高碳基肥與仿生劑對貴陽植煙土壤和烤煙品質的影響

聶忠揚，李文淵，胡勇，程傳策，劉慶學，魏光鈺，吳永琴，任春燕，黃寧，李余江

(1.貴州省煙草公司貴陽市公司，貴州 貴陽 550001； 2.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450016； 3.河南農業大學煙草學院，河南 鄭州 450002)

煙草生長需要從植煙土壤中吸收營養物質，植煙土壤保障煙草生長，煙草植株通過根系從植煙土壤中吸收養分，土壤中的微生物群落功能的多樣性直接影響煙草的物理、化學指標，從而影響煙草品質，影響烤煙品質。而貴陽植煙土壤因為不合理輪作和不合理施肥，導致土壤養分、酸堿度、微生態系統出現嚴重失衡，對煙草的產量和品質產生重大影響。對植煙土壤的保護非常重要，因此，需要通過合理輪作、合理施肥等土壤保育技術來修復和改善土壤性狀，實現土壤重復高效利用，提高煙草品質和產量。

高碳基肥是有機、無機和生物活性物質的復合型肥料，具有調節煙株根部土壤碳氮比，促進根系微生物生長及土壤礦物質營養吸收，提高肥料利用率，增強煙株抗病能力，對青枯病、根腐病、黑莖病有拮抗作用；改善煙株周圍土壤保水保肥能力，提高煙葉質量[1-2]；減少20%～30%的化肥氮用量，減少20%～30%的農藥使用量。

仿生劑是一種顆粒化改良土壤的新材料，以石膏為主要原料，可使土壤形成2～5 mm球狀結構，并提高團粒含量，增加土壤孔隙度，提高通氣量和蓄積水分，有效防止養分流失，并起到保肥作用。

石俊雄等[3]研究結果表明，餅粕腐熟后產生大量氨基酸，能提高土壤的酶活性及養分的生物活性，促進煙株根系生長。黃超等[4]研究結果表明，施用生物質炭，肥力水平較低和肥力水平較高土壤中的速效鉀、速效磷和有效氮含量均有所增加。何緒生等[5]研究結果表明，生物炭與肥料混和施用或復合施用，對作物生長和產量的影響大多數為正效應。周小紅[6]研究結果表明，施用高碳基土壤修復肥可以降低烤煙中部葉煙堿含量，增加總糖和還原糖含量，調節糖堿比。添加生物炭的處理，使得煙葉中的中性致香物質的總量增加。張團[7]研究結果表明，隨著生物炭施用量的增加，煙葉中的茄酮、苯丙氨酸類、棕色化產物和新植二烯的含量增加，類胡蘿卜素降解物稍有降低。

高碳基肥對植煙土壤及烤煙品質等方面研究較多，而仿生劑在番茄、上海青上已經實現了良好的增產效果，但是對煙草產量和品質的影響尚未研究。本試驗從高碳基肥和仿生劑及其互作對植煙土壤及烤煙品質進行研究，以期制定最合理的施肥措施和種植方法，完善了清鎮煙草種植的配套栽培技術體系。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2018年3—9月在清鎮進行，品種為云煙87。試驗地用當地代表性土壤，其肥力中等，地勢相對平坦，灌排也比較方便。

1.2 處理設計

試驗設4個處理，對照組(CK)，即用當地的常規方式來栽培；T1：常規施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2及餅肥150 kg·hm-2；T2：增施仿生劑0.5%；T3：常規施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2、餅肥150 kg·hm-2和仿生劑0.3%。高碳基肥料、餅肥起壟時全部條施于煙地內；仿生劑施用方法：以一定量的仿生劑撒施于土壤表面，用微耕機與土壤混勻。試驗設12個小區，每小區66.7 m2，共需試驗面積800.4 m2，隨機區組排列。

1.3 測定項目

1.3.1 土壤指標

在移栽期30、60、90、120 d，將試驗地各小區按五點取樣法采集耕層土壤，以煙株為圓心半徑5 cm，深度10～20 cm處采集土樣，每個小區取1份，部分鮮土保存于4 ℃冰箱里用于測量土壤微生物量碳和水溶性碳，剩余土樣風干后過篩用于測土壤養分。土壤水溶性碳氮采用水提取過濾，用TOC儀測定浸提液濃度的方法[8]。土壤微生物量碳氮采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法，熏蒸和未熏蒸的樣品分別用0.5 mol·L-1的K2SO4浸提30 min，用TOC儀測定浸提液濃度[9]。土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化法[8]；堿解氮采用堿解擴散法[8]；速效磷采用釩鉬藍比色法[8]；速效鉀采用火焰光度計法[8]。土壤脲酶采用比色法[10]；蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法[10]。

