兼顾土壤质量改善与烟叶质量提高的烟草栽培施肥方法与流程

本发明属于烟草种植技术领域，尤其涉及一种适用于黄淮烟区的兼顾土壤质量改善与烟叶质量提高的烟草栽培施肥方法。

背景技术：

烟叶品质受土壤、品种、栽培技术、气候等诸多因素的影响，由于土壤在农业生态系统营养元素循环过程中起着贮存、释放、转化、调节营养元素等重要作用，所以土壤条件是优质烟系统工程的基础，是影响烟叶质量的首要环境因素。目前，人们大多都是在肥料非常充裕的条件下挖掘烟草的增产增质潜力；然而，近年来随着化肥的大量、不合理的施用及有机肥配比的降低，导致了黄淮等烟区烟田出现土壤板结、结构性差，养分失调等一系列土壤质量问题。人们在“高产、优质”农业生产目标实现的同时却忽视了农业生产效率的下降，致使烟草肥料施用量逐年增大，而产量及质量并不相应增加，肥料利用效率明显下降，并对农业环境造成不良影响。对于氮肥来说，长期大量施用氮肥超出作物的吸收能力和土壤消纳、固持能力，不仅未能达到增产增质效果，还使得氮素大量残留于土壤之中。而对于烟田来说，盈余的氮素绝大部分以硝态氮的形式在土壤剖面中累积，在灌溉或集中降雨时很容易引起淋洗损失，进入地下水，威胁人类的健康。据统计，河南省地下水硝酸盐污染严重，超标率达到了31％以上，农业生产上氮肥的过量施用是污染的主要来源。

受土壤类型、土壤基础肥力及气候条件的影响，不同的土壤类型、不同的地区所适用的烟草肥料投入量及施肥方法差别很大。因而研究在我国重要的烟叶主产区—黄淮烟区如何通过施肥协调烟叶品质和生态环境保护之间的矛盾十分重要。但是现有的烟草栽培研究主要集中在施肥量对产量及品质的影响、肥料盈余对农业环境的影响上，而针对具有较高经济价值的烟草作物栽培，如何兼顾土壤环境改善与烟叶品质及经济效益，则亟待农业科技工作者进行深入的探索与研究。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于黄淮烟区的兼顾土壤质量改善与烟叶质量提高的烟草栽培施肥方法，本发明通过采用生物菌剂配合肥料进行施肥，能够显著减少氮肥的施用量，而且能够有效改良烟区土壤、提高烟叶品质。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

设计一种兼顾土壤质量改善与烟叶质量提高的烟草栽培施肥方法，在烟草移栽之前，将氮肥、钾肥和磷肥作为基肥施用，同时穴施生物菌剂2～5㎏/666.67㎡，在烟草移栽后30日内，追施钾肥，氮肥的施用量为3.8～4.0kg/666.67㎡。

优选的，所述氮肥按照质量配比分别施用：条施70％和穴施30％。

优选的，所述磷肥和钾肥的总施用量分别不超过6.75kg/666.67㎡和15.75kg/666.67㎡，其中磷肥条施，钾肥按照质量配比分别施用：作为基肥穴施20％、作为追施滴灌施用80％。

优选的，所述的生物菌剂中的有效活菌数≥1.0亿/g，包括粘帚霉、木霉菌、芽孢杆菌、光合细菌、放线菌、酵母菌、木霉、曲霉、腐霉等菌株、胶冻样类芽孢杆菌或枯草芽孢杆菌中的一种或几种。

优选的，所述的生物菌剂为中农绿康(北京)生物技术有限公司生产的粉状生物菌剂、鹤壁人元生物科技公司生产的复合生物菌剂、时科生物科技(上海)有限公司生产的烟草专用农用复合生物菌剂或河北冀微生物技术有限公司生产的高含量磷钾菌剂中的一种或几种的混合物。

