不同有機菌肥對豫中烤煙生長代謝及品質(zhì)的影響

李 影，馬 聰，劉世亮，陳秀華，張 弘，程傳策，姜桂英*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.中國煙草總公司 河南省煙草公司，河南 鄭州 450002; 3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

煙草是世界上重要的經(jīng)濟作物，我國煙草種植面積、煙葉產(chǎn)量均居世界領(lǐng)先地位[1]。近年來,化肥的大量施用,使土壤板結(jié)和酸化日益嚴(yán)重,難以供應(yīng)煙草生長所需充足的營養(yǎng),致使烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2-3]。因此，關(guān)于有機肥與化肥配施以及各種新型肥料的研究相繼在國內(nèi)外大量展開[4-6]。有機菌肥是一種能改善土壤肥力，促進烤煙生長發(fā)育的新型肥料[7]。雖然有機肥中添加微生物制成的有機菌肥在農(nóng)業(yè)上已經(jīng)有一定的應(yīng)用，但在煙草上的應(yīng)用還較少，那么比較不同有機菌肥對烤煙的影響對烤煙生長有一定指導(dǎo)意義。

目前，在有機肥的煙田應(yīng)用方面，對烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)的影響已有一些報道。王逸飛[8]研究表明：施用精制有機肥能改善烤煙葉長、葉寬、株高、莖圍等農(nóng)藝性狀。另有研究發(fā)現(xiàn)施用雞糞和菜籽餅有機肥可以增加煙葉中磷、鉀的養(yǎng)分含量，降低煙葉氮含量[9]。而化肥與腐熟的牛圈糞、芝麻餅肥和豆?jié){配施能協(xié)調(diào)烤后煙葉還原糖/總糖比、還原糖/煙堿比、鉀/氯比[10]。陳樂[11]發(fā)現(xiàn)，單施豆餅?zāi)茉鲩L烤煙中類胡蘿卜素類、苯丙氨酸類、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物類、新植二烯類香氣物質(zhì)總量。武雪萍等[12]研究認(rèn)為：施用餅肥可明顯提高煙葉石油醚提取物的含量，增加煙葉香氣物質(zhì)成分的總含量。不同有機肥施用對烤煙化學(xué)元素周轉(zhuǎn)關(guān)鍵酶活性也有一定影響。張弘等[13]發(fā)現(xiàn)，施用生物炭和豬糞能顯著提高烤煙硝酸還原酶和淀粉酶碳氮代謝酶活性。

雖然前人在有機肥施用方面有一定研究，但是所施用的有機肥多為單純的有機物料如芝麻餅肥、不同種類糞肥等，而有機物料礦化需要微生物的參與作為驅(qū)動力。有機菌肥綜合了化肥“速”、有機肥“穩(wěn)”、菌肥“促”的優(yōu)勢，形成營養(yǎng)“合力”，能提高肥料利用率[14]。但有機菌肥在煙草上的應(yīng)用相對較少，研究結(jié)果也僅限于對烤煙生長發(fā)育和產(chǎn)值的影響，而促進生長和提高品質(zhì)的機理仍需加強研究。本研究以豫中許昌煙區(qū)潮土為基礎(chǔ)，研究典型有機肥菌肥田間施用對許昌煙區(qū)烤煙生長及品質(zhì)的影響效果，以期篩選出適合當(dāng)?shù)氐淖顑?yōu)有機菌肥種類。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設(shè)計

本試驗于2016年4月在河南省許昌市進行，選擇當(dāng)?shù)刂髟云贩N中煙100。試驗地土壤類型為潮土，土壤全氮含量為0.71 g/kg，有機質(zhì)含量為10.0 g/kg，堿解氮含量為46.87 mg/kg，速效磷含量為18.69 mg/kg，速效鉀含量為176 mg/kg。

試驗為大田小區(qū)試驗，采用隨機區(qū)組排列。在施用化肥和芝麻餅肥的基礎(chǔ)上設(shè)4個處理，分別為CK(施化肥和芝麻餅肥，當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)習(xí)慣施肥)、T1(施精制有機肥，1500 kg/hm2)、T2(施有機肥料1號，600 kg/hm2)、T3(施復(fù)方有機菌肥，1500 kg/hm2)，每個處理重復(fù)3次，每個小區(qū)面積為66.7 m2。每個處理基肥條施復(fù)合肥900 kg/hm2和芝麻餅肥300 kg/hm2。各肥料養(yǎng)分含量見表1。煙苗于4月28日移栽，按1.22 m的行距和0.50 m的株距經(jīng)行種植，并在2016年8月12日采收完畢。小區(qū)周邊設(shè)2行保護行，其他按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙規(guī)范化栽培管理方式進行。

