不同肥料類型對(duì)植煙土壤及烤煙品質(zhì)的影響研究

楊營(yíng)月 劉 慧 王龍飛 趙 喆 馮小虎 來 苗 趙銘欽

（1河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院/河南省香精香料與調(diào)香工程技術(shù)研究中心，450002，河南鄭州；2江西省煙草公司撫州市公司，344000，江西撫州）

肥料是影響煙葉產(chǎn)值與產(chǎn)量的重要因素，對(duì)其貢獻(xiàn)率分別高達(dá)39%和47%，對(duì)煙葉香吃味的貢獻(xiàn)率達(dá)24.8%，在環(huán)境和烤煙品種不變的條件下，施肥是提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的核心技術(shù)[1-2]。由于之前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長(zhǎng)期施用化肥，忽視了其他肥料，使許多煙區(qū)土壤板結(jié)酸化，微生物數(shù)量及酶活性降低，導(dǎo)致土壤肥力下降，烤煙產(chǎn)質(zhì)量下降[3-4]。因此，對(duì)于烤煙這種產(chǎn)質(zhì)兼重的經(jīng)濟(jì)作物而言，如何通過合理施肥改善土壤養(yǎng)分狀況、滿足現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)要求，具有十分重要的研究意義。

近年來，為減少化肥使用，大田種植常會(huì)施用有機(jī)肥、微生物肥、生物有機(jī)肥和腐殖酸肥等[5]。草炭，也稱作泥炭或泥煤，有機(jī)質(zhì)含量高、吸水性強(qiáng)、容重小、疏松多孔，具有提高土層通透性、持水力、土壤微生物活性和促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的作用[6-7]。高碳基肥是由生物炭為主體，混合有機(jī)肥和微量元素等組成的一種新型復(fù)合肥料，孔隙度和比表面積較大，表面負(fù)電荷豐富，可以改良土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤肥力，提高作物品質(zhì)[8-10]。微生物菌劑是采用微生物工程技術(shù)加工而成的一種液體菌肥，通過生化反應(yīng)能合成氨基酸、維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供給土壤微生物繁殖及煙草根系快速吸收，促進(jìn)煙株生長(zhǎng)。目前的研究多集中于草炭、高碳基肥和微生物菌劑的施用量。草炭施用量為13 500kg/hm2時(shí)對(duì)重慶豐都煙區(qū)山地的土壤養(yǎng)分及烤煙生長(zhǎng)和品質(zhì)影響最大[11]。在廣西賀州的大田試驗(yàn)[12]表明，高碳基肥對(duì)提高當(dāng)?shù)責(zé)熑~產(chǎn)量、協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分有重要的現(xiàn)實(shí)意義，且當(dāng)?shù)厥┯昧窟_(dá)到750kg/hm2時(shí)效果較好。另外，盆栽試驗(yàn)研究[13]也證明，微生物菌劑的施加量為14g/盆時(shí)對(duì)提高土壤酶活性、煙株根系活力和優(yōu)化根冠比的效果最為顯著。但是此三者間的對(duì)比效果差異卻并不明顯，因此本文選此3種不同的肥料類型進(jìn)行大田試驗(yàn)，通過分析不同處理的植煙土壤肥力及微生物區(qū)系狀況、移栽后不同時(shí)間煙葉的根系活力以及烤后煙葉的品質(zhì)，探究不同肥料施用對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響，找到較為適宜江西煙區(qū)土壤條件的肥料類型，為當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年在江西省撫州市黎川縣（116°57′31.93″E，27°16′9.02″N）進(jìn)行。年均氣溫 17.27℃，夏季平均氣溫35℃，年降雨量約2010mm，夏季相對(duì)濕度80%，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候。土壤質(zhì)地為沙壤土，含有機(jī)質(zhì)5.37g/kg、堿解氮60.13mg/kg、速效鉀274.41mg/kg、速效磷12.77mg/kg，pH 5.68。供試烤煙品種為云煙87，由江西省煙草公司撫州市公司提供，于2月25日移栽，田間管理按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行。

