高碳基土壤修復肥對舞陽煙葉化學成分和致香物質的影響

倪 超，宋小寧，張松杰，李 寧，劉國順，王志忠，張松濤*

(1.重慶中煙工業(yè)有限責任公司，重慶 400000；2.河南農業(yè)大學 煙草學院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；3.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000)

高碳基土壤修復肥對舞陽煙葉化學成分和致香物質的影響

倪 超1，宋小寧2，張松杰2，李 寧2，劉國順2，王志忠3，張松濤2*

(1.重慶中煙工業(yè)有限責任公司，重慶 400000；2.河南農業(yè)大學 煙草學院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；3.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000)

為了研究高碳基土壤修復肥對舞陽煙區(qū)的煙葉品質的影響，以中煙100為試驗材料，設置6個處理進行田間試驗。結果表明：高碳基土壤修復肥有利于提高煙葉中總糖和還原糖的含量，配施處理兩糖含量在移栽后30、60、90 d均顯著高于對照；高碳基土壤修復肥有利于提高煙葉中的鉀含量，降低氯含量；高碳基土壤修復肥可提高煙葉中性致香物質的含量和種類，以糠醇、糠醛、茄酮、β-大馬酮、β-二氫大馬酮、新植二烯含量增加較為顯著。

高碳基土壤修復肥；烤煙；煙葉品質

舞陽縣位于河南省中部偏南，為國家優(yōu)質煙葉生產基地縣。煙草規(guī)模化的生產、連作、土壤長期過量施用化肥、氮肥過高等現(xiàn)象對植煙土壤環(huán)境造成嚴重不良影響[1]。植煙土壤環(huán)境惡化使得土壤微生物數(shù)量減少和活性降低，影響煙株的生長發(fā)育狀況；煙株根系發(fā)育不良，養(yǎng)分供應能力減弱，使得濃香型煙葉的品質有所變化[2]。陳繼峰等[3]調查發(fā)現(xiàn)烤煙連作后，蟲害加重，煙葉產量和品質均有所下降，導致煙葉可用性降低。

高碳基土壤修復肥作為有機肥料的一種，可以顯著地提高土壤養(yǎng)分的含量[4-5]。其主要成分生物炭，在巨大比表面積和官能團的作用下，土壤中溶解態(tài)的NH4+、NO3-和P03-4被大量吸附，對降低土壤中銨的揮發(fā)有顯著的效果，從而顯著減少氮、磷等營養(yǎng)元素的損失，提高肥料利用率[6,7]。劉新源等[8]研究表明生物炭與化肥混施可促進作物的生長和產量的增加，煙葉品質也有所改善。通過兩者的協(xié)同作用，可以提高肥料的施用效果，增強煙葉的品質。因此，本研究通過施用不同配比的高碳基土壤修復肥與化肥，研究其對煙葉化學成分和中性致香物質的影響，為舞陽煙區(qū)的優(yōu)質烤煙生產提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2015年在河南省漯河市舞陽縣文峰鄉(xiāng)桐陳村煙田開展，地理位置位于經度113.60°，緯度33.43°。供試煙草品種為中煙100。土壤類型為黃壤土，土壤肥力偏高、地勢平坦、排灌方便。土壤的基礎肥力情況為速效磷54.54 mg/kg、速效鉀108.06 mg/kg、有機質22.22 g/kg、堿解氮124.01 mg/kg、pH值5.31。

1.2試驗設計

試驗設置6個處理。T1：施純氮0.167 kg/hm2；T2：施高碳基肥料6.667 kg/hm2；T3：施高碳基肥料6.667 kg/hm2+純氮0.133 kg/hm2；T4：施高碳基肥料10 kg/hm2+純氮0.1 kg/hm2；T5：施高碳基肥料13.333 kg/hm2+純氮0.0667 kg/hm2；以不施肥處理為對照(CK)。其中，高碳基土壤修復肥中含總氮(N)1.74%、磷(P2O5)1.28%、鉀(K2O)0.86%、水分26.36%、pH值8.19。肥料養(yǎng)分含量由河南百恩信檢測技術有限公司檢測。

試驗采用隨機區(qū)組設計，每處理重復3次，設置保護行兩行；行距1.20 m，株距0.55 m；高碳基肥料和75%的化肥的施用為條施，25%的化肥及硫酸鋅為窩施，硝酸鉀、硫酸鉀全部追施，于2015年5月4日移栽完畢；其他栽培管理措施按當?shù)刈罴汛胧嵤?/p>

1.3測定項目與方法

1.3.1 烤煙樣品的采集 殺青樣采集：烤煙移栽后30、60、90 d各處理選擇代表性煙株3棵，將根上的土抖落后，用水沖洗干凈。將根莖葉分開，在105 ℃下殺青15 min，65 ℃恒溫烘至恒重，測定根莖葉干物質重；粉碎過篩，保存以進行常規(guī)化學成分的測定?？竞髽硬杉好總€處理分別采取B2F、C3F煙葉各2 kg，45 ℃烘干，碾碎過60目篩子，進行常規(guī)化學成分的測定[9]。