表1 各肥料養(yǎng)分含量

1.2 樣品的采集與測定

分別在煙苗移栽后30、60、90 d，每個處理選取具代表性、長勢一致的煙株3株，測定株高、葉長、葉寬、莖圍、有效葉數(shù)，并根據(jù)“葉面積=葉長×葉寬×0.6345”[15]公式計算葉面積，鮮煙葉取后放入冰盒立即帶回實驗室并測定酶活性；煙葉成熟后(移栽后90 d)選擇生長均勻一致的煙株按葉部位全部采收。其余煙葉于105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干后測定煙葉常規(guī)化學(xué)成分。硝酸還原酶、淀粉酶和轉(zhuǎn)化酶活性分別采用磺胺比色法(活體法)[16]、3,5-二硝基水楊酸法[16]、3,5-二硝基水楊酸法[17]測定。植株的氮、磷和鉀含量分別采用凱氏定氮法、釩鉬黃比色法、火焰光度計法和流動分析儀法[18-19]測定。

煙葉成熟期采收的煙葉均分別掛牌綁稈于同一烤房烘烤，烘烤過的煙葉按照上、中、下3個部分分類，挑選煙葉等級相近的煙葉粉碎后過0.2 mm篩后保存供煙葉常規(guī)化學(xué)成分和香氣物質(zhì)檢測使用。煙葉總糖、還原糖、煙堿、鉀、氯等常規(guī)化學(xué)成分含量按照王瑞新等[20]的方法測定；同時選取中部葉(C3F)采用固相微萃取頂空取樣和氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)[21]測定煙葉香氣物質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用DPS 7.05軟件，采用Duncan新復(fù)極差法比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異；使用OriginPro 8.5軟件進行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機肥對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表2可以看出，各處理煙株在60 d以前呈現(xiàn)快速生長趨勢，與CK相比，有機菌肥處理表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。移栽后30 d時，T3處理的葉寬和葉面積顯著高于其他處理。移栽后60 d，T2處理的葉長、葉寬和葉面積顯著高于T1和CK；T3處理的株高、葉數(shù)顯著高于其他各處理。移栽后90 d，T2和T3處理的株高、莖圍顯著高于T1和CK。T3處理的株高在煙草的整個生育期表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。總體來說，T2和T3處理在烤煙的整個生育期對煙葉農(nóng)藝性狀的增加效果顯著。

表2 不同處理移栽后煙株的農(nóng)藝性狀

注：表中同列數(shù)據(jù)后的小寫字母表示5%差異顯著水平，字母相同差異不顯著，不同則差異顯著。下同。

2.2 不同有機肥對烤煙碳氮代謝酶活性的影響

由圖1-a顯示，各處理硝酸還原酶活性隨生長時期呈降低趨勢，且處理間在移栽后60 d以前表現(xiàn)差異，而90 d時差異不顯著。移栽后30 d時，T3處理的硝酸還原酶活性顯著高于其他處理，且各處理間差異顯著；而移栽后60 d時，T1處理硝酸還原酶活性顯著高于其他處理，但T2、T3與CK間差異不顯著。整體來看，烤煙在生長前期主要是氮代謝，60 d后隨煙草生長期延長氮代謝強度逐漸下降，但T1和T3處理對提高煙葉生長前期酶活性效果明顯，說明施精制有機肥和有機菌肥可能促進了烤煙氮代謝。

由圖1-b可知，各處理轉(zhuǎn)化酶活性整體呈先升高后下降的趨勢，在移栽后60 d達(dá)到最高值，其中T3處理的轉(zhuǎn)化酶活性顯著高于其他處理，達(dá)到5.24 mg/(g·min)。各處理在移栽后60 d以前均差異顯著，到90 d時轉(zhuǎn)化酶活性降低，T1處理轉(zhuǎn)化酶活性顯著高于其他處理，但其他3個處理間差異不顯著。總體來看，進入旺長期后，烤煙生長由氮代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樘即x。其中以T1和T3處理對提高烤煙生長后期轉(zhuǎn)化酶活性明顯，說明施精制有機肥和有機菌肥可能促進了烤煙對碳的固定與轉(zhuǎn)化。

由圖1-c可知，各處理淀粉酶活性與轉(zhuǎn)化酶相似，呈先升高后下降的趨勢。其中，T1處理的淀粉酶活性在烤煙生長前期和后期均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，雖然在移栽后60 d時活性較其他處理略低，但差異不明顯。淀粉酶與轉(zhuǎn)化酶活性均是烤煙碳代謝的指示指標(biāo)，與轉(zhuǎn)化酶反應(yīng)的代謝關(guān)系相似，說明烤煙進入旺長期以后，碳代謝強度逐漸增大，其中以T1處理對提高烤煙生長后期淀粉酶活性顯著，說明施精制有機肥可能增加了煙草對碳源的供應(yīng)能力。

