有機(jī)肥碳氮比對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)組分及煙葉香氣量的影響

李 昂，陸引罡

（1. 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2. 貴州省煙草公司遵義市公司務(wù)川縣分公司，貴州 務(wù)川 564300）

煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，主要種植于西北、西南及華東地區(qū)[1-2]，由于土地資源有限、煙草需肥量大等因素，煙區(qū)普遍存在連作和大量使用化肥的情況；長(zhǎng)此以往，將導(dǎo)致植煙土壤有機(jī)質(zhì)大量消耗，土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤肥力和質(zhì)量下降[3]。有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的主要成分，通常認(rèn)為土壤肥力與土壤有機(jī)碳含量密切相關(guān)，增加土壤有機(jī)碳含量，可達(dá)到提高作物質(zhì)量及產(chǎn)量的目的[4]。作為以葉片為收獲對(duì)象的作物，煙草的生長(zhǎng)周期較短，煙株整體生物量較大，且即便在采摘期仍在獲取養(yǎng)分，故種植煙草對(duì)土壤肥力的消耗是巨大的[5]。有機(jī)肥含有多種礦質(zhì)元素及豐富的腐殖質(zhì)。研究表明，施用有機(jī)肥可增加土壤微生物群落和多樣性，提高土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）、有機(jī)碳（SOC）及溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）含量[6]。對(duì)于煙草而言，有機(jī)肥可有效提高土壤養(yǎng)分水平、土壤酶活性，并改善煙葉品質(zhì)[7-9]。碳氮比（C/N）是影響堆肥過程和最終有機(jī)肥成品品質(zhì)的重要因素[10-11]。目前關(guān)于不同碳氮比有機(jī)肥的報(bào)道多集中于肥料制作階段，例如已知原料碳氮比為25～35 時(shí)堆肥效果較佳等，但關(guān)于不同碳氮比有機(jī)肥的田間使用效果的研究鮮有報(bào)道?；诖?，筆者以云煙97 為材料，探索腐熟有機(jī)肥碳氮比對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)組分及煙葉香氣量的影響，為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在貴州省遵義市正安縣班竹鄉(xiāng)萬(wàn)家山村進(jìn)行，試驗(yàn)地較規(guī)則平整，供試土壤為黃壤，肥力均勻，pH 值7.45，有機(jī)質(zhì)21.84 g/kg，全氮1.12 g/kg，堿解氮62.54 mg/kg，有 效 磷28.01 mg/kg，速 效 鉀205.1 mg/kg。

供試烤煙品種為云煙97，包衣種子來(lái)自貴州省良種繁育基地，由當(dāng)?shù)赜鐖?chǎng)育苗。

供試肥料為煙草專用基肥（N-P2O5-K2O=9-9-20）和煙草專用追肥（N-P2O5-K2O=8-3-15）；供試不同碳氮比有機(jī)肥由玉米秸稈與牛糞復(fù)配（若氮不足用尿素補(bǔ)足），各碳氮比有機(jī)肥發(fā)酵通風(fēng)方式、發(fā)酵腐熟劑、堆肥方式及成品理化性質(zhì)等見團(tuán)隊(duì)前期文章[12-14]。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)置5 個(gè)處理，分別為：CK，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥（基肥750 kg/hm2、追肥225 kg/hm2，氮肥基追比為15 ∶4）；T1，在CK 基礎(chǔ)上加入9 000 kg/hm2碳氮比為20 的腐熟有機(jī)肥；T2，在CK 基礎(chǔ)上加入9 000 kg/hm2碳氮比為25 的腐熟有機(jī)肥；T3，在CK基礎(chǔ)上加入9 000 kg/hm2碳氮比為30 的腐熟有機(jī)肥；T4，在CK 基礎(chǔ)上加入9 000 kg/hm2碳氮比為35 的腐熟有機(jī)肥。每個(gè)處理重復(fù)3 次，共15 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)36 m2，行株距110 cm×60 cm，種植密度15 000株/hm2；同一區(qū)組內(nèi)隨機(jī)排列，小區(qū)間設(shè)保護(hù)行和 走道。

