不同碳基有機肥用量對邵陽煙區(qū)土壤及上部煙葉品質(zhì)的影響

汪坤 張海濤 姬小明 隆準 戴勇強 劉國順 鄒凱

摘要：本試驗以云煙87為材料，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置5個碳基有機肥處理梯度（0、450、750、1050、1350kg/hm2），研究碳基有機肥用量對煙草不同生育期根際土壤速效養(yǎng)分、土壤酶活性及烤后煙葉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：碳基有機肥各處理均增加土壤pH值、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷含量，較CK最大增幅分別達17.03%、34.49%、68.97%、121.28%、76.18%;隨著碳基有機肥用量的增加，蔗糖酶、脲酶活性均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，較CK的最大增幅分別為80.53%、139.98%;碳基有機肥的施用，增加烤煙總糖、還原糖、鉀含量，分別較CK最大增加2.19、3.14、0.27個百分點，鉀氯比和糖堿比較CK分別顯著增加10.53%和25.93%;碳基有機肥能夠提升煙葉多酚物質(zhì)總量、中性致香物質(zhì)含量和感官質(zhì)量評吸得分，均以基施1050kg/hm2 處理最高，分別較CK顯著增加7.35%、18.06%和4.59%。綜上，本試驗條件下以基施1050kg/hm2碳基有機肥對改善煙草根際土壤理化特性、提高上部煙葉品質(zhì)具有較好的促進效果。

關(guān)鍵詞：碳基有機肥;烤煙;上部葉質(zhì)量;土壤速效養(yǎng)分;土壤酶活性

中圖分類號：S572.01：S141 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2021）12-0124-06

烤煙上部葉可用性低是制約烤煙生產(chǎn)的重要因素，優(yōu)質(zhì)上部葉是卷煙上水平的重要保障[1]。與國外相比，我國烤煙上部葉葉片厚密、顏色偏深、填充性差、內(nèi)部化學(xué)成分不協(xié)調(diào)、香氣質(zhì)不佳、刺激性較大，導(dǎo)致上部葉可用性整體偏低[2，3]。而生產(chǎn)技術(shù)先進國家，上部葉是高等卷煙配方的主原料之一[4]。所以，提高上部葉的工業(yè)可用性成為了我國煙草行業(yè)亟待解決的問題。

大量研究表明碳基有機肥在改良土壤結(jié)構(gòu)和提升煙草質(zhì)量方面有顯著效用。但合理的施用量是減少肥料浪費和控制過量氮源排放的有效措施[5]。王曉強等[6]研究顯示適量減少化肥、施加碳基肥能協(xié)調(diào)上部葉內(nèi)在化學(xué)成分和中性致香物質(zhì)含量。張團[7]試驗表明，添加碳基肥處理，能夠顯著增加煙葉的中性致香物質(zhì)總量。陳懿等[8]研究發(fā)現(xiàn)，施用碳基肥可以使煙葉化學(xué)成分相對適宜，協(xié)調(diào)性更好，并會增加土壤速效養(yǎng)分和土壤酶活性。趙易藝等[9]研究顯示生物炭與有機肥配施可增加土壤有機質(zhì)和速效養(yǎng)分含量，同時對植株的還原糖和氨基酸含量有提升效果。趙軍[10]研究表明碳基有機肥的施加，可增加土壤有機碳和微生物量碳氮含量。

湖南是我國濃香型烤煙重要主產(chǎn)區(qū)之一，現(xiàn)有的高強度煙稻輪作生產(chǎn)模式，使得部分地區(qū)土壤地力下降、土傳病害問題日趨嚴重[11]。為此，根據(jù)高碳基肥料特性和煙草生長期對肥料的需求規(guī)律，結(jié)合邵陽煙區(qū)典型植煙土壤進行不同碳基肥用量試驗，旨在探討適宜于該煙區(qū)的高碳基肥料施用量，以改善邵陽煙區(qū)土壤質(zhì)量和上部煙葉品質(zhì)，提高上部煙葉的可用性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019年3—9月在湖南省邵陽市河伯鄉(xiāng)楊田村進行。試驗地土壤為水稻土，有機質(zhì)含量34.83g/kg、堿解氮74.82mg/kg、速效磷46.87mg/kg、速效鉀112.81mg/kg、pH值5.21。

