布云虹,方亮,李鵬戀,劉洪,劉立,張萬功
(云南省煙草公司楚雄州公司,云南 楚雄 675000)
Rahman 等[1]于2006 年利用果蔬廢料研制出一種具有附加值的生物制品,并將其提取液命名為“環(huán)保酵素”。環(huán)保酵素利用作物秸稈、雜草和生活中廚余(蔬菜、瓜果皮)廢棄物,混合黑糖、水,經(jīng)發(fā)酵后形成酵素菌液可作為天然肥料,其成分是一種復(fù)合有機(jī)物質(zhì),由有機(jī)酸、蛋白質(zhì)鏈(酶)和礦物鹽組成,有分解、合成、轉(zhuǎn)化和催化作用[2]。環(huán)保酵素制作過程簡(jiǎn)單、制作材料隨手可得、成本低廉、用途廣泛,可減少垃圾量,近年來在環(huán)保酵素在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土壤改良已有廣泛研究,并取得了較好的應(yīng)用效果。環(huán)保酵素中含有大量的有益微生物,可以改善土壤的微生物環(huán)境,而且環(huán)保酵素本身具有豐富的礦物質(zhì)和有機(jī)物,在發(fā)酵的過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和各種活性酶有助于改善土壤理化性質(zhì),增加土壤肥力[3]。任卓然等[4—10]研究發(fā)現(xiàn),環(huán)保酵素富含養(yǎng)分、酶、微生物,在土壤系統(tǒng)改良中應(yīng)用可顯著提高土壤透氣性,降低土壤鹽堿度,提高土壤全氮和有機(jī)質(zhì)、速效鉀、全鉀含量含量,并優(yōu)化土壤微生物菌群。Rahman 等[1]對(duì)環(huán)保酵素及其生物催化和抗菌活性研究說明環(huán)保酵素具有一定的抗菌性能。郭紅蓮等[11-13]研究表明,在環(huán)保酵素發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生抗氧化活性物質(zhì),如總酚、總黃酮、花青素等,不同原料發(fā)酵后的抗氧化活性物質(zhì)種類不同,且環(huán)保酵素的抗氧化活性與其抗氧化活性物質(zhì)含量呈正相關(guān)。馬瑞麗[14]研究認(rèn)為,環(huán)保酵素不僅對(duì)番茄幼苗的生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用,而且也提高了番茄幼苗葉片中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)的活性。這些研究表明,環(huán)保酵素具有顯著的改良土壤功效,有助于土壤肥力提高,可增強(qiáng)植株的抗逆性。但目前將環(huán)保酵素應(yīng)用到煙葉生產(chǎn)上的研究較少,為明確環(huán)保酵素在烤煙上的使用效果,研究了環(huán)保酵素對(duì)煙苗和大田煙株生長(zhǎng)的影響、對(duì)煙草赤星病的防治效果,以及對(duì)煙葉產(chǎn)量、內(nèi)外觀質(zhì)量和致香物質(zhì)成分含量的影響,以期為在煙葉生產(chǎn)的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
自制環(huán)保酵素:將水、酵素材料(白菜、黑麥草、青豆殼)、紅糖按1∶3∶10 的比例放進(jìn)有密封蓋口的塑膠容器,容器留有20%~30%的發(fā)酵空間,防止酵素發(fā)酵時(shí)溢出容器。發(fā)酵過程中,開始會(huì)產(chǎn)生大量氣體,前2 周每天打開容器放出氣體,待沒有氣體后,放置于空氣流通和陰涼干燥處,3 個(gè)月后使用。
供試品種:云煙87。
