有機(jī)氮替代部分無(wú)機(jī)氮對(duì)初烤煙葉化學(xué)成分的影響

趙宇霞， 陸亞春， 宋戰(zhàn)鋒， 農(nóng)世英， 賴洪敏， 周文亮*， 范東升， 韋忠， 趙磊峰， 年夫照

(1.玉溪市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，云南 玉溪 653100； 2.廣西壯族自治區(qū)煙草公司百色市公司，廣西 百色 533000；3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650201； 4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201)

近年來(lái)，由于大量施用不含有機(jī)質(zhì)的無(wú)機(jī)化肥，導(dǎo)致植煙土壤出現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤酶活性降低、土壤微生物含量下降、土壤營(yíng)養(yǎng)不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，進(jìn)一步造成煙葉化學(xué)成分不協(xié)調(diào)、香氣質(zhì)量下降和油分不足，嚴(yán)重影響了煙葉的品質(zhì)[1-3]。有機(jī)肥料不僅能給作物提供多種營(yíng)養(yǎng)成分，而且能改善土壤理化性質(zhì)，培肥土壤，調(diào)節(jié)土壤微生物活性和養(yǎng)分供應(yīng)能力。提高肥料利用率能夠促進(jìn)煙株生長(zhǎng)發(fā)育和干物質(zhì)積累，從而促進(jìn)煙葉化學(xué)成分的協(xié)調(diào)及香氣物質(zhì)的形成[4-5]。同時(shí)也有相關(guān)研究表明，有機(jī)肥料中富含大量的有機(jī)質(zhì)以及磷素和鉀素，施用有機(jī)肥可以調(diào)節(jié)土壤中的碳庫(kù)與氮庫(kù)，改善煙葉化學(xué)成分，提高烤煙各類中性致香物質(zhì)含量和中性致香物質(zhì)總含量。因而使用有機(jī)肥可以提高煙葉的品質(zhì)，從而提高上等煙的比例[6-7]。因此，本文研究有機(jī)氮替代25%的無(wú)機(jī)氮對(duì)初烤煙葉常規(guī)化學(xué)成分與中性致香物質(zhì)含量的影響，旨在為合理施肥、提高烤煙品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)位于廣西壯族自治區(qū)靖西市新甲鄉(xiāng)，試驗(yàn)時(shí)間為2019年2—9月，試驗(yàn)地前茬作物為水稻，土壤理化性狀為：pH 6.6，有機(jī)質(zhì)為27.1 g·kg-1，堿解氮為139.5 mg·kg-1，速效磷為23.4 mg·kg-1，速效鉀為108.6 mg·kg-1。

烤煙品種為云煙87。供試肥料為烤煙專用復(fù)合肥(N 9%、P2O59%、K2O 26%)；農(nóng)家肥(稻草秸稈、花生麩、羊糞等發(fā)酵漚制N 0.8%、P2O50.2%、K2O 0.9%)；油枯有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分≥6%)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

以當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥為對(duì)照(CK)，保持純氮量為7.0 kg·hm-2不變，減施25%的化學(xué)氮肥施用量(從底肥的烤煙專用復(fù)合肥中減除)，以有機(jī)肥補(bǔ)充氮源作為底肥施入，每種處理設(shè)5次重復(fù)。小區(qū)四周設(shè)置保護(hù)行，其他栽培措施及田間管理與常規(guī)方法一致。

具體施肥處理：CK，常規(guī)施肥，施復(fù)合肥600 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2；T1，減施25%化學(xué)氮肥，施復(fù)合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2、油枯有機(jī)肥1 500 kg·hm-2；T2，減施25%化學(xué)氮肥，施復(fù)合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2、農(nóng)家肥7 500 kg·hm-2；T3，減施25%化學(xué)氮肥，施復(fù)合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2，不再補(bǔ)充有機(jī)肥。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

各處理取初烤煙葉0.5 kg，粉碎后過(guò)篩，用于化學(xué)成分的測(cè)定。

1.3.1 常規(guī)化學(xué)成分

采用連續(xù)流動(dòng)分析儀[8]進(jìn)行總糖、還原糖、煙堿、氯、鉀、總氮量的測(cè)定，并計(jì)算氮堿比和糖堿比。

1.3.2 石油醚提取物

將初烤煙葉磨粉之后，用殘余法計(jì)算煙葉石油醚提取物含量[9]。

1.3.3 中性致香物質(zhì)

