基礎理化性狀為全氮含量16.67 g/kg， 全磷含量8.41 g/kg，全鉀含量16.87 g/kg， 速效氮含量132.42 mg/kg，速效磷含量380.98 mg/kg，速效鉀含量 1 817.50 mg/kg，有機質含量496.25 g/kg，pH值7.11。有機無機復混肥由筆者所在課題組提供配方，陜西潤新生物肥業有限公司制成。

1.3 試驗設計

田間試驗采用單因素完全隨機設計，設有5個處理，分別為氮磷鉀復合肥（CK，N、P2O5、K2O質量比為10 ∶ 10 ∶ 20，施氮量150 kg/hm2， 下同，含蚯蚓糞 0 kg/hm2）、4種不同有機肥比例的有機無機復混肥（OIF1：含蚯蚓糞1 800 kg/hm2；OIF2：含蚯蚓糞 2 400 kg/hm2；OIF3：含蚯蚓糞 3 000 kg/hm2；OIF4：含蚯蚓糞7 500 kg/hm2）。每個處理設3次重復，所有處理均按與CK等氮磷鉀量施入，不足部分用無機肥補足。小區隨機排列，煙苗于2021年4月29日移栽，行距1.2 m，株距0.5 m，各小區設計為4行，每行長度9.5 m，小區面積為 45.6 m2。施肥方式、管理同當地煙葉生產管理標準保持一致。

1.4 樣品采集

于2021年8月3日（烤煙成熟期）進行田間土壤樣品采集。用硬質藍色塑料盒（22.5 cm×15.5 cm×7.0 cm，塑料盒覆膜）采集原狀耕層土，經除雜、篩分（8 mm）、自然風干后用于土壤團聚體分析。

1.5 測定方法

1.5.1 全土及團聚體有機碳含量測定

參考鮑士旦的方法［9］測定全土及團聚體有機碳含量。

1.5.2 物理性狀

將烤后煙樣放置在恒溫箱中，溫度（22±1） ℃、相對濕度（60±2）%。參考楊麗麗的方法［10］對烤煙物理性狀進行測定，參考田茂成等的方法［11］對數據進行無量綱化處理，構建烤煙物理特性指數（physical properties index，簡稱 PPI）。

1.5.3 經濟性狀

參照GB/T 2635—1992《烤煙》統計各處理產量、產值、均價及上等煙比例。參考鄧小華等的方法［12］構建經濟效果指數（ECI）。

1.5.4 烤煙烤后化學成分

測定中部葉C3F等級化學成分，包括總氮含量（YC/T 161—2002《煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法》）、煙堿含量［YC/T 468—2013《煙草及煙草制品 總植物堿的測定 連續流動（硫氰酸鉀）法》］、總糖與還原糖含量（YC/T 159—2002《煙草及煙草制品 水溶性糖的測定 連續流動法》）、鉀含量（YC/T 217—2007《煙草及煙草制品 鉀的測定 連續流動法》）與氯含量（YC/T 162—2011《煙草及煙草制品 氯的測定 連續流動法》）。

1.5.5 中性致香物質成分

稱取10 g煙樣、1 g檸檬酸，與0.5 mL硝基苯內標一同加入圓底燒瓶中，采用二氯甲烷-水蒸氣減壓蒸餾萃取法提取樣品中的香氣成分［13］，經旋轉蒸發儀（WZ-100SP，上海申生科技有限公司）濃縮至1 mL，取濃縮樣使用氣相色譜質譜聯用儀（ISQ，美國Themo公司）進行 GC-MS 分析。參照吳薇的方法［14］計算烤煙中部葉的中性致香物質成分含量（干質量）。

1.6 ?數據處理與分析

試驗數據統計分析在SPSS 25.0和Excel 2016中進行，測定結果均取3次平行測定的平均值，并用Duncans新復極差法進行差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 蚯蚓糞有機無機復混肥對植煙土壤有機碳含量的影響

由表1可得，除OIF4、OIF1外，其他復混肥處理全土有機碳含量較CK均有提升，以OIF2處理的全土有機碳含量最高，較CK提升了10.71%。從團聚體有機碳含量來看，在>2.000 mm粒徑上，OIF3處理提升效果顯著，較CK處理提升了21.84%。在>0.50～1.00 mm粒徑上，OIF2處理的團聚體有機碳含量提升效果顯著，與CK相比提升了28.17%。在>0.25～0.50 mm 粒徑上，以OIF3處理的團聚體有機碳含量最高，較CK處理提升了11.02%?！?.25 mm 粒徑的團聚體有機碳含量與其他處理相比，OIF2處理下該粒徑團聚體有機碳含量最高，較CK提高18.38%。

