改良劑對煙葉產(chǎn)質(zhì)量、土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性的影響

李集勤，楊少海，盧鈺升，顧文杰，劉 陽，劉 蘭，李淑玲，陳俊標

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點實驗室，廣東 廣州 510640；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣東 廣州 510640；3.廣東煙草南雄科學研究所，廣東 南雄 512400；4.廣東煙草韶關市有限公司南雄分公司，廣東 南雄 512400）

【研究意義】土壤是影響煙葉質(zhì)量的重要因素之一，不同類型土壤的理化性質(zhì)不同，其生產(chǎn)出的煙葉質(zhì)量風格迥異［1-2］。沙泥田土壤質(zhì)地疏松，有機質(zhì)含量豐富，但不易保水保肥，其生產(chǎn)出的煙葉產(chǎn)量較高但質(zhì)量下乘，且初烤煙易變色變暗，不易長時間保存［3-4］。因此，如何改善沙泥田植煙土壤理化性質(zhì)從而提高煙葉質(zhì)量一直是煙草科技工作者的研究熱點之一，但目前針對沙泥田植煙土壤采用不同改良劑對其進行改良和培育的研究鮮見報道?！厩叭搜芯窟M展】生物炭是農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的大量動植物廢料（如麥稈、種殼、糞便等生物質(zhì)）在缺氧條件下，經(jīng)過高溫裂解而形成的一類含有多種養(yǎng)分元素、官能團豐富、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、吸附能力強、富含碳素的固態(tài)產(chǎn)物，在優(yōu)化土壤環(huán)境和煙田土壤修復等領域具有較大的應用潛力［5-7］；礦物質(zhì)調(diào)理劑指用于改善土壤物理、化學或生物性狀的物料，具有改良土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)土壤酸堿度、降低土壤鹽堿危害、改善土壤水分狀況和修復污染土壤等作用［8-9］。據(jù)楊冬艷等［10］報道，在西芹設施栽培中，生物質(zhì)炭能增加土壤中真菌、細菌和放線菌、微生物量C、N的含量，提高作物產(chǎn)量和改善土壤質(zhì)量，但高用量的生物炭在使用初期可能對西芹生長有抑制作用。柳開樓等［11］研究表明，特貝鈣土壤調(diào)理劑可以增加花生產(chǎn)量10.2%～23.8%，其處理中土壤堿解氮、速效鉀和有效磷均增加 20%以上，土壤 pH和交換性鈣分別提高 4.0%～7.3%和12.9%～18.8%，是紅壤旱地花生增產(chǎn)、活化土壤養(yǎng)分和阻控土壤酸化的有效途徑之一。陶林等［12］研究了土壤調(diào)理劑對土壤肥力和木薯產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑能提高土壤保水能力和土壤孔隙度，增加土壤中有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量，促進木薯對土壤養(yǎng)分的吸收，提高了木薯產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】本研究擬采用上述兩種不同原材料的土壤改良劑對南雄沙泥田植煙土壤進行改良，分析比較不同處理對煙葉產(chǎn)質(zhì)量、土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性等方面的差異。【擬解決的關鍵問題】篩選適宜的沙泥田土壤改良劑，為南雄煙區(qū)沙泥田植煙土壤培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于南雄市烏逕鎮(zhèn)溯水村（25°13′108″N，114°35′32″E），年平均氣溫21.5℃，前茬為水稻，土壤類型為沙泥田。試驗田平整，灌溉方便，肥力水平中等，土壤基礎養(yǎng)分狀況為pH為6.94，有機質(zhì)含量28.94 g/kg，堿解氮含量143.49 mg/kg，速效磷含量83.70 mg/kg，速效鉀含量192.50 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為粵煙97。

