不同有機(jī)物料對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)及烤煙品質(zhì)的影響

馮婷婷+符云鵬+李海江+宋顯峰+張曉娟

摘要：以中煙100為試驗(yàn)材料，通過大田試驗(yàn)，分析了腐熟麥秸稈、黑麥草及菌肥等不同有機(jī)物料施用對(duì)植煙土壤碳庫(kù)及烤后煙葉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：不同有機(jī)物料施用提高了植煙土壤全碳、總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。添加有機(jī)物料及菌肥能增加烤后煙葉總糖、還原糖含量，顯著降低總氮、煙堿含量，協(xié)調(diào)常規(guī)化學(xué)成分，增加中性致香物質(zhì)總量。綜合分析結(jié)果表明，以綠肥黑麥草配施微生物菌劑的處理較好。

關(guān)鍵詞：有機(jī)物料；土壤碳庫(kù)；化學(xué)成分；致香物質(zhì)

中圖分類號(hào)：S572.062文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）03-0089-05

AbstractThe field experiment was carried out to study the effects of adding rotten wheat straw， green manure and microbial agents on quality of flue-cured tobacco， Zhongyan 100， and organic carbon pool in soils. The results showed that all the treatments increased the total carbon， total organic carbon， labile organic carbon and carbon pool management index （CPMI） in tobacco growing soils. Adding organic materials and microbial agents could increase the contents of total sugar and reducing sugar， significantly reduced total nitrogen and nicotine contents， coordinate common chemical components and increase neutral aroma components. Green manure with microbial agents rendered the best effects.

KeywordsOrganic materials； Soil carbon pool； Chemical components； Aroma components

土壤有機(jī)碳是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，同時(shí)在全球碳循環(huán)過程中起重要作用。土壤活性有機(jī)碳雖然僅占土壤有機(jī)碳的很少一部分，但在土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化供應(yīng)中扮演著重要角色，各碳庫(kù)質(zhì)量指數(shù)均與土壤養(yǎng)分含量有顯著相關(guān)關(guān)系[1，2]。綠肥和秸稈是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中富含養(yǎng)分的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥源，植煙土壤中添加秸稈、綠肥對(duì)改善土壤理化性狀、提高土壤養(yǎng)分含量、增強(qiáng)土壤酶活性具有重要意義[3-6]。官會(huì)林等[7]研究表明，綠―煙及豆―煙復(fù)種模式較麥―煙、菜―煙復(fù)種及冬閑地更有利于提高土壤微生物量碳與有機(jī)碳含量。此外，張貴龍等[8]研究表明，施有機(jī)肥或有機(jī)無機(jī)適當(dāng)配施能提高土壤有機(jī)碳含量和土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。農(nóng)田施肥直接或間接地調(diào)控土壤有機(jī)質(zhì)的輸入，對(duì)土壤有機(jī)碳的積累和礦化有一定影響。因此，研究土壤有機(jī)碳庫(kù)在施用秸稈、綠肥和菌肥等有機(jī)物料條件下的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)提高土壤有機(jī)碳庫(kù)有重要意義。馬超等[5]研究表明，秸稈促腐還田較單施化肥、常規(guī)秸稈還田更有利于提高土壤活性有機(jī)碳組分含量及碳庫(kù)管理指數(shù)。另有研究表明，作物產(chǎn)量與活性有機(jī)碳含量和碳庫(kù)管理指數(shù)均存在極顯著的相關(guān)性，且相關(guān)系數(shù)明顯大于總有機(jī)碳[8，9]。

近年來，受外界環(huán)境條件影響強(qiáng)烈、周轉(zhuǎn)速度快的土壤有機(jī)碳活性組分成為各國(guó)學(xué)者對(duì)土壤有機(jī)碳研究的熱點(diǎn)[10]，但是目前關(guān)于綠肥、菌肥和秸稈等不同有機(jī)物料施用下植煙土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)、活性有機(jī)碳組分的變化及碳庫(kù)管理指數(shù)等方面的研究較少。因此，本試驗(yàn)在平頂山煙區(qū)探索施用不同有機(jī)物料對(duì)植煙土壤有機(jī)碳庫(kù)及烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期為改良該地區(qū)植煙土壤、提高煙葉品質(zhì)、建立煙田可持續(xù)土壤管理措施提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)于2015年在河南省平頂山市郟縣進(jìn)行。供試烤煙品種為中煙100，土壤類型為褐土，5月6日移栽，9月17日采收結(jié)束，株行距50 cm×120 cm。耕層土壤pH值7.45，有機(jī)質(zhì)含量為12.42 g/kg，堿解氮65.42 mg/kg，有效磷13.75 mg/kg，速效鉀112.16 mg/kg。

