熟芝麻在烤烟生长期间田间养分矿化特征研究

时间：2024-05-22

李举旭张帅涛关卫东李洪臣王志军

摘要研究熟芝麻在植烟土壤中的养分矿化特征，为烤烟生产中精准施用熟芝麻提供参考。采用尼龙网袋田间原位培养的方法对熟芝麻的有机碳、氮矿化规律及其对植烟土壤速效养分、腐殖酸含量的影响进行研究。结果表明，熟芝麻掩埋后，土壤有机碳和有机氮前期（掩埋50 d内）矿化快，后期矿化慢，在掩埋70 d内分别可矿化掩埋期间总量的94.13%和88.07%；添加熟芝麻可有效地提高土壤中速效磷、速效钾、铵态氮和硝态氮的含量；熟芝麻在掩埋20 d内有效地提高土壤中的腐殖酸含量。在烟株移栽时添加熟芝麻，其碳氮矿化规律以及土壤养分的变化可以较好地满足烤烟的生长需求。

关键词熟芝麻；烤烟；矿化规律；腐殖酸

中图分类号 S 572 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）23-0128-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.030

Study on the Characteristics of Nutrient Mineralization of Fried Sesame during the Growth of Flue-cured Tobacco

LI Ju-xu1， ZHANG Shuai-tao1， GUAN Wei-dong2 et al

（1.College of Tobacco Sciences， Henan Agricultural University， Zhengzhou，Henan 450046；2.Sanmenxia Company of Henan Tobacco Corporation， Sanmenxia， Henan 472000）

Abstract To provide a reference for the precise application of fried sesame in flue-cured tobacco production， this paper studied the characteristics of nutrient mineralization of fried sesame in tobacco planting soil. The organic carbon and nitrogen mineralization release of fried sesame in tobacco planting soil was studied by the method of nylon net bag. In addition， the effects on available nutrients and humus acid were also studied. The soil organic carbon and organic nitrogen mineralized rapidly in the early stage （in 50 d after being buried） and slowly in the late stage after fried sesame was buried. The organic carbon and organic nitrogen mineralized 94.13% and 88.07% of the total amount during fried sesame buried for 70 days， respectively. The content of available phosphorus， potassium， ammonia-nitrogen， and nitrate nitrogen in soil could be increased by adding fried sesame. Furthermore， humus acids content in the soil could also be increased effectively in 20 days after fried sesame is buried. The carbon and nitrogen mineralization and soil nutrient changes of applying fried sesame when flue-cured tobacco transplanting can better meet the demand for flue-cured tobacco.

Key words Fried sesame;Flue-cured tobacco;Mineralization regularity;Humus acid

基金項目河南省烟草公司三门峡市公司科技项目“三门峡烟区品牌导向型烤烟品种筛选与应用研究”（202041120020053）；中国烟草总公司河南省公司科技项目“提高豫西烤烟上部叶质量的关键技术体系构建与应用”（2020410000270020）。

作者简介李举旭（1998—），男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向：烟草品质改良。

*通信作者，高级工程师，从事烟叶生产和技术推广研究。

收稿日期 2022-11-08

近年来，由于化学肥料施用过多以及常年连作等不合理的耕作措施，我国烟田土壤板结、肥力下降、养分供应失调以及肥料利用率低等问题日益突出，最终导致烟叶质量降低，无法满足卷烟工业原料供应要求［1］。研究发现，包括有机肥和生物质炭等在内的有机物料具有改善土壤团聚体结构和稳定性、提高土壤微生物与酶活性、提高土壤养分含量等功能，对缓解土壤问题和促进植株生长具有重要作用［2-3］。