1.3 試驗設計

試驗設4個處理，分別為S1：生物碳（1 500 kg/hm2）；S2：萬山調(diào)理劑（1 500 kg/hm2）；S3：生物碳+萬山調(diào)理劑（各1 500 kg/hm2）；S4：對照（常規(guī)施肥）。選取整齊健壯煙苗于2018年3月6日統(tǒng)一移栽，每個處理3次重復，共12個小區(qū)，每個小區(qū)種2行，每行20株，株行距為1.2 m×0.60 m，每個小區(qū)選取10～15株8～13葉位掛牌取樣，作為煙葉質(zhì)量評價樣本。小區(qū)的肥料用量和栽培管理措施按當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)標準執(zhí)行。

1.4 測試指標及方法

1.4.1 煙株及煙葉相關指標及測定方法 在圓頂期，每小區(qū)隨機選取5株煙株，按照YC/T142-2010［13］標準測定葉片數(shù)、節(jié)距、株高、莖圍、腰葉長、寬等指標；煙葉烘烤后，按照GB2635-1992［14］標準進行初烤煙葉的分級和外觀評價；每個品種取烤后煙上部葉（B2F）和中部葉（C3F）各1 kg，用于化學成分測定，總氮、還原糖、總糖、總煙堿、氯、鉀、蛋白質(zhì)含量等指標測定方法參照文獻［15］進行。

1.4.2 土壤理化性質(zhì)指標及測定方法 在植煙前和煙葉采收結(jié)束后，分別在每個處理每個重復小區(qū)，按照五點法采集5～20 cm土層土樣，混合均勻，自然風干，平分成兩份，一份用作土壤理化性質(zhì)檢測，另一份過1 mm篩后用作土壤酶活性測定。

土壤理化性質(zhì)指標測定參照文獻［16］進行：土壤pH（2.5∶1）用酸度計電位法，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰分光光度法，全氮采用開氏法，全磷采用高氯酸-硫酸-鉬銻抗比色法，全鉀采用高氯酸-硫酸-火焰光度計法，交換性鈣和鎂含量測定采用醋酸銨交換-原子吸收光度法，有效硅含量采用檸檬酸法浸提-比色法。

土壤酶活性指標測定參照文獻［17-18］進行：土壤脫氫酶采用氯化三苯基四氮唑比色法（TTC法），土壤脲酶采用靛酚藍比色法，土壤轉(zhuǎn)化酶采用3,5-二硝基水楊酸比色法，土壤磷酸酶采用2,6-雙溴苯醌氯酰亞胺比色法。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS12.0軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑處理對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，所有處理煙株的株高在113.25～120.38 cm間，以生物碳處理最高，比對照高6.3%，差異顯著，萬山調(diào)理劑處理株高與生物炭+萬山調(diào)理劑處理接近；最大葉長以萬山調(diào)理劑處理最大，其他3個處理接近，4個處理間差異不顯著；4個處理的最大葉寬為30～31 cm；4個處理的有效葉數(shù)在18～19片間、莖圍在9.1～9.5 cm間、節(jié)距在5.9～6.2 cm間，但各處理間指標差異不顯著。這說明萬山調(diào)理劑和生物炭對煙株生長均有一定的促進作用。

表1 不同改良劑處理的煙株農(nóng)藝性狀比較Table 1 Comparison of different soil amendments on agronomic characters of tobacco plants

2.2 不同改良劑處理對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

從表2可以看出，3個改良劑處理的單位產(chǎn)量、產(chǎn)值、上中等煙比例、上等煙比例和均價均高于對照，其中以生物碳處理效果最好，其產(chǎn)量和產(chǎn)值分別比對照高20.00%和54.02%、差異均達顯著水平，其上等煙比例和均價分別比對照高84.18%和27.54%、差異亦均達顯著水平；其次為萬山調(diào)理劑處理和生物炭+萬山調(diào)理劑處理，其產(chǎn)量和產(chǎn)值分別比對照高7.69%～11.00%和25.79%～36.52%，其上等煙比例和均價分別比對照高43.15%～58.20%和15.58%～22.31%，與對照差異均達顯著水平。整體來看，各處理經(jīng)濟性狀綜合表現(xiàn)為：生物碳＞萬山調(diào)理劑＞萬山調(diào)理劑+生物碳＞對照，說明生物炭和萬山調(diào)理劑能提高煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量，從而增加煙葉的經(jīng)濟效益。

