高碳基肥對舞陽煙區土壤特性和煙葉品質形成的影響

張 珂，劉國順，王國峰，李學東，王志忠，何孝兵，云 菲，姚 倩，張松濤*

(1.河南農業大學 煙草學院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000；3.重慶中煙工業有限責任公司，重慶 400000)

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高碳基肥對舞陽煙區土壤特性和煙葉品質形成的影響

張 珂1，劉國順1，王國峰2，李學東3，王志忠2，何孝兵3，云 菲1，姚 倩1，張松濤1*

(1.河南農業大學 煙草學院/國家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000；3.重慶中煙工業有限責任公司，重慶 400000)

采用田間試驗的方法，研究了高碳基肥料對舞陽煙區土壤肥力、微生物特性、初烤煙葉化學性質以及香氣物質含量的影響。結果表明：高碳基肥料在移栽后30 d，顯著提高土壤堿解氮、速效磷含量，具體分別表現為：T4>T2>T1>T3>CK，T2>T1>T4>T3>CK；在移栽后45 d，高碳基肥料能夠增加土壤中細菌和放線菌含量，分別以T2和T1處理最高；移栽后120 d施用高碳基肥料土壤中真菌數量均高于對照，以T4處理最高；與對照相比，各處理烤后煙葉鉀含量分別提高13.1%、15.9%、19.6%、9.3%，氯含量分別降低40.7%、42.6%、3.7%、14.8%；高碳基肥料可以增加烤煙中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮等重要致香物質含量。

高碳基肥料；土壤肥力；微生物；化學性質；香氣物質

我國大部分植煙土壤，由于長期過量使用化肥，忽略有機肥的使用，引起土壤酸化、板結、營養失衡，土壤活性降低，有機質減少，從而導致土壤肥力下降[1-3]。與化肥相比，有機肥含有煙草生長發育所需的N、P、K等多種元素，同時含有豐富的有機物質；除能為作物生長提供所需要的養分，提高土壤肥力，改善土壤理化性狀和土壤結構外，還可以增強土壤生物的生物活性，如增加土壤微生物總量，提高土壤酶的活性等[4-7]。唐莉娜等[8]相關研究表明，施用有機肥可以改善初烤煙葉化學品質與香氣，提高煙葉的產量與產值。高碳基肥料作為有機肥料的一種，可以提高土壤有機質含量，調節碳氮比，改善土壤微生物環境，提高肥料利用率，同時還可以提高初烤煙葉中鉀含量，降低氯含量，增加煙葉香氣[9]。目前，國內外在高碳基肥料方面的研究處于起步階段，在煙草上的應用與研究鮮有報道。

舞陽縣地處河南中部，是濃香型煙葉的主產區之一，常年連作使土壤環境發生了變化，從而影響了烤煙的品質和產量，劉朝科等[10]研究發現2007年至2011年期間，舞陽縣主要植煙地區土壤養分含量發生了變化，速效氮含量從2007年開始大幅度降低，速效磷含量也有變化。為了改善舞陽煙區土壤環境和煙葉品質，保持其濃香型的傳統風格，筆者通過施加高碳基肥料研究其對舞陽地區土壤理化性質、微生物含量、初烤煙葉化學成分以及香氣的影響，旨在為高碳基肥料在烤煙生產中的推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014～2015年在河南省漯河市舞陽縣文峰鄉桐陳村煙田進行。供試品種為豫煙6號。土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等、地勢平坦。土壤基礎肥力：速效氮17.47 mg/kg，速效磷26.21 mg/kg，速效鉀234.40 mg/kg，有機質1.17 mg/kg，pH 5.3。

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，分別為： CK，不施肥；T1，常規施肥(5 kg純氮)；T2，高碳基肥料100 kg+3.5 kg純氮；T3，高碳基肥料200 kg+3.5 kg純氮；T4，高碳基肥料300 kg+3.5 kg純氮。試驗采用隨機區組設計，每個處理重復3次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤指標 堿解氮測定采用堿解擴散法；速效磷測定使用碳酸氫鈉比色法[11]。