1.3.2 常規(guī)化學成分 煙葉中總糖、還原糖、鉀、氯等常規(guī)化學成分使用國家煙草栽培生理生化基地實驗室連續(xù)流動分析儀(PULSE3000)測定，參照煙草行業(yè)內標準[10-11]進行。

1.3.3 致香物質 使用內標法進行測定。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016和SPSS 22.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結果與分析

2.1不同高碳基肥處理對不同時期煙葉化學成分的影響

施用高碳基土壤修復肥后，不同處理的煙葉總糖和還原糖含量如表1所示，可以看出不同處理下煙葉總糖和還原糖含量都表現(xiàn)出增加趨勢。對不同時期的煙葉總糖和還原糖含量進行分析發(fā)現(xiàn)，配施處理中移栽后30 d以T4最高，60 d以T3最高，90 d以T5最高，T3其次；與對照相比，移栽后90 d配施處理T3、T4、T5的總糖含量分別增加了2.68、1.46、3.00個百分點，還原糖含量分別增加了3.30、2.01、3.46個百分點，單施化肥T1或單施高碳基肥料T2處理變化不大。

表1 不同時期的煙葉總糖和還原糖含量 %

注：表中同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示處理間差異顯著(Plt;0.05)。下同。

鉀是煙葉的品質元素，是煙株體內多種酶的激活劑，80%的鉀以離子形態(tài)、水溶性鹽或吸附在原生質表面存在。比較同一時期內各處理間的含量差異，煙葉中的鉀含量移栽后30 d以CK、T1較高；移栽后60 d，各處理間差異不大，但移栽后90 d時，除T5與其他處理鉀的含量呈現(xiàn)顯著性差異，其他處理鉀的含量相差較小，具體表現(xiàn)為CKgt;T4gt;T1gt;T2gt;T3gt;T5(表2)。該結果說明，在實際生產中，采用高碳基肥與化肥配施的方法替代單施化肥對煙草鉀含量影響不大。

表2 不同時期的煙葉鉀含量 %

氯也是煙草必要的營養(yǎng)元素之一，適量的氯供應有助于增加細胞膨壓而提高抗旱能力，我國大部分煙葉氯含量在0.03%～2%之間。各處理氯含量在移栽后30、60 d較低，90 d較高。與對照相比，移栽后60 d時，T2、T3、T4的氯含量有所下降，但移栽后90 d時,T4、T5反而增加，這可能與生產后期降雨減少有關。氯含量高降低煙葉的燃燒性，因此在實際生產中，篩選適宜舞陽煙區(qū)的肥料施用量時要考慮這兩個處理的肥料施用情況(表3)。

表3 不同時期的煙葉氯含量 %

2.2不同高碳基肥處理對煙葉烤后樣中性致香物質的影響

施用高碳基土壤修復肥后，烤后煙葉中的醇類、醛類、酮類物質均得到不同程度的增加。中性致香物質總量和酮類物質總量以T2最多，醇類物質總量以T4最多，醛類物質總量以T3最多(表4)。其中苯乙醇使煙氣增加花香，各處理苯乙醇含量明顯高于CK；糠醇和糠醛是中性致香物質形成的中間體，施用高碳基土壤修復肥的煙葉烤后樣這兩種物質的含量高于CK和T1；苯甲醛能增加煙氣杏仁香，苯乙醛能增加皂香，苯甲醛和苯乙醛的含量均以T3最多；高碳基土壤修復肥增加了烤后煙葉中醛類物質的種類，2,6-壬二烯醛、藏花醛、β-環(huán)檸檬醛僅在施用高碳基土壤修復肥的處理中發(fā)現(xiàn)。此外，在施用高碳基土壤修復肥的處理中6-甲基-5-庚烯-2-酮、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、氧化異佛爾酮、茄酮、β-大馬酮和β-二氫大馬酮含量均比對照和常規(guī)施肥明顯增加，其中巨豆三烯酮含量以T3處理最高，該物質能起到發(fā)香的作用，且使煙氣濃度有所增加。新植二烯可減輕煙葉的刺激性，醇和煙氣，與CK相比，各處理的新植二烯含量分別增加了3.94%、201.36%、162.24%、161.45%、143.83%。

表4 不同高碳基肥處理的煙葉烤后樣致香物質含量 μg/g

3 討論

水溶性總糖、還原糖對煙氣的醇和度有重要影響,其與香氣質和香氣量呈正相關關系。水溶性總糖、還原糖含量越高，雜氣越輕。張軍等[14]發(fā)現(xiàn)增施高碳基土壤修復肥可降低中部煙葉氯含量，增加煙葉還原糖和鉀的含量。萬海濤[15]研究表明土壤添加生物炭后各處理煙葉總糖和還原糖含量增加。李波等[16]研究表明化肥與不同有機肥配施后廣西靖西縣和南丹縣煙區(qū)的中上部葉總糖、還原糖含量提高。本研究中，通過比較不同時期煙葉的常規(guī)化學成分含量發(fā)現(xiàn)，高碳基肥與化肥配施處理增加了煙葉中的總糖和還原糖含量，這與之前報道結果一致。

