新型復(fù)合保水劑對植煙土壤性質(zhì)及烤煙有機(jī)酸含量的影響

關(guān)鍵詞：保水劑：烤煙：土壤養(yǎng)分：有機(jī)酸

中圖分類號：S572.01：S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2024）11-0100-06

我國北方多數(shù)煙區(qū)水資源不足，煙草生產(chǎn)中干旱現(xiàn)象嚴(yán)重，而且由于施肥方式不合理，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤養(yǎng)分含量下降，影響煙葉的產(chǎn)量與品質(zhì)。如何依據(jù)現(xiàn)代措施提高土壤含水率、改善土壤理化性質(zhì)，是當(dāng)前迫切需要解決的一個問題。近年來，保水劑在改善土壤理化性質(zhì)和植物抗旱應(yīng)用中越來越受到重視。但是現(xiàn)有的保水劑主要是通過自身的吸水能力實現(xiàn)土壤保水，對于土壤的吸水和保水能力提升較小，并且無法滿足改善土壤理化性質(zhì)的需求。而生物炭和腐植酸鉀可以改善煙田土壤性質(zhì)并且促進(jìn)烤煙生長發(fā)育，以生物炭和腐植酸鉀為原料制備的新型復(fù)合保水劑具有更加復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，可以顯著提高土壤持水能力，減少土壤養(yǎng)分流失，促進(jìn)作物生長。

近年來的大量研究表明，復(fù)合保水劑具有更多的親水官能團(tuán)和延伸的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有更好的水分吸附和截留能力。程紅勝等以凹凸棒土和聚丙烯酰胺為材料，配以生物炭和腐植酸鉀制備出了吸水性能更強(qiáng)的復(fù)合保水劑，顯著提高了保水劑的吸水能力。董成武等以凹凸棒黏土和丙烯酰胺為材料，配以稀土、生物炭和膨潤土制備出了一種新型復(fù)合保水劑，有效降低了干旱脅迫對小麥的危害。黃幫裕等以海藻酸鈉、高嶺土為原料，制備出了高嶺土／海藻酸鈉接枝丙烯酸和丙烯酰胺復(fù)合保水劑，施用該保水劑可以提高土壤含水率、土壤速效養(yǎng)分含量以及玉米的水肥利用效率。目前已有研究表明，復(fù)合保水劑可以提高土壤含水率和肥力，但將丙烯酸（PVA）、聚乙烯醇（AA）分別與生物炭（B）和腐植酸鉀（HAK）結(jié)合制作復(fù)合保水劑的研究較少，復(fù)合保水劑對植煙土壤性質(zhì)和烤煙有機(jī)酸含量的影響更是鮮有報道。因此本試驗以傳統(tǒng)保水劑（市售保水劑與自制聚乙烯醇保水劑）和自制新型保水劑（生物炭及腐植酸鉀復(fù)合保水劑）為材料，探究不同類型保水劑對植煙土壤性質(zhì)、烤后煙葉有機(jī)酸含量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，以期為新型復(fù)合保水劑應(yīng)用于煙草生產(chǎn)提供理論依據(jù)和參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗于2021年在河南省許昌市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)進(jìn)行。試驗地土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值7.28，堿解氮含量70.18mg/kg、速效磷6.59mg/kg、速效鉀121.13mg/kg、有機(jī)質(zhì)18.60g/kg。

供試烤煙品種為中煙100。市售保水劑為聚丙烯酰胺保水劑，由宜興市可信的化工貿(mào)易有限公司生產(chǎn)；3種自制保水劑：PVA/AA、PVA/AA/B、PVA/AA/HAK，其中PVA/AA主要成分為丙烯酸和聚乙烯醇，PVA/AA/B主要成分為丙烯酸、聚乙烯醇和花生殼生物炭，PVA/AA/HAK主要成分為丙烯酸、聚乙烯醇和腐植酸鉀。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)置5個處理，具體見表1，重復(fù)3次。小區(qū)面積66.7m²。采用漂浮育苗，5月6日移栽，株距0.5m，行距1.2m。保水劑與基肥一同條施，大田管理按照許昌市特色優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)實施。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤含水率測定 煙苗移栽后30、60、90d，采用環(huán)刀法取煙株莖基部周圍10～20 cm土層土壤樣品，每小區(qū)重復(fù)3次取樣，使用烘干稱重法測定土壤含水率。

1.3.2土壤養(yǎng)分含量測定 于煙苗移栽后30、60、90d采用5點取樣法采集各處理土樣，用抖根法采集各處理根際土，土壤混勻后自然風(fēng)干，過0.25mm篩。參照文獻(xiàn)的方法測定土壤速效磷、速效鉀、堿解氮及有機(jī)質(zhì)含量。

1.3.3土壤脲酶、蔗糖酶活性測定 將1.3.2前處理的部分土樣用于土壤酶活性測定。采用靛酚比色法測定土壤脲酶活性，3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性。

