李 影，李 斌，柳東陽，姜桂英，申鳳敏，劉世亮

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002；2.河南省農(nóng)業(yè)廳中藥材生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)中心,河南 鄭州 450008； 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

煙草是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，土壤肥力及施肥方式是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素之一[1-2]。近年來，煙農(nóng)種植烤煙時(shí)單一施用化肥，導(dǎo)致土壤酸化、板結(jié)，土壤生物活性降低，難以供應(yīng)土壤與煙株之間的養(yǎng)分平衡，煙株的抗病性下降[3-5]。針對煙草栽培生產(chǎn)中的問題，施肥措施的改良對優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)具有重要意義。有機(jī)菌肥作為一種新型肥料，不僅可以為煙草生長提供必要的營養(yǎng)元素，同時(shí)也能改善植煙土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，為煙草提供適宜的生長環(huán)境[6-7]。生物炭是一種土壤改良劑，可以提高土壤肥力，穩(wěn)定土壤有機(jī)碳庫，還可以延緩肥料在土壤中的養(yǎng)分釋放，與其他無機(jī)有機(jī)肥料配合施用能夠提高作物產(chǎn)量[8-10]。很多學(xué)者開展了對有機(jī)菌肥及生物炭的研究。楊盼盼等[11]研究表明，菌肥與化肥配施能夠有效提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，顯著提高土壤中堿解氮、速效磷和速效鉀的含量。也有研究表明，有機(jī)物料的施用對土壤中的可溶性有機(jī)碳、氮及其比值具有顯著影響，其影響效應(yīng)既與有機(jī)物料本身性質(zhì)和組成有關(guān)，也與土壤肥力水平有關(guān)[12]。張弘等[13]研究表明，增施生物炭顯著降低0～20 cm以下土壤氮素含量，提高植煙土壤對氮素的固定能力。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭能夠提升土壤全碳、土壤可溶性碳含量和土壤碳庫管理指數(shù)，對土壤改良效果明顯，但過量的生物炭也會造成煙葉品質(zhì)的下降[14]。高嵩涓[15]研究發(fā)現(xiàn)，施用綠肥可提高土壤可溶性有機(jī)質(zhì)(DOM)的腐殖化程度，增加芳香族化合物的含量。但目前在生物炭改良土壤的基礎(chǔ)上加入微生物菌種，有機(jī)菌肥與生物炭配施在煙草上的應(yīng)用尚未見報(bào)道。本研究以豫中植煙土壤為基礎(chǔ)，選用典型有機(jī)菌肥、有機(jī)菌肥配施生物炭及生物炭菌肥幾種不同的施肥方式施入植煙土壤中，研究對土壤養(yǎng)分含量的影響，為豫中煙區(qū)有機(jī)菌肥及生物炭的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2017年4月在河南省許昌市進(jìn)行，選擇當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100。試驗(yàn)地土壤類型為潮土，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：全氮0.90 g/kg，有機(jī)質(zhì)14.46 g/kg，堿解氮57.97 mg/kg，速效磷18.78 mg/kg和速效鉀86.91 mg/kg。供試生物炭由稻殼炭化而成，有機(jī)碳含量527.2 g/kg，全氮含量9.8 g/kg，速效磷含量89.2 mg/kg，全鉀含量9.72 g/kg。