2.3 不同改良劑處理對烤煙外觀質(zhì)量的影響

煙葉外觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量有著密切關系，是影響煙葉銷售的最關鍵因素。如表3所示，與對照相比，3個改良劑處理的烤后煙顏色更深，偏正黃色，成熟度更好，葉片結(jié)構(gòu)更疏松，油分更足，色澤更鮮艷，其中以生物碳處理得分最高，比對照高10.06%，外觀質(zhì)量總得分值依次為生物碳＞萬山調(diào)理劑＞萬山調(diào)理劑+生物碳＞對照。說明生物炭和萬山調(diào)理劑在一定程度上能改善煙葉外觀質(zhì)量，提高煙葉的商品屬性，這也與各處理的上中等煙比例、上等煙比例和均價（表2）等質(zhì)量指標表現(xiàn)一致。

表2 不同改良劑處理的烤煙經(jīng)濟性狀比較Table 2 Comparison of different soil amendments on economic characters of flue-cured tobacco

表3 不同改良劑處理的煙葉外觀質(zhì)量比較（C3F和B2F平均值）Table 3 Comparison of different soil amendments on appearance quality of flue-cured tobacco leaves (Average of C3F and B2F)

2.4 不同改良劑處理對烤煙化學成分的影響

中部葉：生物碳處理的總糖和還原糖含量與對照接近，萬山調(diào)理劑和萬山調(diào)理劑+生物碳處理二者含量偏高；所有處理的煙堿含量（1.98%～2.42%）、鉀含量（2.74%～2.92%）、總氮含量（1.69%～1.75%）、氯含量（0.42%～0.51%）、蛋白質(zhì)含量（8.01%～8.45%）均在適宜范圍內(nèi)；所有處理的烤后煙糖堿比均在11以上，以萬山調(diào)理劑處理最大，說明煙葉化學成分欠協(xié)調(diào)；氮堿比在1以下，均在適宜范圍內(nèi)（表4）。

上部葉：所有處理的總糖含量在20.71%～24.12%間，還原糖含量在17.53%～22.54%間，3個改良劑處理二者含量均比對照高；所有處理的煙堿含量、總氮含量、氯含量、鉀含量、蛋白質(zhì)含量均在較適宜范圍內(nèi)；生物碳、萬山調(diào)理劑和對照糖堿比均在8～10間，說明煙葉化學成分較協(xié)調(diào)；氮堿比在1以下，均在適宜范圍內(nèi)（表4）。

綜合來看，生物碳和對照處理的烤后煙葉內(nèi)在化學成分較為協(xié)調(diào)。

表4 不同改良劑處理烤后煙葉化學成分比較Table 4 Comparison of different soil amendments on chemical constituents of flue-cured tobacco leaves（%）

2.5 不同改良劑處理對土壤理化性質(zhì)的影響

表5結(jié)果表明，3種改良劑處理均能提高土壤pH值，其中以萬山調(diào)理劑處理的土壤pH值最高；同時，3種改良劑均能增加土壤中的有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、全氮、有效硅、交換性鎂和交換性鈣的含量，其中3個處理的有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量分別比對照高8.28%、8.38%和14.77%以上，有效硅含量均比對照高7.61%以上，與對照的差異均達顯著水平；生物碳處理交換性鈣和交換性鎂含量分別比對照高30.75%和19.33%，說明改良劑能適當提高土壤pH值，改善植煙土壤的理化性質(zhì)，不同程度上增加土壤中的有效養(yǎng)分含量。

表5 不同改良劑處理對土壤理化性質(zhì)的影響Table 5 Effects of different amendments on soil physical and chemical properties

2.6 不同改良劑處理對植煙土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤有機體重要組成部分，是多種營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和釋放的推動力。如表6可知，相比對照，生物碳處理和調(diào)理劑+生物碳處理均能提高土壤中的轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶和脫氫酶的活性，其中，生物炭處理土壤中的脲酶和脫氫酶含量顯著高于對照，而調(diào)理劑處理土壤中的4種酶活性均低于對照，說明生物碳能增加植煙土壤中的土壤酶活性，促進土壤肥力的形成，但礦物質(zhì)類土壤調(diào)理劑可能會降低土壤酶活性。