1.3.4烤后煙葉有機(jī)酸含量測定 采用硫酸甲酯化一氣相色譜（GC/FID，7890A，美國Agilent公司產(chǎn)品）法測定烤煙C3F非揮發(fā)性有機(jī)酸含量。

1.3.5經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)

煙葉成熟后各小區(qū)單獨采收編稈，計算小區(qū)產(chǎn)量、產(chǎn)值。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2016和DPS 7.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計分析，多重比較用Duncan’s法。

2結(jié)果與分析

2.1不同類型保水劑對植煙土壤含水率的影響

施用不同類型保水劑對煙田土壤含水率有顯著影響（圖1）。與對照（CK）相比，煙苗移栽后各時期土壤含水率均顯著提高，移栽后30、60、90d，施加保水劑的T4處理土壤含水率分別較CK提高16.98%、29.78%、25.30%。隨烤煙生育期進(jìn)程，土壤含水率呈先降低后略升高的趨勢，60d時各處理土壤含水率均有所下降。由此可見，施用PVA/AA/HAK保水劑對提升煙田土壤含水率效果較好。

2.2不同類型保水劑對植煙土壤養(yǎng)分含量的影響

由表2可知，在煙苗移栽后各生育時期，與CK相比，不同保水劑處理可不同程度地提高土壤養(yǎng)分含量。移栽后30、60、90d時，T4處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，分別較CK顯著提高13.10%、15.98%、10.45%；土壤堿解氮含量，T4處理較CK分別提高15.16%、18.52%、25.00%，其中移栽后30d處理間無顯著差異，其他生育時期僅T4處理與CK差異顯著；移栽后30、60、90d，T4處理土壤速效磷含量分別較CK顯著提高16.47%、18.11%、16.44%。隨烤煙生育進(jìn)程，土壤速效鉀含量表現(xiàn)為先升高后降低趨勢，這符合優(yōu)質(zhì)烤煙對“鉀素后移”的要求。各保水劑處理土壤速效鉀含量均顯著高于CK，T3和T4處理3個時期的土壤速效鉀含量均顯著高于T1，且T4處理分別較CK提高10.66%、9.59%、18.08%。綜合來看，T4處理對烤煙生長更為有利。

2.3不同類型保水劑對植煙土壤脲酶、蔗糖酶活性的影響

從圖2A可以看出，煙苗移栽后30 d，T4處理土壤脲酶活性較CK顯著提高15.72%，但不同保水劑處理間無顯著差異；移栽后60 d，不同類型保水劑處理的土壤脲酶活性均顯著高于CK，其中T3和T4處理較CK分別提高20.62%和19.93%，但各保水劑處理間無顯著差異；移栽后90d，T1、T3和T4處理的土壤脲酶活性均顯著高于CK，其中T3和T4處理分別提高17.81%和18.39%?？梢娛┘硬煌愋捅Ｋ畡┚商岣咄寥离迕富钚?，且以T3和T4處理效果較好。

由圖2B看出，煙苗移栽后30d，T3、T4處理的土壤蔗糖酶活性較CK顯著提高，且以T4處理最高，較CK增加13.80%；移栽后60d，不同類型保水劑處理土壤蔗糖酶活性均高于CK，其中僅T4處理與CK差異達(dá)顯著水平；移栽后90d，T3和T4處理土壤蔗糖酶活性分別顯著高于CK10.82%和10.10%，且兩處理間無顯著差異。綜上可見，施用PVA/AA/HAK保水劑對提升土壤蔗糖酶活性效果較好。

2.4不同類型保水劑對烤后煙葉有機(jī)酸含量的影響

不同類型保水劑對烤后煙葉有機(jī)酸含量的影響有差異。由圖3可知，施用保水劑后各處理烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸（草酸、蘋果酸和丙二酸）含量較CK均顯著提高，其中T3和T4處理草酸和蘋果酸含量較高，與CK、T1、T2處理均存在顯著差異；T3處理丙二酸含量顯著高于其余處理，T1、T2和T4處理均顯著高于CK但組間無顯著差異。除T2處理外其余保水劑處理檸檬酸含量較CK均顯著提高。施用保水劑處理烤后煙葉的2，4-庚二烯酸和y-戊酮酸含量則表現(xiàn)為降低趨勢，其中T1和T2處理2，4-庚二烯酸含量顯著低于其余處理，T2和T4處理也顯著低于CK; T3處理γ-戊酮酸含量顯著低于其余處理，T1和T4處理較CK顯著降低，T2處理與CK無顯著差異。總的來看，施加保水劑能夠提高烤后煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸含量，其中T4處理效果最好。

2.5土壤因子與烤后煙葉有機(jī)酸含量的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果（圖4）表明，土壤脲酶活性與草酸含量呈極顯著正相關(guān)，與γ-戊酮酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)。土壤堿解氮含量與蘋果酸含量呈顯著正相關(guān)，土壤含水率與草酸含量呈顯著正相關(guān)。土壤速效磷、速效鉀、堿解氮含量與草酸、丙二酸和檸檬酸含量呈不顯著正相關(guān)，與γ-戊酮酸和2，4-庚二烯酸含量呈不顯著負(fù)相關(guān)。土壤蔗糖酶活性與草酸、丙二酸、蘋果酸和檸檬酸含量呈不顯著正相關(guān)，與γ-戊酮酸和2，4-庚二烯酸含量呈不顯著負(fù)相關(guān)。以上表明土壤因子與部分揮發(fā)性有機(jī)酸存在相關(guān)關(guān)系。