1.3.2 烤煙指標

在煙苗移栽后30、45、60、75、90 d，每小區選取長勢一致的煙株10棵，測定株高、葉長、葉寬、莖圍、有效葉數，并根據葉面積=葉長×葉寬×0.634 5[11]計算葉面積，煙葉成熟后(移栽后90 d)選擇生長均勻一致的煙株按部位全部采收。煙葉由當地初烤后，各小區取1 kg中部(C3F)等級煙葉，寄回并進行煙樣的化學成分和香氣組成分析。常規化學成分測定，采用AAⅢ型連續流動化學分析儀測定總氮、還原糖、煙堿、鉀、氯。中性致香物測定，每個處理煙葉由45 ℃烘干，磨碎過0.25 mm篩，采用內標法測定，內標為硝基苯，通過HP5890—5972氣質聯用儀進行定性和定量分析。

1.3.3 烤后煙葉經濟性狀

對烤后樣進行分級，各個級別單獨稱樣、記產。依據當地煙葉收購價格計算產值。

1.4 數據處理

使用DPS 7.05軟件，采用Duncan’s新復極差法比較不同處理間各種指標之間的差異；使用Origin Pro 8.5進行相關數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 對植煙土壤主要養分動態變化的影響

2.1.1 堿解氮

如圖1所示，土壤堿解氮含量隨煙草生長呈先降低后升高的趨勢，但是堿解氮的含量在移栽后30 d時最高。移栽后30 d時，T3處理的堿解氮含量顯著高于其他處理，達到102.92 mg·kg-1。60 d時，處理間差異增加，處理間差異均顯著，其中T2處理顯著高于其他處理，達到85.96 mg·kg-1。90 d時，各處理堿解氮含量達到最低水平，其中T1顯著高于其他處理，為38.99 mg·kg-1。120 d時，各處理土壤堿解氮含量較90 d時明顯升高，其中CK顯著高于其他處理，為61.63 mg·kg-1。總體來說，T2和T3處理能有效提高土壤堿解氮含量。

同移栽天數無相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖2～9同。

2.1.2 速效磷

如圖2所示，土壤速效磷含量隨煙草生長呈先降低后升高再降低的趨勢，速效磷含量在移栽后30 d時最高。移栽后30 d時，T1處理的速效磷含量顯著高于其他處理，達到53.15 mg·kg-1。60 d時，各處理速效磷含量均降低，其中，T1處理顯著高于其他處理，為33.32 mg·kg-1。90 d時，除T1外各處理速效磷含量略升高，CK處理顯著高于其他處理，為38.61 mg·kg-1。120 d時，除T1外各處理速效磷含量降低，其中T2處理各項指標顯著高于其他處理，為24.22 mg·kg-1。總體來說，T1處理相對其他處理更有利于提升土壤速效磷含量。

圖2 不同處理不同移栽天數后土壤速效磷含量

2.1.3 速效鉀

如圖3所示，各處理土壤速效鉀含量隨煙草生長呈先升高后降低再升高的趨勢，在移栽后60 d時速效鉀含量最高。移栽后30 d時，T1處理的速效鉀含量顯著高于其他處理，達到306.32 mg·kg-1。60 d時，各處理速效鉀含量相對30 d時均升高，其中T1處理顯著高于其他處理，為411.48 mg·kg-1。90 d時，各處理的速效鉀含量較60 d時明顯降低，其中T3處理顯著高于其他處理，為275.09 mg·kg-1。120 d時，T2處理顯著高于其他處理，為325.07 mg·kg-1。總體來說，T1處理較其他處理更有利于提高土壤速效鉀含量。

