微生物菌劑對修文煙區植煙土壤理化性狀及烤煙產質量的影響

余佳斌，張曉強，文錦濤，程傳策,2*，廖 勇，任春燕

(1.貴州省煙草公司貴陽市公司，貴州 貴陽 550001；2.河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002)

煙草是我國重要的經濟作物之一，但由于大量不合理的施肥以及長時間的連作，使土壤生態系統惡化，土壤微生物多樣性下降，土壤養分失衡，進而導致煙葉病蟲害增加，影響煙葉生長及生理特性，使得煙葉品質變劣、產值下降[1]。

微生物肥料也稱菌劑或菌肥，是由有益微生物、有機載體、一定量的無機化肥等組成，有些還含有大量有機物料[2]。目前，微生物肥料所用的有益微生物包括根瘤菌、磷細菌、鉀細菌等，其主要作用是固定空氣中的氮、活化土壤中的磷和鉀等養分，還可拮抗病原菌、減輕病蟲害、促進作物生長發育、提高作物抗逆性等[3]。曾慶濱等[4]研究了微生物菌劑對烤煙根際土壤脲酶和過氧化氫酶活性的影響，結果表明，微生物菌劑能顯著提升根際土壤脲酶活性和過氧化氫酶活性，分別提高了10.3%和50.3%。陳沖等[5]研究發現，施用微生物菌劑促進了烤煙生長發育，烤煙株高、單株葉數、最大葉面積和莖圍等農藝性狀指標均有顯著提升。弓新國等[6]研究發現，菌劑在苗期和大田期施用均可促進烤煙生長，減少病害發生，煙葉產量、質量分別提高9.2%和13.8%。

關于施用微生物肥料使作物增產的研究較普遍，但研究主要集中在通過微生物肥料的施用來優化土壤結構，但微生物肥料的施用對作物的生理生化效果的影響研究較少。本試驗以煙草為研究對象，根據其需肥及生長特性，研究不同微生物肥料對土壤理化性質、微生物種類及數量、土壤養分供應、煙草生長發育和煙葉品質的影響，以期篩選出適合貴州修文煙區的微生物肥料。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗于2016年2—10月在貴州省貴陽市修文縣進行，當地氣候屬亞熱帶季風濕潤區，年平均氣溫13～16 ℃，平均降水量為1 000～1 250 mm之間，無霜期269 d。試驗地土壤為當地代表性土壤，肥力中等，地勢平坦，灌排方便。密度以當地推薦密度為準。土壤pH 5.95，有機質31.18 g·kg-1，全氮1.54 g·kg-1，全磷0.93 g·kg-1，全鉀13.94 g·kg-1，堿解氮115 mg·kg-1，有效磷24.08 mg·kg-1，速效鉀290.80 mg·kg-1。

供試品種為當地主栽品種云煙87。有機肥為河南威寶肥業有限公司生產，其N+P2O5+K2O≥5%，有機質≥45%；生物有機肥為河南金匯農業科技有限公司生產，有機質≥40%，有效活性菌≥0.2億·g-1；生物菌肥為江蘇農樂科生物技有限公司生產，有效活性菌≥0.2億·g-1，有機質≥40%；益生源健康肥料為南陽市益生源肥業有限公司生產，益生源富含磷、鉀、硅、鈣、鎂、硫、硼、鋅、銅、鐵、鉬、錳、硒等50多種天然中、微量元素及有益元素，有效活菌數2.0～5.0億·g-1，有機質30%。

1.2 處理設計

以667 m2為施肥單位，試驗設5個處理。對照(CK)即按當地常規施肥方式；T1為施200 kg有機肥；T2為施300 kg生物有機肥；T3為施40 kg生物菌肥；T4為施60 kg益生源健康肥。每處理重復3次，共計15個小區，每小區50 m2，共需試驗面積750 m2，隨機區組排列。

