生物炭基肥對(duì)豫中烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

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(河南省煙草公司 平頂山市公司，河南 平頂山 467000)

豫中煙區(qū)是我國(guó)濃香型烤煙的重要產(chǎn)區(qū)之一，由于耕地資源有限，烤煙連作種植年限較長(zhǎng)，加上化學(xué)肥料使用不合理，造成了該區(qū)植煙土壤結(jié)構(gòu)變差、養(yǎng)分供應(yīng)不均衡，導(dǎo)致烤煙營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，香氣不足，煙葉風(fēng)格特色弱化、產(chǎn)質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，尋找合理有效的施肥方式對(duì)保證烤煙生長(zhǎng)發(fā)育、改善煙葉質(zhì)量具有十分重要的意義。

生物炭是生物有機(jī)材料在缺氧或低氧環(huán)境中經(jīng)過(guò)高溫裂解后的固體產(chǎn)物[1]。近年來(lái)，生物炭由于自身的優(yōu)良特性，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越受到重視[2-6]。但是生物炭本身所含養(yǎng)分有限，單獨(dú)施用不能滿足作物生長(zhǎng)的需要[7-8]。生物炭基肥是一種含碳量十分豐富的物質(zhì)[9]，以高碳低氮、疏松多孔、高比表面積有機(jī)材料為載體，定向添加其他類型肥料，從而達(dá)到促進(jìn)作物根系發(fā)育，提高作物養(yǎng)分利用效率的目的[10]。因此，生物炭基肥可以彌補(bǔ)生物炭養(yǎng)分不足、消耗量大等問(wèn)題。當(dāng)前生物炭基肥的研究主要集中在番茄、辣椒、水稻、玉米等作物[8,11-13]上，多為不同碳源類型肥料對(duì)作物產(chǎn)質(zhì)量的影響，而生物炭基肥在煙草上的研究較少。鑒于此，以河南省郟縣典型濃香型烤煙為研究對(duì)象，分析不同用量生物炭基肥對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分、中性致香物質(zhì)等品質(zhì)指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)性狀的影響，以期為豫中煙區(qū)濃香型烤煙的提質(zhì)增香提供施肥依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于河南省平頂山市郟縣茨芭鎮(zhèn)，東經(jīng)113.08°，北緯34.07°，海拔224 m，主要種植作物為煙草，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.6 ℃，≥ 10 ℃年活動(dòng)積溫4 734.9 ℃·d，無(wú)霜期220 d左右，年平均日照時(shí)數(shù)2 232 h，日照率50%。年平均降雨量680 mm，7—9月降雨量占全年的70%左右，屬丘陵干熱少雨區(qū)，高溫期與多雨期同步，土壤類型為壤土。

供試生物炭基肥由河南寶融生物科技有限公司生產(chǎn)，生物炭類型為秸稈炭，有機(jī)質(zhì)含量60%，全氮含量2.50%，全磷含量0.56%，全鉀含量3.40%，pH值為7.7。供試烤煙品種為中煙100。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理：B0(不施用生物炭基肥)、B60(0.9 t/hm2生物炭基肥)、B100(1.5 t/hm2生物炭基肥)、B140(2.1 t/hm2生物炭基肥)，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積約130 m2。各處理均施用化肥，氮素用量52.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O施用比例為1∶1∶3.5，生物炭基肥全部用作基肥，條施。大田施肥與管理按照平頂山市煙葉生產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)體系相關(guān)操作規(guī)程進(jìn)行。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 在煙葉成熟時(shí)分小區(qū)進(jìn)行采收和編竿，統(tǒng)計(jì)各小區(qū)烤后煙葉總質(zhì)量和各等級(jí)煙葉質(zhì)量，按照2017年煙葉收購(gòu)價(jià)格計(jì)算煙葉均價(jià)、中上等煙比例和產(chǎn)值。

1.3.2 煙葉化學(xué)成分 各小區(qū)選取中部和上部具有代表性的烤后煙葉樣品各1 kg，參照YC/T 159—2002測(cè)定煙葉中總糖、還原糖含量，參照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011方法測(cè)定煙葉中煙堿、總氮、鉀、氯含量?？竞鬅熤行灾孪阄镔|(zhì)的提取和定性定量檢測(cè)采用HP5890II-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀(Agilent公司)進(jìn)行[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量生物炭基肥對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響

從表1可以看出，不同用量生物炭基肥處理烤后煙葉的化學(xué)成分含量差異較大。添加生物炭基肥后上部煙葉的總糖和還原糖含量均有所提高，其中B100處理顯著高于B60、B0處理。B0處理的總氮和煙堿含量顯著高于添加生物炭基肥的處理。氯含量以B0處理最高，顯著高于B100、B140處理，但與B60處理差異不顯著。添加生物炭基肥后，烤煙上部葉鉀含量有所增加，但4個(gè)處理間差異不顯著。從化學(xué)成分協(xié)調(diào)性上看，添加生物炭基肥后，上部葉鉀氯比增加，B100、B140處理顯著高于B0處理；不同生物炭基肥處理上部葉兩糖比無(wú)顯著差異；添加生物炭基肥后，上部葉糖堿比增加明顯，添加生物炭基肥處理顯著高于B0處理，但B100處理與B140處理差異不顯著。

表1 不同施肥處理對(duì)烤煙上部葉化學(xué)成分的影響Tab.1 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition(upper leaf)

注：同列不同字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。

Note： Different small letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level,the same as below.