1.3.2 常規化學成分 初烤煙葉常規化學成分測試包括還原糖、煙堿、總糖、總氮、氯、鉀含量，采用AA III型連續流動化學分析儀測定。

1.3.3 致香物質 使用內標法進行測定[12-14]，將20 g煙樣、1.0 g檸檬酸、1 mL內標(0.37 g/L)加入500 mL圓底燒瓶中，再加入500 mL超純水。安裝同時蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加40 mL二氯甲烷于250 mL 圓底燒瓶中，待開始沸騰時進行同時蒸餾萃取，出現分層便開始計時。2.5 h后，收集250 mL圓底燒瓶中的有機相，加入10 g無水硫酸鈉,搖勻至溶液澄清，轉移有機相到雞心瓶中，水浴濃縮有機相至1 mL左右，轉入色譜瓶中，所得樣品用GC/MS鑒定結果和NIST庫檢索定性。GC/MS 分析條件如下：色譜柱：HP-5(60 mm×0.25 mm，0.25 μm)；載氣及流速為He，0.8 mL/min；進樣口溫度為250 ℃；傳輸線溫度為280 ℃；離子源溫度為177 ℃。 升溫程序：初溫50 ℃，恒溫2 min 后以 2 ℃/min 升至120 ℃，保持5 min 后以2 ℃/min升至240 ℃，保持30 min。分流比為1∶15，進樣量, 2 μL。電離能：70 eV。質量數范圍：50～500 amu。MS譜庫：NIST02。

1.3.4 微生物測定 稱10 g土樣，加入盛有90 mL滅菌水的三角瓶中，將土樣和90 mL滅菌水的三角瓶，放震蕩機上震蕩20 min，取100 μL土壤懸液于900 μL滅菌水中稀釋，依次按10倍法稀釋到10-6(每次吸時反復吸入吹出3～5次)。

采用稀釋平板法測定土壤微生物總數，細菌培養采用牛肉膏蛋白胨固體培養基(牛肉膏5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 5 g/L、瓊脂20 g/L)；放線菌培養采用高氏1號培養基(可溶性淀粉20 g、硝酸鉀1 g/L、七水合硫酸亞鐵0.01 g/L、磷酸氫二鉀0.5 g/L、七水合硫酸鎂 0.5 g/L、NaCl 0.5 g/L、瓊脂20 g/L，臨用時加3%的K2Cr2O7溶液)；真菌培養采用孟加拉紅培養基35 g/L。結果以每克干土所含的微生物數量表示[15]。

2 結果與分析

2.1 高碳基肥料對植煙土壤特性的影響

2.1.1 不同處理土壤堿解氮差異 由圖1可看出，不同高碳基肥處理下植煙土壤的堿解氮含量表現在移栽后30 d呈上升趨勢。移栽后30～45 d，CK、T1、T3處理變化趨勢一致，均呈現上升趨勢，而T2和T4處理則呈現下降趨勢。在移栽45 d以后，各處理均呈現下降趨勢。T4處理在移栽后30 d土壤中堿解氮含量顯著增加，且大于其他處理，表明在畝施純氮3.5 kg/667m2的條件下，高碳基肥料用量在300 kg/667m2時，堿解氮含量增加最為顯著。

圖1 不同高碳基肥料處理下土壤堿解氮含量變化

2.1.2 不同處理土壤速效磷差異 由圖2可看出，整個生育期內各處理表現為先上升后下降的趨勢。移栽后30 d，各處理呈上升趨勢，且各處理土壤速效磷含量表現為：T2>T1>T4>T3>CK，T1處理在移栽后30 d后含量逐漸降低，T2處理在移栽后45 d速效磷含量達到最高值，之后逐漸下降，T3、T4處理速效磷含量分別在移栽后75 d和60 d時有所回升，但總體呈現下降趨勢。總體來看，高碳基肥料能增加土壤中速效磷含量，但不是施用量越多越好，以T2處理最優。

圖2 不同高碳基肥處理下土壤速效磷含量變化

2.1.3 不同處理土壤微生物的差異 煙田根際土壤中細菌的數量從移栽后45 d開始基本呈現下降趨勢(隨生育期延長呈逐漸下降趨勢)，而真菌數量則在前期保持基本不變而在成熟期(移栽后120 d)時達到最大，放線菌的數量則呈先減少后增加再減少的趨勢。高碳基肥料對土壤微生物數量的影響顯著，其中細菌的數量在移栽后45 d時，T2和T3處理均高于對照處理，其中T2處理細菌數量最多，表明高碳基肥料能在移栽后45 d增加細菌的數量。真菌在移栽后120 d時數量最多，并且此時對照和常規施肥的真菌數量差異不顯著，但是施用高碳基肥的處理則表現出隨著高碳基肥施用量的增加，真菌的數量增多，表明高碳基肥料在煙葉生長后期能增加真菌的數量。高碳基肥的處理的放線菌數量在移栽后45 d時高于對照和常規施肥(圖3～圖5)。

