施用土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙生長和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

徐敏張翔李亮邱嶺軍*李琦司賢宗索炎炎何 雷 陳啟龍

（1河南省煙草專賣局（公司），河南鄭州 450000；2河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州 450002；3河南省煙草公司臨潁縣公司，河南臨潁 462600）

適宜的土壤條件是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是影響煙株生長發(fā)育和煙葉內(nèi)在品質(zhì)的首要環(huán)境因素，烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量與土壤理化性質(zhì)存在密切關(guān)系[1]。河南省煙區(qū)是我國濃香型烤煙的主產(chǎn)區(qū)。長期以來，煙農(nóng)盲目追求煙葉高產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，采用偏重施用化學(xué)肥料等不合理的農(nóng)業(yè)措施，造成土壤板結(jié)、養(yǎng)分比例失調(diào)、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞、微生物群落多樣性降低及煙葉質(zhì)量特色弱化、土傳病害加重等問題[2-4]，使原有的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生很大變化，這嚴(yán)重制約著綠色煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。因此，應(yīng)改變施肥方式，優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)，改良煙田土壤質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)河南省煙草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5]。

土壤改良劑作為改良土壤的新技術(shù)、新手段，是提高烤煙生產(chǎn)力、提升烤后煙葉化學(xué)成分、改善長期連作和根際碳氮代謝的一項(xiàng)重要技術(shù)措施[6-7]，具有用量少、成本低、生態(tài)環(huán)保、肥效好等優(yōu)點(diǎn)。周杰文等[8]研究結(jié)果表明，施用化學(xué)改良劑時(shí)配施生物有機(jī)肥土壤調(diào)理劑能有效提高植煙土壤pH值、土壤養(yǎng)分效果和提高烤后煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。于曉東等[9]研究表明，施用腐殖酸土壤調(diào)理劑能夠有效維持土壤酸堿平衡，改善土壤理化性質(zhì)，對(duì)提高小麥產(chǎn)量有積極作用。施用土壤調(diào)理劑對(duì)作物生長、土壤改良以及化肥減量具有積極的意義，已成為近年來的研究熱點(diǎn)之一[10-12]。然而，還需結(jié)合本地土壤環(huán)境特點(diǎn)、作物種植模式制定具體方案。目前，關(guān)于不同土壤調(diào)理劑對(duì)烤煙生長和產(chǎn)量及品質(zhì)的研究還較少。因此，本研究通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究不同土壤調(diào)理劑對(duì)煙田土壤質(zhì)量和煙葉品質(zhì)的影響，為篩選出適宜河南省煙區(qū)的土壤調(diào)理劑、進(jìn)一步提高煙葉品質(zhì)、彰顯河南省煙葉濃香風(fēng)格特色提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2020年在河南省臨潁縣固廂鎮(zhèn)大師村進(jìn)行大田試驗(yàn)，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，肥力均勻一致，排灌條件良好。試驗(yàn)地土壤基本理化性質(zhì)：pH值7.4，有機(jī)質(zhì)11.4 g/kg，堿解氮 70.5 mg/kg，有效磷 10.9 mg/kg，速效鉀108 mg/kg。前茬為烤煙。

1.2 供試材料

供試烤煙品種為中煙100。

供試肥料為芝麻餅肥（含純N 5%）、磷酸一銨（含純 N 11%、P2O544%）、硝銨磷（含純 N 32%、P2O54%），硫酸鉀（含 K2O 50%）。

供試土壤調(diào)理劑為高分子材料調(diào)理劑、有機(jī)碳調(diào)理劑、多糖類調(diào)節(jié)劑、海藻調(diào)理劑、石膏調(diào)理劑。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，分別為僅施化肥作對(duì)照（CK）、施有機(jī)肥（T1）、施有機(jī)肥+高分子材料調(diào)理劑（T2）、施有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑（T3）、施有機(jī)肥+多糖類調(diào)理劑（T4）、施有機(jī)肥+海藻調(diào)理劑（T5）、施有機(jī)肥+石膏調(diào)理劑（T6）。采用小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，3次重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，隨機(jī)組區(qū)排列，小區(qū)面積72 m2（4.8 m×15.0 m）。