由表2可見(jiàn)，中部葉總糖和還原糖含量隨著生物炭基肥用量增大而增加，均以B140處理最高。其中，總糖含量表現(xiàn)為添加生物炭基肥各處理顯著高于B0處理，還原糖含量表現(xiàn)為B100、B140處理顯著高于B0處理。煙堿含量隨生物炭基肥用量增加而減少，B0處理顯著高于B100、B140處理，與B60處理差異不顯著。添加生物炭基肥后中部葉總氮含量降低，但變化不顯著。各處理中部葉氯含量沒(méi)有顯著差異。鉀含量在施用生物炭基肥后有所增加，B100、B140處理顯著高于B0、B60處理。從中部葉的化學(xué)成分協(xié)調(diào)性上看，隨著生物炭基肥的添加，烤后煙葉鉀氯比有所增加，但差異不顯著，兩糖比無(wú)明顯變化；糖堿比隨生物炭基肥增加而增加，B60、B100、B140處理顯著高于B0處理，且B140處理達(dá)到最大值。

表2 不同施肥處理對(duì)烤煙中部葉化學(xué)成分的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition (middle leaf)

2.2 不同用量生物炭基肥對(duì)烤煙中性致香物質(zhì)含量的影響

從表3看出，烤煙上部葉香氣成分總量隨著生物炭基肥用量增加而增加，以B140處理最高。B60、B100、B140處理分別較B0處理增加了15.26%、20.68%、24.77%。除新植二烯外香氣成分總量以B100處理增幅最大，較B0處理增加了27.00%。

烤煙上部葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物總量以B100處理最高，B140處理次之，分別比B0處理提高18.34%、12.99%，而B(niǎo)60處理比B0處理降低10.18%。添加生物炭基肥后，烤煙上部葉芳香族氨基酸降解產(chǎn)物總量增加，B60、B100、B140處理較B0處理分別增加了56.30%、34.29%、19.75%。不同處理對(duì)芳香族氨基酸降解產(chǎn)物含量影響較大的成分為苯甲醇和苯乙醇。茄酮含量以B100處理最高，比B0處理高38.17%，B60處理與B140處理差別不大，分別比 B0處理高4.24%、2.22%。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物總量以B100處理最高，B140、B60處理次之，三者分別比 B0處理提高23.31%、22.97%、2.45%。添加生物炭基肥對(duì)上部葉類胡蘿卜素類香氣物質(zhì)影響較大的成分為香葉基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他類香氣物質(zhì)含量在施用生物炭基肥之后有所增加，B60、B100處理增加最多。新植二烯含量表現(xiàn)為隨著生物炭基肥用量的增加而增大，B140、B100、B60處理分別比B0處理提高了26.37%、19.57%、16.55%。

烤煙中部葉香氣成分總量和除新植二烯外香氣成分總量均表現(xiàn)為B140>B100>B60>B0，其中B140處理較B0處理分別增加32.02%和26.28%。

中部葉美拉德反應(yīng)產(chǎn)物總量在施用生物炭基肥后增加幅度較大，B60處理最高，B140、B100處理次之。芳香族氨基酸降解產(chǎn)物總量表現(xiàn)為B100處理最高，較B0處理增加了23.94%，苯乙醛和苯乙醇是受影響最大的2個(gè)成分。添加生物炭基肥處理中部葉茄酮含量略有增加，B100、B140、B60處理分別比 B0處理高了9.24%、8.40 %、6.49%。類胡蘿卜素降解產(chǎn)物總量在施用生物炭基肥后大幅增加，B60、B100、B140處理分別比 B0處理提高23.33%、26.54%、35.40%，其中受影響較大的成分為二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他類香氣物質(zhì)含量在施用生物炭基肥后增加，B60、B100、B140處理比B0處理分別增加了81.33%、28.00%、47.33%。B60、B100、B140處理新植二烯含量分別比B0處理提高3.16%、18.08%、32.90%。

表3 不同施肥處理對(duì)烤煙中性致香物質(zhì)含量的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on neutral aroma component of flue-cured tobacco

續(xù)表3 不同施肥處理對(duì)烤煙中性致香物質(zhì)含量的影響Tab.3(continuted) Effects of different fertilization treatments on neutral aroma component of flue-cured tobacco

2.3 不同用量生物炭基肥對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表4看出，B140處理烤煙產(chǎn)量最高，為2 251.33 kg/hm2，B0處理產(chǎn)量最低，為2 081.33 kg/hm2，B100、B140處理顯著高于B0、B60處理。不同處理烤煙產(chǎn)值高低表現(xiàn)為B140>B100>B60>B0，3個(gè)添加生物炭基肥處理的烤煙產(chǎn)值較B0處理分別顯著提高16.11%、14.93%、6.17%，其中B100處理與B140處理差異不顯著。與B0處理相比，添加生物炭基肥提高了烤后煙葉的均價(jià)，其中B100、B140處理顯著高于B0處理。中上等煙比例也隨生物炭基肥用量增加而增大，且各生物炭基肥處理均與B0處理存在顯著差異。

