施用土壤調理劑對烤煙生長和產量及品質的影響

徐敏張翔李亮邱嶺軍*李琦司賢宗索炎炎何 雷 陳啟龍

（1河南省煙草專賣局（公司），河南鄭州 450000；2河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州 450002；3河南省煙草公司臨潁縣公司，河南臨潁 462600）

適宜的土壤條件是優質煙葉生產的基礎，是影響煙株生長發育和煙葉內在品質的首要環境因素，烤煙的產量和質量與土壤理化性質存在密切關系[1]。河南省煙區是我國濃香型烤煙的主產區。長期以來，煙農盲目追求煙葉高產和經濟效益，采用偏重施用化學肥料等不合理的農業措施，造成土壤板結、養分比例失調、團粒結構遭到破壞、微生物群落多樣性降低及煙葉質量特色弱化、土傳病害加重等問題[2-4]，使原有的農田生態系統發生很大變化，這嚴重制約著綠色煙葉產量和品質的提升。因此，應改變施肥方式，優化施肥結構，改良煙田土壤質量，以實現河南省煙草產業可持續發展[5]。

土壤改良劑作為改良土壤的新技術、新手段，是提高烤煙生產力、提升烤后煙葉化學成分、改善長期連作和根際碳氮代謝的一項重要技術措施[6-7]，具有用量少、成本低、生態環保、肥效好等優點。周杰文等[8]研究結果表明，施用化學改良劑時配施生物有機肥土壤調理劑能有效提高植煙土壤pH值、土壤養分效果和提高烤后煙葉的產量和品質。于曉東等[9]研究表明，施用腐殖酸土壤調理劑能夠有效維持土壤酸堿平衡，改善土壤理化性質，對提高小麥產量有積極作用。施用土壤調理劑對作物生長、土壤改良以及化肥減量具有積極的意義，已成為近年來的研究熱點之一[10-12]。然而，還需結合本地土壤環境特點、作物種植模式制定具體方案。目前，關于不同土壤調理劑對烤煙生長和產量及品質的研究還較少。因此，本研究通過田間小區試驗，研究不同土壤調理劑對煙田土壤質量和煙葉品質的影響，為篩選出適宜河南省煙區的土壤調理劑、進一步提高煙葉品質、彰顯河南省煙葉濃香風格特色提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

2020年在河南省臨潁縣固廂鎮大師村進行大田試驗，試驗地地勢平坦，肥力均勻一致，排灌條件良好。試驗地土壤基本理化性質：pH值7.4，有機質11.4 g/kg，堿解氮 70.5 mg/kg，有效磷 10.9 mg/kg，速效鉀108 mg/kg。前茬為烤煙。

1.2 供試材料

供試烤煙品種為中煙100。

供試肥料為芝麻餅肥（含純N 5%）、磷酸一銨（含純 N 11%、P2O544%）、硝銨磷（含純 N 32%、P2O54%），硫酸鉀（含 K2O 50%）。

供試土壤調理劑為高分子材料調理劑、有機碳調理劑、多糖類調節劑、海藻調理劑、石膏調理劑。

1.3 試驗設計

試驗共設7個處理，分別為僅施化肥作對照（CK）、施有機肥（T1）、施有機肥+高分子材料調理劑（T2）、施有機肥+有機碳調理劑（T3）、施有機肥+多糖類調理劑（T4）、施有機肥+海藻調理劑（T5）、施有機肥+石膏調理劑（T6）。采用小區對比試驗，3次重復，共21個小區，隨機組區排列，小區面積72 m2（4.8 m×15.0 m）。

1.4 試驗實施

試驗于5月10日選取長勢均勻的煙苗進行移栽，行株距為120 cm×50 cm。試驗各處理氮、磷、鉀肥用量相同，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）肥施用量分別為67.50、101.25、236.25 kg/hm2。 氮肥的 70%、鉀肥的50%、芝麻餅肥和磷肥全部條施；氮肥的30%和鉀肥的20%穴施；鉀肥的30%追施。除施肥條件不同外，其他栽培措施均按當地優質煙葉管理措施進行。

1.5 測定項目及方法

分別于團棵期（6月11日）、旺長期（6月28日）、圓頂期（7月14日）以及成熟期（8月18日）取樣，除團棵期整株取樣，其余生育期取樣將煙株挖出后，對根、莖、葉進行分別制樣。用清水將根、莖、葉樣品沖洗干凈，105℃殺青30 min，然后75℃烘干至恒重，粉碎過40目篩保存，用于分析鉀、氯含量等化學品質指標。在圓頂期，每小區隨機選擇3株，用一次性塑膠手套采集中部葉5～6 g，用錫紙包好置于液氮罐中，迅速帶回實驗室-80℃冰箱保存，用于丙二醛、可溶性糖和抗氧化酶等指標測定。