總之，OIF2處理和OIF3處理對土壤團聚體有機碳含量提升效果較明顯。

2.2 蚯蚓糞有機無機復混肥對烤煙物理性狀的影響

商洛優質煙葉的適宜值為開片度>34%，含梗率<22%，葉片厚度0.10～0.12 mm，單葉質量 10～12 g，葉質質量75～80 g/m2，平衡含水率 12%～16%［15］。據表2可知，適宜比例的蚯蚓糞有機無機復混肥較單施無機肥而言，對烤煙物理特性均有一定程度的改善作用。各處理的開片度均達到了優質煙葉的要求，OIF2處理的開片度較CK處理提升顯著，提升了14.72%；蚯蚓糞復混肥處理烤煙含梗率較CK均有下降，尤以OIF3處理下降效果顯著，較CK處理下降了7.47%；各處理的其余指標較優質煙葉適宜值均偏高，但復混肥處理下的烤煙與優質煙葉更接近。對數據進行無量綱化處理，PPI越大，烤煙物理特性越好。OIF2處理和OIF3處理的PPI均優于CK，物理特性有較大提升。

2.3 蚯蚓糞有機無機復混肥對烤煙經濟性狀的影響

由表3可知，一定比例的復混肥處理對烤煙經濟性狀有顯著的提升作用，并且隨蚯蚓糞有機肥比例的增加，烤煙經濟性狀呈先增后減的趨勢。OIF2和OIF1、OIF3的ECI（三者無顯著差異）均大于其他處理，OIF2經濟性狀提升最明顯，在烤煙產量、產值、均價與上等煙比例方面較CK均有顯著提升，分別提升了7.39%、8.20%、0.75%、3.07%。

2.4 蚯蚓糞有機無機復混肥對烤煙烤后化學成分的影響

烤煙化學成分是衡量烤煙品質的重要指標。由表4可得，各施肥處理的總氮含量均達到了最適值（2.0%～2.5%），且以OIF2處理最佳，較CK處理提升了8.70%；煙堿對烤煙色、香、味影響較大，OIF3處理煙堿含量達到了最適值（2.2%～2.8%），其余處理均偏低；總糖、還原糖含量影響煙氣醇和度與吃味，除OIF4偏高外，其余3種復混肥的總糖含量均在最適范圍（20%～28%）內，OIF2、OIF3處理還原糖含量均達到了最適值（18%～22%）；鉀含量以OIF2處理最佳，較CK處理提升了14.95%；適宜氯吸收量對烤煙產量有正效應，OIF3處理達到了最適值（0.4%～0.6%），其余處理均偏低。各處理的糖堿比、氮堿比都在適宜值范圍內，但僅有OIF3處理達到了最適值。綜合表現OIF2、OIF3處理的煙葉化學成分協調性較好。

2.5 蚯蚓糞有機無機復混肥對烤煙中性致香物質成分的影響

由表5可知，烤煙中的致香物質主要分為五大類。除其他致香物質外，烤煙中性致香物質成分中占比最大的為類胡蘿卜素降解產物。類胡蘿卜素降解產物含量最高為OIF3處理，和CK相比提高了65.43%。隨著蚯蚓糞有機肥比例的增加，致香物質含量呈先升高后降低的趨勢，OIF3處理和OIF2處理的致香物質總量較CK處理分別提升了96.80%、84.47%，顯著高于其他處理。

3 討論

3.1 蚯蚓糞復混肥對植煙土壤團聚體有機碳的影響

蚯蚓糞復混肥對提升全土有機碳含量有顯著作用。在本研究中，OIF2、OIF3處理的全土有機碳含量均有提升，以OIF2處理提升效果明顯。復混肥中的有機質對不同粒徑水穩性團聚體的有機碳含量影響程度不同。本研究中復混肥對大團聚體有機碳含量提升效果較好，其中 OIF2（>0.50～1.00 mm） 與OIF3（>2.00 mm）的團聚體有機碳含量有顯著提升。這可能是由于有機無機復混肥中適宜比例的蚯蚓糞有良好的團粒結構，有機質被保護于團聚體中，使其免于土壤礦化，從而使土壤及團聚體中有機碳儲量提升［16-17］。本研究發現團聚體有機碳主要分布于大團聚體（>0.25 mm）中，這是由于土壤大團聚體穩定性與有機質存在正反饋調節，有機肥加速了大團聚體的形成，更有利于有機碳的積累［18］。

