生物炭和微生物菌劑對烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響

閻海濤， 常棟， 許躍奇， 蔡憲杰， 楊楠，閆鼎， 曹亞凡， 馬文輝， 許成悅*

(1.河南省煙草公司 平頂山市公司， 河南 平頂山 467000； 2.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海 200082)

0 引言

【研究意義】豫中煙區(qū)是我國濃香型煙葉主產(chǎn)區(qū)之一。然而，近年來煙田連作、過量施用化肥和農(nóng)藥等已對煙區(qū)土壤健康帶來較大威脅。土壤板結(jié)、營養(yǎng)元素比例及菌群結(jié)構(gòu)失衡等問題較為突出，嚴(yán)重制約煙葉產(chǎn)質(zhì)量的提升[1-2]。合理高效施肥是保育土壤、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量的重要途經(jīng)之一。利用生物炭和微生物菌劑改良修復(fù)土壤、促進(jìn)作物抗病增收的相關(guān)研究正受到廣泛關(guān)注?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物炭是農(nóng)業(yè)廢棄物等在相對高溫和缺氧的條件下制得，富含碳素并且性質(zhì)穩(wěn)定，施入土壤中能夠顯著提高土壤碳氮比，改善土壤微生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物抗病性及產(chǎn)量[3-4]。陳山等[5]研究發(fā)現(xiàn)，煙田施用稻殼生物炭9 000 kg/hm2和12 000 kg/hm2烤煙有效葉片數(shù)最多，分別達(dá)18.0片/株和17.9片/株，且以9 000 kg/hm2處理上等煙比例最高，為49.35%，均較對照(未施稻殼生物炭)顯著提高。龔絲雨等[6]研究指出，施用秸稈生物炭可以顯著提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量。其中，無機(jī)肥與生物炭配施中部煙葉面積比單施無機(jī)肥顯著增大19.73%，其產(chǎn)量、上等煙比例、中上等煙比例、產(chǎn)值及均價也分別提高5.06%、8.98%、0.08%、8.79%和3.58%，上、中部煙葉總糖含量分別提高2.85%、11.85%，煙堿含量分別降低10.19%、29.61%；生物有機(jī)肥與生物炭配施中部煙葉面積比單施生物有機(jī)肥顯著增大9.39%，其產(chǎn)量、上等煙比例、中上等煙比例、產(chǎn)值及均價分別提高2.07%、10.88%、2.07%、12.28%和10.00%，上、中部煙葉總糖含量分別提高1.88%、3.49%，煙堿含量分別降低16.61%、5.21%；增施生物炭能降低烤后煙葉的葉綠素含量，提高其類胡蘿卜素含量。生物炭與生物有機(jī)肥配施對烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量的提高效果最佳。微生物菌劑的施用一方面可通過調(diào)節(jié)植物激素和養(yǎng)分供應(yīng)來促進(jìn)作物生長，另一方面有益菌可以通過拮抗作用抵制有害菌對作物的侵染[7]。潘明錦等[8]研究表明，施用微生物菌劑可以顯著提高煙苗根系活力和根鮮重。張子穎等[9]研究發(fā)現(xiàn)，綠色木霉可以促進(jìn)烤煙生長，提高烤煙經(jīng)濟(jì)效益?！狙芯壳腥朦c】目前，微生物制劑的應(yīng)用效果常隨土壤及氣候條件等發(fā)生變化，關(guān)于其在豫中煙田單施及與生物炭混合施用效果的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以河南郟縣典型濃香型烤煙為研究對象，分析生物炭和微生物菌劑單施及混合施用對烤煙生長、病害發(fā)生情況和產(chǎn)質(zhì)量的影響，以期為豫中煙區(qū)烤煙合理施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4—10月在河南省郟縣李口鎮(zhèn)進(jìn)行，土壤類型為褐土，基礎(chǔ)理化特性為：有機(jī)質(zhì)18.57 g/kg，堿解氮69.10 mg/kg，速效磷23.00 mg/kg，速效鉀238.00 mg/kg，pH 7.02。