使用儀器：HP5890-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀。測(cè)定方法：內(nèi)標(biāo)法定量。樣品處理流程：烤后煙葉磨至粉末，稱25 g樣品進(jìn)行水分平衡，加350 mL水蒸餾、30 mL二氯甲烷萃取2 h，無(wú)水硫酸鈉干燥有機(jī)相以去除水分，60 ℃水浴濃縮至1 mL左右即得煙葉的精油。最后用GC/MS儀器分析檢測(cè)[10]處理好的分析樣品，即煙葉的精油。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各處理對(duì)中性致香物質(zhì)含量的影響

煙葉的香味是多種微量致香物質(zhì)共同決定的結(jié)果[11]。因此，將中性致香物質(zhì)按煙葉香氣前體物分為類胡蘿卜素類、苯丙氨酸類、類西柏烷類、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、新植二烯等[12-13]類別，對(duì)不同施肥處理的初烤煙葉中致香物質(zhì)含量進(jìn)行分析，從而得到不同施肥處理對(duì)煙葉質(zhì)量的影響。表1可知，在減氮25%的基礎(chǔ)上，用有機(jī)氮替代無(wú)機(jī)氮配施有機(jī)肥后，中部煙葉的致香物質(zhì)含量均有不同的變化，其中T1處理有22種致香物質(zhì)含量達(dá)到最高，而CK有5種致香物質(zhì)的含量最低。

表1 不同施肥處理對(duì)中性致香物質(zhì)含量的影響

2.1.1 類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物含量

煙葉的中性致香物質(zhì)成分中，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物中有不少的化合物是關(guān)鍵的致香成分，這些化合物的含量高低決定著煙葉的品質(zhì)[13-14]。表1可知，類胡蘿卜素致香物質(zhì)成分總含量為T(mén)1>T2>CK>T3，類胡蘿卜素總含量最高的T1處理達(dá)到289.31 μg·g-1；在測(cè)定的11種類胡蘿卜素類致香物質(zhì)化合物中，T1處理的巨豆三烯酮B含量分別是T2、T3、CK的11.6倍、29倍、50倍；香葉基丙酮、巨豆三烯酮、二氫獼猴桃內(nèi)酯的含量均高于其他處理。

2.1.2 苯丙氨酸類降解產(chǎn)物含量

苯丙氨酸類降解產(chǎn)物與煙草中豐富的香味有關(guān)，其成分包括苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等。這些成分參與烤煙果香、清香的形成，影響煙氣的香味[12]。中部煙葉的苯丙氨酸類降解產(chǎn)物含量在不同的施肥處理下有著不同的表現(xiàn)(表1)。其中苯丙氨酸類總含量最高的是T1處理，為CK的5.6倍。而T2處理和CK的苯丙氨酸類總量差異較小。測(cè)定的4種苯丙氨酸類致香物質(zhì)化合物中，T1處理的苯甲醇分別是T2、T3、CK的4.96倍、13.12倍、5.01倍。T1處理的苯乙醛和苯甲醛含量也達(dá)到了最高，而T2和T3處理均低于CK。

2.1.3 棕色化反應(yīng)產(chǎn)物含量

棕色化反應(yīng)降解產(chǎn)物中有多種物質(zhì)具有特殊的香味，其含量對(duì)煙葉的質(zhì)量產(chǎn)生了重要的影響。表1可知，4個(gè)處理中，T1處理的棕色化反應(yīng)產(chǎn)物總含量最高，相比于CK增幅達(dá)到545%。不同處理的煙葉棕色化反應(yīng)產(chǎn)物積累量占比也不同，其中糠醛產(chǎn)量約占總量的82.8%～86.8%。T2處理的糠醛含量低于CK處理，而T3處理高于T2處理，增幅高達(dá)51.3%。各處理的糠醇含量均高于CK處理，增幅在50%～112%，其中T1處理的糠醇含量最高，相比CK增幅達(dá)到11.2倍。

2.1.4 類西柏烷類含量

茄酮是類西柏烷類香味物質(zhì)的一種，有酮和醛的香味[12]。茄酮的降解產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)化為茄醇和茄呢呋喃[14]，是煙草內(nèi)在質(zhì)量評(píng)價(jià)致香物質(zhì)成分中的香味之一。表1可知，T1處理的類西柏烷類致香物質(zhì)含量最高，T3處理最低，總體含量呈現(xiàn)為T(mén)1>T2>CK>T3。