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，對(duì)照CK：不施用有機(jī)物料；處理T1：施用腐熟小麥秸稈；處理T2：翻壓黑麥草；處理T3：翻壓黑麥草+微生物菌劑（30 kg/hm2）；處理T4：翻壓黑麥草+納米酵豆（11.25 kg/hm2，土壤有益微生物田間擴(kuò)繁劑）。施用有機(jī)物料的處理中，腐熟小麥秸稈用量為6 000 kg/hm2（干基），黑麥草于移栽前1個(gè)月翻壓，用量為20 240 kg/hm2（鮮重），這一添加量是根據(jù)該煙區(qū)生產(chǎn)中實(shí)際秸稈、黑麥草用量施加。氮用量為30.0 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶2∶6，氮素由腐熟芝麻餅肥300 kg/hm2、復(fù)合肥（10∶10∶20）150 kg/hm2提供，磷、鉀不足部分由重過磷酸鈣、硫酸鉀提供。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，小區(qū)面積667 m2。按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行大田管理。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

在煙株最后一次采收前（移栽后120 d），各小區(qū)用土鉆按“S”形采集0～20 cm耕層土樣，風(fēng)干后過篩備用。土壤有機(jī)碳用重鉻酸鉀容量法―外加熱法測(cè)定[11]；全碳采用碳氮元素分析儀（Vario MAX CN，德國(guó)）測(cè)定；活性有機(jī)碳采用333 mmol/L KMnO4氧化法測(cè)定[12，13]。

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)計(jì)算方法[12]：

活性有機(jī)碳+穩(wěn)態(tài)碳=總有機(jī)碳；

碳庫(kù)指數(shù)（CPI）=樣品總有機(jī)碳含量（mg/g）/參照土壤總有機(jī)碳含量（mg/g）；

碳庫(kù)活度（A）=活性有機(jī)碳含量（mg/g）/穩(wěn)態(tài)碳含量（mg/g）；

碳庫(kù)活度指數(shù)（AI）=樣品碳庫(kù)活度/參照土壤碳庫(kù)活度；

碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）=碳庫(kù)指數(shù)（CPI）×碳庫(kù)活度指數(shù)（AI）×100

本研究中以常規(guī)施肥處理土壤（CK）作為參照土壤。

試驗(yàn)煙葉單獨(dú)采收、編桿、烘烤，分級(jí)計(jì)產(chǎn)，按照當(dāng)?shù)責(zé)熑~收購(gòu)價(jià)格計(jì)算產(chǎn)值。選取具有代表性的烤后中部煙葉，進(jìn)行常規(guī)化學(xué)成分分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同有機(jī)物料對(duì)土壤不同形態(tài)碳素含量的影響

由圖1可知，不同施肥處理對(duì)植煙土壤不同形態(tài)碳素含量影響較大，添加秸稈、綠肥等有機(jī)物料后，土壤全碳、總有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量均有明顯增加。土壤全碳含量與常規(guī)施肥（CK）相比有明顯提高，T1、T2、T3、T4處理分別較CK提高12.79%、14.05%、27.00%、22.00%，處理T3、T4與CK差異顯著，說明綠肥作為有機(jī)肥源配施菌肥施入土壤后能有效提高土壤全碳含量，增強(qiáng)土壤肥力。外源有機(jī)質(zhì)的輸入可有效增加土壤有機(jī)碳含量，而肥料種類的差異在一定程度上影響土壤有機(jī)碳的積累和礦化。各處理土壤總有機(jī)碳含量表現(xiàn)為T3>T2>T4>T1>CK，較CK提高6.73%～12.95%，且T2、T3處理與CK相比差異顯著。各處理土壤活性有機(jī)碳含量表現(xiàn)為T3>T4>T2>T1>CK，與CK相比提高15.44%～37.50%，T3處理與CK相比差異達(dá)到顯著水平。