1.5.1 最大葉面積測定。在團棵期、旺長期、圓頂期，調查最大葉的葉長和葉寬，用卷尺測量每片煙葉從主脈基部至葉尖的直線長度和葉片中部最寬處兩支脈末端之間的寬度，不足0.5 cm按0.5 cm計算，然后參照中國煙草行業標準《煙草農藝性狀調查測量方法》（YC/T 142—2010）計算最大葉面積。

1.5.2 干物重測定。在團棵期、旺長期、圓頂期和成熟期，挖取煙株前，先摘下所有葉片，并注明標簽，這樣可避免運輸過程中煙葉的掉落損失，分根、莖、葉放入烘箱中105℃殺青30 min，再在60～70℃下烘烤72 h，使用百分之一天平稱量。

1.5.3 光合速率測定。在圓頂期，采用Li6400便攜式光合儀測定，只測定中部葉（從上往下數4～5葉位），測定時間為天氣晴朗的上午 10：00—12：00。

1.5.4 葉綠素含量（SPAD值）測定。在團棵期、旺長期、圓頂期，每處理隨機選取3株烤煙，采用葉綠素儀（Chlorophyll meter，SPAD-502）測定中部葉片的葉尖、葉中、葉基的SPAD值。

1.5.6 抗氧化酶活性、丙二醛及可溶性糖含量測定。過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）分別采用紫外吸收法、氮藍四唑法、愈創木酚法進行測定[13]；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性利用AsA-POD催化AsA與H2O2反應，使AsA氧化成單脫氫抗壞血酸（MDAsA）。隨著AsA被氧化，溶液中290 nm波長下的消光度值下降，根據單位時間內A290減少值，計算AsA-POD活性；丙二醛（MDA）含量采用雙組分光光度計法測定[14]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[15]；蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250法測定。

1.6 數據處理

采用Excel 2003和SPSS 20.0進行數據的處理與分析，利用重復測量方差分析以及多重比較法（LSD）分析不同處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同處理對烤煙農藝性狀的影響

由表1可知，團棵期時，烤煙株高表現為處理T3＞處理 T2＞處理 T5＞處理 T4=處理 T6＞處理 T1＞CK，施用不同調理劑處理的莖圍和葉片數與對照僅施化肥處理均存在顯著差異。與 CK 相比，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的最大葉面積分別增加了 23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%。旺長期時，各處理的株高以處理T3最高，且顯著高于處理T1、T4和CK。莖圍以處理T5、T3較大，分別較CK高27.27%和21.21%。最大葉面積以處理T3最大，且與處理T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在顯著差異。 葉片數以處理 T2、T3最多，為19.50片；處理T4、CK最少，為18.00片。圓頂期時，各處理株高、最大葉面積、葉片數與旺長期相比顯著增加，株高、最大葉面積和葉片數均以處理T3最大，較CK分別提高了11.18%、23.02%、10.00%。由此表明，施用土壤調理劑處理烤煙農藝性狀在各時期均優于未施調理劑處理，尤其是處理T3效果最優，可顯著促進煙株的生長發育。

表1 不同處理對烤煙農藝性狀的影響

2.2 不同處理對烤煙干物質積累的影響

由表 2 可知，團棵期時，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6與CK均存在顯著差異，全株干物質含量較CK增加11.43～18.54 g/株， 具體表現為處理 T3＞處理 T5＞處理T2＞處理 T4＞處理 T1＞處理 T6＞CK。 旺長期時，處理 T2、T3、T4、T5、T6的根、莖、葉干重均高于處理 T1、CK，其中根、莖、葉干重以處理T3最高。圓頂期時，處理T3根和葉干重與處理 T1、T2、T4、T4、T6、CK 均存在顯著差異，不同處理全株干重表現為處理T3＞處理T2＞處理 T5＞處理 T4＞處理 T1＞處理 T6＞CK。成熟期，處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的根干重分別較 CK 增加了 24.87%、29.12%、33.46%、26.89%、25.48%、25.27%。隨著烤煙生長，根所占比例（12.84%～18.39%）維持在平穩狀態，莖所占的比例（18.87%～48.88%）不斷增加，葉所占比例（36.48%～67.04%）逐漸下降。綜上，處理T3烤煙干重表現出明顯優勢，較其他處理可以顯著增加烤煙的干重。