試驗(yàn)為大田小區(qū)試驗(yàn)，采用隨機(jī)區(qū)組排列。在施用化肥基礎(chǔ)上設(shè)7個(gè)處理，分別為CK(不施有機(jī)肥，煙農(nóng)習(xí)慣施肥)；T1(施生物炭)；T2(施有機(jī)菌肥)；T3(施生物炭菌肥)；T4(施50%生物炭+50%有機(jī)菌肥)；T5(60%有機(jī)菌肥+施40%生物炭)；T6(40%有機(jī)菌肥+施60%生物炭)；每個(gè)處理有機(jī)肥施用量1 500 kg/hm2；每個(gè)處理基肥撒施復(fù)合肥525 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=10∶10∶20)；試驗(yàn)所用生物炭、有機(jī)菌肥、生物炭菌肥均為河南金匯科技公司生產(chǎn)，其養(yǎng)分含量見表1。煙苗于5月2日進(jìn)行移栽，按1.22 m的行距和0.50 m的株距進(jìn)行種植，6月2日(團(tuán)棵培土期)追肥復(fù)合肥225 kg/hm2，8月25日采收完畢。小區(qū)周邊設(shè)2行保護(hù)行，其他按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙規(guī)范化栽培管理方式進(jìn)行。

表1 各有機(jī)肥養(yǎng)分含量Tab.1 The nutrient content of organic manure

1.2 項(xiàng)目與方法

在煙苗移栽后30，60，90 d，每個(gè)處理選取長勢一致的煙株3棵，在煙莖基部周圍的中點(diǎn)作為取樣點(diǎn)，隨機(jī)用土鉆進(jìn)行0～20 cm層次取樣，充分混勻。鮮土樣的一部分置于冰箱中保存用于測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，可溶性碳、氮含量。剩余土樣風(fēng)干處理后用于土壤常規(guī)化學(xué)成分的測定。

土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法[16]；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法[16]；全氮采用凱氏定氮法[16]；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用流動分析儀(Auto Analyzer3)法[16]；速效磷采用釩鉬藍(lán)比色法[16]；速效鉀采用火焰光度計(jì)法[16]；土壤可溶性碳、氮含量采用浸提-TOC儀法[17]：土壤鮮樣采用去離子水浸提法，取10 g鮮土于離心管中，加去離子水20 mL，振蕩30 min，離心10 min(4 000 r/min)，用0.45 μm濾膜過濾(真空抽濾)濾液即為土壤可溶性碳、氮待測液。土壤可溶性碳、氮待測液采用multiN/C3100分析儀測定。

DOC紫外光譜特性分析：使用UV-1800紫外可見分光光度計(jì)測定紫外可見吸光值，檢測待測液在波長250，254，365 nm處的吸光值來分析其芳香化程度(SUVA)和E2/E3值。其中，250 nm波長的吸收值(Special Ultraviolet-Visible Absorption，SUVA)用于計(jì)算芳香性指數(shù)(Aromaticity index，AI),它能夠反映 DOC 溶液中芳香化合物含量的高低[18]。250，365 nm處的吸收值用于計(jì)算E2/E3，它可以反映DOC的平均分子質(zhì)量[18]。其計(jì)算公式如下。

SUVA=(UV254/DOC)×100，

E2/ E3=UV250/ UV365。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 20.0軟件，采用Duncan法比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異；使用OriginPro 8.5進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤養(yǎng)分含量的影響

圖1-A所示，土壤全氮含量在整個(gè)生育期呈略微下降趨勢，移栽后30 d，各處理土壤氮含量顯著高于CK處理，60 d時(shí)，T2處理和T5處理顯著高于CK、T1、T3和T4處理。90 d時(shí)，T2(最高1.12 g/kg)、T3和T4處理土壤氮含量顯著高于其他各處理，總體來看，T2處理在移栽60 d后土壤氮含量高于其他處理。

圖1-B顯示，各處理堿解氮含量與全氮含量變化趨勢一致，即隨移栽后時(shí)間呈下降趨勢。30 d時(shí)各處理堿解氮含量最高，T2和T5處理顯著高于CK、T1和T4處理。60 d時(shí)各處理堿解氮含量表現(xiàn)為T5≈T4≈T3>T2>T1≈T6≈CK，且T5和T4處理顯著高于CK、T1、T2和T6處理。90 d時(shí)，T2處理顯著高于CK、T4和T6處理。整體來看，T2和T5處理對土壤堿解氮含量有一定促進(jìn)作用。

圖中小寫字母不同表示5%差異顯著水平。圖2-5同。The different letters mean significantly different at the 0.05 level. The same as Fig.2-5.