优选的，基肥和生物菌剂与200目的生物质炭粉按照质量比2:1混合后施用。

所述生物菌剂在施入前先与凹凸棒土粉按1:2～8的质量比混匀后施用。凹凸棒土为海泡石族非金属粘土矿物，有特殊的纤维结构，具有良好的吸附性能和缓释性能，本发明研究表明其是微生物菌群的良好载体，有利于微生物的在土壤中快速繁殖、存活及持续释放。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)改良土壤结构：发明人长期的调查研究发现，在黄淮烟草种植区，由于田地多年种植烤烟，而且在烤烟生产中肥料用量尤其是氮肥施用量明显偏高，造成土壤中氮素积累严重，烤烟后期落黄困难，中、上部烟叶烟碱偏高，工业可用性差。本发明通过对烟草施用生物菌剂，改良其根际及非根际土壤效应，能明显增加根际和非根际土壤中细菌和放线菌数量，驱动土壤新陈代谢和生物化学反应，促进土壤中养分物质循环，在植物-土壤生态系统中，起着至关重要的激活作用，例如：无机磷细菌与有机磷细菌混合菌肥处理对土壤养分及酶活性的影响效果较明显，蜡状芽胞杆菌与假单胞菌混合菌肥对土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量增幅较大；基肥和生物菌剂在施用前与生物质炭粉混合施用，生物质炭是农业废弃物(如花生壳，烟杆、秸秆等)的炭化产物，结构疏松多孔，是肥料的良好载体，而且能够缓释肥效，并在烟草生长期有效供给氮肥，对应烟草生长对肥料“少多老缺”的需肥特性，防止氮肥早期供应过多，中期需再次补氮导致采收期的烟草吸氮过多而无法正常落黄，而且生物质炭粉对环境无污染，不仅可以调节土壤的结构特性，促进土壤粒子结团进而打破土壤板结的状态，还可以作为生物菌或其他微生物的炭基来源，补充土壤养分。

2)提高烟叶质量：烟叶不同其他经济农作物，烟叶的品质体现在于其燃烧后的香气量、香气型、可燃性等特质，这些都取决于烟叶的化学成分是否协调，各组分含量是否合理。本发明通过施用生物菌剂及适当的施肥时机，不但减少了氮肥的施用量，而且提高土壤有机质、全氮、全磷含量及碱解氮、速效磷、速效钾含量，使得土壤中的有效营养元素尤其是氮素供应状况更加符合烟株生长的吸收规律，提高烟叶的化学成分协调性，例如：提高了下部叶总糖含量，降低了下部叶、中部叶和上部叶的总氮含量并且提高了三个部位叶片的总钾含量，提高了烟叶的整体化学协调性，优化了烟叶的品质。

3)降低了烟叶烘烤难度，提高烟叶的产值：烟叶吸氮量下降，其内部化学成分更加协调，田地采收后的烟叶更加符合现有技术中烟叶“三段式”烘烤工艺的需求，烟叶烘烤后色泽偏黄且杂色青筋少，油分提高，降低了青筋烟、杂片烟的数量，提高了烤后烟叶的均价和中、上等烟比重，经过5年烤烟连作试验表明，烟叶产量提高172～586kg/hm²，产值提高8927～21357元/hm²。

附图说明

图1为不同处理下的土壤主要有效养分变化趋势图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

烟草移栽前，将作为基肥的氮肥、钾肥和磷肥配合生物菌剂施用，在烟草移栽后30日内，采用钾肥追施，其中，氮肥施用量不高于3.9kg/666.67㎡，且氮肥按照质量配比分别施用：条施70％和穴施30％；磷肥和钾肥的总施用量分别不超过6.75kg/666.67㎡和15.75kg/666.67㎡，其中磷肥条施，钾肥按照质量配比分别施用：作为基肥穴施20％、作为追施滴灌施用80％；所述生物菌剂穴施(生物菌剂穴施前先与凹凸棒土粉按1:6的质量比混匀后使用)，为时科生物科技(上海)有限公司生产的烟草专用农用复合生物菌剂，施用量为2.0kg/666.67㎡，基肥和生物菌剂与200目的生物质炭粉按照质量比2:1混合后施用。