圖3 不同處理不同移栽天數后土壤速效鉀含量

圖4 不同處理不同移栽天數后土壤有機質含量

2.1.4 有機質

如圖4所示，各處理土壤有機質含量隨煙草生長呈先下降后升高再下降的趨勢。移栽60 d前，T3處理顯著高于其他處理，分別為47.79和41.68 g·kg-1；在移栽90 d時，各處理間有機質含量差異顯著，且均達到最高水平，其中CK處理的各項指標均顯著高于其他處理，為60.84 g·kg-1。總體來說，T3處理較其他處理更有利于提高土壤有機質含量。

2.2 對植煙土壤可溶性碳氮動態變化的影響

2.2.1 可溶性碳

如圖5所示，各處理土壤可溶性碳含量隨煙草生長變化不同。移栽后30 d時，T1和T3處理可溶性碳含量顯著高于其他處理，其中T3高于其他處理，達到93.02 mg·kg-1。60 d時，各處理間差異顯著性增加，T2達到最高的99.31 mg·kg-1。90 d后，T1和T2處理可溶性碳含量顯著高于其他處理，其中90 d時，T1處理可溶性碳含量最高，為62.92 mg·kg-1；120 d時，T2處理達到最高，為68.84 mg·kg-1。總體來說，T1和T2處理相對其他處理更有利于提升土壤可溶性碳含量。

圖5 不同處理不同移栽天數后土壤可溶性碳含量

2.2.2 可溶性氮

如圖6所示，各處理土壤可溶性氮含量隨煙草生長變化規律不同，其中T1和T2表現為先升高后降低的趨勢，CK和T3表現為先降低后升高的趨勢。移栽后30 d時，T1和T3處理的可溶性氮含量顯著高于其他處理，其中T3達到58.75 mg·kg-1。60 d時，T1和T2處理顯著高于其他處理，其中T2達到67.21 mg·kg-1。90 d時，T1處理顯著高于其他處理，為56.97 mg·kg-1。120 d時，CK和T3可溶性氮含量顯著高于其他處理，其中CK含量達到最高為52.00 mg·kg-1。總體來說，T1和T2處理更有利于提升煙草生長前期土壤可溶性氮含量。

圖6 不同處理不同移栽天數后土壤可溶性氮含量

2.3 對植煙土壤脲酶活性和蔗糖酶活性動態變化的影響

2.3.1 脲酶活性

如圖7所示，土壤脲酶活性隨煙草生長呈先下降后上升再下降的趨勢，各處理基本在移栽后90 d時脲酶活性最高。移栽后30 d時，T3處理的脲酶活性顯著高于其他處理，達到2.10 mg·kg-1。60 d時，則以T2處理脲酶活性顯著高于其他處理，為1.02 mg·kg-1。90 d時，各處理脲酶活性較60 d時明顯升高，其中CK處理的各項指標均顯著高于其他處理，達到2.38 mg·kg-1。120 d時，T2處理顯著高于其他處理，為0.95 mg·kg-1。總體來說，T2處理相對其他處理更有利于提升土壤脲酶活性。

圖7 不同處理不同移栽天數后土壤脲酶活性

2.3.2 蔗糖酶活性

如圖8所示，土壤蔗糖酶活性隨煙草生長呈先下降后上升的趨勢，各處理基本在移栽后120 d時蔗糖酶活性最高。移栽后30 d時，T2處理的蔗糖酶活性顯著高于其他處理，達到16.41 mg·kg-1。60 d時，除T3外，各處理蔗糖酶活性均降低，其中以T3處理最高，為18.16 mg·kg-1。90 d時，T1處理蔗糖酶活性顯著高于其他處理，為21.80 mg·kg-1。120 d時，除T1略有下降外，各處理蔗糖酶活性基本達到最高，且差異性顯著，其中以T2處理蔗糖酶活性顯著高于其他處理，為41.00 mg·kg-1。總體來說，T2和T3處理相對其他處理更有利于提升土壤蔗糖酶活性。

圖8 不同處理不同移栽天數后土壤蔗糖酶活性

2.4 對煙株根系活力動態變化的影響

如圖9所示，煙草根系活力隨煙草生長呈先升高后降低的趨勢，基本上在移栽60 d時達到最高。移栽30 d時，各處理煙草根系活力最低，其中T3處理顯著高于其他處理，為230.72 mg·g-1·h-1。60 d時，各處理根系活力基本達到最高水平，之后隨煙草生長逐漸降低，在60～120 d時均以T3處理的各項指標均顯著高于其他處理，分別為407.94、379.61和299.23 mg·g-1·h-1。總體來說，T2處理相較于其他處理更有利于提高煙草根系活力。