2.2不同有機(jī)物料對(duì)土壤碳庫(kù)的影響

由表1可知，與常規(guī)施肥處理（CK）相比，綠肥配施微生物菌劑的處理T3土壤碳庫(kù)活度（A）、碳庫(kù)活度指數(shù)（AI）分別增加28.57%、28.00%。施用有機(jī)物料的處理T1、T2、T3、T4土壤碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）與CK相比分別高17.94%、15.63%、45.17%和22.06%，其中處理T3達(dá)到最大，且與其他處理差異顯著。各處理碳庫(kù)指數(shù)（CPI）變化規(guī)律與碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）相似，與CK相比增加7.00%～13.00%。說明與其他施肥方式相比，綠肥配施微生物菌劑的處理更有利于促進(jìn)提高植煙土壤碳庫(kù)指數(shù)、碳庫(kù)活度指數(shù)和碳庫(kù)管理指數(shù)。

2.3不同有機(jī)物料對(duì)烤后煙葉化學(xué)成分的影響

由表2可知，除處理T2外，其余處理總糖、還原糖含量與CK 相比均有不同程度的增加，但所有處理還原糖/總糖比值均大于對(duì)照CK，且大于0.9，說明兩糖含量適中，較為協(xié)調(diào)。各處理總氮、煙堿和氮堿比均低于CK，總氮含量以處理T3最低，與其他處理相比差異達(dá)到顯著水平，處理T3、T4煙堿含量顯著低于其他處理，各處理還原糖/煙堿顯著高于CK，以處理T3比值最高，且各處理間差異顯著，處理T2氮堿比含量最低。

2.4不同有機(jī)物料對(duì)烤后煙葉香味物質(zhì)的影響

表3表明，與CK相比，除苯丙氨酸降解產(chǎn)物外，各處理其他香味物質(zhì)含量均有所增加。不同處理間各類香味物質(zhì)含量相比較，棕色化反應(yīng)產(chǎn)物以處理T1含量最高，類西柏烷類降解產(chǎn)物和類胡蘿卜素降解產(chǎn)物均以處理T3含量最高。新植二烯是煙草中性致香物質(zhì)中含量最高的成分，其含量的高低不僅直接影響煙葉的香吃味，而且還影響其他致香成分的形成。從表3看出，處理T3的新植二烯含量最高，中性致香物質(zhì)總量也最高，T4次之，表明綠肥配施微生物菌劑對(duì)烤后煙葉香味物質(zhì)的增加優(yōu)于其他處理。

2.5不同有機(jī)物料對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

各處理經(jīng)濟(jì)性狀見表4。從產(chǎn)量上看，由高到低的順序?yàn)門3>T4>T2>T1>CK，各處理與CK相比，產(chǎn)量增加6.37%～12.54%，且差異達(dá)顯著水平，處理T2、T3、T4與T1相比產(chǎn)量增加1.38%、5.79%、4.72%。從產(chǎn)值上看，各處理收益顯著高于CK，以處理T3的收益最高，處理T3、T4的產(chǎn)值顯著高于T1，但二者之間差異不顯著。

各處理均價(jià)以T3最高，但所有處理間差異不顯著。處理T3的上等煙比例最高，較CK提高5.73%，處理T4的中等煙比例最高，較CK提高10.60%。

3討論

有機(jī)物料施入土壤后，可以提高土壤全碳、總有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量，施加腐熟小麥秸稈、綠肥和綠肥配施菌肥對(duì)不同形態(tài)碳素含量的提高幅度不同，尤以綠肥配施微生物菌劑的處理對(duì)土壤碳含量的提高最為明顯。有機(jī)物料為土壤提供了大量的碳源物質(zhì)，王光華等[14]研究表明，長(zhǎng)期向黑土增施有機(jī)物，能提高土壤全碳含量，有利于提高土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化效率，使黑土質(zhì)量向健康方向發(fā)展，這與本研究中土壤全碳含量提高結(jié)果相一致。