由圖1-C、D可知，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量移栽后60 d以前含量較高，成熟期后顯著下降，T5處理的硝態(tài)氮含量在整個(gè)生育期均很高(60 d最高達(dá)到66.09 mg/kg)，顯著提高了硝態(tài)氮含量，T3處理和T2處理則分別提高了30 d和60 d的銨態(tài)氮含量。說明增施復(fù)方有機(jī)菌肥(T2處理)、生物炭菌肥(T3處理)和60%有機(jī)菌肥+40%生物炭(T5處理)3種有機(jī)肥可提高土壤速效氮含量。

2.1.1 不同處理對土壤速效磷、鉀含量的影響 圖2-A顯示，各處理土壤速效磷含量隨移栽后時(shí)間推移呈先升高后下降趨勢。煙草移栽后30 d，T2和T3處理的土壤速效磷含量顯著高于其他處理，60 d時(shí)，T5處理的土壤速效磷含量最高，達(dá)30.77 mg/kg，并顯著高于其他處理。90 d時(shí)土壤速效磷含量降到最低，T2、T3和T5處理顯著高于其他處理。整體來看，T2和T3處理提高了前期和后期土壤速效磷含量，T5處理則提高了煙草移栽60 d后的土壤速效磷含量。

圖2-B所示，在30,90 d時(shí)，各處理速效鉀含量表現(xiàn)為T5處理顯著高于CK、T1、T3、T4和T6處理，但30 d時(shí)與T2處理差異不顯著。到60 d時(shí)，T2處理的速效鉀含量與CK相比提高了16.4%，且顯著高于其他處理。移栽60 d后煙株對鉀元素需求量增多，所以到后期土壤速效鉀含量下降。總體來看，T2和T5處理顯著提高了土壤速效鉀含量。

圖2 不同處理移栽后不同時(shí)間土壤速效磷鉀含量變化Fig.2 The content of soil available phosphorus and potassium change in different days after transplanting under different treatments

2.1.2 不同處理對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 由圖3可知，30 d和90 d時(shí)各處理有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異，各處理有機(jī)質(zhì)含量在60 d時(shí)略有升高，T4處理有機(jī)質(zhì)含量最高且顯著高于CK和T5處理，且T1、T3和T6處理均顯著高于CK處理。說明施用生物炭、生物炭菌肥、有機(jī)菌肥和生物炭配施均促進(jìn)了煙草移栽60 d后土壤養(yǎng)分的釋放，煙株吸收營養(yǎng)后到成熟期有機(jī)質(zhì)含量又會下降。

圖3 不同處理移栽后不同時(shí)間土壤有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.3 The change of content of soil organic matter in different days after transplanting under different treatments

2.2 不同處理對土壤可溶性有機(jī)碳、氮含量的影響

由圖4-A所示，土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)含量隨移栽后時(shí)間呈先升高后下降的趨勢。移栽后30 d，T3處理顯著高于CK、T2、T5和T6，且與T1和T4差異不顯著；60 d時(shí)，T1和T3處理顯著高于其他處理；到90 d時(shí)，T3處理顯著高于其他處理，總體來看，T1和T3處理顯著增加了土壤可溶性碳含量，說明生物炭和生物炭菌肥有機(jī)碳含量較高，促進(jìn)了可溶性有機(jī)碳含量的增加。

圖4-B顯示，土壤可溶性有機(jī)氮(DON)含量隨移栽后時(shí)間呈先上升后下降的趨勢。移栽后30 d和90 d，T2處理的可溶性有機(jī)氮含量均顯著高于其他處理，其中90 d達(dá)到57.09 mg/kg；60 d時(shí)，T5處理的可溶性有機(jī)氮含量顯著高于其他處理,達(dá)到97.98 mg/kg。說明施用有機(jī)菌肥有利用土壤氮素的釋放，而適量的生物炭減少了氮素的淋失，因此，施用有機(jī)菌肥以及施用60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭(T5處理)可顯著提高土壤可溶性有機(jī)氮含量。