試驗(yàn)進(jìn)行了4 年,采用同田對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)田一半施用酵素,另一半不施環(huán)保酵素作常規(guī)對(duì)照(CK)。環(huán)保酵素施用方法:大田期澆施6 次,移栽15~20 d 后澆施,每15 d 澆施1 次,前3 次施用倍數(shù)為700 倍,后3 次為400 倍液。進(jìn)入成熟期后,在下部葉、中部葉、上部葉成熟時(shí)噴施3 次,使用濃度為1 000 倍液,共噴施3 次。2018 年、2019 年、2020 年、2021 年試驗(yàn)地點(diǎn)在云南省楚雄市東華鎮(zhèn),2019 年增設(shè)云南省永仁縣中和鄉(xiāng)。
大田試驗(yàn)調(diào)查項(xiàng)目:農(nóng)藝性狀調(diào)查,在團(tuán)棵期和現(xiàn)蕾期按照YC/T142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》進(jìn)行株高、莖圍、葉數(shù)、葉面積系數(shù)的測(cè)量;赤星病害調(diào)查,在8 月中旬當(dāng)?shù)爻嘈遣∥:Ω叻迤诎碐B/T 2322—2008《煙草病蟲害分級(jí)及調(diào)查方法》調(diào)查赤星病危害情況;經(jīng)濟(jì)性狀調(diào)查,記錄上等煙比例、均價(jià)、產(chǎn)量、產(chǎn)值等經(jīng)濟(jì)性狀。選取處理和對(duì)照初烤煙C3F 3 kg 進(jìn)行煙葉內(nèi)外觀品質(zhì)分析和致香物質(zhì)成分分析。病情指數(shù)、發(fā)病率、防效公式如下:
試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2003 軟件和DPS 7.05 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。
由表1 可知,經(jīng)過環(huán)保酵素處理的煙苗,移栽后煙株發(fā)根早、還苗快,表現(xiàn)出強(qiáng)勁的生長(zhǎng)勢(shì);團(tuán)棵期經(jīng)環(huán)保酵素處理的植株株高、莖圍、葉數(shù)、葉面積系數(shù)都大于對(duì)照。t 檢驗(yàn)顯示,除2019 年處理的株高與對(duì)照達(dá)到極顯著差異外,其余年份各項(xiàng)指標(biāo)差異不顯著。對(duì)團(tuán)棵期年度間平均值進(jìn)行分析,株高大于對(duì)照1.9 cm,莖圍增加0.2 cm,葉數(shù)增加0.34 片,葉面積系數(shù)增加0.05。t 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,團(tuán)棵期株高和葉面積系數(shù)與對(duì)照達(dá)到顯著差異,莖圍、葉數(shù)差異不顯著。
表1 環(huán)保酵素對(duì)煙株農(nóng)藝性狀的影響
2018 年大田后期干旱少雨,試驗(yàn)田煙株長(zhǎng)勢(shì)較差,現(xiàn)蕾期環(huán)保酵素處理煙株長(zhǎng)勢(shì)與對(duì)照差異不大,株高和葉數(shù)低于對(duì)照,莖圍和葉面積系數(shù)高于對(duì)照,其余3 年試驗(yàn)環(huán)保酵素處理各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)都大于對(duì)照。經(jīng)t 檢驗(yàn),2018 年、2019 年處理與對(duì)照差異不顯著,2020 年處理的株高、莖圍、葉數(shù)與對(duì)照達(dá)到極顯著差異,葉面積系數(shù)達(dá)到顯著差異;2021 年只有葉面積系數(shù)達(dá)到顯著差異。對(duì)現(xiàn)蕾期年度間平均值進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)保酵素處理較對(duì)照株高平均增加4.16 cm,莖圍增加0.58 cm、葉數(shù)增加0.34片,葉面積系數(shù)增加0.22。t 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,株高、莖圍、葉數(shù)與對(duì)照差異不顯著,葉面積系數(shù)達(dá)到顯著差異。
