不同有機物料對土壤有機碳庫及烤煙品質的影響

馮婷婷+符云鵬+李海江+宋顯峰+張曉娟

摘要：以中煙100為試驗材料，通過大田試驗，分析了腐熟麥秸稈、黑麥草及菌肥等不同有機物料施用對植煙土壤碳庫及烤后煙葉品質的影響。結果表明：不同有機物料施用提高了植煙土壤全碳、總有機碳、活性有機碳和土壤碳庫管理指數。添加有機物料及菌肥能增加烤后煙葉總糖、還原糖含量，顯著降低總氮、煙堿含量，協調常規化學成分，增加中性致香物質總量。綜合分析結果表明，以綠肥黑麥草配施微生物菌劑的處理較好。

關鍵詞：有機物料；土壤碳庫；化學成分；致香物質

中圖分類號：S572.062文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）03-0089-05

AbstractThe field experiment was carried out to study the effects of adding rotten wheat straw， green manure and microbial agents on quality of flue-cured tobacco， Zhongyan 100， and organic carbon pool in soils. The results showed that all the treatments increased the total carbon， total organic carbon， labile organic carbon and carbon pool management index （CPMI） in tobacco growing soils. Adding organic materials and microbial agents could increase the contents of total sugar and reducing sugar， significantly reduced total nitrogen and nicotine contents， coordinate common chemical components and increase neutral aroma components. Green manure with microbial agents rendered the best effects.

KeywordsOrganic materials； Soil carbon pool； Chemical components； Aroma components

土壤有機碳是評價土壤質量的關鍵指標之一，同時在全球碳循環過程中起重要作用。土壤活性有機碳雖然僅占土壤有機碳的很少一部分，但在土壤養分的轉化供應中扮演著重要角色，各碳庫質量指數均與土壤養分含量有顯著相關關系[1，2]。綠肥和秸稈是現代農業中富含養分的優質有機肥源，植煙土壤中添加秸稈、綠肥對改善土壤理化性狀、提高土壤養分含量、增強土壤酶活性具有重要意義[3-6]。官會林等[7]研究表明，綠―煙及豆―煙復種模式較麥―煙、菜―煙復種及冬閑地更有利于提高土壤微生物量碳與有機碳含量。此外，張貴龍等[8]研究表明，施有機肥或有機無機適當配施能提高土壤有機碳含量和土壤碳庫管理指數。農田施肥直接或間接地調控土壤有機質的輸入，對土壤有機碳的積累和礦化有一定影響。因此，研究土壤有機碳庫在施用秸稈、綠肥和菌肥等有機物料條件下的動態變化，對提高土壤有機碳庫有重要意義。馬超等[5]研究表明，秸稈促腐還田較單施化肥、常規秸稈還田更有利于提高土壤活性有機碳組分含量及碳庫管理指數。另有研究表明，作物產量與活性有機碳含量和碳庫管理指數均存在極顯著的相關性，且相關系數明顯大于總有機碳[8，9]。

近年來，受外界環境條件影響強烈、周轉速度快的土壤有機碳活性組分成為各國學者對土壤有機碳研究的熱點[10]，但是目前關于綠肥、菌肥和秸稈等不同有機物料施用下植煙土壤有機碳動態、活性有機碳組分的變化及碳庫管理指數等方面的研究較少。因此，本試驗在平頂山煙區探索施用不同有機物料對植煙土壤有機碳庫及烤后煙葉產質量的影響，以期為改良該地區植煙土壤、提高煙葉品質、建立煙田可持續土壤管理措施提供參考。

1材料與方法

1.1試驗設計與方法

試驗于2015年在河南省平頂山市郟縣進行。供試烤煙品種為中煙100，土壤類型為褐土，5月6日移栽，9月17日采收結束，株行距50 cm×120 cm。耕層土壤pH值7.45，有機質含量為12.42 g/kg，堿解氮65.42 mg/kg，有效磷13.75 mg/kg，速效鉀112.16 mg/kg。

試驗共設5個處理，對照CK：不施用有機物料；處理T1：施用腐熟小麥秸稈；處理T2：翻壓黑麥草；處理T3：翻壓黑麥草+微生物菌劑（30 kg/hm2）；處理T4：翻壓黑麥草+納米酵豆（11.25 kg/hm2，土壤有益微生物田間擴繁劑）。施用有機物料的處理中，腐熟小麥秸稈用量為6 000 kg/hm2（干基），黑麥草于移栽前1個月翻壓，用量為20 240 kg/hm2（鮮重），這一添加量是根據該煙區生產中實際秸稈、黑麥草用量施加。氮用量為30.0 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶2∶6，氮素由腐熟芝麻餅肥300 kg/hm2、復合肥（10∶10∶20）150 kg/hm2提供，磷、鉀不足部分由重過磷酸鈣、硫酸鉀提供。隨機區組排列，重復3次，小區面積667 m2。按照當地優質煙葉生產技術進行大田管理。

