豆漿灌根對土壤生物化學性狀及烤煙質量的影響

戴華鑫 楊軍杰 劉文濤 彭仁杰 汪強 馮磊 陳彥春 張艷玲 奚家勤

摘 要：近年來，烤煙豆漿（傳統豆漿和酵解豆粕）灌根技術成為河南三門峽煙區的一項常規農藝措施。為揭示豆漿灌根對煙葉質量的影響及相關原因，采用盆栽和大田試驗，分析了豆漿灌根對烤煙質量、煙株農藝性狀、根系生長和土壤生物化學（酶活性、活性有機碳和土壤蛋白）指標的影響。結果表明，與對照相比，豆漿灌根對烤煙物理特性、化學成分、外觀質量和感官品質等方面均有提升作用；豆漿灌根提高了中部葉長度和上部葉寬度，根表面積、根體積和根干重增加；豆漿灌根后土壤酶活性變化不大，土壤活性有機碳含量在灌根初期上升明顯，土壤蛋白含量在灌根后較長時間內保持較高水平。因此，豆漿灌根后土壤蛋白和活性有機碳含量上升可能是烤煙根系干物質積累增加和煙葉品質提升的主要原因之一。

關鍵詞：烤煙；豆漿灌根；煙葉質量；土壤蛋白；活性有機碳

中圖分類號：S572.062 文章編號：1007-5119（2018）05-0064-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.05.009

Abstract： In recent years， soymilk （traditional soymilk and fermented soymeal） root irrigation has become a routine agricultural technical measure in Sanmenxia tobacco-planting areas of Henan Province. To unravel the effects of soymilk root irrigation on the quality of tobacco and related mechanisms， pot and field experiments were conducted to analyze the effects of soymilk root irrigation on tobacco root growth， agronomic traits and soil biochemical characteristics （enzyme activity， active carbon and soil protein index）. The results showed that soymilk root irrigations improved the quality of tobacco including physical characteristics， chemical composition， appearance and sensory property. Soymilk root application also increased the middle leaf length， upper leaf width， root surface area， root volume and root dry weight. Soil enzyme activities changed little after soymilk irrigation； however， soil active carbon increased significantly at the early stage after irrigation， soil protein index could maintain a high level in a long time after soymilk root irrigation. Therefore， the enhancement of soil protein index and active carbon content after soymilk root irrigation may be one of the main reasons for its promotion of tobacco root growth and tobacco leaf quality.

Keywords： flue-cured tobacco； soymilk root irrigation； tobacco leaf quality； soil protein index； active carbon

烤煙豆漿灌根是起源于河南三門峽煙區的一項生產技術措施，常年推廣面積占本地煙葉種植總面積的90%以上。傳統豆漿灌根主要包括豆漿制作和田間施用兩部分，煙農將大豆浸泡后打碎，密封保存一周，灌根前兌水混勻，澆灌于煙株根系旁邊的穴中[1]。由于豆漿中含有多種有機營養成分，傳統豆漿灌根的實質是有機肥結合定量澆水補肥（鉀）的一體施用技術，是植煙土壤保育的地方特色實踐。研究發現，傳統豆漿灌根可提高煙葉物理特性和化學成分指標[2]，優化中部和上部煙葉的香氣物質總量和質量[3]。有機酸配合傳統豆漿灌根能促進烤煙的生長發育，提高株高、莖圍、葉長、葉寬和生長勢[4]。傳統豆漿配施腐熟牛糞和芝麻餅肥可顯著促進煙株生長發育，提高煙株的抗病性和烤煙感官品質[5]。目前，與傳統豆漿制作及施用時多依靠煙農經驗、缺乏統一標準相比，通過工廠自動化加工后的酵解豆粕質量穩定，營養成分豐富，已經逐步應用于煙葉生產，但其在提高煙葉質量方面的研究相對較少。此外，前人關于傳統豆漿灌根對煙葉質量影響的研究多集中于某一方面，缺乏物理、化學、外觀和感官質量的全方位報道，對于豆漿（傳統豆漿和酵解豆粕）施入后促進煙株生長的機理研究較為匱乏。因此，本研究通過大田和盆栽豆漿灌根試驗，分析煙葉質量、煙株農藝性狀和根系生長指標變化，明確其對土壤酶活性、活性有機碳和土壤蛋白含量的影響，以揭示豆漿施入后促進煙葉生長和品質提升的機理，為豫西優質煙葉生產提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.1.1 大田試驗 2016年選擇河南省三門峽盧氏縣杜關鎮的平整煙田地塊，開展豆漿灌根試驗，烤煙品種K326。土壤肥力中等水平。5月5日移栽，移栽密度1100株/667m2，行距115 cm，株距55 cm。田間管理按照當地種植操作規范進行，各處理間管理措施保持一致，并防止雜草及病蟲害發生。煙苗移栽25 d后進行豆漿灌根，設置3個處理：分別為對照（CK）、傳統豆漿（T1）和酵解豆粕（T2）；傳統豆漿和酵解豆粕灌根量為5 kg/666.7 m2，為消除豆漿中氮素施入因素影響，按照大豆全氮含量7%換算，對照處理中加入2.26 kg/666.7 m2的硝酸銨鈣，兌水混勻后施入煙株根部，田間具體施用方法參考馬京民等[1]。酵解豆粕的營養成分見表1。豆漿灌根后0、5、20、35、55、75和95 d采集大田土壤樣品，帶回實驗室自然風干，用于土壤蛋白和活性有機碳含量檢測。煙株打頂前測定株高、莖圍、葉數、葉長、葉寬等農藝性狀，每處理6個重復；采收后煙葉統一裝于烤房中部，按照當地常規烘烤工藝烘烤。挑選烤后X3F、C3F和B2F等級煙葉，用于煙葉物理、化學、外觀和評吸質量等指標的測定。