圖4 不同處理移栽后不同時(shí)間土壤可溶性有機(jī)碳、氮含量變化Fig.4 The change of soil dissolved organic carbon/nitrogen content in different days after transplanting under different treatments

2.3 不同處理對DOC/SOC和DON/TN變化特征的影響

圖5-A顯示，各處理的DOC/SOC比值隨移栽后天數(shù)呈先升高后下降的趨勢。T3處理的DOC/SOC比值在整個(gè)生育期均最高，在30 d和60 d時(shí)，T3處理均顯著高于CK、T4、T5和T6處理達(dá)到8.31 mg/g。T1處理60 d的DOC/SOC比值也顯著高于CK、T4、T5和T6處理，但與T3處理之間差異不顯著。說明施用生物炭和生物炭菌肥中有機(jī)碳含量較高，有利于提高DOC/SOC的比值，從而提高了土壤可溶性有機(jī)碳比例。

由圖5-B可知，DON/TN的比值隨移栽后天數(shù)呈先升高后下降的趨勢，與DOC/SOC比值變化相似。T2處理的DON/TN在30 d時(shí)顯著高于其他處理，但與T5處理差異不顯著，到60 d時(shí)，T5處理則顯著高于其他處理。90 d時(shí)，T2、T5和T6處理顯著高于其他處理且相互差異不顯著。從整個(gè)生育期來看，T2和T5處理顯著提高了DON/TN的比值，說明有機(jī)菌肥和生物炭能夠促進(jìn)土壤可溶性有機(jī)氮含量提高，有機(jī)菌肥及60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭可提高土壤可溶性有機(jī)氮的比例。

圖5 不同處理移栽后不同時(shí)間DOC/SOC和DON/TN的變化特征Fig.5 The change characteristics of soil DOC/SOC and DON/TN in different days after transplanting under different treatments

2.4 不同處理對成熟期植煙土壤可溶性有機(jī)質(zhì)光學(xué)特性的影響

由表2可知，不同處理對成熟期植煙土壤DOC芳香化指數(shù)的影響表現(xiàn)為T1和T2處理差異不顯著，但顯著高于其他處理。T3、T4、T5、T6處理E2/E3值顯著高于CK、T1、T2處理。各處理芳香化指數(shù)與E2/E3值呈相反的趨勢，其中T1處理的芳香化指數(shù)與各處理相比最高，但E2/E3值與各處理相比最低。說明施用生物炭菌肥及菌肥與生物炭配施降低了成熟期土壤DOC的芳香化程度，提高了有機(jī)質(zhì)小分子含量。

表2 不同處理移栽后90 d植煙土壤可溶性有機(jī)質(zhì)紫外光譜特性Tab.2 The UV spectral characteristics of soil dissolved organic matter after tobacco transplanted 90 d under different treatments