表2 不同處理對煙株干物質積累的影響 單位：（g·株-1）

2.3 不同處理對烤煙光合指標和葉綠素含量（SPAD 值）的影響

由表3可知，處理T2、T3的凈光合速率較CK明顯增加，其中處理 T3最大，達 17.92 μmol CO2/（m2·s）。氣孔導度大有利于CO2的交換和葉肉CO2濃度的增加，氣孔導度表現為處理T3＞處理T2＞處理T5＞處理T4＞處理 T6＞處理 T1＞CK。胞間 CO2濃度可從側面反映CO2的利用率及凈光合速率，CK胞間CO2濃度值最高，為 316.66 mg/kg；處理 T3最低，為 221.88 mg/kg，兩者差異極顯著。蒸騰速率表現為處理T3＞處理T2＞處理 T1＞處理 T5＞處理 T4＞處理 T6＞CK。

表3 不同處理對烤煙光合作用速率的影響

由表4可知，烤煙團棵期和旺長期檢測到的煙葉葉綠素含量（SPAD值）高于圓頂期，且葉尖部位的SPAD值是葉基部位的1.05～1.31倍。不同生育期葉尖部位SPAD值的變化幅度明顯大于葉基部位，同一片葉葉中部位的SPAD值居于葉基和葉尖兩部位之間。整體來看，處理T3的SPAD值顯著高于其他處理，處理 T2、T3、T4、T5、T6的 SPAD 值與處理 T1、CK 相比在同一煙葉不同部位有所提高，尤其葉尖部位提高最顯著。

表4 不同處理對烤煙葉綠素含量（SPAD值）的影響

2.4 不同處理對烤煙葉片抗氧化酶活性的影響

植物自身具有活性氧清除的酶促系統和非酶促系統，而CAT、SOD、POD、APX所形成的抗氧化機制對維持植物生長極為重要。各處理對烤煙葉片中抗氧化酶活性的影響如圖 1 所示， 處理 T2、T3、T4、T5、T6的烤煙葉片CAT、POD和APX與CK相比均大致顯著提高。其中，以處理T3的CAT、SOD和POD活性最高，分別提高了133.48%、30.18%、188.01%，且處理 T3的 POD 活性與處理 T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在顯著差異。APX活性以處理T4最高，分別較CK和處理T1提高了54.16%、30.49%。

2.5 不同處理對烤煙丙二醛（MDA）含量的影響

不同處理對烤煙葉片中MDA含量的影響如圖2所示，MDA含量高達0.01 μmol/g鮮重，且CK與其他處理均存在顯著差異，處理T1、T2次之，MDA含量以處理T3最低，為0.001 μmol/g鮮重，與CK相比，處理T3的MDA含量降低了90%。由此表明，有機碳調理劑+有機肥處理顯著降低了煙株葉片中的丙二醛含量，從而減緩了烤煙葉片的膜脂過氧化作用。

2.6 不同處理對烤煙可溶性糖和蛋白質含量的影響

從圖3可以看出，在烤煙圓頂期，處理T3的可溶性糖含量顯著高于其他處理，且與處理T1、T2、T4、T5、T6、CK存在顯著差異。煙葉中蛋白質含量過高，其在燃燒時會發出難聞的氣味，且燃燒性能不良，制成品味苦、澀、辛辣有毒，嚴重影響煙葉的香味品質和安全性，但蛋白質含量過低又會使香氣不夠濃重。處理T2、T3、T4、T6蛋白質含量均與CK存在顯著性差異，較CK分別增加了10.24%、13.05%、26.63%、19.32%，但處理T1、T5與CK間無顯著性差異。

2.7 不同處理對烤煙化學成分的影響

由表5可知，各處理煙葉化學成分總糖為18.4%～25.6%，還原糖14.8%～21.3%，煙堿2.26%～3.00%，總氮2.19%～2.44%，鉀0.76%以上，氯0.66%以下，糖堿比6.74～11.06，氮堿比0.80～0.97，鉀氯比≥1.36，總糖與還原糖的比值（兩糖比）≥1.09。處理T3中部煙葉烤后的鉀含量、氯含量、糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內，較CK煙葉鉀含量提高35.29%，氯含量升高25.0%，表明施用有機肥+有機碳調理劑處理較其他處理更能有效促進烤煙生長并使烤后煙葉內在化學品質更協調。