3.2 蚯蚓糞有機無機復混肥對烤煙品質的影響

研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復混肥對烤煙物理特性、經濟性狀、化學成分協調性、致香物質成分有顯著的提升作用。李文奎等研究表明，適當添加有機肥可以促進葉片烤煙開展，提高葉片的可用性［19］。為更方便地對比不同處理對烤煙物理特性的影響，本研究參照田茂成等的灰色效果測度模型對原始數據進行無量綱化處理，構建物理特性指數PPI［11］。本研究OIF2處理PPI為89.45，物理特性最優，基本達到劉陽等提出的商洛煙區優質煙葉適宜范圍［15］，符合優質煙葉標準。

蚯蚓糞可以平衡土壤養分，促進烤煙生長發育及干物質積累，從而提高烤煙產量［3］。在本研究中，除OIF4外的3種復混肥處理的烤煙經濟性狀均好于CK處理，原因可能是化肥作為速效養分，易受土壤水分影響揮發流失，不能及時被根系吸收，肥料利用率低；但施用復混肥后，土壤有機碳含量顯著提升，并且隨施用量的增加，土壤持水量顯著增加，通透性提高，生物活性也有較大提升［20］，使得土壤養分更易被吸收利用，從而提高作物產量。

煙葉的化學成分及協調性對煙葉品質有一定影響。研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復混肥可以調控煙葉中的鉀、氯、還原糖及煙堿含量，使其滿足優質煙葉的需求［21］。本研究中，和對照相比，復混肥處理的烤煙成分協調性有較大提升，隨著有機物料比例的增加，烤煙化學成分協調性呈現先升高后降低的趨勢，OIF2及OIF3的化學成分協調性較好。碳素的供應水平對烤煙的化學成分影響較大［22］，蚯蚓糞有機無機復混肥對全土有機碳含量有較大的提升作用，大團聚體的形成使其免于土壤礦化，更有利于有機碳的積累。一定比例的蚯蚓糞有機肥配施無機肥可以提高土壤氮含量，土壤氮素水平直接影響烤煙品質［23］。因此，有機無機復混肥可能是通過改善土壤團聚體結構來協調土壤養分供需能力，從而使烤煙品質提高。

烤煙中性致香物質的差異反映了烤煙風格的差異，對其工業用途具有顯著影響［24-25］。本研究表明，適宜比例的蚯蚓糞復混肥對各大類中性致香物質含量及致香物質總量有明顯的提高作用。類胡蘿卜素及其降解產物是關鍵物質，其含量對烤煙香氣及工業可用性有重要影響［26］，在本研究中，OIF3處理的類胡蘿卜素及其降解產物的含量較CK處理顯著增加了65.43%。這是由于有機肥可以誘導類胡蘿卜素等質體色素基因表達［27］，使得類胡蘿卜素含量增加。OIF3和OIF2處理的致香物質總量較CK處理分別提升了96.80%、84.47%，顯著高于其他處理。

4 結論

4種不同比例的蚯蚓糞有機無機復混肥對植煙土壤有機碳含量及烤煙品質產生了不同程度影響。與單獨施用無機復混肥處理相比，煙田土壤團聚體有機碳含量提升效果顯著，烤煙均長勢良好，物理特性和經濟性狀較優， 化學成分趨于協調，提高了烤煙的煙葉品質和香氣物質含量。含蚯蚓糞 2 400～3 000 kg/hm2 的有機無機復混肥綜合效果良好，可作為優化配方在陜南相似煙區推薦應用。

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收 稿日期：2023-03-07

基金項目： 中國煙草總公司陜西省公司科技計劃（編號：SXYC-2021-KJ-01、SXYC-2020-KJ-02）。

作者簡介：王艷陽（1998—），女，河南濮陽人，碩士研究生，研究方向為煙草營養學。E-mail：1354662467@qq.com。

通信作者：張立新，博士，教授，主要從事植物營養與逆境生理研究。E-mail：zhanglixin@nwafu.edu.cn。