調(diào)節(jié)灌溉水鎂元素和增施鎂肥對煙葉焦甜香風(fēng)格的影響

董祥洲 陳亞奎 朱啟法

摘要 為充分利用皖南煙區(qū)優(yōu)良的生態(tài)和氣候特征，建立了1種通過增加定根水鎂元素含量和增施鎂肥來提升煙葉焦甜香風(fēng)格的農(nóng)藝調(diào)控方法，并合成了2種新型鎂（鈣）元素土壤緩釋材料。向定根水補(bǔ)充8.36 kg/hm2的MgSO4·7H2O和旺長期隨追肥增施120 kg/hm2的MgSO4·7H2O的方法使水稻土種植煙葉的焦甜香彰顯程度增加到6.5，超過了同年皖南煙區(qū)砂壤土出產(chǎn)煙葉的焦甜香風(fēng)格水平。煙葉成分分析結(jié)果顯示，Mg元素并非在品吸燃燒過程中直接形成焦甜香香氣，而是促進(jìn)了旺長期煙葉中總糖的有效積累，使糖堿比更接近于10，并減少了品吸雜氣的形成。該方法幾乎不增加額外的農(nóng)藝操作，且物料成本較低，使占皖南煙區(qū)面積大多數(shù)的水稻土出產(chǎn)高品質(zhì)焦甜香風(fēng)格特色煙葉成為可能。

關(guān)鍵詞 鎂肥;灌溉水;焦甜香;煙葉

Abstract In order to make full use of the fine ecological and climatic characteristics of Southern Anhui， an agronomic method for promoting the burned sugar aroma style of tobacco leaves was established via increasing magnesium in irrigation water and fertilizer. In addition， two kinds of sustainedrelease materials of magnesium （and calcium） were synthesized and used in soil. As an example， extra 8.36 and 120 kg/hm2 of MgSO4·7H2O were added to the irrigation water and the fertilizer in the periods of tobacco transplant and prosperous growth， respectively. Results showed that the level of burned sugar aroma style of tobacco increased to 6.5 and exceeded the normal levels of tobacco leaves that were planted in sandy loam soil of Southern Anhui. The composition analyses of tobacco leaves indicated that Mg did not directly produce the burned sugar aroma style of tobacco， rather being the accumulation of sugar in leaves， the approach of sugar/nicotine to 10 and the decrease in bad smells during tobacco smoking. This method had no additional agronomic operations and low material costs. More importantly， make it possible to produce the burned sugar aroma style of tobacco leaves with high quality in paddy soil， which occupied the most area of tobacco producing fields in Southern Anhui.

Key words Magnesium fertilizer;Irrigation water;Burned sugar aroma style;Tobacco leaves

自2003年發(fā)現(xiàn)焦甜香特色風(fēng)格的烤煙以來[1]，皖南煙葉依據(jù)“生態(tài)決定特色，品種彰顯特色，技術(shù)保障特色”的發(fā)展理念，現(xiàn)已形成濃郁細(xì)膩、焦甜香風(fēng)格顯著的特色濃香型煙葉產(chǎn)品，受到卷煙工業(yè)企業(yè)的一致好評[2]。目前圍繞焦甜香煙葉的物質(zhì)基礎(chǔ)、形成機(jī)理、生態(tài)適宜性評價(jià)指標(biāo)體系以及焦甜香風(fēng)格彰顯技術(shù)的建立已開展了大量研究[3-5]。一般認(rèn)為，煙葉焦甜香風(fēng)格的形成及彰顯程度是生態(tài)因素、氣候因素、土質(zhì)因素、遺傳因素等綜合作用的結(jié)果[6-8]。研究表明，在皖南煙區(qū)氣候等因素相對一致的條件下，土質(zhì)已成為影響煙葉焦甜香風(fēng)格的主要原因[9-10]，這與目前高品質(zhì)焦甜香風(fēng)格煙葉主要出產(chǎn)自砂壤土的實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果相吻合。然而，皖南煙區(qū)煙田面積總計(jì)約46萬hm2，其中水田（煙稻輪作）約占35萬hm2，旱田僅11萬hm2左右，而砂壤土分布區(qū)域更少。