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共4個(gè)處理，分別為大田常規(guī)施肥（CK）、草炭50g/株（T1）、微生物菌劑30g/株（T2）和高碳基肥54g/株（T3）。按總碳量一致的原則施用草炭和高碳基肥，每個(gè)處理3次重復(fù)，兩側(cè)設(shè)有保護(hù)行，株距50cm，行距120cm。用五點(diǎn)取樣法取移栽前和采收后的土壤樣本，將樣本自然風(fēng)干，研磨后過20和60目篩，測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。于移栽后60、70和80d采用五點(diǎn)取樣法采集新鮮土壤樣本（0～10cm），過60目篩，裝于無菌牛皮紙袋中，于4℃冰箱中保存，用于測(cè)定土壤微生物數(shù)量和酶活性。以處理為單位分別采收、掛牌烘烤，分別取烤后煙上部葉（B2F）和中部葉（C3F）部位各1kg，用于常規(guī)化學(xué)成分和中性香氣物質(zhì)的測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)肥料

試驗(yàn)所用草炭pH 5.94、磷含量2.07%、鉀含量0.25%、C/N為15.41。所用高碳基肥主要成分為生物炭和有機(jī)肥等，其中有機(jī)質(zhì)≥45%、生物炭≥20%、水分≤30%、氯離子≤1%。二者均為河南惠農(nóng)土質(zhì)保育研發(fā)有限公司研發(fā)。微生物菌劑“植寶典”中含有枯草芽孢桿菌、產(chǎn)朊假絲酵母、乳酸菌等有益微生物菌群以及氮、磷、鉀和硅等多種營(yíng)養(yǎng)元素及促生長(zhǎng)因子，該菌劑由江西省南昌市億隆達(dá)生物科技開發(fā)有限公司研發(fā)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 采用環(huán)刀法[14]測(cè)定土壤容重，用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量，用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量。采用0.5mol/L的NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷含量；采用1mol/L醋酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定速效鉀含量[15]。

1.3.2 土壤微生物數(shù)量 采用固體稀釋平板法進(jìn)行分離測(cè)定土壤微生物數(shù)量，分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、PDA培養(yǎng)基和改良高氏1號(hào)培養(yǎng)基培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌，以每克干土所含微生物菌落的形成單位數(shù)量表示[16]。

1.3.3 土壤酶活性 采用硫代硫酸鈉滴定法測(cè)定蔗糖酶活性，以單位土重消耗的0.1mol/L硫代硫酸鈉的體積（mL）表示；采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定脲酶活性，以單位土重產(chǎn)生的NH4+-N質(zhì)量（mg）表示；采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定酸性磷酸酶活性，以單位土重單位時(shí)間形成酚的質(zhì)量（μg）表示；采用滴定法測(cè)定過氧化氫酶活性，以單位土重所消耗的0.1mol/L KMnO4體積（mL）表示；采用鄰苯三酚比色法測(cè)定多酚氧化酶活性，以單位土重單位時(shí)間（h）產(chǎn)生的紅紫倍精質(zhì)量（mg）表示[16]。

1.3.4 常規(guī)化學(xué)成分 采用德國(guó)sealAA型流動(dòng)分析儀檢測(cè)常規(guī)化學(xué)成分含量[17]。

1.3.5 中性致香物質(zhì) 用水蒸氣蒸餾—二氯甲烷溶劑同時(shí)蒸餾萃取法，采用內(nèi)標(biāo)法定量，由GC/MS鑒定結(jié)果和NIST庫(kù)檢索定性[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010、GraphPad Prism 8.0.2和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖表制作以及方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同肥料類型對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

由表1可知，與CK處理相比，T1、T2和T3處理顯著提高了土壤堿解氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量，T1、T2和T3處理的速效磷和有機(jī)質(zhì)含量無顯著差異。T1處理堿解氮含量顯著大于T2和T3處理，且T2與T3處理間無顯著差異。T1、T2和T3處理速效鉀含量均高于CK，但4個(gè)處理間無顯著差異。T2和T3處理的含水量顯著高于T1和CK處理。T1處理的容重最低，但處理間差異不顯著。T1處理的孔隙度顯著高于T2和T3處理，但與CK處理無顯著差異。