烤烟是一种对氮素极其敏感的作物，具有生长后期需氮量较少的特点，因此适时适量的氮素添加对烟叶品质具有重要影响［4］。多数有机物料具有养分释放缓慢的特点，且在生产中存在很多或因时期不适宜，或用量过多，或受生态环境影响等原因引起的有机物料施用不精准的情况，无法满足作物生长需求［5］。叶协锋等［6］在重庆以有机肥为材料，研究其在田间养分矿化释放特征，结果表明于烟株移栽前20 d施入充分腐熟的有机肥，其碳氮矿化规律能较好地满足烤烟对养分的需求规律。王岩等［7］通过玻璃滤纸包法研究苜蓿和黑麦草翻压后养分释放规律发现，苜蓿和黑麦草分别在翻压后前42 d矿化释放总量92%和74%的氮。芝麻饼肥是我国烤烟种植中常用有机肥，而河南等部分烟区有将炒熟芝麻应用于烟叶生产中的情况，研究表明熟芝麻和油酸配施能显著提高烟叶中有机营养成分。赵铭钦等［8］对比小磨油、豆糁和豆浆等有机物质后发现穴施炒熟芝麻可有效增加烟叶内多数中性致香物质含量及总量。然而熟芝麻在施入土壤后的养分矿化释放规律未见报道。笔者采用田间原位培养的方法，通过对比烟田添加与不添加熟芝麻在植烟土壤中有机碳、氮的矿化规律及对土壤速效养分和腐殖酸含量的影响，旨在探明熟芝麻在烤烟生长期间田间养分矿化特征，为烤烟生产精准施肥提供理论依据，促进优质烟叶生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在湖北中烟工业有限责任公司安徽省宣城市烟叶生产基地单元进行，供试品种为当地主栽品种云烟97。土壤为砂壤土，pH 6.23，有机质24.90 g/kg，全氮1.65 g/kg，碱解氮46.90 mg/kg，速效磷35.29 mg/kg，速效钾184.25 mg/kg。熟芝麻为炒熟白芝麻（全氮5.71%，全磷2.62%，全钾1.43%，蛋白质45.2%）。

1.2 试验设计

采用田间原位培养法［6］进行，设置2个处理：CK为在移栽时每个尼龙网袋中装入烟田原位过10目筛土壤220.0 g；T为在移栽时每个尼龙网袋中装入烟田原位过10目筛土壤200.0 g和熟芝麻20.0 g。采用完全隨机试验设计，每处理各埋36袋，小区面积为133 m2。尼龙网袋规格为300目尼龙纱网制成的20 cm×20 cm可封口袋子。3月28日移栽时，尼龙网袋埋入2个烟株移栽苗穴位置之间的垄体上距土表10 cm处，浇少量的原土悬浊液使之与土壤接触，尼龙网袋掩埋时计为掩埋0 d，前30 d每隔10 d取样1次，30 d后每隔20 d取样1次，取样重复3次，测定养分含量。

1.3 测定项目与方法

有机碳和有机氮矿化率采用以下公式计算［9］。

有机碳矿化率=（1-残留有机碳含量-空白有机碳含量加入有机碳含量）×100%

有机氮矿化率=（1-残留有机氮含量-空白有机氮含量加入有机氮含量）×100%

速效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色分光光度法测定；速效钾采用火焰光度计法测定；铵态氮采用2 mol/L KCl浸提法测定［10］；硝态氮采用流动分析仪测定［11］；有机碳采用重铬酸钾氧化法测定［12］；全氮采用CNS元素分析仪测定；腐殖酸、胡敏酸和富里酸的样品分离和制备采用国际腐殖酸协会（IHSS）的方法。

1.4 数据分析

采用Excel 2016进行数据整理并利用SPSS 26.0进行成对样本T检验。

2 结果与分析

2.1 熟芝麻土壤养分矿化特征

2.1.1 有机碳。

土壤有机碳矿化是土壤碳循环的关键步骤和重要环节。熟芝麻有机碳矿化特征见图1，熟芝麻在掩埋前期有机碳矿化迅速、矿化率高，后期矿化速率逐渐降低。在掩埋30 d时有机碳矿化率达46.61%，占掩埋110 d时总矿化量的61.20%，掩埋70 d时熟芝麻的有机碳矿化率高达71.70%，占110 d总矿化量的94.13%，之后有机碳矿化率趋于平缓，最终掩埋110 d时有机碳总矿化率为76.16%。