表5 不同處理對烤后中部煙葉化學成分的影響

2.8 不同處理對烤后煙葉經濟性狀的影響

由表6可知，施用土壤調理劑的處理烤煙產量、產值、均價、上中等煙率均有不同程度提高。與CK相比， 處理 T1、T2、T3、T4、T5、T6烤煙產量提高 89.22～310.05 kg/hm2，煙葉產值分別提高了 27.23%、27.99%、38.42%、26.72%、30.53%、9.41%； 均價分別提高了 21.38%、11.81%、19.86%、20.57%、18.89%、4.74%；上中等煙率分別提高了12.05%、10.85%、15.92%、9.60%、8.85%、4.87%。處理 T3烤后煙葉品質最佳且經濟性狀好，較CK產量提升了15.49%，產值增加了38.42%，均價提高了19.86%，上中等煙率提升了15.92%，處理T3在產量、產值、均價和上中等煙率等方面顯著優于處理 T1、T2、T4、T5、T6、CK。 由此表明，施用有機肥+有機碳調理劑處理可提高上中等煙率、均價和煙葉產量、產值，對提升烤煙的經濟效益有積極作用。

表6 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

3 結論與討論

植物抗氧化酶系統活性的變化及膜脂過氧化作用已經廣泛用于植物對逆境反應機理的研究[16]。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化物酶（POD）是植物細胞內清除活性氧過程中最主要的抗氧化酶類，相互之間的協同作用可以使植株在一定程度上減輕生境脅迫[17]。SOD作為首先起作用的抗氧化酶，在清除活性氧過程中將超氧化物陰離子自由基O2-迅速歧化為過氧化氫和O2。盡管過氧化氫對植物體有害，但有機體內的CAT和POD會立即將其分解為水[18]。張永峰等[19]研究發現，苗期紫花苜蓿在逆境脅迫下SOD、POD和CAT活性均有不同程度的升高趨勢。在逆境脅迫環境下，抗逆性強的植物品種抗氧化酶活性增加相對較多，對自由基具有較強的清除能力，進而起到保護光合作用機構的作用，從而能夠適應惡劣的生活環境，但抗逆性弱的可能缺乏這種應激機制則表現出相反趨勢[20]。Wang等[21]研究發現，在煙草葉片中轉入超氧化物歧化酶基因后，煙葉的光合效率在鹽脅迫環境下較對照處理有顯著的提高，同時煙株的抗逆水平也有所提升，這與本研究結果一致。本研究發現，增施有機肥和土壤調理劑對煙葉的抗氧化酶活性均有不同程度的提高，不同處理之間CAT、SOD和POD活性均以有機肥+有機碳調理劑處理最高，與僅施化肥處理相比，分別提高了133.48%、30.18%、188.01%。尤其是施用有機肥+有機碳調理劑后顯著降低了煙株葉片中的丙二醛含量，從而減緩了烤煙葉片的膜脂過氧化作用。煙葉的可溶性糖和蛋白含量也均在適宜范圍，表明施用土壤調理劑能夠有效提升烤煙的品質[22]。

施用有機肥和土壤改良劑可有效改善煙株的農藝性狀，對煙株株高、莖圍及葉面積等均有不同程度提高，可作為土壤養分的重要補充，為煙株生長提供充足的營養[23]。本研究結果表明，施用不同土壤改良劑不僅改善了烤煙植株的生長狀況，還不同程度地提高了煙株株高、莖圍及最大葉面積。團棵期時，與僅施化肥處理相比，僅施有機肥、有機肥+高分子材料調理劑、有機肥+有機碳調理劑、有機肥+多糖類調理劑、有機肥+海藻調理劑、有機肥+石膏調理劑處理烤煙團棵期最大葉面積分別增加了23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%， 葉片數也分別增加了13.33%、20.00%、20.00%、13.33%、13.33%、20.00%，而且有利于煙株干物質積累；成熟期，與僅施化肥處理相比，根、莖、葉干物質積累量提高幅度分別為 24.87%～33.46%、3.35%～64.35%、10.03%～66.30%。另外，本研究結果表明，不同土壤改良劑的材料來源及組成成分不同對連作煙田土壤的改良效果也存在差異，其中有機肥+有機碳調理劑處理較僅施化肥處理產量提升15.49%，產值增加38.42%，均價提高19.86%，上中等煙率提升15.92%，有機肥+有機碳調理劑處理在產量、產值、均價和上中等煙率均優于其他處理，且烤后煙葉的鉀含量、氯含量、糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內[23]。因此，在本試驗條件下，有機肥+有機碳調理劑處理改良效果最佳，能提高烤煙的產量和品質以及煙農的收益。