1.4 試驗(yàn)實(shí)施

試驗(yàn)于5月10日選取長勢(shì)均勻的煙苗進(jìn)行移栽，行株距為120 cm×50 cm。試驗(yàn)各處理氮、磷、鉀肥用量相同，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥施用量分別為67.50、101.25、236.25 kg/hm2。 氮肥的 70%、鉀肥的50%、芝麻餅肥和磷肥全部條施；氮肥的30%和鉀肥的20%穴施；鉀肥的30%追施。除施肥條件不同外，其他栽培措施均按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉管理措施進(jìn)行。

1.5 測(cè)定項(xiàng)目及方法

分別于團(tuán)棵期（6月11日）、旺長期（6月28日）、圓頂期（7月14日）以及成熟期（8月18日）取樣，除團(tuán)棵期整株取樣，其余生育期取樣將煙株挖出后，對(duì)根、莖、葉進(jìn)行分別制樣。用清水將根、莖、葉樣品沖洗干凈，105℃殺青30 min，然后75℃烘干至恒重，粉碎過40目篩保存，用于分析鉀、氯含量等化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)。在圓頂期，每小區(qū)隨機(jī)選擇3株，用一次性塑膠手套采集中部葉5～6 g，用錫紙包好置于液氮罐中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室-80℃冰箱保存，用于丙二醛、可溶性糖和抗氧化酶等指標(biāo)測(cè)定。

1.5.1 最大葉面積測(cè)定。在團(tuán)棵期、旺長期、圓頂期，調(diào)查最大葉的葉長和葉寬，用卷尺測(cè)量每片煙葉從主脈基部至葉尖的直線長度和葉片中部最寬處兩支脈末端之間的寬度，不足0.5 cm按0.5 cm計(jì)算，然后參照中國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》（YC/T 142—2010）計(jì)算最大葉面積。

1.5.2 干物重測(cè)定。在團(tuán)棵期、旺長期、圓頂期和成熟期，挖取煙株前，先摘下所有葉片，并注明標(biāo)簽，這樣可避免運(yùn)輸過程中煙葉的掉落損失，分根、莖、葉放入烘箱中105℃殺青30 min，再在60～70℃下烘烤72 h，使用百分之一天平稱量。

1.5.3 光合速率測(cè)定。在圓頂期，采用Li6400便攜式光合儀測(cè)定，只測(cè)定中部葉（從上往下數(shù)4～5葉位），測(cè)定時(shí)間為天氣晴朗的上午 10：00—12：00。

1.5.4 葉綠素含量（SPAD值）測(cè)定。在團(tuán)棵期、旺長期、圓頂期，每處理隨機(jī)選取3株烤煙，采用葉綠素儀（Chlorophyll meter，SPAD-502）測(cè)定中部葉片的葉尖、葉中、葉基的SPAD值。

1.5.6 抗氧化酶活性、丙二醛及可溶性糖含量測(cè)定。過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）分別采用紫外吸收法、氮藍(lán)四唑法、愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定[13]；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性利用AsA-POD催化AsA與H2O2反應(yīng)，使AsA氧化成單脫氫抗壞血酸（MDAsA）。隨著AsA被氧化，溶液中290 nm波長下的消光度值下降，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)A290減少值，計(jì)算AsA-POD活性；丙二醛（MDA）含量采用雙組分光光度計(jì)法測(cè)定[14]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[15]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析，利用重復(fù)測(cè)量方差分析以及多重比較法（LSD）分析不同處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，團(tuán)棵期時(shí)，烤煙株高表現(xiàn)為處理T3＞處理 T2＞處理 T5＞處理 T4=處理 T6＞處理 T1＞CK，施用不同調(diào)理劑處理的莖圍和葉片數(shù)與對(duì)照僅施化肥處理均存在顯著差異。與 CK 相比，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的最大葉面積分別增加了 23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%。旺長期時(shí)，各處理的株高以處理T3最高，且顯著高于處理T1、T4和CK。莖圍以處理T5、T3較大，分別較CK高27.27%和21.21%。最大葉面積以處理T3最大，且與處理T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在顯著差異。 葉片數(shù)以處理 T2、T3最多，為19.50片；處理T4、CK最少，為18.00片。圓頂期時(shí)，各處理株高、最大葉面積、葉片數(shù)與旺長期相比顯著增加，株高、最大葉面積和葉片數(shù)均以處理T3最大，較CK分別提高了11.18%、23.02%、10.00%。由此表明，施用土壤調(diào)理劑處理烤煙農(nóng)藝性狀在各時(shí)期均優(yōu)于未施調(diào)理劑處理，尤其是處理T3效果最優(yōu)，可顯著促進(jìn)煙株的生長發(fā)育。