2.3 不同有機肥對煙葉養(yǎng)分含量的影響

由圖2-a可知，煙葉氮含量隨生長期逐漸下降。在移栽后30 d時，T2處理在生長前期氮含量顯著高于其他處理，但在生長中后期其含量顯著低于其他處理。總體來看，有機肥料1號處理有利于提高煙葉生長中前期氮的累積，而抑制中后期氮的累積，有利于烤煙由氮代謝轉(zhuǎn)化為碳氮代謝，符合煙草不同生育期對氮素需求差異。

圖2-b顯示，煙葉磷含量隨生育期呈先上升后下降趨勢，在移栽后60 d時各處理磷含量達(dá)到最高值。除移栽后30 d時，其他時期，有機菌肥施用均顯著提高了煙葉磷含量。3種有機菌肥對烤煙生長初期磷含量影響不明顯，而隨著進一步生長，T3處理顯著提高了煙葉磷的積累。總體來說，T3處理(有機菌肥)對提高煙葉中期和后期磷含量起到顯著作用，所以T3處理的施肥效果較好。

由圖2-c可知，煙葉鉀含量與氮類似，均隨生長期的延長呈下降趨勢。但在不同生長時期，不同有機菌肥對煙葉鉀的積累影響不同，整體上表現(xiàn)為T2處理煙葉鉀含量在移栽后30 d時最高，而T1處理則在移栽后60 d以后顯著提高煙葉鉀含量。總體來說，T2處理對前期煙葉鉀含量提高效果顯著，T1處理對提高后期煙葉鉀含量效果顯著。

圖1 不同處理的烤煙碳氮代謝酶活性變化

圖2 不同處理的烤煙煙葉化學(xué)組分含量的變化

2.4 不同有機肥對烤后煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

由表3可知，綜合這8個指標(biāo)，不同處理烤后煙葉的化學(xué)成分差異較大，由各處理烤后煙中部葉的化學(xué)成分可以看出，中部葉的總糖含量表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK，還原糖含量表現(xiàn)為T1>T3>T2>CK，與CK和T3相比，T1和T2處理降低了中部葉煙堿和氯離子含量；T2處理的中部葉鉀含量表現(xiàn)為T2>T3≈T1>CK，且T1和T2處理顯著提高了中部葉的兩糖比和糖堿比。

表3 不同處理烤后煙葉化學(xué)成分的比較

2.5 不同處理對烤后煙中部葉煙香氣成分含量的影響

由表4可知，烤煙中部葉致香物質(zhì)的類胡蘿卜素致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK。苯丙氨酸類致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為T3>CK>T2>T1。類西柏烷類致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為T1>T2>T3>CK。棕色化反應(yīng)產(chǎn)物類致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK。烤煙中部葉致香物質(zhì)總量表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。T2處理促進了類胡蘿卜素致香物質(zhì)和棕色化反應(yīng)產(chǎn)物類致香物質(zhì)的合成，T3處理促進了苯丙氨酸類和新植二烯致香物質(zhì)的合成。總體來說，T3處理的致香物質(zhì)總量最高，達(dá)到551.53 μg/g。各處理致香物質(zhì)總量均高于對照，說明有機肥能提高烤煙中部葉致香物質(zhì)含量，其中T3處理的效果較好。

表4 不同處理烤后煙中部葉(C3F)香氣成分 μg/g

3 討論

大量研究證實，施用適量的有機肥能夠促進煙草的生長發(fā)育，但不同種類的有機肥因其特性不同，對烤煙生長的影響存在一定差異。仝延鵬[22]研究發(fā)現(xiàn)，施用精制有機肥對中煙100的農(nóng)藝性狀無顯著影響，與本研究結(jié)果一致。施河麗等[23]研究發(fā)現(xiàn)：施用生物有機肥能夠改善煙草的株高和葉面積。但冀德紅等[24]認(rèn)為：微生物有機肥對煙株農(nóng)藝性狀影響較小。本研究表明：施用有機肥料1號(T2)和復(fù)方有機菌肥(T3)對煙葉的生長起到了顯著促進作用。有研究表明：微生物有機肥經(jīng)過微生物分解后形成腐植酸，有利于截獲土壤中的水分和礦質(zhì)元素，改善根際營養(yǎng)[25]。另外有機菌肥中的功能微生物能在煙株根際形成優(yōu)勢菌群，分泌各種代謝產(chǎn)物，促進煙草的生長發(fā)育。因此，施適量的有機菌肥能促進烤煙的生長。