為了充分利用皖南煙區(qū)優(yōu)良的生態(tài)和氣候特征，建立一種能夠基于水稻土大規(guī)模生產(chǎn)焦甜香風(fēng)格突出的高品質(zhì)煙葉的農(nóng)藝調(diào)控方法將具有十分重要的理論和實(shí)際意義。前期調(diào)查分析和實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，皖南煙區(qū)土壤和灌溉水中的鎂元素含量普遍較低，而適當(dāng)增加鎂元素有助于煙葉焦甜香風(fēng)格的形成。鑒于此，筆者通過大田試驗(yàn)探索適宜的灌溉水鎂元素調(diào)節(jié)和鎂肥增施的方式及用量;在煙葉定根水補(bǔ)充鎂元素的同時，制備了鎂元素和鎂-鈣2種協(xié)同的緩釋材料;研究了起壟時施加緩釋材料和旺長期追肥增施鎂肥等方式對水稻土種植煙葉焦甜香風(fēng)格的影響，為形成可推廣的農(nóng)藝調(diào)控方法奠定基礎(chǔ)，最終達(dá)到焦甜香風(fēng)格煙葉增產(chǎn)、增質(zhì)、增收的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材料

煙葉品種為云煙97，與同區(qū)域煙田煙葉品種相同;鎂元素以農(nóng)業(yè)級MgSO4·7H2O的形式添加;聚丙烯酰胺和5A分子篩均為市售分析純試劑。

1.2 方法

1.2.1 鎂元素緩釋材料的制備。配置15%（v/v）的乙醇-水溶液，將乙醇-水溶液與聚丙烯酰胺按體積比2.5∶1.0混合。水浴加熱至70 ℃，持續(xù)機(jī)械攪拌，形成均勻的聚丙烯酰胺凝膠溶液。配置200 g/L MgSO4·7H2O水溶液，加熱到70 ℃。平流泵A以5.0 mL/min流速輸送聚丙烯酰胺凝膠溶液，平流泵B以7.5 mL/min流速輸送MgSO4·7H2O水溶液。兩者在T型混合槽中迅速混合后流入長度12 m、內(nèi)徑0.5 mm的螺旋管，將該螺旋管置于水浴鍋保持溫度恒定（75 ℃），流出時間約為2 h。流出液滴入冷水，收集得到的凝膠微球，50 ℃烘干至恒重即為鎂元素緩釋材料，標(biāo)記為MgNP。

1.2.2 鎂-鈣協(xié)同緩釋材料的制備。配置200 g/L MgSO4·7H2O水溶液，稱取適量經(jīng)活化處理的5A分子篩，按照質(zhì)量比1.0∶1.5將二者混合，攪拌均勻后70 ℃烘干至恒重，取出分子篩干燥器內(nèi)冷卻至室溫，并在干燥器內(nèi)保存，即為鎂-鈣協(xié)同緩釋材料，標(biāo)記為Mg-CaMS。

1.2.3 緩釋材料的元素釋放性能。將MgNP和Mg-CaMS分別加入到20倍質(zhì)量的去離子水中，室溫持續(xù)機(jī)械攪拌50 d，通過定期測定去離子水中Mg2+和Ca2+的濃度（ICP-MS法）來計(jì)算緩釋曲線。

1.2.4 大田試驗(yàn)。大田試驗(yàn)于2018年在皖南煙葉滬皖科技示范園附近農(nóng)田進(jìn)行。該區(qū)域土壤屬典型皖南煙區(qū)水稻-煙葉輪作黏土。有機(jī)質(zhì)含量34.5 g/kg，堿解氮201.4 mg/kg，速效磷35.71 mg/kg，速效鉀278.3 mg/kg，pH 5.5。生根期的定根水用量固定且較少，采用補(bǔ)充定量MgSO4·7H2O（8.36 kg/hm2）的方式調(diào)控。鎂肥的增施分別采用起壟前煙株位置土壤混入鎂元素、鎂-鈣協(xié)同緩釋材料和旺長期追肥時增加一定量的MgSO4·7H2O共3種方式進(jìn)行。煙葉的種植、田間管理以及其他肥料（包括定根水肥）的施加均與同區(qū)域常規(guī)煙葉種植相同。每個試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)50株煙葉，每組試驗(yàn)設(shè)3組平行，隨機(jī)排列（表1）。由表1可知，試驗(yàn)組1緩釋材料在起壟前加入煙株位置土壤，試驗(yàn)組2在旺長期追肥時增加一定量的MgSO4·7H2O，且一同施撒。

1.2.5 煙葉樣品的微（中）量元素含量檢測。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定煙葉樣品微（中）量元素Cu、Fe、Mn、Zn、Ca、Mg、K的含量。測定前分別通過不同濃度的上述元素標(biāo)準(zhǔn)溶液制定標(biāo)準(zhǔn)曲線。烘烤后的煙葉樣品經(jīng)烘干、研磨、粉碎、篩分、消解等預(yù)處理后進(jìn)行ICP-MS分析。該方法可對1個樣品中的上述元素同時進(jìn)行定量檢測。