1.2 材料

1.2.1 品種 供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100，由青島中煙種子有限責(zé)任公司提供。

1.2.2 物料 生物炭為花生殼生物炭(pH 8.25，全碳含量434.40 g/kg，全氮含量13.2 g/kg)，河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司生產(chǎn)；復(fù)合芽孢桿菌(有效活菌數(shù)20億/g)，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供；芝麻餅肥(氮5%，磷2.7%，鉀1.6%，有機(jī)質(zhì)50%)，平頂山金葉實業(yè)有限公司生產(chǎn)；煙草專用復(fù)合肥(氮8%，磷12%，鉀20%)，湖北香青化肥有限公司生產(chǎn)。

1.2.3 儀器 HP5890-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀，Agilent公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 試驗設(shè)計 試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理：CK，常規(guī)施肥，不施用生物炭和菌劑；B，常規(guī)施肥+生物炭750 kg/hm2；M，常規(guī)施肥+復(fù)合芽孢桿菌；BM，常規(guī)施肥+生物炭750 kg/hm2+復(fù)合芽孢桿菌。小區(qū)面積100 m2，3次重復(fù)。各小區(qū)化肥氮用量52.5 kg/hm2，氮、磷、鉀施用比例為1∶1∶3.5，生物炭與菌劑于煙苗移栽時穴施，生物炭用量50 g/株，復(fù)合芽孢桿菌用量為2 g/株。其他施肥與大田管理按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行。

1.3.2 指標(biāo)測定

1) 農(nóng)藝性狀。于煙葉成熟期在各小區(qū)選擇代表性煙株，按照YC/T142—2010方法測定煙株株高、莖圍、最大葉長寬及有效葉片數(shù)。

2) 病害發(fā)生情況。按照GB/T23222—2008煙草病蟲害分級及調(diào)查方法[10]，于烤煙成熟期調(diào)查煙草黑脛病和根腐病的發(fā)病情況，統(tǒng)計發(fā)病率和病情指數(shù)。

3) 煙葉內(nèi)在質(zhì)量。各小區(qū)選取中部代表性烤后煙葉樣品1 kg，測定煙葉內(nèi)在品質(zhì)。常規(guī)化學(xué)成分采用連續(xù)流動分析儀測定；中性致香物質(zhì)采用氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行提取與檢測。

4) 經(jīng)濟(jì)性狀。煙葉成熟時對每個小區(qū)進(jìn)行掛牌采收、烘烤，統(tǒng)計各小區(qū)烤后煙葉總重量和各等級煙葉重量，按照當(dāng)年煙葉收購價格計算均價、中上等煙比例和產(chǎn)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理烤煙成熟期的農(nóng)藝性狀

由表1可知，不同處理對烤煙生長有較大影響。株高：各處理株高為98.60～113.20 cm，BM>M>B，B、M和BM分別比CK(89.50 cm)顯著提高10.17%、20.00%和26.48%；M和BM顯著高于B。莖圍：不同處理的莖圍為10.30～11.60 cm，BM>M>B，M和BM分別較CK(9.70 cm)顯著提高15.46%和19.59%，BM和M顯著高于B，B較CK提高6.19%，但差異不顯著。最大葉長：不同處理的最大葉長為66.40～71.80 cm，BM>B>M，B、M和BM分別較CK(61.50 cm)顯著提高9.59%、7.97%和16.75%，BM顯著高于B和M；B與M差異不顯著。最大葉寬：不同處理的最大葉寬為36.90～39.40 cm，BM>B>M，B、M和BM分別較CK(34.70 cm)顯著提高9.80%、6.34%和13.54%，但B、M和BM間差異不顯著。有效葉片數(shù)：各處理有效葉片數(shù)為21.00～22.30片，BM>B>M，B、M和BM分別較CK(19.10片)顯著提高10.99%、9.95%和16.75%；BM顯著高于B和M，B與M間差異不大。綜合看，以BM處理烤煙生長情況最佳。