采用漂浮育苗法培育煙苗，待煙苗長(zhǎng)至5 葉一心時(shí)單株移栽?；试谄饓艜r(shí)一次性條施，不同碳氮比有機(jī)肥皆作為底肥同基肥一次性加入，基追比與CK一致；追肥于移栽21 d 后每周1～2 次共分4 次水溶加入。田間管理參照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，且同一作業(yè)在當(dāng)日完成。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤有機(jī)質(zhì)及其組分測(cè)定 煙株種植60 d 后隨機(jī)選取各處理長(zhǎng)勢(shì)均一的煙株，采集煙株根際土壤，測(cè)定其有機(jī)質(zhì)組分。采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測(cè)定土壤中有機(jī)質(zhì)含量[15]，土壤有機(jī)碳及溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）參考He 等[16]的方法采用有機(jī)碳分析儀（Elementar vario-TOC，Germany）測(cè)定。利用Jerry等[17]提出的方法，將根際土壤DOM 分為親水性酸（HIA）、親水性堿（HIB）、親水性中性物質(zhì)（HIN）3種組分。將DOM 溶液泵入裝有Amberlite XAD-8 樹脂的玻璃柱，用6 mol/L HCl 將樣品pH 值酸化至2，在2 個(gè)相連的Amberlyst 15 和Amberlyst A21 樹脂上循環(huán)，析出物即為HIN 組分。用0.1 mol/L NaOH 從Amberlyst 15 和Amberlyst A21 上解吸分別得到HIB 和HIA 組分。用有機(jī)碳分析儀測(cè)定DOM 各組分的含量。

1.3.2 煙葉香氣成分測(cè)定方法 烤煙成熟后單采單收、掛牌標(biāo)記、統(tǒng)一烘烤，隨機(jī)選取烤后中部橘黃煙葉進(jìn)行香氣量分析。采用同時(shí)蒸餾萃?。⊿DE）分離煙葉香味物質(zhì)，采用GC 法測(cè)定其酸性成分，采用GC-MS 法測(cè)定其中性成分。酸性物質(zhì)GC 條件：Perkin Elmer Auto-System GC 色譜儀（配置分流/不分流 進(jìn)樣口），毛細(xì)管柱為HP-FFAP（50 m×0.32 mm× 0.53 μm）；進(jìn)樣口溫度250 ℃，載氣氮?dú)?，柱頭壓100 kPa； 火焰離子化檢測(cè)器（FID）設(shè)置為270℃，檢測(cè)器氫氣流量35 mL/min，空氣流量350 mL/min；進(jìn)樣方式為先不分流，1 min 后再分流，分流比20/1，進(jìn)樣量2 μL；以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)保留時(shí)間進(jìn)行定性，以內(nèi)標(biāo)法定量，內(nèi)標(biāo)物質(zhì)為乙酸苯乙酯；升溫程序?yàn)?0℃1 min， 以4℃/min 的速度升溫至210℃，保持20 min。中性物質(zhì)GC-MS 條件：色譜柱為DB-5（30 m×0.25 mm× 0.25 μm），升溫程序?yàn)?0℃2 min，以4℃/min 上升到 250℃，保持10 min；進(jìn)樣口250℃，載氣氦氣，柱頭壓 100 kPa，分流比30/1，進(jìn)樣量1.0 μL；傳輸線溫度250℃，離子源溫度170℃；EI 能量70 eV，掃描范圍 35～350 uam；內(nèi)標(biāo)物質(zhì)為芳樟醇，利用NIST 和WILEY 這2 個(gè)譜庫(kù)對(duì)采集到的質(zhì)譜圖進(jìn)行串聯(lián)檢索，采用面積歸一法定量。GC 色譜參數(shù)同酸性物質(zhì)檢測(cè)條件。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理，采用IBM SPPS 22.0 軟件中的One-way 進(jìn)行顯著分析（P ＜0.05），所有圖均采用Origin 9.0 繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥碳氮比對(duì)植煙土土壤有機(jī)質(zhì)及有機(jī)碳的影響

圖1 施用不同碳氮比有機(jī)肥的植煙土壤有機(jī)質(zhì)及 有機(jī)碳含量

土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）及有機(jī)碳（SOC）是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，同時(shí)也是反映土壤養(yǎng)分供應(yīng)潛力的具體表征。由圖1 可知，各處理SOM 含量由高到低依次為T4 ＞T3 ＞T2 ＞T1 ＞CK，表明施用不同碳氮比有機(jī)肥其SOM 含量均顯著增加，其中以T4處理的SOM 含量最高，達(dá)37.99 g/kg，T3 其次，為36.74 g/kg，T4、T3 間無(wú)顯著差異，皆顯著高于其他處理，且較CK 分別提高35.76%和40.39%。各處理煙株根際土壤SOC 規(guī)律與SOM 基本一致。