試驗地于2016年2月25日育苗，4月20日移栽。在大田起壟時，將各處理不同生物菌劑隨窩肥施入煙株根部，667 m2窩肥為55 kg酒糟和35 kg煙草專用復合肥(N 12%,P2O59%,K2O 13%)；在煙苗移栽時，667 m2施用煙草專用復合肥(N 15%,P2O58%,K2O 7%)2.5 kg，對水50 kg，作定根水每株澆肥液0.21～0.25 kg；在煙株移栽20 d時，667 m2施入煙草專用復合肥(N13%,K2O 26%)20 kg。移栽后30、60、90和120 d取根際土壤進行測定；分別取各處理的C3F初烤煙葉樣品2 kg，抽除煙梗，40 ℃干燥2 h，粉碎，過0.425 mm孔徑篩，煙末裝入密閉袋中。

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 土樣采集

采用抖根法[7]，分別于煙株移栽后30、60、90、120 d對每個處理植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣，取樣時采集耕作層土樣1.5 kg，混合均勻后，用四分法取1 kg土樣送檢。

1.3.2 煙樣采集

煙葉分級結束后，以處理為單位留取各小區標記葉，用于內在化學成分分析和感官質量評價。

1.3.3 測定項目與方法

農藝性狀調查。各小區選擇有代表性的煙株10株煙株掛牌標記，分別于煙株移栽后30、60、90 d對煙株株高、莖圍、葉片數、最大葉長寬等農藝性狀進行調查。

土壤化學性質指標。煙株移栽后30、60、90、120 d，對植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣，測定土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質等化學指標；測定方法為土壤堿解氮采用堿解擴散法、土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3法、土壤速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法和土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法[8]。

土壤相關酶指標。煙株移栽后30、60、90、120 d，對植煙根際土壤5 mm范圍內進行取樣，測定土壤蔗糖酶和土壤脲酶；測定方法為土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水楊酸比色法，以葡萄糖mg·g-1、24 h、37 ℃為單位；土壤脲酶活性采用奈氏比色法，以NH4-N mg·g-1、24 h、37 ℃為單位[9]；

中性致香物質。中性致香成分：前處理采用“同時蒸餾-二氯甲烷溶劑萃取”法[10]。在500 mL圓底燒瓶中加入10.000 g煙樣(過0.25 mm孔篩)、1.0 g檸檬酸、0.5 mL內標、350 mL蒸餾水。安裝同時蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加入40 mL二氯甲烷于250 mL燒瓶中，待開始沸騰時進行同時蒸餾萃取。裝置中出現分層時開始計時。2.5 h后，收集250 mL燒瓶中的有機相，加入10 g左右無水硫酸鈉搖勻至溶液澄清，轉移有機相到雞心瓶，于60 ℃水浴濃縮有機相至1 mL左右，即得煙葉精油。所得樣品由GC/MS鑒定結果和NIST11庫檢索定性。GC/MC分析條件，色譜柱：HP-5(60 m×0.25 mmid×0.25 μmdf)；載氣：He；流速：0.8 mL·min-1；近樣口溫度：250 ℃；傳輸線溫度：280 ℃；離子源溫度：177 ℃；升溫程序：初溫50 ℃，恒溫2 min后，以2 ℃· min-1的速度升至120 ℃，5 min后2 ℃· min-1的速度升至240 ℃，保持30 min；分流比1∶15；進樣量2 μL；電離能70 eV；質量數范圍50～500 amu；采用NIST02譜庫檢索定性。假定相對校正因子為l，采用內標法定量。

經濟性狀。以小區為單位單獨采收烘烤、分級計產[10]。開烤前調查實收株數，對各小區標記煙株標記下部葉(4～7葉位)、中部葉(9～12葉位)、上部葉(14～17葉位)。烘烤結束后，按小區進行分級，再統計煙葉產量、產值、均價、上等煙比例、上中等煙比例。