表1 不同處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同處理對(duì)烤煙干物質(zhì)積累的影響

由表 2 可知，團(tuán)棵期時(shí)，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK均存在顯著差異，全株干物質(zhì)含量較CK增加11.43～18.54 g/株， 具體表現(xiàn)為處理 T3＞處理 T5＞處理T2＞處理 T4＞處理 T1＞處理 T6＞CK。 旺長期時(shí)，處理 T2、T3、T4、T5、T6的根、莖、葉干重均高于處理 T1、CK，其中根、莖、葉干重以處理T3最高。圓頂期時(shí)，處理T3根和葉干重與處理 T1、T2、T4、T4、T6、CK 均存在顯著差異，不同處理全株干重表現(xiàn)為處理T3＞處理T2＞處理 T5＞處理 T4＞處理 T1＞處理 T6＞CK。成熟期，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的根干重分別較 CK 增加了 24.87%、29.12%、33.46%、26.89%、25.48%、25.27%。隨著烤煙生長，根所占比例（12.84%～18.39%）維持在平穩(wěn)狀態(tài)，莖所占的比例（18.87%～48.88%）不斷增加，葉所占比例（36.48%～67.04%）逐漸下降。綜上，處理T3烤煙干重表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，較其他處理可以顯著增加烤煙的干重。

表2 不同處理對(duì)煙株干物質(zhì)積累的影響 單位：（g·株-1）

2.3 不同處理對(duì)烤煙光合指標(biāo)和葉綠素含量（SPAD 值）的影響

由表3可知，處理T2、T3的凈光合速率較CK明顯增加，其中處理 T3最大，達(dá) 17.92 μmol CO2/（m2·s）。氣孔導(dǎo)度大有利于CO2的交換和葉肉CO2濃度的增加，氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為處理T3＞處理T2＞處理T5＞處理T4＞處理 T6＞處理 T1＞CK。胞間 CO2濃度可從側(cè)面反映CO2的利用率及凈光合速率，CK胞間CO2濃度值最高，為 316.66 mg/kg；處理 T3最低，為 221.88 mg/kg，兩者差異極顯著。蒸騰速率表現(xiàn)為處理T3＞處理T2＞處理 T1＞處理 T5＞處理 T4＞處理 T6＞CK。

表3 不同處理對(duì)烤煙光合作用速率的影響

由表4可知，烤煙團(tuán)棵期和旺長期檢測(cè)到的煙葉葉綠素含量（SPAD值）高于圓頂期，且葉尖部位的SPAD值是葉基部位的1.05～1.31倍。不同生育期葉尖部位SPAD值的變化幅度明顯大于葉基部位，同一片葉葉中部位的SPAD值居于葉基和葉尖兩部位之間。整體來看，處理T3的SPAD值顯著高于其他處理，處理 T2、T3、T4、T5、T6的 SPAD 值與處理 T1、CK 相比在同一煙葉不同部位有所提高，尤其葉尖部位提高最顯著。