煙草赤星病是煙株成熟期主要病害,具有潛育期短、流行速度快的特點(diǎn),加之在成熟期使用化學(xué)農(nóng)藥易造成農(nóng)殘超標(biāo),因此在生產(chǎn)上防治較為困難。由表2 可知,通過3 年試驗(yàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn),環(huán)保酵素處理赤星病發(fā)生危害低于空白對(duì)照,對(duì)赤星病有一定的防效,平均防效達(dá)到40.48%,防效最好的是2019年,達(dá)到了63.87%,防效最差的是2020 年,防效為33.11%。t 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,2019 年環(huán)保酵素處理的病葉率較對(duì)照低7.81%,與對(duì)照有顯著差異,其余各年度的病株率、病葉率、病指與對(duì)照差異不顯著。
表2 環(huán)保酵素處理赤星病發(fā)病情況
由表3 可知,2018 年的干旱天氣對(duì)試驗(yàn)煙株產(chǎn)量、產(chǎn)值和煙葉品質(zhì)都受到了較大的影響,除產(chǎn)量低于對(duì)照外,產(chǎn)值、均價(jià)、上等煙比例和上中等煙比例均高于對(duì)照,在后3 年的試驗(yàn)中環(huán)保酵素處理所有的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)優(yōu)于對(duì)照。4 年試驗(yàn)環(huán)保酵素處理較對(duì)照平均增加產(chǎn)量148.8 kg·hm-2,產(chǎn)值增加了7 482.90 元·hm-2,均價(jià)提高了2.36 元·kg-1,提高上等煙比例8.08%,上中等煙比例為6.36%。t 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,2019 年上等煙比例達(dá)到顯著差異,其余指標(biāo)差異不顯著。
表3 環(huán)保酵素對(duì)煙株經(jīng)濟(jì)性狀的影響
由表4 可知,施用環(huán)保酵素處理的煙葉色度強(qiáng),相比對(duì)照油分好、葉片的組織結(jié)構(gòu)疏松,總體評(píng)價(jià)煙葉外觀質(zhì)量?jī)?yōu)于空白對(duì)照。結(jié)果表明,在烤煙上施用環(huán)保酵素對(duì)提高煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值具有較好作用,對(duì)改善煙葉外觀質(zhì)量,提高煙葉上等煙和上中等煙比例效果明顯。
表4 環(huán)保酵素對(duì)烤煙外觀質(zhì)量的影響
烤煙總氮和煙堿含量的適宜范圍為1.5%~3.5%,以2.5%為宜,氮堿比一般在0.8~1,煙堿含量過高勁頭大,吸食時(shí)刺激性強(qiáng),含氮化合物含量過高,則煙氣辛辣[15]。由表5 可知,永仁點(diǎn)和楚雄點(diǎn)煙葉總氮和煙堿都處于適宜范圍,永仁點(diǎn)的酵素處理的煙堿含量為2.5%,低于對(duì)照,處于最適宜水平,楚雄點(diǎn)酵素處理的煙堿含量為2.84%,略高于對(duì)照,施用環(huán)保酵素對(duì)煙堿含量的影響還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)煙葉總氮含量和氮堿比在酵素處理下與對(duì)照相近,表明施用酵素對(duì)煙葉的總氮量影響不大。
表5 環(huán)保酵素對(duì)煙葉化學(xué)成分的影響