1.4 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 不同生育時期煙草農藝性狀

由表1可以看出，在煙草移栽后不同時間中，不同處理對煙草的農藝性狀影響也存在一定差異。在移栽后30 d時，不同處理間主要的農藝性狀均沒有明顯差異，說明在生長初期，不同施肥處理之間的作用還未表現出來。但在移栽后60 d時，除莖圍稍有差異外，其他指標仍未表現出顯著差異。隨著煙株生長，在移栽后90 d，不同處理之間出現不同差異，其中T2處理在所有主要的農藝性狀上均表現出較高的水平。

表1 不同處理主要生育時期煙草主要農藝性狀

注：同列無相同小寫字母表示處理間差異顯著。

2.2 不同生育時期土壤酶活性動態變化特征

2.2.1 土壤脲酶

土壤脲酶是土壤氮周轉的主要酶類，其活性大小可以表征土壤氮素周轉情況[11]。圖1顯示，在煙草的不同生長時期，不同施肥處理的脲酶活性大體呈現先上升后下降的趨勢；總體施用菌肥的處理的脲酶活性顯著高于對照處理。在移栽后30 d時，施肥處理的脲酶活性均顯著高于對照(T1處理除外)，這說明菌肥中的微生物已適應當地的土壤環境，外來添加的微生物活性高于土壤中原著微生物的活性。在移栽后的60 d，則以T3處理的脲酶活性最高，T2處理次之。在移栽后的90和120 d雖然總體上各處理的脲酶活性均有所降低，但仍以施用菌肥的處理顯著高于對照處理。所以，施用菌肥能增強土壤脲酶活性。

圖1 不同處理土壤的脲酶活性

2.2.2 土壤蔗糖酶

土壤蔗糖酶是土壤含碳有機物的主要轉化酶，其活性用來表征土壤中含碳有機物的轉化強度[12]。圖2顯示，土壤蔗糖酶活性總體呈先略有降低后保持大體穩定并上升的趨勢。在煙草移栽后30 d時，施用菌肥的處理總體顯著高于不施用菌肥的對照，且以T3處理的蔗糖酶活性最高。在煙草移栽后的60和90 d中，土壤蔗糖酶的總體活性水平變化不明顯；但施用菌肥的處理仍顯著高于對照。在120 d時，總體蔗糖酶活性相對有所升高，整體趨勢與90 d時相似。

圖2 不同處理土壤的蔗糖酶和脲酶活性

2.3 不同生育期土壤基本化學性質變化特征

2.3.1 土壤堿解氮

堿解氮是土壤速效氮的主要形態，表征土壤的供氮強度，直接影響作物對氮素的吸收利用[13]。從圖3可以看出，植煙土壤的堿解氮含量呈現先略有上升后降低的趨勢。在煙草移栽后的前中期(30 d、60 d和90 d)，土壤堿解氮變化不太明顯，其中60 d和90 d時較30 d時略有升高，但在120 d時，各處理堿解氮水平大幅降低。整體來看，不同施菌肥處理的堿解氮含量均顯著高于對照處理。在移栽30 d時，施用菌肥處理中以T2和T3處理的堿解氮含量顯著高于其他處理。但在移栽后60 d時，雖然施用菌肥的處理的堿解氮含量仍顯著高于對照，但不同菌肥處理間差異不顯著。移栽后90 d和120 d時，T2、T4處理堿解氮含量顯著高于其他處理，且這3個處理間差異不顯著。整體來看，施用菌肥能夠顯著提高土壤中堿解氮的含量，且以T2和T3處理效果相對較好。

2.3.2 土壤速效磷

圖3顯示了土壤速效磷在煙草不同生育時期的動態變化。總體上，雖然不同處理間土壤速效磷含量差異顯著，但相同處理不同時期變化除對照外不明顯。在煙草移栽后30 d時，各施微生物肥料處理的土壤速效磷含量均明顯高于對照，但以T3處理的速效磷含量差異顯著于對照。但在煙草移栽后60 d和120 d不同處理間雖然有一定差異，但差異不顯著。總體而言，施用微生物菌肥的處理在速效磷的解析上有一定作用，但不同種類的菌肥差異較大，以T3處理效果相對較好。