表4 不同處理對(duì)烤煙葉綠素含量（SPAD值）的影響

2.4 不同處理對(duì)烤煙葉片抗氧化酶活性的影響

植物自身具有活性氧清除的酶促系統(tǒng)和非酶促系統(tǒng)，而CAT、SOD、POD、APX所形成的抗氧化機(jī)制對(duì)維持植物生長極為重要。各處理對(duì)烤煙葉片中抗氧化酶活性的影響如圖 1 所示， 處理 T2、T3、T4、T5、T6的烤煙葉片CAT、POD和APX與CK相比均大致顯著提高。其中，以處理T3的CAT、SOD和POD活性最高，分別提高了133.48%、30.18%、188.01%，且處理 T3的 POD 活性與處理 T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在顯著差異。APX活性以處理T4最高，分別較CK和處理T1提高了54.16%、30.49%。

2.5 不同處理對(duì)烤煙丙二醛（MDA）含量的影響

不同處理對(duì)烤煙葉片中MDA含量的影響如圖2所示，MDA含量高達(dá)0.01 μmol/g鮮重，且CK與其他處理均存在顯著差異，處理T1、T2次之，MDA含量以處理T3最低，為0.001 μmol/g鮮重，與CK相比，處理T3的MDA含量降低了90%。由此表明，有機(jī)碳調(diào)理劑+有機(jī)肥處理顯著降低了煙株葉片中的丙二醛含量，從而減緩了烤煙葉片的膜脂過氧化作用。

2.6 不同處理對(duì)烤煙可溶性糖和蛋白質(zhì)含量的影響

從圖3可以看出，在烤煙圓頂期，處理T3的可溶性糖含量顯著高于其他處理，且與處理T1、T2、T4、T5、T6、CK存在顯著差異。煙葉中蛋白質(zhì)含量過高，其在燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出難聞的氣味，且燃燒性能不良，制成品味苦、澀、辛辣有毒，嚴(yán)重影響煙葉的香味品質(zhì)和安全性，但蛋白質(zhì)含量過低又會(huì)使香氣不夠濃重。處理T2、T3、T4、T6蛋白質(zhì)含量均與CK存在顯著性差異，較CK分別增加了10.24%、13.05%、26.63%、19.32%，但處理T1、T5與CK間無顯著性差異。

2.7 不同處理對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響

由表5可知，各處理煙葉化學(xué)成分總糖為18.4%～25.6%，還原糖14.8%～21.3%，煙堿2.26%～3.00%，總氮2.19%～2.44%，鉀0.76%以上，氯0.66%以下，糖堿比6.74～11.06，氮堿比0.80～0.97，鉀氯比≥1.36，總糖與還原糖的比值（兩糖比）≥1.09。處理T3中部煙葉烤后的鉀含量、氯含量、糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內(nèi)，較CK煙葉鉀含量提高35.29%，氯含量升高25.0%，表明施用有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理較其他處理更能有效促進(jìn)烤煙生長并使烤后煙葉內(nèi)在化學(xué)品質(zhì)更協(xié)調(diào)。

表5 不同處理對(duì)烤后中部煙葉化學(xué)成分的影響

2.8 不同處理對(duì)烤后煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表6可知，施用土壤調(diào)理劑的處理烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)、上中等煙率均有不同程度提高。與CK相比， 處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6烤煙產(chǎn)量提高 89.22～310.05 kg/hm2，煙葉產(chǎn)值分別提高了 27.23%、27.99%、38.42%、26.72%、30.53%、9.41%； 均價(jià)分別提高了 21.38%、11.81%、19.86%、20.57%、18.89%、4.74%；上中等煙率分別提高了12.05%、10.85%、15.92%、9.60%、8.85%、4.87%。處理 T3烤后煙葉品質(zhì)最佳且經(jīng)濟(jì)性狀好，較CK產(chǎn)量提升了15.49%，產(chǎn)值增加了38.42%，均價(jià)提高了19.86%，上中等煙率提升了15.92%，處理T3在產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上中等煙率等方面顯著優(yōu)于處理 T1、T2、T4、T5、T6、CK。 由此表明，施用有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理可提高上中等煙率、均價(jià)和煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值，對(duì)提升烤煙的經(jīng)濟(jì)效益有積極作用。