实施例2

烟草移栽前，将作为基肥的氮肥、钾肥和磷肥配合生物菌剂施用，在烟草移栽后30日内，采用钾肥追施，其中，氮肥施用量不高于3.9kg/666.67㎡，且氮肥按照质量配比分别施用：条施70％和穴施30％；磷肥和钾肥的总施用量分别不超过6.75kg/666.67㎡和15.75kg/666.67㎡，其中磷肥条施，钾肥按照质量配比分别施用：作为基肥穴施20％、作为追施滴灌施用80％；所述生物菌剂穴施，为中农绿康(北京)生物技术有限公司生产的粉状生物菌剂，施用量为3.0kg/666.67㎡，基肥和生物菌剂与200目的生物质炭粉按照质量比2:1混合后施用。

实施例3

烟草移栽前，将作为基肥的氮肥、钾肥和磷肥配合生物菌剂施用，在烟草移栽后30日内，采用钾肥追施，其中，氮肥施用量不高于3.9kg/666.67㎡，且氮肥按照质量配比分别施用：条施70％和穴施30％；磷肥和钾肥的总施用量分别不超过6.75kg/666.67㎡和15.75kg/666.67㎡，其中磷肥条施，钾肥按照质量配比分别施用：作为基肥穴施20％、作为追施滴灌施用80％；所述生物菌剂穴施，为鹤壁人元生物科技公司生产的复合生物菌剂，施用量为5.0kg/666.67㎡，基肥和生物菌剂与200目的生物质炭粉按照质量比2:1混合后施用。

实施例4

烟草移栽前，将作为基肥的氮肥、钾肥和磷肥配合生物菌剂施用，在烟草移栽后30日内，采用钾肥追施，其中，氮肥施用量不高于3.9kg/666.67㎡，且氮肥按照质量配比分别施用：条施70％和穴施30％；磷肥和钾肥的总施用量分别不超过6.75kg/666.67㎡和15.75kg/666.67㎡，其中磷肥条施，钾肥按照质量配比分别施用：作为基肥穴施20％、作为追施滴灌施用80％；所述生物菌剂穴施，为河北冀微生物技术有限公司生产的高含量磷钾菌剂，施用量为2.0kg/666.67㎡，基肥和生物菌剂与200目的生物质炭粉按照质量比2:1混合后施用。

实施例5对比试验和结果分析

1材料和方法

1.1试验材料

试验于2015年在河南省确山县竹沟镇大里河村进行，试验烤烟品种为“云烟87”，试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便，供试土壤耕层基础理化性状为：pH值7.4，有机质13.8g/kg，碱解氮95.3mg/kg，速效磷18mg/kg，速效钾131.7mg/kg。试验前茬作物为烟草。供试肥料为：磷酸一铵(含N10％wt、P₂O₅45％wt)，硝铵磷(含N32％wt、P₂O₅4％wt)，硫酸钾(含K₂O50％wt)，各生物菌剂生产厂家及技术参数如表1。

表1生物菌剂产品技术参数

1.2试验设计

试验设5个处理，分别是：T1，对照，常规施肥，不施生物菌剂；T2，采用实施例1所述技术方案，即生物菌剂2.0kg/666.67㎡+常规施肥且氮用量减少15％；T3，采用实施例2所述技术方案，即生物菌剂3.0kg/666.67㎡+常规施肥且氮用量减少15％；T4，采用实施例3所述技术方案，即生物菌剂5.0kg/666.67㎡+常规施肥氮用量减少15％；T5，采用实施例4所述技术方案，即生物菌剂2.0kg/666.67㎡+常规施肥且氮用量减少15％；