1.1.2 盆栽試驗 采集當地土壤充分混勻過篩，去除石子等雜質后裝入塑料盆（40 L）中。選擇長勢一致的烤煙品種K326煙苗，于5月5日前完成移栽，每盆1株，每處理10個重復，移栽25 d后進行處理，具體設置同大田試驗。豆漿灌根處理后每5天采集土樣一次，至豆漿施入后第30天結束。采集土壤樣品分為兩部分，一部分裝入無菌瓶中，冷藏帶回實驗室保存于?4 ℃冰箱中，用于土壤酶活性的測定；另一部分裝于布袋中，帶回實驗室自然風干，過2 mm篩后用于土壤活性有機碳和土壤蛋白含量指標檢測。試驗結束后，用自來水沖洗植株根部，利用WinRHIZO PRO根系掃描系統測定煙草根系生長指標，之后用吸水紙吸干表面水分，置于55 ℃烘箱中烘干后稱其質量。

1.2 測定方法

1.2.1 烤煙煙葉質量指標評價 參考文獻[6]評分體系考察烤煙各項指標。

1.2.2 土壤酶活性、土壤蛋白和活性有機碳含量測定 參照關松蔭[7]的方法：分別采用NH4+釋放量法、磷酸苯二鈉比色法、KMnO4滴定法和3，5–二硝基水楊酸比色法測定脲酶、磷酸酶、過氧化氫酶和蔗糖酶活性。

參照康奈爾土壤健康評價方法測定土壤蛋白和活性有機碳含量[8]。具體方法：稱取3.0 g土樣于50 mL玻璃離心管中，加入24 mL檸檬酸鈉（20 mmol，pH 7.0），震蕩5 min，高溫高壓處理（121 ℃， 103.4 kPa 30 min，冷卻至室溫，抽取2 mL泥漿渾濁液，10 000×g離心5 min后取上清液，利用BCA蛋白試劑盒檢測土壤蛋白含量。稱取1.5 g土樣于50 mL塑料離心管中，加入25 mL的KMnO4（20 mmol），室溫振蕩1 h，2000 r/min離心5 min，取上清液用去離子水按1∶50稀釋，紫外分光光度計565 nm吸光度比色皿檢測活性有機碳含量。

1.3 數據處理

試驗數據采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0進行整理和統計分析，單因素法方差分析和Duncan's新復極差法檢驗差異顯著性。

2 結 果

2.1 豆漿灌根對烤煙質量的影響

2.1.1 豆漿灌根對烤煙物理特性的影響 由表2看出，各處理間同一等級煙葉厚度差別不大；下部葉中，對照煙葉密度偏低，豆漿灌根后的煙葉密度較為合適；上部葉中，對照煙葉密度相對偏高。酵解豆粕處理后中部葉和上部葉單葉重高于對照；各處理的平衡含水率均表現較好，高于13%；與酵解豆粕處理相比，對照的下部葉拉力偏大；豆漿灌根后中部和上部煙葉伸長率相對較高。從煙葉物理特性總分來看，豆漿灌根對烤煙上部葉的物理質量提升作用較為明顯，對中部葉物理質量影響不大。