表6 不同處理對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

3 結(jié)論與討論

植物抗氧化酶系統(tǒng)活性的變化及膜脂過氧化作用已經(jīng)廣泛用于植物對(duì)逆境反應(yīng)機(jī)理的研究[16]。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化物酶（POD）是植物細(xì)胞內(nèi)清除活性氧過程中最主要的抗氧化酶類，相互之間的協(xié)同作用可以使植株在一定程度上減輕生境脅迫[17]。SOD作為首先起作用的抗氧化酶，在清除活性氧過程中將超氧化物陰離子自由基O2-迅速歧化為過氧化氫和O2。盡管過氧化氫對(duì)植物體有害，但有機(jī)體內(nèi)的CAT和POD會(huì)立即將其分解為水[18]。張永峰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，苗期紫花苜蓿在逆境脅迫下SOD、POD和CAT活性均有不同程度的升高趨勢(shì)。在逆境脅迫環(huán)境下，抗逆性強(qiáng)的植物品種抗氧化酶活性增加相對(duì)較多，對(duì)自由基具有較強(qiáng)的清除能力，進(jìn)而起到保護(hù)光合作用機(jī)構(gòu)的作用，從而能夠適應(yīng)惡劣的生活環(huán)境，但抗逆性弱的可能缺乏這種應(yīng)激機(jī)制則表現(xiàn)出相反趨勢(shì)[20]。Wang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在煙草葉片中轉(zhuǎn)入超氧化物歧化酶基因后，煙葉的光合效率在鹽脅迫環(huán)境下較對(duì)照處理有顯著的提高，同時(shí)煙株的抗逆水平也有所提升，這與本研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，增施有機(jī)肥和土壤調(diào)理劑對(duì)煙葉的抗氧化酶活性均有不同程度的提高，不同處理之間CAT、SOD和POD活性均以有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理最高，與僅施化肥處理相比，分別提高了133.48%、30.18%、188.01%。尤其是施用有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑后顯著降低了煙株葉片中的丙二醛含量，從而減緩了烤煙葉片的膜脂過氧化作用。煙葉的可溶性糖和蛋白含量也均在適宜范圍，表明施用土壤調(diào)理劑能夠有效提升烤煙的品質(zhì)[22]。

施用有機(jī)肥和土壤改良劑可有效改善煙株的農(nóng)藝性狀，對(duì)煙株株高、莖圍及葉面積等均有不同程度提高，可作為土壤養(yǎng)分的重要補(bǔ)充，為煙株生長提供充足的營養(yǎng)[23]。本研究結(jié)果表明，施用不同土壤改良劑不僅改善了烤煙植株的生長狀況，還不同程度地提高了煙株株高、莖圍及最大葉面積。團(tuán)棵期時(shí)，與僅施化肥處理相比，僅施有機(jī)肥、有機(jī)肥+高分子材料調(diào)理劑、有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑、有機(jī)肥+多糖類調(diào)理劑、有機(jī)肥+海藻調(diào)理劑、有機(jī)肥+石膏調(diào)理劑處理烤煙團(tuán)棵期最大葉面積分別增加了23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%， 葉片數(shù)也分別增加了13.33%、20.00%、20.00%、13.33%、13.33%、20.00%，而且有利于煙株干物質(zhì)積累；成熟期，與僅施化肥處理相比，根、莖、葉干物質(zhì)積累量提高幅度分別為 24.87%～33.46%、3.35%～64.35%、10.03%～66.30%。另外，本研究結(jié)果表明，不同土壤改良劑的材料來源及組成成分不同對(duì)連作煙田土壤的改良效果也存在差異，其中有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理較僅施化肥處理產(chǎn)量提升15.49%，產(chǎn)值增加38.42%，均價(jià)提高19.86%，上中等煙率提升15.92%，有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理在產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價(jià)和上中等煙率均優(yōu)于其他處理，且烤后煙葉的鉀含量、氯含量、糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內(nèi)[23]。因此，在本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥+有機(jī)碳調(diào)理劑處理改良效果最佳，能提高烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)以及煙農(nóng)的收益。