不同有機肥的施用對烤煙的碳氮代謝過程也有一定影響，在煙葉生長成熟過程中，只有碳氮代謝平衡協(xié)調(diào)，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)煙葉[26]。劉霞[27]研究發(fā)現(xiàn)，施用有機菌肥后可明顯提高煙草生長前期葉片中硝酸還原酶的活性，在生長后期又能適時降低。研究表明，硝酸還原酶活性的高低能夠反應(yīng)植物氮代謝強度[13]，它的降低可能會引起氮代謝降低，從而防止煙葉貪青晚熟。這與本試驗中復(fù)方有機菌肥(T3)處理能顯著提高前期硝酸還原酶活性，后期適時降低相一致。另外，淀粉酶活性高低影響煙葉生長所需碳源的供應(yīng)能力[13]。張弘等[13]研究發(fā)現(xiàn)：施用有機物料能提高淀粉酶活性，其活性大致呈先升高后降低的趨勢，這與本試驗淀粉酶活性變化結(jié)果基本一致，本試驗中發(fā)現(xiàn)，T1和T3處理對調(diào)節(jié)碳氮代謝平衡效果明顯。施用有機肥料1號(T2)后，其在分解過程中，微生物可能會與烤煙競爭土壤中的氮素，不利于烤煙碳氮代謝轉(zhuǎn)化協(xié)調(diào)[26]。這可能是因為T2處理沒有添加無機的氮、磷、鉀肥，而T3處理有機菌肥因為自身含有少量氮、磷、鉀肥而沒有出現(xiàn)缺少氮素的情況。有研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥提高了旺長期煙株體內(nèi)氮、磷、鉀的含量，促進了煙株生長，提高了烤后煙葉含鉀量[28]。而本研究卻發(fā)現(xiàn)，各有機肥處理沒有顯著提高旺長期煙葉氮含量，但顯著提高了磷、鉀含量，出現(xiàn)這種差異的原因可能是有機菌肥種類和不同區(qū)域土壤養(yǎng)分含量不同，以及有機肥礦化釋放特點有關(guān)。

不同有機肥的施用對烤后煙葉的常規(guī)化學(xué)成分和致香物質(zhì)含量有顯著影響。韋忠等[29]研究發(fā)現(xiàn)，施用生物有機肥可提高煙葉總糖和還原糖含量，降低煙堿含量，提高部分處理鉀含量，從而提高煙葉品質(zhì)。這與本研究結(jié)果一致，說明施用有機肥可協(xié)調(diào)煙葉常規(guī)化學(xué)成分，其中有機肥料1號(T2)和復(fù)方有機菌肥(T3)處理對提高中部葉鉀含量效果顯著，這可能與有機菌肥中的活性菌的解鉀作用有關(guān)。煙葉香氣是評價煙葉內(nèi)在質(zhì)量的主要指標(biāo)之一[30]。劉霞[27]研究認(rèn)為施用菌肥能夠提高各部位煙葉苯丙氨酸致香物質(zhì)含量。本試驗也發(fā)現(xiàn)，施用復(fù)方有機菌肥(T3)處理后煙葉苯丙氨酸類、新植二烯致香物質(zhì)含量最高。而仝延鵬[22]發(fā)現(xiàn)施用精制有機肥對中煙100各部位煙葉的致香物質(zhì)含量無明顯影響，本研究結(jié)果也認(rèn)為，施用精制有機肥(T1)對烤煙致香物質(zhì)含量無明顯影響。劉典三等[31]研究表明，施用化肥、芝麻餅肥和生物有機肥可顯著提高中、上部葉新值二烯等致香物質(zhì)含量。化黨領(lǐng)等[32]也認(rèn)為，施用生物有機肥可提高中部葉中性香氣成分含量。這與本研究有機肥料1號(T2)處理施肥效果一致。說明微生物肥料和有機菌肥與芝麻餅肥的營養(yǎng)互作效應(yīng)，有利于根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，增加葉面分泌物，促進致香物質(zhì)的合成。

4 結(jié)論

在豫中煙區(qū)各有機肥處理均不同程度的促進了烤煙的生長發(fā)育，精致有機肥對調(diào)節(jié)碳氮代謝平衡和提高化學(xué)成分含量效果顯著；有機肥料1號顯著改善了烤煙的農(nóng)藝性狀、提高氮磷鉀含量和中部葉中性致香物質(zhì)的含量；而復(fù)方有機菌肥顯著改善了烤煙的農(nóng)藝性狀，并能調(diào)節(jié)碳氮代謝平衡、提高常規(guī)化學(xué)成分含量和促進中部葉中性致香物質(zhì)的合成。這3種有機肥對提高豫中煙區(qū)烤煙質(zhì)量均具有一定的效果，以復(fù)方有機菌肥施肥效果最佳。但此研究結(jié)果僅為一年田間小區(qū)試驗，因此還需要進一步研究與驗證。

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