表 1 不同處理烤煙成熟期的農(nóng)藝性狀

2.2 不同處理烤煙根莖病害的發(fā)生情況

由表2可知，不同處理烤煙生長后期根莖類病害發(fā)生情況有一定差異。煙草黑脛?。焊魈幚戆l(fā)病率在7.32%～8.33%，B>M>BM，B與CK差異不顯著，但均顯著高于M和BM；各處理病情指數(shù)為4.08～5.12，M>B>BM，B和M差異不大，但均顯著高于BM，三者均顯著低于CK。煙草根腐?。翰煌幚戆l(fā)病率為3.63%～4.09%，B>M>BM，B與CK差異不顯著，M和BM顯著低于B和CK；各處理病情指數(shù)為2.30～2.77，B>M>BM，其中，B與CK差異不顯著，M和BM顯著低于CK。綜上可知，菌劑單施(M)或與生物炭配合施用(BM)對烤煙根莖類病害的發(fā)生有一定抑制作用。

表 2 不同處理烤煙根莖病害的發(fā)生情況

2.3 不同處理煙葉化學(xué)成分的含量

從表3看出，施用生物炭(B)和菌劑(M)對煙葉化學(xué)成分含量的影響不同。總糖：各處理含量為20.97%～22.80%，BM>B>M，BM和B顯著高于CK(20.40%)，而M與CK差異不大。還原糖：各處理含量為18.01%～19.36%，BM>B>M，B和BM分別比CK(16.98%)提高10.84%和14.02%，M和CK不差異顯著。總氮：各處理含量為2.11%～2.19%，M>BM>B，B、M及BM分別較CK(2.48%)顯著降低14.92%、11.69%及14.52%。煙堿：各處理含量為2.41%～2.76%，M>B>BM，其中M和CK差異不顯著，BM和B顯著低于CK。鉀：各處理含量為0.99%～1.21%，M>BM>B，B、M和BM均與CK無顯著差異。氯：各處理含量為0.65%～0.73%，處理間差異不大，均在優(yōu)質(zhì)煙適宜范圍內(nèi)。糖堿比：各處理在7.60～9.46，B、M和BM均顯著高于CK。兩糖比：各處理在0.85～0.86，B、M和BM均高于CK，但差異均不顯著。鉀氯比：各處理在1.43～1.66，各處理與CK間差異不顯著。

表 3 不同處理煙葉常規(guī)化學(xué)成分的含量

2.4 不同處理煙葉中性致香物質(zhì)的含量

由表4可知，各處理共檢測出煙葉中性致香物質(zhì)6類30種。不同類別致香物質(zhì)對生物炭和菌劑施用的響應(yīng)不同。苯丙氨酸類總量以CK最低，各處理為B>BM>M，不同處理對苯丙氨酸類影響較大的成分為苯甲醛和苯甲醇；各處理美拉德反應(yīng)產(chǎn)物總量在25.86～26.62 μg/g，處理間差異不大；茄酮含量以CK最低，B、M和BM分別較CK提高21.46%、7.03%和31.59%；類胡蘿卜素降解產(chǎn)物總量以CK最低，B和M略高于CK，BM最高，較CK高17.25%，其中受影響最大的成分為β-大馬酮；其他類致香物質(zhì)總量以CK最高，各處理為B>M>BM；各處理新植二烯含量在771.03～964.99 μg/g，明顯高于CK。除去新植二烯，中性致香物質(zhì)總量以CK最低，M與CK差異不大，B和BM則分別比CK提高8.06%和15.13%。從致香物質(zhì)總量看，施用生物炭和菌劑的處理(B、M和BM)比CK提高18.70%～46.17%。