3 結(jié)論與討論

煙草是一種對氮素比較敏感同時(shí)又需求量較高的植物，土壤是一個(gè)巨大的氮庫，但氮素含量與地區(qū)差異及施肥制度都有很大的關(guān)系。有研究表明，施用生物炭可以提高土壤全氮和堿解氮含量[19]。也有研究表明，生物炭中的活性炭源可以促進(jìn)土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的釋放，提高土壤氮含量；但是另一方面，施用過量生物炭可能會導(dǎo)致土壤碳氮比過高，造成土壤中有效氮的生物固定，又會造成缺氮現(xiàn)象[20]。本研究結(jié)果顯示，施用生物炭處理(T1處理)的土壤全氮含量在30 d時(shí)高于CK，但60 d以后與對照并無明顯差異，且其堿解氮含量與其他有機(jī)肥處理相比并無明顯優(yōu)勢。這說明生物炭雖然可促進(jìn)生長前期土壤氮素的釋放，但過量生物炭會造成土壤中有效氮固定，造成后期缺氮現(xiàn)象。而施用有機(jī)菌肥(T2處理)顯著提高了土壤全氮含量，60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭的處理(T5處理)則顯著提高了堿解氮含量，這說明與菌肥配施的生物炭比例最小更有利于提高土壤氮含量。銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植物可直接吸收利用的氮素，有研究發(fā)現(xiàn)施用生物炭可使硝態(tài)氮累計(jì)淋失總量減少3%[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生物炭的處理及不同比例有機(jī)菌肥與生物炭配施的處理土壤硝態(tài)氮含量明顯高于其他處理，有機(jī)菌肥處理對提高土壤硝態(tài)氮含量效果并不顯著，這可能是因?yàn)橄鯌B(tài)氮的淋失作用，而生物炭與生物炭菌肥處理成熟期前的硝態(tài)氮含量雖然顯著高于CK，但有機(jī)菌肥配施生物炭的處理則顯著提高了土壤硝態(tài)氮含量，其中以60%的有機(jī)菌肥配施40%的生物炭效果最好，這說明菌肥與生物炭配施一方面可以為土壤提高氮素，另一方面則減少了氮素的淋失。研究表明，銨態(tài)氮在土壤中的淋失較少，因此認(rèn)為，生物炭對銨態(tài)氮淋失影響很小[22]。梁利寶等[23]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)菌肥與化肥配施對提高土壤銨態(tài)氮含量效果顯著。本研究中，T2處理(有機(jī)菌肥處理)顯著提高了旺長期土壤銨態(tài)氮含量，從而驗(yàn)證了前人的研究結(jié)果。

趙殿峰等[24]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭可顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷含量，且速效磷含量隨生物炭的施用量的增加呈先升高后降低的趨勢。王濤等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在黃瓜連作土壤上施用微生物菌肥，能有效提高土壤速效磷、鉀含量。本研究中，生物炭菌肥提高了煙草生長前期和后期土壤速效磷含量，有機(jī)菌肥及60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭對提高土壤速效磷和速效鉀含量效果顯著，說明有機(jī)菌肥和生物炭菌肥中的微生物促進(jìn)了土壤難溶性磷的釋放，所以效果優(yōu)于生物炭處理。有機(jī)菌肥及有機(jī)菌肥與生物炭配比施用時(shí)有機(jī)菌肥含量較多時(shí)則更有利于磷、鉀的釋放，這也進(jìn)一步印證了前人的研究。