所述常规施肥的肥料中氮、磷、钾用量分别为N 4.5kg/666.67㎡、P₂O₅ 6.75kg/666.67㎡、K₂O 15.75kg/666.67㎡，按照试验设计对T1-T4处理的具体肥料用量进行计算，其中氮肥70％条施、30％穴施，磷肥全部条施，钾肥20％穴施、80％追施(分两次追施，在烟草移栽日后30日内完成即可)。而T1处理中，基肥施用和钾肥追施的方法和用量与T2-T4处理相同，而较T2-T4多施用的氮肥在烟株移栽后25天追施。

试验采取随机区组设计，设3个重复，每个小区面积72m²，试验用烟苗要长势健壮，大小均匀一致，移栽要在同一天完成，生物菌剂穴施。试验8月13日采烤结束。其他各项田间生产管理措施统一按当地规范化措施进行。

1.3测定项目与数据分析

1.3.1土壤肥力测定

分别在烤烟生长的团棵期、旺长期、圆顶期和成熟期取各处理耕层0-20cm土壤样品，分析测定有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量。

1.3.2土壤微生物测定

在旺长期采用剥落分离法采集各处理根际和非根际土壤样品，将带土烟株取出，轻轻抖动，粘附在根系上的土壤作为根际土壤样品，每个处理取3株烟的土壤样品。土壤微生物按平板培养法测定。

1.3.3经济性状

各小区单独计产，并根据烤烟分级标准对烤后烟叶分级，确定烤烟的产量、产值、均价、上等烟比例。

1.3.4化学成分

各处理烘烤后取下部叶(X2F)、中部叶(C3F)和上部叶(B2F)用于测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾和氯等化学成分。

1.3.5烟株的农艺性状

每个小区选择有代表性的烟株5株挂牌作标记，分别在移栽后35、60d记录株高、茎围、叶片数、最大叶长及宽等农艺性状

1.3.6光合参数的测定

叶面积＝叶片长×叶片宽×叶面积指数，叶面积指数按通常用的0.6345计算。在移栽后35、45、60d用SPAD-502叶绿素测定仪分别测定烟株倒数第5片功能叶的叶基、叶中、叶尖3个部位的SPAD值。光合参数采用Li-6400光合仪进行测定。在移栽后50d，选择晴朗无风的天气于9:30—11:00进行光合参数的测定。分别测定净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度。

2结果与分析

2.1不同处理对土壤肥力的影响

土壤有机质是土壤肥力的物质基础，其含量高低影响土壤的物理、化学性质和肥力水平。由图1-A可知，施用生物菌剂处理土壤有机质含量在烟株生长各时期均明显高于对照处理T1，团棵期、旺长期、圆顶期和成熟期分别增加幅度为：1.10～1.54g/kg、0.66～1.60g/kg、1.78～3.17g/kg和0.94～2.31g/kg，说明施用适宜及适量的生物菌剂能提高土壤中有机质含量。各施用生物菌剂处理间相比，除团棵期处，其它时期均以处理T4土壤有机质含量最高。

不同处理土壤速效氮含量变化见图1-B。在整个生育期，除处理T5外，其它处理土壤速效氮含量均呈下降趋势。各处理相比，以对照处理T1在各生育期土壤中的速效氮含量明显较高，这与其施用的氮用量较高有关。各施用生物菌剂处理间相比，在团棵期和旺长期，以处理T2和处理T4土壤速效氮含量较高，在成熟期则以处理T4和处理T2较低，土壤中的氮素供应状况更加符合烟株对氮素吸收累积规律。

从图1-C可以看出，除处理T5外，在整个生育期土壤速效磷含量呈下降趋势。与对照处理T1相比，施用生物菌剂处理明显提高了土壤速效磷含量，团棵期、旺长期、圆顶期和成熟期分别增加幅度为：3.3～23.3mg/kg、1.4～18.2mg/kg、0.7～11.8mg/kg和4.5～8.0mg/kg。各施用生物菌剂处理间相比，各生育期均以处理T4土壤速效磷含量最高，旺长期之后，处理T2速效磷含量稍低于处理T4，但明显高于另外两个处理T3和处理T5。