2.1.2 有机氮。

与有机碳矿化规律相似，熟芝麻掩埋后有机氮迅速矿化分解，而后期矿化速度缓慢（图2）。30 d时有机氮矿化率达28.71%，占掩埋110 d时有机氮总矿化量的61.70%。在掩埋0～50 d，熟芝麻有机氮矿化率增长较为迅速，在掩埋50 d时熟芝麻中约37.68%的有机氮被矿化释放，占有机氮总矿化量的80.98%，掩埋50 d后有机氮矿化率增长缓慢。最终在掩埋110 d时有机氮矿化率为46.53%。

2.2 不同掩埋天数熟芝麻对土壤速效养分的影响

由表1可知，熟芝麻处理的速效磷含量在各时期均显著或极显著高于对照，总体呈先升高后降低的趋势。熟芝麻处理的速效磷含量在掩埋0～10 d略有升高，在掩埋10～50 d稍有降低然后迅速升高，掩埋50 d达到峰值115.24 mg/kg，之后开始降低。说明熟芝麻能够有效地提高烤烟生长期间的土壤速效磷含量。

与对照相比，熟芝麻处理在掩埋后各个时期速效钾含量均较高，其中掩埋0～70 d差异极显著。掩埋0～20 d时对照速效钾含量缓慢升高，在掩埋20～70 d呈缓慢降低趋势，之后又平缓上升。而熟芝麻在掩埋20～50 d呈降低趋势，在掩埋50 d到达最低值，为159.92 mg/kg，在掩埋70 d升高至479.25 mg/kg后迅速降低，至掩埋90 d时又开始回升。说明熟芝麻可以有效提高土壤中的速效钾含量，对土壤中速效钾含量变化有一定的缓冲作用。

在掩埋期间，对照的铵态氮和硝态氮含量一直维持在较低水平且变化不大，而熟芝麻处理的铵态氮含量在各时期均极显著高于对照，总体呈先升高后降低的趋势。熟芝麻在掩埋0～10 d时铵态氮含量迅速升高至峰值，达279.71 mg/kg，之后迅速降低趋于平稳，在掩埋后期处于较低水平。熟芝麻处理硝态氮含量呈先降低后升高再降低的趋势，可能由于环境因素的影响，掩埋0～50 d波动较大。掩埋10～30 d硝态氮含量由12.70 mg/kg迅速提升至112.05 mg/kg，之后呈降低趋势，掩埋90 d后趋于平稳。说明熟芝麻可有效提高土壤铵态氮和硝态氮含量供烤烟生长所需，主要表现为前期提升多而后期少的规律。

2.3 不同掩埋天数熟芝麻对土壤腐殖酸的影响

2.3.1 不同掩埋天数熟芝麻对土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量的影响。

由图3可知，土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸的变化规律基本一致。与对照相比，熟芝麻处理土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量在掩埋0～20 d均有显著提高，掩埋20 d后总体呈波动下降的趋势，后期含量较低，而对照始终在较低水平波动，各时期含量无明显变化。熟芝麻在掩埋0～10 d土壤腐殖酸含量略有降低，后迅速升高，至掩埋20 d时极显著高于对照，是对照腐殖酸含量的5倍，之后呈降低趋势。与前30 d相比，熟芝麻在掩埋30～110 d腐殖酸含量较低，掩埋110 d高出对照24.16%。除掩埋30和110 d外，熟芝麻处理土壤胡敏酸含量在掩埋期间各个时期均显著或极显著高于对照。熟芝麻掩埋0～10 d，富里酸含量迅速降低34.26%后再升高，20 d时富里酸含量约为对照的5倍，之后便持续降低，其中30～110 d降低速度较为缓慢，除50 d外，熟芝麻处理土壤富里酸含量在掩埋70 d内均显著高于对照，90～110 d低于对照。说明熟芝麻在烤烟生长前期能显著提高土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量，后期提升效果较小。

2.3.2 不同掩埋天数熟芝麻对土壤胡富比的影响。

对比熟芝麻和对照土壤胡敏酸和富里酸的比值（图4），在掩埋50 d内，熟芝麻处理土壤胡富比较高，且在10、20和50 d均显著高于对照。之后对照胡富比呈先上升后下降的趋势，并于掩埋70 d时到达峰值且高于熟芝麻处理，之后迅速下降，在掩埋期间，除70 d外，熟芝麻处理的胡富比均高于对照，说明熟芝麻在整个烤烟生长期间对土壤的腐殖化程度有较明显的提升。