1.2.6 煙葉樣品的常規(guī)化學(xué)成分分析。采用蒽酮比色法測定總糖含量;采用過氧化氫-硫酸消化法測定總氮含量[6];采用氣相色譜法測定煙堿含量 [11]。

1.2.7 感官評價(jià)。選取最具代表性的中部煙葉C3F等級，根據(jù)GB 2635—1992和《卷煙工藝規(guī)范》的要求進(jìn)行制樣[12]，卷煙感官評吸鑒定聘請4位以上評吸專家，分別按香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、濃度、勁頭、細(xì)柔感、刺激性、干燥感、余味、甜度和焦甜香風(fēng)格程度進(jìn)行評分（取算數(shù)平均值）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙葉感官評價(jià)的影響

由表2可知，大田試驗(yàn)各試驗(yàn)點(diǎn)所產(chǎn)煙葉樣品的焦甜香彰顯程度和品吸總分均有不同程度提升，說明通過定根水補(bǔ)充鎂元素和增施鎂肥的方式提升煙葉焦甜香風(fēng)格的方案總體上是可行的。同年，皖南煙葉全區(qū)抽檢的常規(guī)種植煙葉樣品的焦甜香彰顯程度最高得分為5.5，品吸總分為64.4。大田試驗(yàn)煙葉樣品的焦甜香彰顯程度的最高分為6.5，品吸總分為69.8，不僅明顯高于對照，也超過了同年常規(guī)種植煙葉的最佳水平，驗(yàn)證了使用該方法在水稻土產(chǎn)出高品質(zhì)焦甜香風(fēng)格煙葉的可能性。

在Mg2+含量相同的條件下，鎂-鈣協(xié)同緩釋材料Mg-CaMS對煙葉焦甜香風(fēng)格的提升效果略好于鎂元素緩釋材料MgPN，說明與Mg2+同時釋放的Ca2+對煙葉焦甜香風(fēng)格也有一定的提升作用。其原因可能為Ca2+與水稻土中的有機(jī)質(zhì)絡(luò)合，增加了黏性土壤的透氣性，或增加了局部土壤的pH。旺長期，隨追肥一同增施120 kg/hm2 MgSO4·7H2O對煙葉焦甜香風(fēng)格的提升效果最佳，這可能是因?yàn)橥L期煙葉對鎂元素的需求量較大，直接增施MgSO4·7H2O的作用效果更直接。此外，對大田試驗(yàn)煙株的觀測發(fā)現(xiàn)，各處理煙株的最大葉面積、株高、莖粗基本相同，但處理2-T3煙葉的最大葉面積、株高、莖粗均明顯高于其他處理。由于處理2-T3旺長期增施180 kg/hm2 MgSO4·7H2O，導(dǎo)致Mg元素超出了微（中）量元素的調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)而促進(jìn)煙株的生長，而煙株過大反而淡化了煙葉的焦甜香風(fēng)格。

2.2 不同處理對煙葉樣品成分的影響

2.2.1 微（中）量元素含量。為探求鎂元素提升煙葉焦甜香風(fēng)格的具體原因，對不同焦甜香風(fēng)格彰顯程度的煙葉樣品成分進(jìn)行分析，包括煙葉樣品的微（中）量元素含量和煙葉總糖、總氮以及煙堿等常規(guī)化學(xué)成分含量。由表3可知，鎂元素的增加與煙葉樣品的微（中）量元素含量無顯著相關(guān)性，具體表現(xiàn)為各處理所產(chǎn)煙葉樣品的鎂元素含量與對照差異不大，且煙葉的鎂元素含量與鎂元素在定根水或追肥中的增加量非線性相關(guān)。由此推斷，在該研究鎂元素調(diào)控的用量范圍內(nèi)，定根水或肥料中鎂元素的增加對煙葉焦甜香風(fēng)格以及其他品吸指標(biāo)的影響可能是通過改變煙葉其他化學(xué)成分或調(diào)節(jié)煙葉生長發(fā)育過程中某些關(guān)鍵酶或細(xì)胞器的活性和數(shù)量來實(shí)現(xiàn)的，而并非煙葉中鎂元素在品吸燃燒過程中直接形成焦甜香香氣。