表6 不同改良劑處理對土壤酶活性的影響Table 6 Effects of different amendments on soil enzyme activities

3 討論

以往眾多研究［19-23］表明，生物炭和礦物質(zhì)類型土壤調(diào)理劑等改良劑能改善植煙土壤的理化性質(zhì)，提升煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。鄭加玉等［20］報道，稻殼生物炭處理的煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值較對照分別提高43.51%和43.48%；胡亞杰等［22］研究表明，土壤調(diào)理劑處理的煙葉上等煙比例、均價、產(chǎn)量和產(chǎn)值較對照分別提高20.3%、5.5%、5.5%和10.7%，這與本研究增施生物炭和土壤調(diào)理劑具有煙葉增產(chǎn)增值效果的結(jié)果一致。在改善土壤理化性質(zhì)方面，鄧小華等［24］研究表明，施用土壤改良劑可提高植煙土壤 pH、土壤有機質(zhì)、堿解氮和有效磷含量，施用石灰可提高土壤堿解氮和有效磷含量；陳敏等［19］、鄭加玉等［20］、趙殿峰等［25］田間試驗表明，施用生物炭能顯著提高植煙土壤有機質(zhì)、土壤速效氮、速效磷和速效鉀含量等速效養(yǎng)分；邢世和等［26］研究表明，土壤調(diào)理劑處理的土壤交換性鈣和鎂較對照分別提高56.70%和88.64%；朱盼等［27］研究表明，施用生物炭土壤中的交換性鈣和交換性鎂含量均高于對照。由此可見，生物碳和礦物質(zhì)調(diào)理劑能提高植煙土壤養(yǎng)分含量，促進煙株的生長發(fā)育，與本研究結(jié)果一致，前者施用效果比后者更好，這可能是由于生物碳本身能為土壤提供更多的碳源和有機質(zhì)，豐富植煙土壤的微生物種群類別和數(shù)量，加上自帶的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠吸附土壤養(yǎng)分，減少肥料過度流失，增加土壤中的養(yǎng)分含量［8］。

邢世和等［26］研究表明，土壤調(diào)理劑處理的土壤脲酶和磷酸酶活性分別比對照提高100.00%和110.00%，與本研究結(jié)果不一致，這可能與施用的調(diào)理劑原料來源不同有關。本研究結(jié)果顯示，相比對照礦物質(zhì)調(diào)理劑施用降低了土壤的轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶和脫氫酶等酶活性，這可能與施用礦物質(zhì)土壤調(diào)理劑提升土壤pH有關，從而導致某些酶類活性減弱；張繼旭等［28］盆栽試驗結(jié)果表明，秸稈生物碳處理土壤中的脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均隨生物炭添加量的增加有不同程度提高，與本研究結(jié)果一致。因此，在南雄沙泥田植煙土壤改良劑篩選中，以生物碳施用的效果最好，而在礦物質(zhì)調(diào)理劑種類選擇上需謹慎。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，生物碳處理的煙葉經(jīng)濟性狀和外觀質(zhì)量均優(yōu)于其他處理，其煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值顯著高于對照20.00%和54.02%，其上等煙比例和均價顯著高于對照84.18%和27.54%，其中部葉的總糖和還原糖含量與對照接近，其煙堿含量、鉀含量、總氮含量、氯含量、蛋白質(zhì)含量均在適宜范圍內(nèi)，煙葉內(nèi)在化學成分較協(xié)調(diào)。3種改良劑均能提高土壤pH值，改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤中的有效養(yǎng)分含量，其中生物碳處理的土壤交換性鈣和交換性鎂含量分別比對照高30.75%和19.33%，同時，生物碳能提高植煙土壤中的土壤酶活性。綜合來看，生物碳處理在提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量和改善植煙土壤理化性質(zhì)等方面均表現(xiàn)最好，該土壤保育技術值得在煙葉生產(chǎn)上進行小面積示范和推廣。