圖9 不同處理不同移栽天數后煙草根系活力

2.5 對煙株農藝性狀的影響

2.5.1 株高

表1顯示，各處理煙草株的高度隨著移栽天數的增加而增高，各時期株高均以T3處理株高最高，總體上T3處理有利于煙草株高的生長。

表1 不同處理不同移栽天數后煙草株高

2.5.2 莖圍

表2顯示，各處理煙草的莖圍隨著移栽天數增加而增大。移栽后45 d，以CK莖圍達到最高，移栽后60 d后，各時期均以T1處理莖圍最高，總體上T1處理有利于煙草莖圍生長。

2.5.3 葉片數

表2 不同處理不同移栽天數后煙草莖圍

表3顯示，各處理煙草葉片數隨移栽天數增加。但各處理間差異不大。

表3 不同處理不同移栽天數后煙草葉片數

2.5.4 最大葉面積

表4顯示，各處理煙葉最大葉面積隨移栽天數增加而增大。除移栽30 d外，移栽后不同時期，均以T3處理有最大葉面積，總體上T3處理有利于提高煙草葉面積生長。

表4 不同處理下不同移栽天數后煙草最大葉面積變化

2.6 對烤后煙常規化學成分的影響

表5顯示，T3處理的烤后煙葉的總糖、還原糖含量、鉀含量、兩糖比和糖堿比化學成分含量最高，分別為26.36%、24.21%、2.22%、0.92和10.75。總氮和煙堿含量及鉀氯比則以CK處理最高，達到2.41%，2.69%和14.30。總體T3處理有利于協調烤后煙葉化學組成。

表5 不同處理烤后煙葉化學組成及含量

2.7 對烤后煙中性致香物質的影響

表6～7顯示，類胡蘿卜素含量呈現T3>T2>CK>T1的順序，其中T3含量為71.71 μg·g-1。苯丙氨酸類為T2>CK>T3>T1，其中，T2含量為21.16 μg·g-1。類西柏烷基類以T3處理最高，為12.66 μg·g-1。棕色化反應產物以T3處理最高，達到12.67 μg·g-1。新植二烯類、其他類和致香物質總量則以T3含量最高，為1 021.44 μg·g-1、2.94 μg·g-1和1 133.43 μg·g-1。總體來說，T2處理有利于提高烤后煙葉致香物質組成。

表6 不同處理烤煙中性香氣成分

表7 不同處理烤煙中性香氣成分

2.8 對烤煙經濟性狀的影響

表8顯示，T3處理的各指標均高于其他處理，分別為2 055.04 kg·km-2、25.67元·kg-1、52 753.70元·km-2、51.0%和95.6%。總體來看，T3處理的經濟性狀優于其他處理。

表8 不同處理煙草的經濟性狀

3 小結與討論

T1處理有利于提高土壤速效磷和速效鉀含量。T2處理有利于提高土壤堿解氮、可溶性碳氮含量及蔗糖酶和脲酶活性，同時提高了根系活力。微生物構成土壤生態環境，是土壤生態系統的組成部分，其活躍性對作物生長的物質循環、氧化分解和生理生化代謝等過程有重要作用[12]。土壤氮素含量、供應能力與煙葉產質有密切關系[13]。T3處理提高煙草生長前期土壤有機質含量。但是過高的有機質含量也會造成后期吸氮過剩，反而降低煙葉品質[14]。植株方面， T1處理有利于提高煙草植株莖圍。T3處理有利于煙草株高生長，增大煙葉葉面積。各處理對葉片影響不大。T3處理有利于協調烤后煙葉化學組成、致香物質組成；且T3處理的經濟性狀優于其他處理。總體來說，T1(常規施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2，餅肥150 kg·hm-2)和T2處理(增施仿生劑0.5%)有利于土壤養分和酶活性的提升；T3處理(常規施肥量3/4，增施高碳基肥料1 500 kg·hm-2、餅肥150 kg·hm-2和仿生劑0.3%)對植株的生長、經濟效益效果更佳。高碳基肥是一種以生物炭為主要原料的新型有機肥料，從現階段的研究成果來看，高碳基肥在改良植煙土壤理化性狀、提高養分含量、促進烤煙生長和改善烤煙品質等方面成績斐然[15-16]。