表1 不同肥料類型對(duì)采收后土壤理化性質(zhì)的影響Table 1 Effects of different fertilizer types on soil physical and chemical properties after harvest

2.2 不同肥料類型對(duì)土壤區(qū)系的影響

由圖1可知，土壤中的微生物數(shù)量均表現(xiàn)為細(xì)菌＞放線菌＞真菌，隨著移栽后時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)菌和真菌的數(shù)量整體均呈下降趨勢(shì)，放線菌則是先降后升，且T1、T2和T3處理的微生物數(shù)量顯著高于CK處理。圖1a和1b顯示，與CK處理相比，T1、T2和T3處理的細(xì)菌和真菌數(shù)量明顯增加，其中T1處理細(xì)菌數(shù)量最多，T3處理真菌數(shù)量在各時(shí)期均最高，但與T1處理差異不顯著。由圖1c可知，T1處理各時(shí)期的放線菌數(shù)量均顯著高于其他處理，其他處理則表現(xiàn)為移栽后60和80d時(shí)，T3＞T2＞CK；移栽后70d時(shí)，T2＞T3＞CK。

圖1 不同肥料類型對(duì)土壤區(qū)系的影響Fig.1 Effects of different fertilizer types on the flora of soil

2.3 不同肥料類型對(duì)土壤酶活性的影響

由圖2a和2b可知，隨著移栽時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理土壤的蔗糖酶和脲酶活性呈先升后降的趨勢(shì)，在移栽后70d時(shí)達(dá)到最大值，T1、T2和T3處理的蔗糖酶和脲酶活性均顯著高于CK處理，其中T1處理最高，其次為T3處理，2個(gè)處理間差異不顯著，且移栽后70d時(shí)T1、T2和T3處理的脲酶活性較CK處理提高了46.9%、10.0%、35.7%。圖2c顯示，隨著移栽時(shí)間的遞推，T1和T3處理酸性磷酸酶活性呈先升后降趨勢(shì)，T2和CK處理則表現(xiàn)為先降后升，移栽后80d時(shí)，T2處理的酸性磷酸酶活性顯著高于其他處理。圖2d顯示，CK、T1和T3處理的過氧化氫酶活性隨著移栽時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降后升的趨勢(shì)，T2處理則表現(xiàn)為持續(xù)下降，T1、T2和T3處理的過氧化氫酶活性均顯著高于CK處理，其中T1處理的酶活性在各移栽時(shí)期均最高，與其他處理差異顯著，T2與T3處理差異不顯著。由圖2e可知，隨著移栽時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理多酚氧化酶活性呈降低趨勢(shì)，T1、T2和T3處理的酶活性均顯著大于CK處理，3個(gè)處理間差異不顯著。

圖2 不同肥料類型對(duì)土壤酶活性的影響Fig.2 Effects of different fertilizer types on soil enzyme activities

2.4 不同肥料類型對(duì)烤煙根系活力的影響

從圖3可知，隨著移栽時(shí)間的推移，各處理的根系活力整體呈先升后降的趨勢(shì)，并在移栽后70d時(shí)達(dá)到最大值，之后伴隨著煙株的成熟及地上部的衰老，各處理的根系活力逐漸降低。移栽后60d時(shí)，T2處理根系活力最高，T1處理次之，CK處理最低，T2與CK處理差異顯著，與T1和T3處理差異不顯著。移栽后70d時(shí)，T1處理最高，T2處理次之，與CK處理差異顯著，T1、T2和T3處理之間差異不顯著。移栽后75～90d內(nèi)，T1和T3處理根系活力均大于CK處理，且T1＞T3，T2處理根系活力下降明顯，在移栽后90d時(shí)低于CK處理。

圖3 不同肥料類型對(duì)烤煙根系活力的影響Fig.3 Effects of different fertilizer types on root activity of flue-cured tobacco