土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳組分的數(shù)量與外源有機(jī)物質(zhì)的種類和性質(zhì)密切相關(guān)[15，16]。研究表明，外源有機(jī)物質(zhì)本身的碳氮比和各有機(jī)組分含量及微生物的作用直接影響土壤原有有機(jī)碳的激發(fā)效應(yīng)[17，18]。當(dāng)碳氮比較低的秸稈還田后，利用土壤原有有機(jī)碳以維持土壤微生物活動(dòng)所需的適宜碳氮比值，因此能被微生物快速分解，促進(jìn)土壤原有有機(jī)碳的正激發(fā)效應(yīng)；當(dāng)將碳氮比高的秸稈添加到土壤后，微生物也能充分利用土壤有機(jī)碳的氮素，增強(qiáng)其對(duì)土壤有機(jī)碳的礦化分解作用[19-20]。綠肥作為土壤豐富的有機(jī)物質(zhì)來源，為微生物提供了能量和營(yíng)養(yǎng)元素，尤其是與菌肥配合施用后進(jìn)一步提高了微生物活性，從而加速了土壤有機(jī)碳的礦化和土壤養(yǎng)分的循環(huán)與轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生了激發(fā)效應(yīng)。

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)融合了人為影響下土壤碳庫(kù)指標(biāo)和土壤碳庫(kù)活度兩方面的內(nèi)容，綜合考慮了外界因素對(duì)土壤有機(jī)碳數(shù)量變化的影響和土壤活性有機(jī)碳數(shù)量的變化，與活性有機(jī)碳相比更能靈敏地反映各種土地利用或管理措施引起的土壤質(zhì)量下降或更新的程度[21]。土壤碳庫(kù)管理指數(shù)變大說明施肥耕作可以維持和提高土壤質(zhì)量，其值變小則表明土壤肥力在下降，土壤質(zhì)量在向不良方向發(fā)展。植煙土壤添加秸稈、綠肥等有機(jī)物料后與常規(guī)施肥相比顯著提高了土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，處理T3的碳庫(kù)管理指數(shù)達(dá)到145.17，顯著高于其他處理，同時(shí)顯著增加了土壤活性有機(jī)碳含量，為提高土壤碳庫(kù)管理指數(shù)奠定了基礎(chǔ)，表明綠肥配施微生物菌劑能較好地改善土壤性質(zhì)。

土壤是影響煙葉品質(zhì)的重要環(huán)境因素，化學(xué)成分分析表明，所有處理與對(duì)照相比還原糖/總糖、還原糖/煙堿有不同程度的增加，總氮、煙堿、總氮/煙堿有不同程度的降低。陳永明等[22]研究表明，煙葉還原糖含量隨著土壤施氮水平的提高表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。試驗(yàn)中T2處理綠肥對(duì)氮素的保肥作用使還原糖含量下降。綜合比較以T3處理化學(xué)成分最為協(xié)調(diào)。

煙葉的香氣質(zhì)量是評(píng)價(jià)煙葉品質(zhì)的核心內(nèi)容，研究表明，植煙土壤翻壓綠肥、施用腐熟小麥秸稈后提高了烤后煙葉中性致香物質(zhì)含量及產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例等經(jīng)濟(jì)性狀[23-26]。本試驗(yàn)初步研究結(jié)果表明，除苯丙氨酸降解產(chǎn)物外，施用有機(jī)物料對(duì)其他香味物質(zhì)含量均有所增加。各處理間香味物質(zhì)總量相比較，綠肥的作用效果優(yōu)于腐熟麥秸稈，微生物菌劑的作用效果優(yōu)于納米酵豆，以處理T3的香味物質(zhì)總量最高。

4結(jié)論

植煙土壤施用秸稈、綠肥、菌肥等有機(jī)物料后，土壤全碳、總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳含量均得到不同程度提高，各處理與對(duì)照相比顯著增加了土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，增加15.63%～45.17%，烤后煙葉品質(zhì)、產(chǎn)量、產(chǎn)值得到進(jìn)一步提高，以翻壓黑麥草配施微生物菌劑的處理效果最好，較適于在豫中平頂山煙區(qū)推廣應(yīng)用。但由于本試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間有限，對(duì)于長(zhǎng)期施用秸稈、綠肥和菌肥等有機(jī)物料對(duì)于植煙土壤碳庫(kù)的變化還需要進(jìn)一步開展定位觀測(cè)和機(jī)理研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵月紅，潘劍君，孫波. 長(zhǎng)期施肥對(duì)紅壤不同形態(tài)碳的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，14（1）：125-127.

[2]Wander M M， Traina S J，Stinner B R，et al. Organic and conventional management effects on biologically active soil organic matter pools[J]. Soil Science Society of America Journal， 1994， 58： 1130-1139.