圖3 不同高碳基肥處理下土壤細菌數量的變化情況

2.2 不同處理烤煙烤后樣常規化學成分的差異分析

煙葉內在化學成分是評價調制后煙葉樣品的重要品質指標，各項化學成分之間的協調性更是能夠直接反映煙葉的內在品質及其可用性。對調制后各處理烤煙煙葉樣品進行分析，結果見表1。

由表1可知，施用高碳基肥的4個處理氯含量均低于對照，并且鉀含量均高于對照，在提鉀降氯方面，以T2處理氯含量降低比例最多。各處理烤煙還原糖含量低于對照處理，煙堿含量均高于對照處理。總糖含量以對照處理最高，總氮以對照處理最低，由于對照處理中總糖、還原糖含量高，煙堿含量低，所以糖堿比高于其他處理。綜上可知，各處理在不同程度上均改善了烤煙化學成分，高碳基肥料可以提高烤煙中鉀含量，降低氯含量，總體上以T2處理最好。

圖4 不同高碳基肥處理下土壤真菌數量的變化情況

圖5 不同高碳基肥處理下土壤放線菌數量的變化情況

2.3 不同處理烤后樣香氣物質的差異分析

苯甲醇和苯乙醇對卷煙香味有明顯的作用，能使煙氣增加花香的香味， T3處理中的苯甲醇和苯乙醇含量明顯高于其他處理，且高碳基肥處理過的煙葉烤后樣中苯甲醇和苯乙醇含量均高于CK處理，表明高碳基肥能提高烤煙中的苯甲醇和苯乙醇含量。T2和T3處理中的醇類總量明顯高于其他處理。糠醛含量以T2處理最高，苯甲醛以T2處理最高，苯乙醛以T3處理最高，苯甲醛使煙葉增加櫻桃香、杏仁香，苯乙醛使煙葉增加強烈花香、皂香，2,6-壬二烯醛以T1處理最高，藏花醛量隨著高碳基肥用量的增加而增多，5-甲基糠醛能增加煙氣香味濃度，以T2處理最高， T2處理的醛類總量高于其他幾個處理。酮類是重要的致香物質， 6-甲基-5-庚烯-2-酮、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、異佛爾酮、氧化異佛爾酮、茄酮和β-二氫大馬酮均以T2處理最高，β-大馬酮和巨豆三烯酮以T4處理最高。巨豆三烯酮在煙葉中起著主要的發香作用，能使煙氣濃度增加，并賦予白肋煙的香味特征。螺巖蘭草酮、面包酮和法尼基丙酮都以T2處理最高，而3-羥基-β-二氫大馬酮以T4處理最高。2-乙酰基呋喃以T1處理最低，2-乙酰基吡咯以T4處理最高，高碳基肥處理過烤煙的二氫獼猴桃內脂含量均高于不施肥處理，香氣總量以T2處理最高。高碳基肥料可以提高煙葉中一些重要致香物質的含量(表2)。

表1 不同高碳基肥處理烤后煙葉化學成分

表2 不同高碳基肥處理對烤煙中致香物質的影響 μg/g

3 小結與討論

有機肥可以增加土壤中堿解氮、速效磷含量。本試驗中經過高碳基肥料處理土壤中堿解氮和速效磷含量在移栽后30、45 d明顯高于對照處理，與劉國順等[16]的研究結果一致，說明高碳基肥料可以給植株生長提供充足的氮素和磷素。但高碳基肥的施用量與土壤中氮素和磷素的含量并非成正比，只有高碳基肥料在合理的施用量范圍時，高碳基肥料的肥效才能發揮出來。本實驗條件下，T2處理即施純氮3.5 kg/667 m2的條件下，高碳基肥料用量在100 kg時作用效果最佳。