鉀離子對煙葉的燃燒性影響最大，煙葉燃燒性和焦油量主要決定于鉀的含量。本研究表明高碳基土壤修復肥在一定程度上增加了舞陽煙葉中鉀的含量，這可能與高碳基肥料主要成分生物炭有關。由于生物炭的施用可以活化土壤礦物層，釋放部分非交換性鉀,導致土壤速效鉀含量提高[17]?；艄獾萚18]發(fā)現(xiàn)生物有機肥能夠促進土壤中鉀的釋放，供植株吸收利用。崔志燕等[19]通過采用常規(guī)施肥和高碳基肥料配施，提高了洛南地區(qū)煙葉鉀含量。夏志林等[20]研究表明有機肥與化肥配施可顯著提高煙葉鉀含量。這些研究結果與本文研究結果一致。

氯離子通常被認為是煙葉中的不利成分，其含量偏高將嚴重影響煙葉的燃燒性，進而影響煙葉的香氣和吃味品質及安全性。本研究表明，高碳基肥料施用最多的配施處理中煙葉氯離子含量下降最顯著。王麗淵等[21]研究表明施用生物炭可顯著降低烤煙氯離子含量。張珂等[22]通過高碳基肥料試驗發(fā)現(xiàn)，與對照相比，施用高碳基肥的煙葉氯含量分別降低了40.7%、42.6%、3.7%、14.8%。本文的結果說明高碳基土壤修復肥在降低舞陽煙葉的氯含量中起到了一定的作用，但大田生產中，煙葉中氯的濃度同環(huán)境水分有關，水分狀況越好，煙葉氯含量就越低。因此，高碳基土壤修復肥對煙葉氯含量的影響有待進一步研究。

本研究表明，施用高碳基土壤修復肥可增加烤后煙葉中的中性致香物質含量及種類，使得煙葉品質有所改善。糠醛、糠醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮含量均高于對照，這與王林虹等[23]的研究結果相一致。唐莉娜等[24]研究表明有機肥與化肥配施可明顯改善煙葉的香氣質，增加香氣量。尚峰[25]對河南許昌煙區(qū)施用高碳基肥料進行土壤改良，能夠有效地增加烤后煙葉香氣質與香氣量,提高烤后煙葉品質。王兆穩(wěn)等[26]的研究結果表明高碳基土壤修復肥有利于煙葉致香物質的產生，提高了煙葉中性致香物質的含量，特別是新植二烯，這些研究結果與本試驗結果相一致。

4 結論

高碳基土壤修復肥的施用對舞陽煙區(qū)煙葉的化學成分和致香物質有較大的影響。高碳基土壤修復肥可以提高煙葉中總糖、還原糖和鉀的含量，同時降低了煙葉中的氯含量。此外，高碳基土壤修復肥可以增加烤后煙葉中的致香物質含量和種類，改善煙葉品質。高碳基肥料6.667 kg/hm2與0.133 kg/hm2純氮配施(T3)有利于改善當季舞陽煙區(qū)的煙葉質量。因此，根據(jù)舞陽煙區(qū)土壤每年實際狀況，適當調整高碳基肥料及化肥用量，更有利于協(xié)調煙葉鉀氯比及增加煙葉致香物質含量，對進一步提高煙葉的可用性具有指導意義。

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(責任編輯：許晶晶)

EffectsofHigh-carbon-basedSoilRemediationFertilizeronChemicalConstituentsandAromaticSubstancesofTobaccoLeavesinWuyangArea

NI Chao1, SONG Xiao-ning2, ZHANG Song-jie2, LI Ning2,LIU Guo-shun2, WANG Zhi-zhong3, ZHANG Song-tao2*

(1. China Tobacco Chongqing Industrial Limited Corporation, Chongqing 400000, China; 2. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University / National Tobacco Cultivation, Physiology and Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, China; 3. Wuyang Branch, Luohe Tobacco Company in Henan Province, Luohe 462000, China)

The effects of high-carbon-based soil remediation fertilizer on the leaf quality of flue-cured tobacco variety “Zhongyan 100” were studied through the field experiment with six treatments in Wuyang area. The results showed that: as compared with the control, the application of high-carbon-based soil remediation fertilizer could significantly increase the content of total sugar and reducing sugar in tobacco leaves during 30～90 days after transplanting; the application of high-carbon-based soil remediation fertilizer could enhance potassium content in tobacco leaves, and could reduce the chlorine content; applying high-carbon-based soil remediation fertilizer could improve the content and species of neutral aromatic substances (especially furfuryl alcohol, furfural, solanone, β-damascenone, β-damascone and neophytadiene) in tobacco leaves.

High-carbon-based soil remediation fertilizer; Flue-cured tobacco; Tobacco quality

S572

A

1001-8581(2017)12-0063-05

2017-09-12

重慶中煙工業(yè)有限責任公司項目“施用有機肥緩解土壤板結提高煙葉品質研究及推廣應用”。

倪超(1985─)，男，山東滕州人，助理農藝師，碩士研究生，主要從事作物栽培與耕作學研究。*通訊作者：張松濤。