2.2 有機(jī)肥碳氮比對(duì)植煙土壤溶解性有機(jī)質(zhì)及其組分的影響

由圖2A 可知，DOM 含量與SOM、SOC 規(guī)律基本一致，即CK 處理土壤DOM 含量最低，顯著低于有機(jī)肥處理（T1～T4）。在不同碳氮比有機(jī)肥處理中，各處理的DOM 含量由低到高依次為T1 ＜T2 ＜T3＜T4，表明DOM 含量隨著有機(jī)肥碳氮比例的增加而增加。在DOM 各組分中（圖2B），各處理均以親水性酸（HIA）組分較高，說(shuō)明HIA 是DOM 的主要成分，且各處理中HIA 比例由低到高依次為CK ＜T1 ＜T2＜T3 ＜T4，表明HIA 可能隨著有機(jī)肥C/N 比例的升高而升高。親水性中性物質(zhì)（HIN）與親水性堿（HIB）中，前者比例略大于后者。

2.3 有機(jī)肥碳氮比對(duì)煙葉酸性香氣成分的影響

煙葉香氣量是抽吸品質(zhì)的重要表征，酸性香氣物質(zhì)對(duì)于卷煙醇和度及口感有積極作用，低分子量的酸性香氣物質(zhì)能夠改善煙草酸堿度，賦予煙氣吸味及芳香特征。由表1 可知，各處理煙葉酸性香氣含量存在一定差異，其中以T4、T2 處理酸性香氣總量較高，顯著高于其他處理；CK 與T1 處理差距較小，未達(dá)顯著水平，但皆顯著大于T3 處理。就煙葉酸性香氣成分來(lái)看，不同碳氮比有機(jī)肥對(duì)酸性香氣物質(zhì)含量的影響結(jié)果不一，以碳氮比為35 的T4 處理效果較佳。

2.4 有機(jī)肥碳氮比對(duì)煙葉中性香氣成分的影響

圖2 施用不同碳氮比有機(jī)肥的植煙土壤溶解性有機(jī)質(zhì)含量（A）及其組分所占比例（B）

表1 施用不同碳氮比有機(jī)肥的煙葉酸性香氣成分

表2 施用不同碳氮比有機(jī)肥的煙葉中性香氣成分

中性香氣成分是影響煙葉的重要化學(xué)成分，其含量多少是衡量煙葉香氣的強(qiáng)弱的重要參考指標(biāo)，中性香氣物質(zhì)有大馬酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯、二氫大馬酮、茄酮、巨豆三烯酮及新植二烯等。由表2 可知，不同處理煙葉的中性香氣成分含量不一，就總量來(lái)看，以T1 處理較低，與CK 處理差異未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異水平；兩者中性香氣成分含量皆顯著低于T2～T4 處理，其中以T3 處理中性香氣總量較高，T2、T4 處理其次，三者間無(wú)顯著差異。上述結(jié)果表明，有機(jī)肥碳氮比較高時(shí)更有利于煙草中性香氣成分的提升。

2.5 有機(jī)肥碳氮比與土壤溶解性有機(jī)質(zhì)含量、煙葉香氣成分總量的相關(guān)性分析

因SOM、SOC 及DOM 趨勢(shì)相同，所以筆者以DOM 為例，對(duì)DOM 與有機(jī)肥碳氮比、香氣成分總量與有機(jī)肥碳氮比、DOM 與中性香氣量進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果如圖3 所示，煙株根際土壤DOM 含量隨有機(jī)肥碳氮比的增加而增加，且相關(guān)性達(dá)顯著水平；酸性香氣量和中性香氣量均隨有機(jī)肥碳氮比的增加而增加，但相關(guān)性不顯著；中性香氣量隨DOM 含量的升高而增加，但兩者間相關(guān)性亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖3 有機(jī)肥碳氮比DOM 含量、煙葉香氣成分總量間的相關(guān)性

3 結(jié) 論

（1）施用不同碳氮比有機(jī)肥，其根際土壤有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、溶解性有機(jī)質(zhì)含量均隨碳氮比的增加而增加；DOM 組分中，以親水性酸（HIA）組分比例最高，其次是親水性中性物質(zhì)組分（HIN），親水性堿組分（HIB）比例略低于HIN。

（2）烤后中部煙葉香氣量中，中性香氣成分總量遠(yuǎn)大于酸性香氣成分總量。酸性香氣成分以T4 處理最高，T3 處理最低，表明不同碳氮比有機(jī)肥對(duì)煙葉酸性香氣物質(zhì)含量的影響結(jié)果不一。煙葉中性香氣成分總量隨有機(jī)肥碳氮比的增加而表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，以T3 處理香氣量最高。

（3）相關(guān)分析表明，DOM 隨著有機(jī)肥碳氮比的增加而顯著增加，兩者間相關(guān)性顯著；煙葉酸性香氣成分和中性香氣成分隨有機(jī)肥碳氮比的增加呈同步增加趨勢(shì)，但其相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明酸性香氣成分量和中性香氣成分量與碳氮比的增加沒有顯著相關(guān)性；此外，DOM 與中性香氣成分量亦沒有顯著相關(guān)性。