2.1.2 豆漿灌根對烤煙常規化學成分的影響 由表3看出，與對照相比，傳統豆漿處理后下部葉總植物堿含量升高，下部葉和中部葉的還原糖和總糖含量顯著下降，中部葉鉀含量相對較高；酵解豆粕處理后中部葉總植物堿含量顯著升高。豆漿灌根后的中部葉和上部葉淀粉含量均低于對照，氯含量在同一部位不同處理間無顯著差別。從常規化學成分總分來看，豆漿灌根顯著提高了各部位煙葉質量，且與酵解豆粕相比，傳統豆漿對下部葉的提升作用更為顯著。

2.1.3 豆漿灌根對烤煙外觀質量的影響 由表4可知，與對照相比，豆漿灌根后下部葉和中部葉的顏色、葉片結構和身份等指標得分均有顯著增加，下部葉和上部葉的油分增幅明顯；酵解豆粕處理后，下部葉和中部葉的成熟度顯著提高，上部葉身份得分也明顯增加。從總分來看，豆漿灌根顯著提高了各部位外觀質量，且與傳統豆漿相比，酵解豆粕對下部葉的提升作用較為顯著。

2.1.4 豆漿灌根對烤煙感官質量的影響 從感官質量總分來看（表5），豆漿灌根對中部葉和上部葉感官質量提升作用明顯。與對照相比，傳統豆漿和酵解豆粕施入后，中部葉分別提升了1.68分和1.64分，上部葉分別提升了1.45分和1.39分。從具體指標來看，傳統豆漿和酵解豆粕施用后中部葉香氣質和香氣量明顯改善，上部葉的香氣量和余味分值增加。此外，豆漿灌根顯著提高了下部葉香氣量得分，但對其他指標無顯著影響。

2.2 豆漿灌根對烤煙農藝性狀的影響

由表6看出，豆漿灌根對烤煙株高、節距、莖圍、留葉數、中部葉最大葉寬、上部葉最大葉長等指標無顯著影響。酵解豆粕處理后中部葉最大葉長為65.8 cm，顯著高于對照（63.5 cm）。傳統豆漿和酵解豆粕處理后的上部葉最大葉寬均為22.2 cm，顯著高于對照（20.5 cm）。因此，豆漿灌根能促進煙葉的生長，主要表現在中部葉長度和上部葉寬度。

2.3 豆漿灌根對烤煙根系生長的影響

由表7看出，與對照相比，豆漿灌根后的煙株總根長、根直徑、單位體積根長無顯著變化。與對照相比，傳統豆漿和酵解豆粕處理后，根表面積分別提高了16.4%和26.8%，根體積分別提高了23.1%和37.2%，根干物質量分別提高了13.0%和23.3%。因此，豆漿灌根能促進烤煙根系的生長發育，主要表現在根表面積和根體積。

2.4 豆漿灌根對土壤生物化學指標的影響

2.4.1 豆漿灌根對土壤酶活性的影響 由表8看出，傳統豆漿灌根后5 d，土壤蔗糖酶活性高于對照，之后3種處理之間無顯著差異。酵解豆粕灌根后5 d，土壤磷酸酶活性顯著高于對照，之后3種處理之間無顯著差異。豆漿灌根對土壤過氧化氫酶活性及脲酶活性無顯著影響。總體來看，豆漿灌根對土壤酶活性的影響不明顯。

2.4.2 豆漿灌根對土壤活性有機碳和土壤蛋白含量的影響 由表9看出，盆栽條件下，土壤活性有機碳含量在豆漿灌根后5 和10 d顯著高于對照，灌根后15和20 d，各處理之間無顯著差別，灌根后25 和30 d，豆漿處理后活性有機碳含量高于對照。除酵解豆粕處理15 d時與對照無顯著差異外，在其余4個時間點上，豆漿灌根處理的土壤蛋白含量均顯著高于對照。