2.3.3 土壤速效鉀

圖3顯示了土壤中速效鉀的含量變化趨勢。不同處理間雖然含量上有一定差異，但在不同生育時期變化不明顯，其變化趨勢總體與土壤速效磷相似。不同生育時期中，均以T2、T4處理土壤速效鉀含量較高，且處理間差異不顯著；說明總體來看這3個處理對土壤鉀素的解析效率更高。

圖3 不同處理土壤的堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質含量

2.3.4 土壤有機質

土壤有機質是評價土壤肥力高低的一個主要指標。其含量水平直接指代土壤肥力水平的變化[14]。圖3顯示，總體上，土壤有機質含量雖然在不同處理間差異顯著，但在相同處理的不同生育時期變化不顯著，處于一個相對平穩的水平，這和土壤有機質的周轉緩慢的特性是一致的。土壤微生物菌肥主要是為土壤提供不同的微生物種群，在土壤有機質的周轉方面是起到礦化分解的作用。從整體的土壤有機質含量變化來看，施用菌肥的處理雖然在一定程度上提高了土壤有機質含量，但總體表現不明顯。

2.4 烤煙中性致香物質含量

不同處理的中性致香物質含量存在著較大的差異。從表2可以看出，各處理中性致香物質總量表現為T4>T2>T3>CK>T1，T4處理的總含量最高，達到728.64 μg·g-1，比對照高了37.0%；T2、T3和CK處理次之，且處理間差異不明顯；T1處理表現較差。

對比不同處理各種中性致香物質的含量可以看出，各處理中性致香物質含量的差異主要表現為類胡蘿卜素類物質、類西柏烷類物質以及棕色化產物含量的差異，T3處理這3類物質的含量明顯高于其他處理，而這3類物質，尤其是類西柏烷類降解產物茄酮，是煙草的特征香氣，在煙葉香氣產生的過程中扮演著重要的角色。可見，T3處理所使用的生物菌劑能夠明顯增加初烤煙葉中性致香物質含量，改善煙葉的抽吸品質。

表2 不同處理烤后煙C3F中性香氣組成 μg·g-1

2.5 烤煙經濟效益

由表3可以看出，不同處理對烤煙的經濟效益的影響，從產量上看呈現T3>T2>T4>T1>CK。不同處理的均價差異不明顯，但不同處理的上等煙和上中等煙比例總體呈現施用菌肥的處理高于對照，且T2和T4處理的上等煙比例較高，而T3處理的上中等煙比例較高。T3處理的產值高于其他處理?？傮w來說，施用菌肥在一定程度上提高了此地區烤煙的各項經濟指標，提高了烤煙的產值，以T3處理表現較好。

表3 不同處理烤煙的經濟指標

3 小結與討論

土壤微生物和酶是土壤生物化學特性的重要組成部分，在土壤養分轉化循環、有機質分解等方面起著重要作用，是土壤肥力的一個重要指標，常被用于評價土壤質量的生物學特性[15]。不同菌肥施用在煙草前中期對煙草的主要農藝性狀影響不明顯，在煙草生長的中后期才顯出不同的差異，且以T2處理的效果較好。

施用菌肥能夠顯著土壤中脲酶和蔗糖酶活性，促進土壤含碳有機物的轉化，且以T3處理的效果最佳。施用微生物菌劑能顯著提高土壤堿解氮、速效磷和速效鉀等的含量，對有機質的增加效果不明顯。施用菌肥在一定程度上提高了此地區烤煙的各經濟指標，提高了烤煙的產值，以T3處理表現較好。

T4處理對烤后煙香氣物質總量增加明顯，能在很大程度上改善煙葉的吃味。

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