烤煙總糖含量一般為15%~35%,適宜含量為20%~25%,還原糖含量以18%~24%為最佳,糖堿比要求為6~8,不宜超過10,糖堿比主要反映煙氣的生量強(qiáng)度和醇和度[15]。永仁點(diǎn)酵素處理的總糖和還原糖含量均高于對(duì)照,平均總糖含量為28.47%,還原糖含量為23.97%,糖堿比為11.36,對(duì)照的糖堿比為9.91;楚雄點(diǎn)酵素處理的平均總糖含量為30.62%,還原糖含量為22.93%,平均糖堿比為11.43;對(duì)照的糖堿比為13.51。結(jié)果表明,施用環(huán)保酵素可使糖堿比趨近于最適宜水平,使煙氣更加醇和。
永仁點(diǎn)煙葉含鉀量,酵素處理煙葉的與對(duì)照相近;楚雄點(diǎn)煙葉鉀含量較低,酵素處理煙葉鉀含量較對(duì)照平均提高0.17%,t 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,與對(duì)照有顯著差異,表明環(huán)保酵素在煙株鉀素營(yíng)養(yǎng)不充足時(shí)可改善鉀素營(yíng)養(yǎng)代謝,提高煙葉含鉀量,化學(xué)成分更趨于協(xié)調(diào)。
煙葉中氯含量0.3%~0.6%比較理想,含氯量大于0.6%,煙葉燃燒性變差,刺激性增大[15]。永仁點(diǎn)煙葉氯含量偏低,酵素處理略高于對(duì)照,但差異不顯著。楚雄點(diǎn)對(duì)照的煙葉氯含量偏高為1.16%,燃燒性差。環(huán)保酵素處理的煙葉氯含量為0.49%,處于適宜水平,其氯含量和鉀氯比與對(duì)照達(dá)到極顯著差異,表明施用環(huán)保酵素可調(diào)節(jié)煙葉中氯離子含量,增加鉀氯比值,改善煙葉的燃燒性,提高煙葉品質(zhì)。
2.7.1 棕色化反應(yīng)產(chǎn)物 棕色化反應(yīng)是烤煙香氣成分形成的重要過程之一,棕色化產(chǎn)物含量雖然低,可產(chǎn)生調(diào)制后烤煙特有的濃郁香氣,起到掩蓋雜氣增強(qiáng)香味和提高煙氣質(zhì)量的作用[16]。由表6 可知,楚雄點(diǎn)和永仁點(diǎn)使用環(huán)保酵素的處理部分棕色化反應(yīng)物含量明顯高于對(duì)照。施用酵素后,楚雄點(diǎn)部分棕色化反應(yīng)物含量較對(duì)照增加了35%,其中以糠醛和β-環(huán)檸檬醛增加最多;永仁點(diǎn)較對(duì)照增加了50%,其中糠醛、糠醇、5-甲基-2-糠醇、5-甲基-2 糠醛、2,4-庚二烯醛、四甲基吡嗪等多個(gè)指標(biāo)都增幅都較大。結(jié)果表明,環(huán)保酵素可明顯提高烤煙棕色化反應(yīng)物含量,增加烤煙香氣量。
表6 環(huán)保酵素對(duì)棕色化反應(yīng)類致香物質(zhì)含量的影響
2.7.2 類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物 煙葉中類胡蘿卜素降解產(chǎn)物所形成的香氣質(zhì)好,刺激性較小,是構(gòu)成烤煙的主要香氣成分[16]。由表7 可知,楚雄點(diǎn)環(huán)保酵素處理的類胡蘿卜素類致香物質(zhì)總量略高于對(duì)照,其中6-甲基-5-庚稀-2-酮、巨豆三烯酮B 和大馬士酮高于對(duì)照,其余成分低于對(duì)照;永仁點(diǎn)是保酵素處理的類胡蘿卜素類致香物質(zhì)總量略低于對(duì)照環(huán)保酵素處理,主要是巨豆三烯酮的量低于對(duì)照,其余成分均高于對(duì)照,特別是6-甲基-5-庚稀-2-酮伯含量遠(yuǎn)高于對(duì)照。結(jié)果表明,使用環(huán)保酵素在不同的地點(diǎn)對(duì)類胡蘿卜素類不同成分影響不同,但對(duì)其總含量影響不大。
表7 環(huán)保酵素對(duì)類胡蘿卜素類致香物質(zhì)含量影響