[3]鄧小華，石楠，周米良. 不同種類綠肥翻壓對(duì)植煙土壤理化性狀的影響[J].煙草科技，2015，48（2）：7-10，20.

[4]李正，劉國(guó)順，敬海霞，等.翻壓綠肥對(duì)植煙土壤微生物量及酶活性的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（3）：225-232.

[5]馬超，周靜，劉滿強(qiáng)，等. 秸稈促腐還田對(duì)土壤養(yǎng)分及活性有機(jī)碳的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2013，50（5）：915-921.

[6]韓新忠，朱利群，楊敏芳，等.不同小麥秸稈還田量對(duì)水稻生長(zhǎng)、土壤微生物生物量及酶活性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，31（11）：2192-2199.

[7]官會(huì)林，郭云周，張?jiān)品?，?不同復(fù)種模式對(duì)云南植煙紅壤根區(qū)有機(jī)碳和微生物量碳的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（1）：133-138.

[8]張貴龍，趙建寧，宋曉龍，等.施肥對(duì)土壤有機(jī)碳含量及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2012，18（2）：359-365.

[9]楊濱娟，黃國(guó)勤，蘭延，等.施氮和冬種綠肥對(duì)土壤活性有機(jī)碳及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（10）：2907-2913.

[10]Six J， Elliott E T， Paustian K， et al. Aggregation and soil organic matter accumulation in cultivated and native grassland soil[J]. Soil Science Society of America Journal，1998，62：1367-1377.

[11]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：39-60，57-79，99-107.

[12]Blair G J， Lefroy R D B， Lisle L. Soil carbon fractions based on their degree of oxidation， and the developments of a carbon management index for agricultural systems[J]. Australian Journal of Agriculture Research， 1995， 46： 1459-1466.

[13]Lefroy R D B， Blair G J， Strong W M. Changes in soil organic matter with cropping as measured by organic carbon fractions and 13C natural isotope abundance[J]. Plant and Soil，1993，155（1）：399-402.

[14]王光華，齊曉寧，金劍，等. 施肥對(duì)黑土農(nóng)田土壤全碳、微生物量碳及土壤酶活性的影響[J].土壤通報(bào)，2007，38（4）：661-666.

[15]Manna M C， Swarup A， Wanjari R H，et al. Long-term effect of fertilizer and manure application on soil organic carbon storage， soil quality and yield sustainability under sub-humid and semi-arid tropical India[J]. Field Crops Research， 2005， 93： 264-280.

[16]楊景成，韓興國(guó)，黃建輝，等.土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)農(nóng)田管理措施的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（4）：787-796.

[17]呂殿青，張樹蘭，楊學(xué)云. 外加碳、氮對(duì)土壤氮礦化、固定與激發(fā)效應(yīng)的影響[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2007，13（2）：223-229.

[18]Guenet B， Neill C， Bardoux G， et al. Is there a linear relationship between priming effect intensity and the amount of organic matter input[J]. Applied Soil Ecology， 2010，46（3）：436-442.

[19]朱春茂，李志芳，吳文良，等.甜玉米/白三葉草秸稈還田的碳氮礦化研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（3）：423-428.

[20]Kuzyakov Y. Priming effects： interactions between living and dead organicmatter[J]. Soil Biology & Biochemistry， 2010， 42（9）： 1363-1371.

[21]邱莉萍，張興昌，程積民. 不同封育年限草地土壤有機(jī)質(zhì)組分及其碳庫(kù)管理指數(shù)[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2011，17（5）：1166-1171.

[22]陳永明，陳建軍，邱妙文. 施氮水平和移栽期對(duì)烤煙還原糖及煙堿含量的影響[J]. 中國(guó)煙草科學(xué)，2010，31（1）：34-36，40.

[23]曾宇，符云鵬，葉協(xié)峰，等. 煙田施用腐熟小麥秸稈對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響[J].中國(guó)煙草科學(xué)，2014，35（5）：40-44.

[24]葉協(xié)鋒，楊超，王永，等. 翻壓黑麥草對(duì)烤煙產(chǎn)、質(zhì)量影響的研究[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（12）：196-199.

[25]敬海霞，解昌盛，向永光，等.翻壓綠肥對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分及致香成分的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（2）：104-108.

[26]駱園，張歡歡，熊德中.培肥措施對(duì)植煙土壤主要理化性狀及煙草經(jīng)濟(jì)效益的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，32（2）：351-356.