不同处理土壤速效钾含量动态变化见图1-D。可以看出，与对照处理T1相比，施用生物菌剂处理在各生育期均提高土壤中速效钾的含量，团棵期、旺长期、圆顶期和成熟期分别增加幅度为：8.8～20.1mg/kg、8.8～82.7mg/kg、13.1～59.7mg/kg和16.6～51.7mg/kg。各施用生物菌剂处理间相比，在旺长期，以处理T2土壤速效钾含量最高，达215.9mg/kg，在圆顶期和成熟期，各处理土壤速效钾含量由高到低的顺序为：处理T4＞处理T5＞处理T2＞处理T3＞处理T1。

2.2不同处理对土壤微生物的影响

土壤微生物是土壤的主要组成部分，驱动土壤新陈代谢和生物化学反应，与土壤养分的转化供应密切相关。对不同处理根际和非根际土壤微生物分析见表2。从各处理微生物数量来看，整体表现为细菌数量＞放线菌数量＞真菌数量，各处理根际土微生物数量均大于非根际土。从细菌数量上来看，从根际土结果看，与对照处理T1相比，施用生物菌剂能增加土壤中细菌数量，根际土增加幅度0.06×10⁷～0.40×10⁷，为以处理T2最高，达0.72×10⁷个，非根际土增加0.03×10⁷～0.13×10⁷。从真菌数量上分析，不同处理非根际土壤相比，除处理T3外，其它施用生物菌剂处理与对照相比土壤真菌数量均有一定增加，不同处理根际土壤相比，除处理T5外，与对照相比，真菌数量均有一定降低。从放线菌结果分析，施用生物菌剂明显提高了土壤中放线菌的数量，根际土壤提高0.11×10⁶～0.61×10⁶个，非根际提高0.05×10⁶～0.25×10⁶个，不同施用生物菌剂处理间相比，以处理T2土壤中放线菌数量最多。

表2不同处理土壤微生物状况分析

2.3不同处理对经济性状的影响

不同处理经济性状统计见表3。从产量上看，与常规对照处理相比，施用生物菌剂处理产量均有一定程度提高，提高幅度为172～586kg/hm²，各施用生物菌剂处理间相比，以处理T4产量最高，达2612kg/hm²，处理T2和处理T4间产量差异不显著，但二者均显著高于处理T3。从产值上看，产值由高到低的顺序为：处理T4＞T2＞T5＞T3＞T1，处理T4产值显著高于其它处理，与常规处理相比，施用生物菌剂处理产值增加8927～21357元/hm²。各处理均价和上等烟比例均以处理T4最高，分别为23.92元/kg和41.02％。

表3不同处理对烤烟经济性状的影响

2.4不同处理对烟叶内在化学品质的影响

烟叶化学成分是烟叶质量和香型风格特征的重要物质基础。优质烤烟各化学成分指标的适宜含量范围为：总糖18％～24％，还原糖16％～20％，总氮1.5％～3.0％，烟碱1.5％～3.5％，钾离子≥2.0％，氯离子小于0.8％。由表4可知，总糖：与对照处理相比，除处理T5外，施用生物菌剂处理提高了下部叶总糖含量，中部叶和上部叶总糖含量均有所降低，分别降低2.11～4.24和1.68～4.45个百分点。还原糖：与对照处理T1相比，施用生物菌剂处理提高下部叶还原糖含量，降低了中部叶和上部叶还原糖含量。总氮：所有处理均在适宜范围，施用生物菌剂处理下部叶和上部叶总氮含量均明显低于对照处理T1，中部叶各处理之间差异不明显。烟碱：与对照处理T1相比，施用生物菌剂处理均降低了下部叶烟碱含量，中部叶和上部叶除处理T5外，其它施用生物菌剂处理烟碱含量均有明显下降。钾：钾含量的高低是衡量烤烟品质优劣的一个重要指标。与对照处理T1相比，施用生物菌剂均明显提高烟叶中的钾含量，下部叶、中部叶和上部叶分别提高0.12～0.53、0.03～0.41和0.14～0.65个百分点，各施用生物菌剂之间相比，各部位烟叶钾含量由高到低的顺序为：处理2＞处理4＞处理3＞处理5。氯：各处理氯离子含量均在适宜范围内，施用生物菌剂对烟叶氯离子含量影响不明显。