供試烤煙品種為云煙87。供試碳基有機肥（河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司提供）由生物炭、礦物肥等組成，其生物炭含量≥ 20%、純N3.1%、P2O51.8%、K2O2.9%、有機質(zhì)含量720g/kg、氯離子0.5%、粗脂肪2.9%。

1.2 試驗設(shè)計及方法

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。共設(shè)5個處理，分別為CK：不施碳基有機肥;T1：施用碳基有機肥450kg/hm2;T2：施用碳基有機肥750kg/hm2;T3：施用碳基有機肥1050kg/hm2;T4：施用碳基有機肥1350kg/hm2。小區(qū)面積66.7m2。煙苗移栽時間為3月15日，行距1.2m，株距0.5m。各處理所有農(nóng)事操作要求在同一天內(nèi)完成，基肥均為起壟后條施，其它田間管理措施均按當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)技術(shù)方案操作。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 土壤理化性狀 分別于移栽后40、55、70、85、100、115d，各小區(qū)按五點取樣法取長勢一致5株烤煙的根際土樣，混勻后作為一個樣品。土壤pH值、有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、堿解氮的測定參照文獻[12]。脲酶、蔗糖酶按照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的相應(yīng)酶試劑盒說明書方法測定。

1.3.2 烤后煙葉化學(xué)指標 各處理選取代表性上部B2F初烤煙1.0kg用于以下指標測定。

參照YC/T202—2006標準[13]測定煙草中多酚類物質(zhì)含量，新綠原酸和隱綠原酸參照文獻[14]的方法測定。煙堿、總糖、還原糖、鉀和氯含量參照文獻[15]的方法測定，計算氮堿比、糖堿比、鉀氯比;中性香味物質(zhì)測定參照文獻[16]的方法進行。感官質(zhì)量由河南中煙技術(shù)中心組織專家進行評吸[15]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用MicrosoftExcel系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)整理及作圖，運用DPS7.5軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳基有機肥用量對根際土壤理化性狀的影響

由表1可知，各時期土壤pH值隨著碳基有機肥用量的增加而升高，且隨著移栽時間的延長，各碳基肥處理的pH值均在移栽后85d達到最高，此時T1、T2、T3、T4處理的pH值較CK分別顯著增加9.52%、10.99%、15.57%、17.03%。而CK的pH值在移栽后55d最高，此時T2、T3、T4處理的pH值較CK分別顯著增加2.88%、5.94%、8.63%，T1處理與CK無顯著性差異。

土壤有機質(zhì)含量隨著碳基有機肥用量的增加而提高。移栽后55d時，T1、T2、T3和T4處理的有機質(zhì)含量較CK增幅最大，分別顯著增加11.98%、14.88%、28.83%和34.49%。之后碳基肥各處理有機質(zhì)含量均有所降低。移栽后70d時CK的有機質(zhì)含量達到最大值，此時T3和T4處理較CK分別顯著增加21.53%和27.38%。

土壤堿解氮含量隨著移栽時間的延長，總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。至移栽后55d時，CK堿解氮含量達到峰值，而此時T2、T3、T4處理的堿解氮含量分別較CK顯著增加19.82%、44.15%、30.63%。

移栽后55～115d土壤速效鉀含量隨著移栽時間的延長，總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。移栽后40d時，T2、T3和T4處理的速效鉀含量均達最大值，分別較CK顯著增加65.89%、109.40%和121.29%。

土壤速效磷含量隨著移栽時間的延長，總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。移栽后55d時CK速效磷含量達到最大值，而T3、T4處理較CK顯著增加7.37%、19.09%。移栽后70d時，T3和T4處理速效磷含量與CK差異最大，分別較CK顯著增加76.19%和35.26%。

2.2 碳基有機肥用量對根際土壤酶活性的影響

由圖1可知，隨生育期的推進，各處理根際土壤蔗糖酶活性總體呈先升高后降低的趨勢，脲酶活性呈先升高后降低再略升高的趨勢。

移栽后70d時，各處理蔗糖酶活性達到最大值，T3和T4處理較CK分別顯著增加80.53%和50.05%;移栽后40d時，T3和T4處理與CK差值最小，較CK分別顯著增加28.10%和15.38%。整個測定周期T1處理的蔗糖酶活性顯著低于CK;除移栽后55d外，T2處理的蔗糖酶活性與CK無顯著差異。