2.1.5 新植二烯及其他致香物質(zhì)含量

新植二烯是香氣物質(zhì)中含量最高的化合物，也是葉綠素的降解產(chǎn)物，可以降低煙氣物質(zhì)的刺激性，使煙氣變得柔和不刺鼻[15]。表1可知，T1處理的新植二烯總含量最高，相比CK增幅達(dá)到49.4%。

表1可知，在減施氮肥25%的基礎(chǔ)上，各處理非酶棕色化反應(yīng)降解產(chǎn)物的總量大小表現(xiàn)為T(mén)3>T2>CK>T1，T3的含量遠(yuǎn)高于T1和T2，相比T2增幅在45.5%。T1處理相對(duì)于T2處理非酶棕色化反應(yīng)產(chǎn)物含量的增幅有所減少。

2.2 各處理對(duì)石油醚提取物的影響

石油醚提取物是烤煙致香物質(zhì)的前體物。石油醚提取烤煙內(nèi)脂類化合物的含量與煙葉質(zhì)量呈正相關(guān)，含量越高的煙葉，品質(zhì)也越好[15-16]。圖1可知，增施油枯有機(jī)肥的T1處理石油醚提取物含量為5.56%，比CK增加了0.94百分點(diǎn)；增施農(nóng)家肥的T2處理的石油醚提取物含量為5.45%，比CK增加0.83百分點(diǎn)。

圖1 初烤煙葉的石油醚提取物含量

2.3 各處理對(duì)初烤煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

表2可知，各個(gè)處理煙葉總糖含量在17.38%～26.27%，還原糖含量在13.21%～20.23%，屬于正常值范圍。T1、T2和T3處理的總糖和還原糖含量比CK高，且與CK存在顯著差異。各個(gè)處理的初烤煙葉總氮含量在正常范圍之內(nèi)，T1和T2處理的總氮含量低于CK。從煙葉的協(xié)調(diào)性方面來(lái)看，糖堿比和氮堿比T1處理與CK存在顯著差異。

表2 不同施肥處理中部煙葉的常規(guī)化學(xué)成分

3 小結(jié)與討論

香氣是評(píng)價(jià)煙葉內(nèi)在質(zhì)量的指標(biāo)之一，煙葉的香氣質(zhì)和香氣量均與煙葉的致香物質(zhì)具有很強(qiáng)的相關(guān)性[17-18]，香氣物質(zhì)中某些成分含量雖低，卻是某種特征香氣的重要來(lái)源。類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物對(duì)煙葉的香氣貢獻(xiàn)率大，新植二烯是煙葉中主要的萜烯類化合物，其含量的提高可以增強(qiáng)煙葉的吃味和香氣，同時(shí)降解轉(zhuǎn)化之后可以形成致香物質(zhì)成分[19]。從本試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，增施油枯有機(jī)肥的T1處理相對(duì)于其他處理中部葉致香物質(zhì)成分均有不同程度的提高。這與鄭亞楠等[6]試驗(yàn)結(jié)果有異曲同工之處，在常規(guī)施肥條件下增施不同的有機(jī)物質(zhì)，烤后煙葉中各種香氣物質(zhì)組分含量均有較大幅度的提高。

石油醚提取物也是煙葉香氣物質(zhì)成分中的一種混合物，一部分能直接進(jìn)入到煙氣中產(chǎn)生香氣，另一部分作為香氣的前體物質(zhì)，在成熟調(diào)制階段陳化發(fā)酵中分解成香氣[20-21]。本試驗(yàn)T1和T2處理的石油醚提取物高于其他處理，這與李艷平等[22]研究結(jié)果相似，混合有機(jī)肥能提高煙葉的石油醚提取物含量，因煙葉部位的不同而存在差異性。

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，通過(guò)在原有施氮的基礎(chǔ)上減施25%無(wú)機(jī)氮，增施有機(jī)肥對(duì)煙葉的致香物質(zhì)含量有著不同的影響，增施油枯可以提高初烤煙葉類胡蘿卜素的降解產(chǎn)物、類西柏烷類、新植二烯產(chǎn)物、苯丙氨酸和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、茄酮含量，同常規(guī)施肥相比提高了烤后煙葉的致香物質(zhì)成分，表明增施有機(jī)肥可以增加烤后煙葉中的致香物質(zhì)成分含量。