2.7.3 類西柏烷類致香物質(zhì) 類西柏烷類致香物質(zhì)不但本身具有很好的香氣,而且其降解轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也是煙草中很重要的致香物質(zhì),不僅與煙葉內(nèi)在品質(zhì)存在正相關(guān)關(guān)系,還對(duì)煙葉油潤(rùn)度、光澤等外在質(zhì)量有積極貢獻(xiàn)[16]。由表8 可知,楚雄點(diǎn)和永仁點(diǎn)施用環(huán)保酵素處理類西柏烷類致香物質(zhì)含量明顯高于對(duì)照,楚雄點(diǎn)較對(duì)照高13.54 μg·g-1,永仁點(diǎn)較對(duì)照高11.51 μg·g-1,增幅達(dá)28.96%~30.4%,表明烤煙上使用環(huán)保酵素可明顯提高煙葉中類西柏烷類致香物質(zhì)含量,增加煙葉油潤(rùn)光澤,提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量。
表8 環(huán)保酵素對(duì)類西柏烷類致香物質(zhì)含量影響
2.7.4 苯丙氨酸降解產(chǎn)物 由表9 可知,楚雄點(diǎn)苯甲醇和苯乙醇含量高于對(duì)照,苯甲醛和苯乙醛含量與對(duì)照相近;永仁點(diǎn)苯甲醛含量較對(duì)照增加較多,苯乙醛含量低于對(duì)照,苯乙醇和苯甲醇含量相近。從苯丙氨酸降解產(chǎn)物總量看,2 個(gè)點(diǎn)施用環(huán)保酵素處理均高于對(duì)照,2 個(gè)點(diǎn)較對(duì)照高19.83%~2.41%,表明大田期使用環(huán)??稍黾訜熑~中苯丙氨酸降解產(chǎn)物含量。
表9 環(huán)保酵素對(duì)苯丙氨酸降解產(chǎn)物影響
新植二烯是煙葉中性致香成分中含量最高的成分,它對(duì)煙葉的香氣影響最大[17]。由表10 可知,楚雄新植二烯含量酵素處理高于對(duì)照74.353 μg·g-1,增加11.51%,,永仁點(diǎn)低于對(duì)照48.829 μg·g-1,減少10.22%,表明施用酵素對(duì)新植二烯的影響不大。
表10 環(huán)保酵素對(duì)新植二烯和蒎烷的影響
蒎烷是合成高級(jí)香料的重要原料,同時(shí)也是煙葉中的關(guān)鍵致香成分之一,其含量的多少與烤煙香氣成分有著密切的關(guān)系[18]。楚雄點(diǎn)的蒎烷含量較永仁點(diǎn)高,施用酵素后蒎烷含量較對(duì)照有大幅提高,楚雄點(diǎn)較對(duì)照料增加1.166 μg·g-1,永仁點(diǎn)增加0.231 μg·g-1,增幅超過700%,表明施用酵素可有效改善煙葉香氣品質(zhì)。
李方志等[6,20]研究發(fā)現(xiàn),淋施環(huán)保酵素有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)、全磷、有效磷和速效鉀的含量。本研究中,環(huán)保酵素對(duì)煙苗和煙株的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用,葉面積系數(shù)在團(tuán)棵和現(xiàn)蕾期均有顯著提升,表明環(huán)保酵素可改善煙株養(yǎng)分供應(yīng),有利于煙葉產(chǎn)量品質(zhì)的提高。試驗(yàn)結(jié)果表明,環(huán)保酵素對(duì)提高煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值具有較好作用,特別是對(duì)改善煙葉外觀質(zhì)量,提高上等煙比例效果明顯,煙葉油份好,葉片組織結(jié)構(gòu)疏松,上等煙比例平均提高了8 個(gè)百分點(diǎn)。