表 4 不同處理煙葉中性致香物質(zhì)的含量

2.5 不同處理烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀

從表5可知，不同處理煙葉經(jīng)濟(jì)性狀存在差異。產(chǎn)量：各處理為2 255.17～2 376.21 kg/hm2，BM>M>B，M和BM分別較CK(2 218.42 kg/hm2)提高4.75%和7.11%，B與CK差異不顯著。均價：各處理為24.39～26.01元/kg，BM>M>B，其中，M和BM顯著高于CK(23.80元/kg)，B和CK差異不大。產(chǎn)值：各處理為55 006.21～60 711.44元/hm2，BM>M>B，均顯著高于CK(52 809.38元/hm2)，較CK提高4.16%～14.96%。中上等煙比例：各處理為87.62%～89.50%，BM>M>B，其中，BM顯著高于CK，其余處理與CK差異不顯著。

表 5 不同處理烤煙的經(jīng)濟(jì)性狀

3 討論

施用生物炭可以促進(jìn)煙株生長，提高產(chǎn)值，主要是因為土壤添加生物炭后，可通過改善土壤物理結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性，提高土壤養(yǎng)分含量等促進(jìn)作物生長，與丁艷麗等[11-13]研究結(jié)果一致。微生物菌劑可以大幅提高作物根域環(huán)境有益菌豐度，改善根際微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)作物生長的同時對致病菌產(chǎn)生拮抗作用，提高作物抗性和產(chǎn)質(zhì)量水平[14-16]。殷全玉等[17]研究指出，哈茨木霉和枯草芽孢桿菌可以提高煙田土壤養(yǎng)分含量和有益菌的豐度?；娜A[18]研究發(fā)現(xiàn)，施用含有溶磷菌、解鉀菌和芽孢桿菌的生物肥可以降低煙草黑脛病和青枯病發(fā)病率，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量。研究結(jié)果表明，菌劑單獨施用及與生物炭混合施用都可以促進(jìn)煙株生長，降低煙草黑脛病和根腐病發(fā)病率，提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量，并且兩者混合施用效果更好。可能是因為生物炭一方面改善了土壤微環(huán)境[19-20]，促進(jìn)作物生長，提高了煙株系統(tǒng)抗性[21]，另一方面生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和較強的蓄水保肥能力有利于保障施入土壤中的菌劑微生物的活性[22]，對菌劑的施用起到增效作用。

煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性是評價煙葉品質(zhì)的重要指標(biāo)[23]。豫中煙葉是我國濃香型煙葉的典型代表，然而煙葉糖低堿高是濃香型特色彰顯的限制因素之一。研究結(jié)果表明，生物炭單獨施用以及和菌劑混合施用可以提高煙葉糖含量，降低煙堿和總氮含量，有利于提高煙葉吸食的舒適感，可能是因為生物炭對土壤氮素的固持作用[24]，使煙株對氮素的吸收利用更符合“少時富老來貧”的規(guī)律，有利于煙葉成熟期碳氮代謝的協(xié)調(diào)和適時轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)論

田間常規(guī)施肥條件下，配施生物炭和微生物菌劑均能夠顯著促進(jìn)煙株生長。菌劑單獨施用以及與生物炭混合施用對煙草黑脛病和根腐病有一定抑制作用。生物炭單獨施用以及和菌劑混合施用均可對烤后煙葉起到控堿增糖的效果，同時可以顯著提升烤后煙葉中性致香物質(zhì)含量。綜合看，生物炭與菌劑混合施用可以促進(jìn)烤煙生長，降低根莖病害發(fā)生，提高烤后煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性和致香物質(zhì)含量，同時增加煙葉經(jīng)濟(jì)效益。今后可在煙區(qū)生物有機(jī)肥的配方中逐步探索優(yōu)化，開發(fā)適合本地的炭基生物有機(jī)肥產(chǎn)品。