1.2測定項目與方法

在煙株最后一次采收前（移栽后120 d），各小區用土鉆按“S”形采集0～20 cm耕層土樣，風干后過篩備用。土壤有機碳用重鉻酸鉀容量法―外加熱法測定[11]；全碳采用碳氮元素分析儀（Vario MAX CN，德國）測定；活性有機碳采用333 mmol/L KMnO4氧化法測定[12，13]。

土壤碳庫管理指數計算方法[12]：

活性有機碳+穩態碳=總有機碳；

碳庫指數（CPI）=樣品總有機碳含量（mg/g）/參照土壤總有機碳含量（mg/g）；

碳庫活度（A）=活性有機碳含量（mg/g）/穩態碳含量（mg/g）；

碳庫活度指數（AI）=樣品碳庫活度/參照土壤碳庫活度；

碳庫管理指數（CPMI）=碳庫指數（CPI）×碳庫活度指數（AI）×100

本研究中以常規施肥處理土壤（CK）作為參照土壤。

試驗煙葉單獨采收、編桿、烘烤，分級計產，按照當地煙葉收購價格計算產值。選取具有代表性的烤后中部煙葉，進行常規化學成分分析。

2結果與分析

2.1不同有機物料對土壤不同形態碳素含量的影響

由圖1可知，不同施肥處理對植煙土壤不同形態碳素含量影響較大，添加秸稈、綠肥等有機物料后，土壤全碳、總有機碳和活性有機碳含量均有明顯增加。土壤全碳含量與常規施肥（CK）相比有明顯提高，T1、T2、T3、T4處理分別較CK提高12.79%、14.05%、27.00%、22.00%，處理T3、T4與CK差異顯著，說明綠肥作為有機肥源配施菌肥施入土壤后能有效提高土壤全碳含量，增強土壤肥力。外源有機質的輸入可有效增加土壤有機碳含量，而肥料種類的差異在一定程度上影響土壤有機碳的積累和礦化。各處理土壤總有機碳含量表現為T3>T2>T4>T1>CK，較CK提高6.73%～12.95%，且T2、T3處理與CK相比差異顯著。各處理土壤活性有機碳含量表現為T3>T4>T2>T1>CK，與CK相比提高15.44%～37.50%，T3處理與CK相比差異達到顯著水平。

2.2不同有機物料對土壤碳庫的影響

由表1可知，與常規施肥處理（CK）相比，綠肥配施微生物菌劑的處理T3土壤碳庫活度（A）、碳庫活度指數（AI）分別增加28.57%、28.00%。施用有機物料的處理T1、T2、T3、T4土壤碳庫管理指數（CPMI）與CK相比分別高17.94%、15.63%、45.17%和22.06%，其中處理T3達到最大，且與其他處理差異顯著。各處理碳庫指數（CPI）變化規律與碳庫管理指數（CPMI）相似，與CK相比增加7.00%～13.00%。說明與其他施肥方式相比，綠肥配施微生物菌劑的處理更有利于促進提高植煙土壤碳庫指數、碳庫活度指數和碳庫管理指數。

2.3不同有機物料對烤后煙葉化學成分的影響

由表2可知，除處理T2外，其余處理總糖、還原糖含量與CK 相比均有不同程度的增加，但所有處理還原糖/總糖比值均大于對照CK，且大于0.9，說明兩糖含量適中，較為協調。各處理總氮、煙堿和氮堿比均低于CK，總氮含量以處理T3最低，與其他處理相比差異達到顯著水平，處理T3、T4煙堿含量顯著低于其他處理，各處理還原糖/煙堿顯著高于CK，以處理T3比值最高，且各處理間差異顯著，處理T2氮堿比含量最低。

2.4不同有機物料對烤后煙葉香味物質的影響

表3表明，與CK相比，除苯丙氨酸降解產物外，各處理其他香味物質含量均有所增加。不同處理間各類香味物質含量相比較，棕色化反應產物以處理T1含量最高，類西柏烷類降解產物和類胡蘿卜素降解產物均以處理T3含量最高。新植二烯是煙草中性致香物質中含量最高的成分，其含量的高低不僅直接影響煙葉的香吃味，而且還影響其他致香成分的形成。從表3看出，處理T3的新植二烯含量最高，中性致香物質總量也最高，T4次之，表明綠肥配施微生物菌劑對烤后煙葉香味物質的增加優于其他處理。