2.5 不同肥料類型對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響

表2顯示，各處理不同部位煙葉總糖含量在15.53%～22.60%范圍內(nèi)，其中T1處理中、上部煙葉總糖含量最高，T2處理最低。各處理不同部位煙葉的還原糖含量變幅在14.87%～22.08%，其中T1處理中、上部煙葉還原糖含量最高，上部葉中CK處理最低，中部葉中T3處理含量最低。上部煙葉煙堿含量相對(duì)較高，CK、T1和T2處理煙堿含量均大于3%，各處理間無顯著差異；中部葉各處理煙堿含量均小于3%。各處理不同部位煙葉蛋白質(zhì)含量在4.52%～5.80%之間，較為適宜。上、中部葉兩糖比在0.90～0.99、0.91～0.98，分別以T3和T1處理最高。上、中部葉糖堿比在4.50～6.95、6.54～11.90，分別以T3和T1處理最高。煙葉中鉀含量的高低是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。各處理鉀素含量變化在1.88%～2.71%范圍內(nèi)，T1、T2和T3處理上、中部煙葉的鉀含量均顯著高于CK處理，其中T1處理最高，其次為T3處理。

表2 不同肥料類型對(duì)烤煙常規(guī)化學(xué)成分的影響Table 2 Effects of different fertilizer types on conventional chemical components of flue-cured tobacco

2.6 不同肥料類型對(duì)烤煙中性香氣物質(zhì)的影響

由表3可知，T1和T3處理的中性香氣物質(zhì)總量均大于CK處理，上部葉T3處理最高，為1149μg/g，提高了11.37%；中部葉T1處理最高，為1231.6μg/g，漲幅為12.06%。在上中部煙葉的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物中，巨豆三烯酮的4種異構(gòu)體占總量的33.08%～44.34%，β-大馬酮占13.28%～25.49%，β-二氫大馬酮占13.46%～17.01%，法尼基丙酮占10.14～13.98%，其他致香成分含量占比較低。T2處理中、上部葉中類胡蘿卜素降解產(chǎn)物總量最高，T3處理最低，中部葉中T1處理最高，T2處理最低。T2處理上、中部葉中茄酮含均最高，上部葉CK處理最低，中部葉T3處理最低。與CK處理相比，T1處理中部葉的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物和芳香族氨基酸降解類含量均最高，上部葉中CK處理含量最高，其次為T1處理。上部葉中，T3處理新植二烯總量最高，為946.00μg/g，CK處理最低；中部葉T1處理最高，為1033.00μg/g，T2處理最低。

表3 不同肥料類型對(duì)烤煙中性香氣物質(zhì)的影響Table 3 Effects of different fertilizer types on neutral aroma components of flue-cured tobacco μg/g

3 討論

3.1 不同肥料類型對(duì)植煙土壤的影響

土壤是作物賴以生存的環(huán)境，它的理化特性和微生物活動(dòng)都直接影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，T1、T2和T3處理能增加土壤中堿解氮、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量等，表明3種肥料均可一定程度地增加土壤留存養(yǎng)分，提高土壤肥力，為煙株的生長(zhǎng)提供更多的養(yǎng)分，與郭群召等[19]和宋亮等[20]的研究一致。其中草炭處理土壤養(yǎng)分含量最高，對(duì)降低土壤含水量和容重及提高孔隙度有積極作用，應(yīng)該是草炭的礦化和腐殖質(zhì)化改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)[21]，可為加大土壤與外界的水分和空氣交換提供基礎(chǔ)。

微生物是土壤的重要組成成分，參與土壤的物質(zhì)合成、循環(huán)及修復(fù)等多個(gè)生化反應(yīng)，與土壤肥力息息相關(guān)，被認(rèn)為是檢測(cè)土壤質(zhì)量變化最敏感的生物指標(biāo)之一[22-24]。本研究中，施用草炭、微生物菌劑和高碳基肥3個(gè)處理的土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量均高于常規(guī)施肥，應(yīng)該是這些肥料的施入增加了土壤中活性有機(jī)碳源的數(shù)量，為土壤中微生物的生長(zhǎng)提供了新的能源，從而提高了其繁殖速度與數(shù)量，這與李鵬[21]、陳敏等[25]和尹淑麗等[26]的研究一致。