表4不同处理对烤后烟叶化学成分的影响

2.5不同处理对烟株农艺性状的影响

不同处理农艺性状结果见表5。可以看出，在移栽后35d，与常规对照处理T1相比，施用生物菌剂促进了烟株生长，在株高、茎围和叶面积上与处理T1相比分别提高幅度为：5～8.7cm、0.4～1.0cm和26.6～110.4cm²；株高差异不明显，茎围、叶片数和叶面积均以处理T4最高。在移栽后60d，株高和叶面积均以处理T4最高，分别达115.8cm和1520.9cm²，各施用生物菌剂处理间相比，茎围和叶面积由高到低的顺序为：处理T4＞处理T2＞处理T5＞处理T3＞处理T1。

表5不同处理烟株的农艺性状

2.6.1不同处理对烟叶SPAD值的影响

从表6可以看出，整体比较，各处理SPAD值表现为：移栽后45d＞移栽后35d＞移栽后80d。在移栽后35d，施用生物菌剂显著提高了烟叶SPAD值，提高幅度为4.5～7.2，以处理T5最高，但各施用生物菌剂处理间差异不显著。在移栽后45d，各施用生物菌剂处理间相比，SPAD值以处理T2最高，达54.4，施用生物菌剂处理处理与常规对照处理T1相比，SPAD值增加幅度为1.7～7.8，处理T4和处理T2SPAD值显著高于其它处理。在移栽后80d，各施用生物菌剂处理SPAD值均低于处理T1，SPAD值以处理T4最低，说明施用生物菌剂可促进烟叶成熟落黄。

表6不同处理对烟叶SPAD值的影响

注：各处理SPAD值为叶尖、叶中和叶基的平均值。

2.6.2不同处理对烟叶光合特性的影响

不同处理光合特性统计见表7。从净光合速率比较，与对照相比，施用生物菌剂处理均有一定程度提高，增幅为1.94～4.05μmolCO₂·m^-2·s^-1，各施用生物菌剂处理处理相比，以处理T4净光合速率最高，达27.35μmol CO₂·m^-2·s^-1。气孔导度以常规对照处理T1最低，为0.44mol·m^-2·s^-1，处理T2和T4较高，分别达0.62和0.65mol·m^-2·s^-1。胞间CO₂浓度对照处理T1最高，达330.3μmol·mol^-1，以处理T4最低。不同处理蒸腾速率比较，由高到低的顺序为：处理T4＞处理T2＞处理T3＞处理T5＞处理T1。

表7不同处理对光合特性的影响

3.结论

本发明长期的试验研究结果表明，与常规的烟草栽培施肥相比，氮用量减少15％并穴施生物菌剂处理能提高烟株生育各时期土壤中有机质、速效磷和速效钾含量，明显增加根系和非根系细菌和放线菌数量，提高烟叶的产量和产值，促进烤后烟叶化学成分更加协调，提高株高、茎围、叶片数和叶面积，在移栽后35d，施用生物菌剂显著提高了烟叶SPAD值，提高幅度为4.5～7.2，在移栽后80d，本发明所述技术方案处理的烟叶SPAD值均低于处理常规施肥，可促进烟叶成熟落黄，并且提高了烟叶的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。