移栽后70d時，各處理脲酶活性達到最大值，T1、T2、T3和T4處理較CK分別顯著增加14.04%、33.64%、139.98%和43.02%;移栽后85d時，T3和T4處理與CK脲酶活性差值最小，分別較CK顯著增加12.08%和6.56%。

2.3 碳基有機肥用量對烤后煙化學(xué)成分的影響

由表2可知，T2、T3、T4處理的總糖含量較CK分別顯著增加1.15、2.19、1.94個百分點;T3、T4處理還原糖含量較CK分別顯著增加3.14、1.98個百分點;T2、T3處理的煙堿含量較CK分別顯著降低0.18、0.20個百分點;鉀含量T2、T3、T4處理較CK分別顯著增加0.11、0.27、0.07個百分點;T2處理的鉀氯比較CK顯著增加10.53%;T2、T3、T4處理的糖堿比較CK分別顯著增加11.59%、25.93%、9.18%，氮堿比較CK均顯著增加15.94%。

2.4 碳基有機肥用量對烤后煙多酚類物質(zhì)的影響

由表3看出，T4、T3處理的新綠原酸含量較高，二者差異不顯著，而T4處理較CK顯著增加4.44%;T3處理的綠原酸含量較CK顯著增加8.54%;T3、T4處理的隱綠原酸和莨菪亭含量較CK分別顯著增加4.27%、3.05%和28.57%、19.05%;T2、T3處理的蕓香苷含量較CK分別顯著增加10.76%和7.09%。多酚物質(zhì)總量T2、T3處理較CK顯著增加4.74%和7.35%。

2.5 碳基有機肥用量對烤后煙致香成分的影響

由表4可知，施用碳基有機肥各處理的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物類致香物質(zhì)含量表現(xiàn)為T3處理最高，其次為T4處理，T1最低，T3和T4處理分別較CK增加21.27%和19.06%;類胡蘿卜素類致香物質(zhì)含量各處理表現(xiàn)為：T3>T2>T4>CK>T1，T3處理較CK增加6.85%;新植二烯含量、除新植二烯外總量（其他種類致香物質(zhì)總量）和中性致香物質(zhì)總量均為T3處理最高，較CK分別提高19.39%、12.99%和18.06%。

2.6 碳基有機肥用量對烤后煙感官質(zhì)量評吸的影響

由表5可知，各處理的香氣質(zhì)得分表現(xiàn)為T3=T4>T2>CK>T1，T3處理的香氣質(zhì)得分較CK增加4.92%;香氣量得分各處理表現(xiàn)為T3>T4=T2>CK>T1，T3處理的香氣質(zhì)得分較CK增加10.00%。感官質(zhì)量評吸總得分各處理表現(xiàn)為T3>T4>T2>CK>T1，T2、T3、T4處理的總得分較CK分別增加1.20%、4.59%、2.20%。

3 討論與結(jié)論

3.1 碳基有機肥對根際土壤狀況的影響

煙株的生長發(fā)育離不開土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)[17]。本試驗結(jié)果表明，施入適量碳基有機肥有助于提升土壤pH值，這與鄭鈺銦等[18]的研究結(jié)果相同。這可能是由于碳基肥中的生物炭進入土壤中會釋放本身含有的K+、Ca2+、Mg2+等鹽基離子，與土壤中H+和Al3+進行交換，降低其濃度，進而提升土壤pH值[8]。同時，碳基有機肥增加了根際土壤中有機質(zhì)、速效鉀、速效磷、堿解氮含量，這與趙易藝等[9]的研究結(jié)果一致。有機質(zhì)和速效養(yǎng)分的提升可能原因：一是碳基有機肥料本身有機質(zhì)所占比例較大;二是生物炭基肥可以提升土壤微生物群落豐富度和多樣性[19]，進而促進有機肥的礦化。