2.5不同有機物料對烤后煙葉經濟性狀的影響

各處理經濟性狀見表4。從產量上看，由高到低的順序為T3>T4>T2>T1>CK，各處理與CK相比，產量增加6.37%～12.54%，且差異達顯著水平，處理T2、T3、T4與T1相比產量增加1.38%、5.79%、4.72%。從產值上看，各處理收益顯著高于CK，以處理T3的收益最高，處理T3、T4的產值顯著高于T1，但二者之間差異不顯著。

各處理均價以T3最高，但所有處理間差異不顯著。處理T3的上等煙比例最高，較CK提高5.73%，處理T4的中等煙比例最高，較CK提高10.60%。

3討論

有機物料施入土壤后，可以提高土壤全碳、總有機碳和活性有機碳含量，施加腐熟小麥秸稈、綠肥和綠肥配施菌肥對不同形態碳素含量的提高幅度不同，尤以綠肥配施微生物菌劑的處理對土壤碳含量的提高最為明顯。有機物料為土壤提供了大量的碳源物質，王光華等[14]研究表明，長期向黑土增施有機物，能提高土壤全碳含量，有利于提高土壤養分轉化效率，使黑土質量向健康方向發展，這與本研究中土壤全碳含量提高結果相一致。

土壤有機碳和活性有機碳組分的數量與外源有機物質的種類和性質密切相關[15，16]。研究表明，外源有機物質本身的碳氮比和各有機組分含量及微生物的作用直接影響土壤原有有機碳的激發效應[17，18]。當碳氮比較低的秸稈還田后，利用土壤原有有機碳以維持土壤微生物活動所需的適宜碳氮比值，因此能被微生物快速分解，促進土壤原有有機碳的正激發效應；當將碳氮比高的秸稈添加到土壤后，微生物也能充分利用土壤有機碳的氮素，增強其對土壤有機碳的礦化分解作用[19-20]。綠肥作為土壤豐富的有機物質來源，為微生物提供了能量和營養元素，尤其是與菌肥配合施用后進一步提高了微生物活性，從而加速了土壤有機碳的礦化和土壤養分的循環與轉化，產生了激發效應。

土壤碳庫管理指數融合了人為影響下土壤碳庫指標和土壤碳庫活度兩方面的內容，綜合考慮了外界因素對土壤有機碳數量變化的影響和土壤活性有機碳數量的變化，與活性有機碳相比更能靈敏地反映各種土地利用或管理措施引起的土壤質量下降或更新的程度[21]。土壤碳庫管理指數變大說明施肥耕作可以維持和提高土壤質量，其值變小則表明土壤肥力在下降，土壤質量在向不良方向發展。植煙土壤添加秸稈、綠肥等有機物料后與常規施肥相比顯著提高了土壤碳庫管理指數，處理T3的碳庫管理指數達到145.17，顯著高于其他處理，同時顯著增加了土壤活性有機碳含量，為提高土壤碳庫管理指數奠定了基礎，表明綠肥配施微生物菌劑能較好地改善土壤性質。

土壤是影響煙葉品質的重要環境因素，化學成分分析表明，所有處理與對照相比還原糖/總糖、還原糖/煙堿有不同程度的增加，總氮、煙堿、總氮/煙堿有不同程度的降低。陳永明等[22]研究表明，煙葉還原糖含量隨著土壤施氮水平的提高表現出下降的趨勢。試驗中T2處理綠肥對氮素的保肥作用使還原糖含量下降。綜合比較以T3處理化學成分最為協調。

煙葉的香氣質量是評價煙葉品質的核心內容，研究表明，植煙土壤翻壓綠肥、施用腐熟小麥秸稈后提高了烤后煙葉中性致香物質含量及產量、產值、上等煙比例等經濟性狀[23-26]。本試驗初步研究結果表明，除苯丙氨酸降解產物外，施用有機物料對其他香味物質含量均有所增加。各處理間香味物質總量相比較，綠肥的作用效果優于腐熟麥秸稈，微生物菌劑的作用效果優于納米酵豆，以處理T3的香味物質總量最高。

4結論

植煙土壤施用秸稈、綠肥、菌肥等有機物料后，土壤全碳、總有機碳、活性有機碳含量均得到不同程度提高，各處理與對照相比顯著增加了土壤碳庫管理指數，增加15.63%～45.17%，烤后煙葉品質、產量、產值得到進一步提高，以翻壓黑麥草配施微生物菌劑的處理效果最好，較適于在豫中平頂山煙區推廣應用。但由于本試驗持續時間有限，對于長期施用秸稈、綠肥和菌肥等有機物料對于植煙土壤碳庫的變化還需要進一步開展定位觀測和機理研究。

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