大田試驗結果顯示，與對照相比，傳統豆漿處理后5和20 d，土壤活性有機碳含量較高。豆漿灌根后5、20和35 d，土壤蛋白含量顯著高于對照；灌根后55、75和95 d，不同處理間的土壤蛋白含量無顯著差異。

3 討 論

3.1 豆漿灌根提升煙葉質量

目前，豆漿灌根技術已成為豫西三門峽地區烤煙生產的一項常規農藝措施。有報道指出該技術具有成本低、易操作、肥效好、生態環保等特點，能有效促進大田煙株生長發育，增強煙株自身營養和抗性，提高煙葉產量和質量[1]。適量的豆漿灌根能夠顯著改善烤煙各部位葉片的物理特性，優化葉片主要化學成分指標，有效提高煙葉的可用性，改善煙葉品質，增加種煙經濟效益[2]。與常規施肥措施相比，增施豆制品處理對煙葉中葉綠素、類胡蘿卜素含量提高幅度較大；與增施其他有機物質如芝麻、豆參相比，增施豆漿發酵物后煙葉中葉綠素降解產物新植二烯含量和類胡蘿素降解產物總量增幅較高[9]。豆漿灌根提高了烤煙中部和下部煙葉香氣物質的總量和質量，香氣物質含量的增加主要來源于棕色化產物類、類西柏烷類和胡蘿卜素類香氣物質[3]。本研究發現，與對照相比，豆漿（傳統豆漿和酵解豆粕）灌根提高了中上部煙葉的伸長率，降低了中上部煙葉的淀粉含量，提升了中部煙葉的顏色、葉片結構、身份、色度等化學指標，改善了煙葉的香氣質、香氣量和余味等感官指標。綜合來看，豆漿灌根從感官、化學、外觀和物理特性等方面綜合提升了煙葉質量。

3.2 豆漿灌根促進烤煙生長發育

研究表明，土壤酶活性綜合指標是土壤生態因子中僅次于有機質方面的重要指標[10]。施用翻壓綠肥[11]、餅肥[12]、混合有機肥[13]能明顯提高烤煙根系土壤酶活性；但也有報道指出如草炭、生物碳等有機物對土壤酶活性無顯著影響[14]。土壤脲酶和磷酸酶對烤煙莖的發育作用明顯，蔗糖酶能有效促進葉片發育[15]。除磷酸酶外，土壤酶活性明顯受烤煙生長發育的影響，在烤煙不同生育階段差異顯著[16]。本研究中，豆漿灌根前后土壤過氧化氫酶和脲酶變化不大，這可能與檢測時間段均處于烤煙同一生長期有關，也可能受豆漿是以水溶的施用方式影響；土壤蔗糖酶和磷酸酶在灌根后短時期內有所提高，但整體變化不大，說明豆漿灌根通過提高土壤酶活性途徑進而促進烤煙生長發育的作用有限。

活性有機碳和土壤蛋白是康奈爾土壤健康評價體系中必備的土壤生物學指標[8]，與土壤微生物活性和植株根系生長密切相關。研究發現，混合有機肥、草炭和汽爆玉米秸稈等有機物料可明顯提高土壤活性有機碳含量和碳庫活度，改善煙株根際土壤環境，協調根際土壤特性和煙株生長發育[13-14]。本研究發現，土壤活性有機碳在豆漿灌根初期（10 d）上升明顯。土壤活性有機碳作為土壤中微生物的主要碳源，可促進煙株根系附近形成更加健康的土壤微生態環境，促進根系生長發育，這可能是豆漿灌根促進煙葉根系及地上部葉片生長的原因之一。

土壤蛋白對于土壤團聚化過程、土壤質量改善和評價具有非常重要的意義[17]。本研究發現，豆漿灌根后土壤蛋白含量在較長時間內（30 d）保持較高水平，對根系土壤健康微生態環境的改善作用較大，可促進煙草根系較好的生長發育，地上部吸收養分更加均衡足量，煙葉農藝性狀和煙葉質量均有顯著提升。

4 結 論

與對照相比，傳統豆漿和酵解豆粕灌根后提升了煙葉的物理、化學、外觀和感官品質；豆漿灌根后中部葉葉長和上部葉葉寬增加，煙株根表面積、根體積和根干物質量明顯提高；豆漿灌根后活性有機碳和土壤蛋白含量上升可能是其促進煙株根系生長和提升煙葉品質的主要原因之一。

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