表4 不同施肥處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響Tab.4 Effect of different fertilization treatments on the economic characters

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，不同用量生物炭基肥對(duì)煙葉總糖、還原糖、煙堿含量等都產(chǎn)生了不同程度的影響。施用生物炭基肥提高了煙葉的總糖、還原糖含量，增加了糖堿比，降低了總氮和煙堿含量。這與張軍[15]、倪超等[16]的研究結(jié)果一致。周小紅[17]研究也表明，高碳基土壤修復(fù)肥有利于提高烤煙總糖和還原糖含量。說(shuō)明添加生物炭基肥使煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，提高了煙葉品質(zhì)?？赡艿脑蚴巧锾炕屎剂扛撸揖哂休^強(qiáng)的生物和非生物穩(wěn)定性，能夠有效增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤碳氮比，改善土壤微生物環(huán)境，使土壤養(yǎng)分供應(yīng)更加協(xié)調(diào)，進(jìn)而提高了煙葉質(zhì)量。

香氣是煙葉風(fēng)格特色和質(zhì)量特征的核心內(nèi)容，但是其成分非常復(fù)雜，有些香氣物質(zhì)含量少，但對(duì)煙葉香氣貢獻(xiàn)很大[18-20]。煙葉的香氣品質(zhì)如香氣量、香氣質(zhì)、香型等是多種香氣成分互相作用而形成的[21]。煙葉香吃味的好壞不是取決于某種成分的絕對(duì)含量，而是依賴于各成分的比例是否協(xié)調(diào)[22-23]。為便于分析不同生物炭基肥用量下烤煙中性致香物質(zhì)含量的差異，按照煙葉香氣前提物質(zhì)的不同將中性致香物質(zhì)分為五大類，分別是美拉德反應(yīng)產(chǎn)物、芳香族氨基酸降解產(chǎn)物、類西柏烷類、類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物、葉綠素降解產(chǎn)物[24]。本研究結(jié)果表明，添加生物炭基肥后，中部和上部煙葉中性致香物質(zhì)總量隨生物炭基肥添加量的增加而增加。受生物炭基肥影響較大的中性致香物質(zhì)為新植二烯、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物、類西柏烷類和類胡蘿卜素類。在各類致香物質(zhì)中，葉綠素降解產(chǎn)物(新植二烯)含量最為豐富，所占比例在80%以上，煙葉燃燒時(shí)，新植二烯可直接進(jìn)入煙氣，具有減少刺激、醇和煙氣的作用[25]。本研究結(jié)果顯示，新植二烯含量隨生物炭基肥用量的增加而增加，說(shuō)明高施用量的生物炭基肥可能會(huì)促進(jìn)煙葉后期葉綠素的降解，有利于煙葉的成熟落黃。除新植二烯外其他致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為，上部葉以1.5 t/hm2處理最高，中部葉以2.1 t/hm2處理最高。

煙葉醇化后的堅(jiān)果香、甜香等香氣與美拉德反應(yīng)產(chǎn)物有很大關(guān)系，尤其是其中的吡咯、呋喃類物質(zhì)，雖然含量低微，但對(duì)可可香味的形成至關(guān)重要。本研究結(jié)果顯示，添加生物炭基肥后，中部煙葉的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量均有較大程度地提高，而對(duì)上部葉的影響較小。茄酮是類西柏烷類降解產(chǎn)物，它的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也是重要的煙草香氣物質(zhì)[25]，施用生物炭基肥后，茄酮含量隨生物炭基肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，以1.5 t/hm2處理最高，中部和上部煙葉的變化規(guī)律一致。類胡蘿卜素是最重要的萜烯類化合物之一，降解時(shí)因鍵斷裂位置不同形成不同的香氣成分[23,26-27]。本研究中，添加生物炭基肥后，烤后煙葉類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量增加，上部葉和中部葉分別以1.5 t/hm2和2.1 t/hm2處理最高，不同部位煙葉致香物質(zhì)受生物炭基肥用量影響的主要成分不同，中部葉主要為二氫獼猴桃內(nèi)酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮，上部葉為香葉基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。

施用生物炭基肥后烤后煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值增加，均價(jià)和中上等煙比例上升，提高了煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益。煙葉的風(fēng)格特色受到很多因素的影響，如烤煙品種、土壤類型、施肥和烘烤技術(shù)等[28-32]。施肥是農(nóng)藝措施中除采收時(shí)間外最為重要的可控因素。增施生物炭基肥在改善烤煙內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)、提高香氣物質(zhì)含量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面具有顯著作用。綜合考慮煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、品質(zhì)和成本，豫中煙區(qū)以生物炭基肥用量1.5 t/hm2為宜。