Rahman 等[1]對(duì)環(huán)保酵素及其生物催化和抗菌活性進(jìn)行了表征,結(jié)果在大腸桿菌中有7.5 mm 抑制區(qū),在金黃色葡萄球菌中有5 mm 抑制區(qū),在豆根瘤菌中有6.5 mm 抑制區(qū),說明環(huán)保酵素具有一定的抗菌性能。利用環(huán)保酵素的殺菌作用,用于防治煙草病害,可減少化學(xué)農(nóng)藥使用,提高煙葉安全性。環(huán)保酵素對(duì)烤煙成熟期赤星病害具有一定的防治效果,平均防效達(dá)到40%。本研究?jī)H對(duì)煙草赤星病的防效進(jìn)行了調(diào)查,并且3 年試驗(yàn)的防效差異較大,若將環(huán)保酵素用于病蟲害防治,需對(duì)其防治對(duì)象和效果方面進(jìn)行探索驗(yàn)證。
當(dāng)煙葉中氯含量偏高時(shí),環(huán)保酵素可明顯降低煙葉中氯離子含量,對(duì)于提高煙葉燃燒性,改善煙葉品質(zhì)具有較好作用。這對(duì)于一些土壤中氯離子超限,導(dǎo)致煙葉品質(zhì)下降的煙區(qū)無疑是一項(xiàng)安全有效的措施。
在對(duì)煙葉內(nèi)在成分中的煙堿、鉀,以及類胡蘿卜素含量的影響方面,2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的結(jié)果有所不同,原因可能是2 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)制作環(huán)保酵素時(shí)使用的原材料不同。目前,環(huán)保酵素在煙葉生產(chǎn)上應(yīng)用研究還較少,環(huán)保酵素的發(fā)酵制作缺乏規(guī)范,如果廚余垃圾不夠新鮮、操作不規(guī)范,會(huì)造成有害菌數(shù)量增加,影響環(huán)保酵素的發(fā)酵和使用效果環(huán)保酵素的原料種類不同,其生物活性也存在差異,功能效果也不同[19]。環(huán)保酵素在對(duì)煙葉致香物質(zhì)中的棕色化反應(yīng)物、類西柏烷類和苯丙氨酸降解產(chǎn)物的總量均有大幅提高,特別是蒎烷,對(duì)于改善煙葉香氣品質(zhì)效果明顯,但是不同種類的原材料制作的環(huán)保酵素對(duì)煙葉致香物質(zhì)成分的影響是不同的。
因此,有必要在制作工藝的優(yōu)化、不同種類環(huán)保酵素的功能特性及其在煙葉生產(chǎn)上的使用方法、使用量等方面進(jìn)行更多的研究,為環(huán)保酵素在煙葉生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供詳實(shí)的科學(xué)依據(jù)。環(huán)保酵素制作過程簡(jiǎn)單、制作材料隨手可得、成本低廉、可減少垃圾量,符合生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),在煙葉生產(chǎn)中環(huán)保酵素具有良好的推廣應(yīng)用前景。
環(huán)保酵素可促進(jìn)煙苗早生快發(fā),煙株生長(zhǎng)健壯,各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)高于對(duì)照,對(duì)赤星病有一定的防效,平均防效達(dá)到40.48%;增加產(chǎn)量148.8 kg·hm-2,產(chǎn)值增加了7 482.90 元·hm-2,均價(jià)提高了2.36元·kg-1,上等煙比例提高了8.08%,具有較好的提質(zhì)增產(chǎn)效果。同時(shí),環(huán)保酵素對(duì)改善提高煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)效果明顯,可調(diào)節(jié)煙葉中氯離子含量,改善鉀素營(yíng)養(yǎng)代謝,提高鉀氯比值,改善煙葉的燃燒性;糖堿比趨近于最適宜水平,煙葉化學(xué)成分更趨于協(xié)調(diào),煙氣醇和;明顯提高煙葉致香物質(zhì)中棕色化反應(yīng)物、類西柏烷類和苯丙氨酸降解產(chǎn)物的總量,特別是對(duì)蒎烷有大幅提高,增幅達(dá)到700%,增加了煙葉香氣,煙葉外觀表現(xiàn)油潤(rùn)光澤,葉片組織結(jié)構(gòu)疏松優(yōu)于對(duì)照。