可溶性有機(jī)碳、氮是土壤碳氮儲存庫中最活躍的組分，是植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源，其含量的高低是土壤微生物對有機(jī)物分解與利用的綜合反映[26]。楊雙劍[27]研究表明，有機(jī)施肥模式顯著提高了煙株生長各期土壤中DOC、TOC及煙株生長中后期土壤DON和TON含量，改善了土壤碳氮平衡及土壤理化性狀，且土壤中有機(jī)碳、氮組分及其比值的動態(tài)變化與優(yōu)質(zhì)煙葉土壤養(yǎng)分供應(yīng)規(guī)律基本一致。這與本試驗(yàn)結(jié)果中各有機(jī)肥處理DOC和DON含量都是呈先升高后降低的趨勢相一致。葉協(xié)鋒等[14]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭后，土壤中的有機(jī)碳可能被激發(fā)，而增加了有機(jī)碳的礦化速率，增加了土壤中的有機(jī)碳含量。這與本研究結(jié)果一致，本研究發(fā)現(xiàn)，施用生物炭和生物炭菌肥的處理顯著提高了土壤可溶性碳含量，生物炭菌肥處理的煙株整個(gè)生育期的可溶性有機(jī)碳含量均達(dá)到最高，說明生物炭菌肥中所含的微生物不僅有利于提高可溶性碳含量，還有利于后期的穩(wěn)定持久。雖然土壤可溶性有機(jī)氮占土壤總有機(jī)氮很小一部分，但可溶性有機(jī)氮在土壤氮素循環(huán)和作物氮素吸收利用發(fā)面具有重要作用[28]?？扇苄杂袡C(jī)氮是微生物生長過程中具有的重要作用的氮源[29]，微生物與可溶性有機(jī)氮的同化作用，會導(dǎo)致可溶性有機(jī)氮含量的降低[30]。本試驗(yàn)中各處理在30 d時(shí)，可溶性有機(jī)氮含量較低，這說明此時(shí)微生物的大量繁殖同化了土壤中的可溶性有機(jī)氮，而有機(jī)菌肥處理則在整個(gè)生育期均提高了可溶性有機(jī)氮含量，且DON/TN比值較高，說明有機(jī)菌肥中的有機(jī)氮含量較高，對后期有機(jī)氮含量的穩(wěn)定持久也有一定作用。60%的有機(jī)菌肥配施40%的生物炭處理煙株旺長期時(shí)土壤可溶性有機(jī)氮含量最高，說明生物炭提高了土壤有機(jī)碳含量[31]，為微生物的生長提供了大量的能源物質(zhì)，減少了微生物與土壤爭氮，同時(shí)有利于有機(jī)菌肥可溶性有機(jī)氮的釋放。DOC/SOC的比值可以反映土壤中活性有機(jī)碳的強(qiáng)度[17]。生物炭和生物炭菌肥的DOC/SOC的比值較高，這也進(jìn)一步印證了生物炭和生物炭菌肥均對提高土壤可溶性有機(jī)碳含量有作用。外源有機(jī)物料的輸入改變了土壤中有機(jī)碳氮的組成及平衡，進(jìn)而影響土壤的理化性狀，促進(jìn)土壤肥力提高。

SUVA254的大小可以反映土壤有機(jī)質(zhì)的腐殖化程度，SUVA254值越大，則腐殖化程度越高；E2/E3值的大小與土壤有機(jī)質(zhì)的芳香性及分子質(zhì)量的大小呈反比關(guān)系，該值越大則DOM 的芳香性及分子量越小[15]。有研究表明，微生物活動是影響DOC復(fù)合物產(chǎn)量和化學(xué)組成的關(guān)鍵因素[32]。李鳴曉等[33]研究表明，堆肥的施用，E2/E3值呈下降趨勢，但在堆肥結(jié)束時(shí)該值又突然增大。本研究中，生物炭菌肥及菌肥與生物炭配施降低了煙草成熟期土壤DOC的芳香化程度，提高了有機(jī)質(zhì)小分子含量。說明到煙草生長后期，生物炭菌肥及菌肥與生物炭配施的處理中土壤微生物活動增強(qiáng)，促進(jìn)了對有機(jī)質(zhì)大分子分解，增加了對有機(jī)質(zhì)小分子的利用。生物炭菌肥或生物炭與菌肥配施時(shí)對煙草成熟期植煙土壤有機(jī)質(zhì)大分子的分解與利用效果優(yōu)于單施生物炭或有機(jī)菌肥，這可能與生物炭的物理結(jié)構(gòu)性質(zhì)和微生物菌種的加入有關(guān)。

綜合不同有機(jī)肥處理對植煙土壤養(yǎng)分及可溶性碳氮含量的影響發(fā)現(xiàn)，有機(jī)菌肥、生物炭菌肥和60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭對提高土壤氮素、土壤速效磷含量效果顯著。而有機(jī)菌肥及60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭處理顯著提高了土壤速效鉀及土壤可溶性氮含量。生物炭及生物炭菌肥施用可明顯提高土壤可溶性碳含量?？傮w來說，在豫中煙區(qū)，施用有機(jī)菌肥及60%有機(jī)菌肥配施40%生物炭對植煙土壤肥力提高有一定效果。