3 结论与讨论

烤烟的干物质积累随施氮量的增加而增加，研究表明，烤烟全生育期吸收的氮素主要来自土壤矿化氮［13］，至烟叶采收结束时，烟株体内土壤矿化氮占烟株氮素總累积量的82%。该试验结果表明，在掩埋70 d时，熟芝麻有机氮矿化量占掩埋期间总矿化量的88.07%，70～110 d土壤有机氮矿化量较少，这基本符合烤烟在生长期间对氮素“前促后控”的需求规律。研究表明，有机肥在烟株生育期内有机氮矿化率在30%～60%［14］。该试验中，熟芝麻在掩埋110 d时，熟芝麻中有46.53%的有机氮被矿化，且80.98%的氮素在掩埋50 d内矿化释放。因为烤烟对氮素的敏感性，在生长后期烤烟对氮素需求较少，熟芝麻后期氮素释放较少的规律恰好避免了烤烟因生长后期过高的氮素供给而导致的贪青晚熟、香气量不足和上部烟叶烟碱过高、工业利用性差等问题［15］。

速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮这类土壤速效养分可以被作物直接吸收利用，对作物的生长发育起到至关重要的作用。该试验中，熟芝麻的养分释放规律与烟株生长需肥规律一致，掩埋50 d时熟芝麻处理的钾含量迅速降低，可能由于钾离子移动性强，受降水等因素作用淋溶至土壤中［16］。土壤中铵态氮含量在熟芝麻刚埋入后便能在短时间得到提升，以满足烤烟生长前期对氮素的大量需求。值得注意的是，熟芝麻埋入后土壤中的硝态氮并不能在短时间内得到补充，存在一定的延迟性。在熟芝麻掩埋后10 d内，铵态氮含量迅速提升到达峰值，而硝态氮含量在掩埋20 d后才得到显著提升，这可能是因为土壤中微生物通过硝化作用将无机态氮转化为硝态氮存在一定时差。此外，俞慎等［17］认为，在水分含量较高、土壤通气性差的情况下，土壤中微生物的反硝化作用会增强，将土壤中的硝态氮转化成氮气释放到空气中，从而造成土壤中氮素的损耗［18］。在掩埋前期降水频繁，30 d内试验地降水高达152.7 mm，这可能是造成熟芝麻处理的硝态氮含量在前期变化幅度不太明显的原因。

土壤中腐殖质占有机质组成的80%以上，是土壤肥力的重要体现［19］，其形成与转化是土壤质量演变和调控的主要环节且受物料特性、土壤性质差异、土壤水分状况等因素的影响。该试验表明，熟芝麻在掩埋30 d内，土壤腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量一直处于较高水平且显著高于对照，整体表现为先增加而后下降的趋势，后期差异较小。30 d前，土壤胡敏酸含量高且胡富比大于1，腐殖化程度高，熟芝麻在微生物的作用下大量腐殖化，而恰好20 d左右大量降水导致土壤

淋蚀严重、土壤透气性差，微生物与酶活性降低，可能是导致

20 d时腐殖酸含量下降且之后一直处于低水平波动的主要

原因。另外掩埋30 d时，熟芝麻处理胡富比降低至0.56，富

里酸含量明显超过胡敏酸，这与窦森［20］在多水、透气性差的

情况下有利于富里酸的形成而不利于胡敏酸形成的结论一致。

综上所述，熟芝麻掩埋后，有机碳和有机氮迅速矿化，均表现为前期矿化速率高的特点，在掩埋70 d内矿化量分别占总矿化量的94.13%和88.07%，后期矿化速率低，符合烤烟“前促后控”的需氮规律。添加熟芝麻能有效地提高土壤速效养分含量，土壤铵态氮和硝态氮含量均显著增加，但硝态氮的释放有一定的延迟性；添加熟芝麻可以提高土壤中腐殖酸、胡敏酸和富里酸含量，提升土壤胡富比，对烟田土壤保育起到积极的作用。在烤烟移栽时添加熟芝麻，其有机碳氮矿化规律及养分变化可较好地满足烟株生长需求，并能提升土壤肥力，改善土壤环境。

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