本研究驗證了有機肥料施用量對煙田根際土中微生物數量有影響[17]。發現高碳基肥料施用對于細菌數量的增加整體表現在移栽后45 d之前，可能是高碳基肥料的施用改善了土壤的環境進而使細菌數量增加。而放線菌數量則是在施用后的75 d時增加較多，表明在成熟期高碳基肥料對放線菌數量的增加有顯著效果。而真菌數量的增加則出現在采收結束時，此時高碳基肥料的施用明顯促進了真菌數量的增加，表明高碳基肥料在煙葉生長后期可以提高真菌數量。

有機肥對初烤煙葉化學成分影響較大，可以改善煙葉中化學成分含量，提高煙葉質量，為工業企業提供較好的原料[18-19]。王巖等[20]研究表明不同有機肥種類對煙葉內煙堿含量、總糖、還原糖含量等都產生了不同的影響。本研究表明，高碳基肥料降低初烤煙葉中氯含量，提高鉀含量，可以提高煙葉的燃燒性。高碳基肥料提高了煙葉中煙堿、總氮的含量，可能是高碳基肥料改善土壤環境,促進氮素釋放所致。然而高碳基肥料降低了煙葉中總糖和還原糖的含量，使得初烤煙葉糖堿比均低于對照處理，還需進一步驗證高碳基肥料改善初烤煙葉化學成分的效果。

施用高碳基肥料后，初烤煙葉香氣物質含量中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮含量均高于對照處理。相關研究表明，苯甲醇、苯乙醇對卷煙香味有重要的作用，苯甲醛、苯乙醛能給卷煙添加甜香韻，它們都對煙葉香氣有貢獻[21]。高碳基肥料可以增加初烤煙葉中主要致香物質含量，提高香氣總量(新植二烯除外)，與化黨領等[22]研究結果相似。相關研究表明[23]，烤煙糖含量與香氣總量成正比，而T2處理烤后煙葉糖含量低于CK處理，其原因有待于進一步研究。

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(責任編輯：許晶晶)

Effects of High-carbon Biochar-based Fertilizer on Soil Properties and Tobacco Quality Formation in Wuyang Tobacco-growing Area

ZHANG Ke1, LIU Guo-shun1, WANG Guo-feng2, LI Xue-dong3, WANG Zhi-zhong2,HE Xiao-bing3, YUN Fei1, YAO Qian1, ZHANG Song-tao1*

(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University / National Tobacco Cultivation & Physiology & Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, China; 2. Wuyang Branch, Luohe Tobacco Company in Henan Province, Luohe 462000, China; 3. China Tobacco Chongqing Industrial Limited Liability Corporation, Chongqing 400000, China)

Five fertilization treatments (CK, no fertilization; T1, 5 kg pure nitrogen; T2, 100 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen; T3, 200 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen; T4, 300 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen) were set, and the effects of high-carbon biochar-based fertilizer application on the soil fertility, the characteristics of soil microorganisms, and the chemical properties and aroma components of flue-cured tobacco in Wuyang tobacco-growing area were studied through field tests. The results showed that: applying high-carbon biochar-based fertilizer significantly improved the soil alkali-hydrolyzable nitrogen content (T4>T2>T1>T3>CK) and soil available phosphorus content (T2>T1>T4>T3>CK) on the 30th day after transplanting; applying high-carbon biochar-based fertilizer could increase the quantity of bacteria (the highest in T2) and actinomycetes (the highest in T1) in soil on the 45th day after transplanting; on the 120th day after transplanting, the soil fungal quantity in the treatments of applying high-carbon biochar-based fertilizer was higher than that in CK, and it was the highest in T4; in comparison with CK, the treatment T1, T2, T3and T4increased the potassium content in flue-cured tobacco leaves by 13.1%, 15.9%, 19.6% and 9.3%, respectively, and decreased the chlorine content by 40.7%, 42.6%, 3.7% and 14.8% separately; the contents of benzyl alcohol, phenylethyl alcohol, benzaldehyde, phenylacetaldehyde, megastigmatrienone and other important aroma substances in flue-cured tobacco leaves were increased by the application of high-carbon biochar-based fertilizer.

High-carbon biochar-based fertilizer; Soil fertility; Microorganism; Chemical property; Aroma substance

2016-07-07

“施用有機肥緩解土壤板結提高煙葉品質研究及推廣應用”項目。

張珂(1991─)，男，陜西渭南人，碩士研究生，主要從事煙草品質生態研究。*通訊作者:張松濤。

S572

A

1001-8581(2016)12-0052-05