2.6不同類型保水劑對烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3可知，T4處理的烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價及上等煙比例均最高，較CK分別提高7.36%、17.79%、9.67%和27.72%，差異顯著。表明施加PVA/AA/HAK保水劑顯著提高烤煙經(jīng)濟(jì)效益。

3討論

3.1不同類型保水劑對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

本研究表明，自制生物炭復(fù)合保水劑和腐植酸鉀復(fù)合保水劑較傳統(tǒng)保水劑對土壤含水率的提高效果更優(yōu)，與Wu等的研究結(jié)果相似。這可能是由于施加復(fù)合保水劑能在土壤中形成較多和較大的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提高了土壤的透水性和蓄水能力，使土壤中的有效水分含量增加，并且生物炭本身具有豐富的孔隙，水分可以在生物炭的不同孔隙內(nèi)儲存，從而提高土壤水分含量。腐植酸鉀含有豐富的黃腐植酸和極性官能團(tuán)，用其制備的保水劑具有豐富的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)和親水性基團(tuán)，從而具有更優(yōu)的吸水和保水性能。本研究發(fā)現(xiàn)施加保水劑后土壤養(yǎng)分含量提高，這可能是由于保水劑的施用使得土壤孔隙度增大，根系分泌物增加，促使土壤中緩效養(yǎng)分分解釋放，并且保水劑可以將土壤中的養(yǎng)分離子吸附到其空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行緩慢釋放，防止土壤氮、磷、鉀等流失。生物炭和腐植酸鉀復(fù)合保水劑相較于傳統(tǒng)保水劑更有利于提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性，其原因可能是復(fù)合保水劑在土壤中降解，將生物炭和腐植酸鉀釋放到土壤中，提高了土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，為微生物的生長發(fā)育提供充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，進(jìn)而提高了土壤微生物的豐度和多樣性，從而增強(qiáng)了土壤酶活性。

3.2不同類型保水劑對烤后煙葉有機(jī)酸含量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

草酸、蘋果酸和檸檬酸是烤煙中主要的非揮發(fā)性有機(jī)酸，可與烤煙中的生物堿結(jié)合形成鹽類物質(zhì)，具有改變煙草酸堿度、平衡煙氣、醇和吃味的作用。本研究表明.新型復(fù)合保水劑可以顯著提高煙葉中非揮發(fā)性有機(jī)酸含量。這可能是因為新型復(fù)合保水劑在土壤中降解后，能更合理地滿足煙株生長發(fā)育過程中對營養(yǎng)的需要，促進(jìn)烤煙生長發(fā)育，改善煙葉的光合性能，從而增強(qiáng)煙株的的物質(zhì)代謝。并且生物炭和腐植酸鉀也會影響植煙土壤的微生態(tài)環(huán)境和根際微生物群落，進(jìn)而造成烤煙不同種類有機(jī)酸含量的差異。

土壤養(yǎng)分含量和煙葉有機(jī)酸含量的相關(guān)性分析結(jié)果表明，土壤堿解氮含量與蘋果酸含量呈顯著正相關(guān)，土壤速效磷、速效鉀、堿解氮含量與草酸、丙二酸和檸檬酸含量呈正相關(guān)。這可能是因為有機(jī)酸的合成和代謝受到多種土壤養(yǎng)分含量的影響，鉀有促進(jìn)有機(jī)酸代謝的功能，其調(diào)節(jié)方式為有機(jī)酸根（主要是蘋果酸根）與鉀離子一同從植株地上部向根系轉(zhuǎn)移，有機(jī)酸脫羧后以碳酸氫根的形式釋放到根際介質(zhì)中去，并且磷具有促進(jìn)植物呼吸的作用，從而增加蘋果酸和檸檬酸的含量。

施加新型復(fù)合保水劑提高了烤后煙葉的產(chǎn)量和產(chǎn)值，這可能是因為施加保水劑有利于改善土壤理化性質(zhì)，減輕干旱對煙株的影響，從而促進(jìn)烤煙生長，提高烤后煙產(chǎn)量和質(zhì)量。

4結(jié)論

本試驗研究了不同類型保水劑對植煙土壤理化性質(zhì)、土壤酶活性及烤煙有機(jī)酸含量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，結(jié)果表明，施用生物炭及腐植酸鉀新型復(fù)合保水劑較傳統(tǒng)保水劑更有利于提高土壤含水率和脲酶、蔗糖酶活性以及土壤養(yǎng)分含量，同時提高了煙葉非揮發(fā)性有機(jī)酸含量和經(jīng)濟(jì)效益。