2.2.2

常規(guī)化學(xué)成分含量。由表4可知，大田試驗(yàn)3個焦甜香風(fēng)格提升最顯著的煙葉樣品的煙堿含量與對照基本持平，說明定根水補(bǔ)充鎂元素和增施鎂肥的農(nóng)藝調(diào)節(jié)方式幾乎不會改變煙葉的煙堿含量，但總氮含量降低約20%，具體體現(xiàn)在煙葉品吸雜氣的減少。鎂元素的補(bǔ)充顯著改變了煙葉樣品的總糖含量，焦甜香風(fēng)格越顯著的煙葉樣品的總糖含量越高，煙葉的糖堿比也更接近10。其中，處理2-T2煙葉樣品的焦甜香彰顯程度和品吸總分提升幅度最大。一般認(rèn)為，煙葉常規(guī)化學(xué)成分中總糖含量和煙堿含量均較高、糖堿比適宜、感官評吸質(zhì)量優(yōu)良、焦甜香風(fēng)格突出[9]，大田試驗(yàn)結(jié)果基本符合這一特征。

2.3 緩釋材料的元素釋放性能比較

由圖1可知，前30 d鎂元素緩釋材料對Mg2+的釋放隨時間呈線性增長，30 d以后Mg2+的釋放速度有所減緩，但依然保持較高的釋放速率，并在第50天時達(dá)到釋放平衡，Mg2+的釋放率接近100%。由圖2可知，鎂-鈣協(xié)同緩釋材料對Mg2+的釋放與鎂元素緩釋材料基本相同，而對Ca2+的釋放速度明顯低于Mg2+。30 d后Ca2+的釋放速度有所增加，這可能是因?yàn)?0 d后分子篩的結(jié)構(gòu)發(fā)生垮塌，加快了Ca2+的釋放。第50天時達(dá)到Ca釋放的最大值，釋放量約為Ca2+總量的58.7%。煙葉的生長發(fā)育需要經(jīng)歷團(tuán)棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期和成熟期，其中團(tuán)棵期到旺長期為煙葉生長最快的階段。鎂-鈣協(xié)同緩釋材料的化學(xué)組成為1/10 MgO· 3/4 CaO·1/4 Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2 H2O，鎂元素緩釋材料和鎂-鈣協(xié)同緩釋材料對Mg2+和Ca2+的釋放均在50 d內(nèi)達(dá)到釋放平衡，理論上恰好滿足煙葉團(tuán)棵期到旺長期對鎂元素及鈣元素的需求。

2.4 中部葉生長過程中總糖含量的變化

由圖3可知，定根水補(bǔ)充鎂元素和增施鎂肥有效增加了煙葉的總糖含量，90 d時煙葉樣品總糖的絕對質(zhì)量比對照增加了82.7%。煙葉進(jìn)入旺長期后烤煙的中部葉總糖開始積累，同時旺長期也是煙葉總糖積累量最大、總糖含量增速最快的階段[5]。處理2-T2旺長期追肥的同時增施了120 kg/hm2 MgSO4·7H2O，為旺長期煙葉提供了積累總糖所需的鎂元素，原因可能是鎂元素促進(jìn)了煙葉葉綠素的合成或激活了某些總糖合成關(guān)鍵酶的活性。若煙葉生長后期補(bǔ)充鎂元素可能導(dǎo)致煙葉的成熟期滯后，反而不利于煙葉焦甜香風(fēng)格的彰顯。因此，煙葉進(jìn)入旺長期時隨追肥增施鎂肥的調(diào)節(jié)方式較適宜，這也便于規(guī)?；僮?。

3 結(jié)論

在煙葉種植定根水中補(bǔ)充鎂元素、起壟時土壤施加鎂（鈣）元素緩釋材料或隨旺長期追肥增施鎂肥均能不同程度地提升水稻土出產(chǎn)煙葉的焦甜香風(fēng)格。其中，向定根水補(bǔ)充8.36 kg/hm2 MgSO4·7H2O和旺長期隨追肥增施120 kg/hm2 MgSO4·7H2O的農(nóng)藝調(diào)節(jié)方法使水稻土出產(chǎn)煙葉的焦甜香彰顯程度增加到6.5，超過了同年皖南煙區(qū)砂壤土出產(chǎn)煙葉的焦甜香風(fēng)格水平。這可能是因?yàn)橥L期增施鎂肥促進(jìn)了煙葉葉綠素的合成或激活了某些總糖合成關(guān)鍵酶的活性，使煙葉中總糖有效積累，糖堿比更接近10，并減少了品吸雜氣的形成。該調(diào)節(jié)方法幾乎不增加額外的農(nóng)藝操作，且物料成本較低（<400元/hm2），使占皖南煙區(qū)面積大多數(shù)的水稻土出產(chǎn)高品質(zhì)焦甜香風(fēng)格特色煙葉成為可能。該方法的推廣可實(shí)現(xiàn)焦甜香風(fēng)格特色煙葉增產(chǎn)和增質(zhì)、企業(yè)增收的目標(biāo)。

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