土壤微生物活性的綜合體現(xiàn)是土壤酶的活性，土壤酶活性與土壤肥力狀況以及微生物活力密切相關(guān)[20]。同時，土壤酶活性的增加有助于提升土壤中營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)換和利用效率[21]，促進煙株的生長發(fā)育，進而提升煙葉質(zhì)量。脲酶是對氮素轉(zhuǎn)化起關(guān)鍵作用的酶，其活性可用來表征土壤的供氮能力，蔗糖酶活性反映的是土壤有機質(zhì)積累和轉(zhuǎn)化狀況。適量施用碳基有機肥，各時期均不同程度提高了根際土中的蔗糖酶和脲酶活性，與趙軍等[10]的研究結(jié)果相似。這可能與碳基有機肥為相關(guān)酶促反應(yīng)提供了一定底物有關(guān)[22];另外，碳基肥中生物炭的獨特孔隙結(jié)構(gòu)，為根際土中的微生物和有益菌落提供了良好的生存空間和反應(yīng)場所[23]。

3.2 碳基有機肥對煙葉品質(zhì)的影響

烤后煙常規(guī)化學(xué)成分的含量和協(xié)調(diào)性對煙葉內(nèi)在品質(zhì)至關(guān)重要。一般優(yōu)質(zhì)烤煙適宜的糖堿比為6.0～10.0，以接近10.0最好[24]。本試驗表明適量的高碳基肥料可提高上部葉的總糖、還原糖和鉀含量，降低煙堿和總氮含量，這與前人研究結(jié)果一致[25];其中T3處理的糖堿比更接近于優(yōu)質(zhì)煙葉范疇。這可能因為生物炭有較強的生物穩(wěn)定性，可以改善土壤微生物環(huán)境，使土壤養(yǎng)分供應(yīng)更加協(xié)調(diào)，進而提升了煙葉的質(zhì)量[26]。有研究表明邵陽煙葉鉀、氯含量整體偏低[27]。本試驗條件下，適量的碳基有機肥處理（處理T3）對上部葉的鉀、氯含量有提升效果，說明碳基有機肥可為解決邵陽煙葉鉀氯含量偏低問題提供參考。田茜[28]研究表明生物炭與不同種類肥料配施會提高上部葉的煙堿含量，與本研究結(jié)果相左，可能是生物炭種類和碳基肥用量、植煙地區(qū)環(huán)境不同所導(dǎo)致，有待后續(xù)進一步試驗研究。

烤后煙葉的香氣質(zhì)、香氣量與多酚類物質(zhì)含量有密不可分的聯(lián)系[29]，中性致香物質(zhì)含量、種類都對煙葉的香氣質(zhì)、香氣量有著重大影響[30]。煙葉中新植二烯是重要的萜烯類化合物，含量最高，占中性致香物質(zhì)總量的74% ～87%[31]。本試驗結(jié)果表明，適量的碳基肥有助于提高上部煙葉的多酚類物質(zhì)、中性致香物質(zhì)總量和新植二烯含量，與前人[32]研究一致。這可能是因為碳基有機肥中的生物炭可以調(diào)控土壤養(yǎng)分平衡，提高土壤碳氮比，不同程度提高煙葉碳氮關(guān)鍵酶活性，有利于促進煙株的碳氮代謝平衡[33]，這種平衡有助于內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，進而增加中性致香物質(zhì)含量。

隨著碳基有機肥施用量的增加，土壤速效養(yǎng)分增加、土壤酶活性提高，一定程度上改善了土壤營養(yǎng)環(huán)境。但是，部分處理未能顯著影響煙葉化學(xué)品質(zhì)和致香成分，其原因可能與碳基有機肥施用量過高有關(guān)[34];此外，可能與煙葉成熟期氣候異常影響了煙葉質(zhì)量有關(guān)[35]。所以，邵陽煙區(qū)在使用碳基有機肥時要注意控制用量，建議施用量為1050kg/hm2。

綜上可知，碳基有機肥能夠提高土壤養(yǎng)分含量和土壤酶活性，對植煙土壤的改良效果顯著。碳基有機肥的施用提升上部煙葉的鉀氯含量，降低煙堿含量，平衡煙葉內(nèi)在化學(xué)成分，提升煙葉香氣質(zhì)量。可見，碳基有機肥能夠通過改善植煙土壤質(zhì)量來提升邵陽煙葉的內(nèi)在品質(zhì)，這為邵陽優(yōu)質(zhì)煙葉的發(fā)展提供參考及方向。本試驗條件下，以施用1050kg/hm2碳基有機肥的效果較好。