土壤酶是與土壤理化性質(zhì)、土壤微生物區(qū)系以及物種多樣性等密切相關(guān)的特殊蛋白質(zhì)，主要由微生物和根系分泌，在土壤養(yǎng)分循環(huán)以及植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的供給過程中起著重要作用[27-29]。本研究表明，草炭、微生物菌劑和高碳基肥的施用，均可提高土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶等的活性，促進(jìn)土壤的熟化和腐殖化進(jìn)程，提高土壤肥力，其中草炭效果更優(yōu)，應(yīng)該是土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量的增加為土壤酶的分泌提供了更為有利的環(huán)境[11]。微生物菌劑處理的酸性磷酸酶活性在生長(zhǎng)后期有升高的趨勢(shì)，據(jù)段雪嬌[30]的研究推測(cè)，可能是微生物菌劑含有的磷在后期一定程度上提高了酸性磷酸酶的活性，促進(jìn)了土壤的生理代謝。在本研究中，施用草炭的微生物數(shù)量及酶活性高于高碳基肥，可能是一方面由于生物炭的結(jié)構(gòu)成分較為穩(wěn)定，加上2020年當(dāng)?shù)氐慕涤曛饕性诖蝽斊谝院?，前期土壤水分不夠充足，使之沒有很好地被微生物利用，與張璐等[31]和張志浩等[32]的研究相似。另一方面是草炭中含有大量腐殖質(zhì)[11]，提高了土壤的腐殖化進(jìn)程，提高了微生物數(shù)量和酶活性。綜上可知，土壤中養(yǎng)分的增加，會(huì)提高微生物的數(shù)量及活性，從而影響酶活性，而微生物和土壤酶活性的增加又反過來加快土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，形成良性循環(huán)[30]。

3.2 不同肥料類型對(duì)烤煙品質(zhì)的影響

根系作為重要的吸收器官，其地上部生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大部分都是由根系吸收供給的[33]。本研究發(fā)現(xiàn)，移栽后60d，微生物菌劑處理的根系活力最高，但隨著時(shí)間的推移，促進(jìn)作用明顯降低，據(jù)尹淑麗等[26]的研究推測(cè)可能是因?yàn)橄噍^于有機(jī)肥，微生物菌劑對(duì)于煙株根系發(fā)育的作用顯著，但時(shí)效較短，可以顯著提高煙株生長(zhǎng)前期的根系活力。移栽后70～90d內(nèi)，草炭處理的煙株根系活力較高且較為穩(wěn)定，其次為高碳基肥處理。這表明相較于常規(guī)施肥，高碳基肥、草炭和微生物菌劑可以提高作物的根系活力，促進(jìn)根系發(fā)育，其中草炭的效果最優(yōu)，可能是土壤養(yǎng)分的增多、孔隙度增大、微生物及酶的活動(dòng)也較為活躍，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)和物質(zhì)交換，提高了根系活力[11]。

煙葉中的糖、煙堿、鉀氯及各香氣成分等含量對(duì)烤煙的品質(zhì)形成均有重要作用，但某一單個(gè)成分的絕對(duì)含量并不能體現(xiàn)整個(gè)煙葉的品質(zhì)，而是多個(gè)成分的相互協(xié)調(diào)[34]。通過各處理對(duì)比分析可知，草炭處理的總糖及還原糖含量較高，糖堿比較大，鉀含量較高，蛋白質(zhì)含量較適宜，煙葉刺激性小，對(duì)煙葉品質(zhì)提升貢獻(xiàn)較大。相對(duì)于常規(guī)施肥，草炭、微生物菌劑和高碳基肥的施用均可提升煙葉中的中性香氣物質(zhì)含量，其中上部葉高碳基肥效果較好，中部葉草炭處理較好，且草炭處理的中部葉除茄酮外的香氣物質(zhì)含量均有較大的提高。

4 結(jié)論

通過研究不同肥料對(duì)植煙土壤及烤煙品質(zhì)的影響，分析可知，施加草炭、高碳基肥和微生物菌劑均可一定程度地改善植煙土壤環(huán)境，促進(jìn)煙株發(fā)育，提高烤煙品質(zhì)，綜合試驗(yàn)結(jié)果來看，草炭的效果更好。