改良劑對(duì)土壤pH和烤煙上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀及品質(zhì)的影響

菅攀峰，江智敏，張仲文，趙炯平，張 瑤，鄧小華*，李源環(huán)，張明發(fā)，田 峰

（1浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州 310008；2湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；3湖南省煙草公司湘西州公司，吉首 416000）

適宜的植煙土壤是提高煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)的重要基礎(chǔ)［1］，但不合理施用化肥及烤煙連作，導(dǎo)致植煙土壤酸化加劇［2］，不利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。土壤改良劑能夠修復(fù)酸性植煙土壤［3］，有效地促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成、降低土壤容重、改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況［4］，并對(duì)土壤微生物產(chǎn)生積極影響［5］，從而促進(jìn)煙株生長(zhǎng)［6］，改善煙葉葉片組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)品質(zhì)協(xié)調(diào)性和可用性，提高煙葉品質(zhì)［7］。上部煙葉占單株煙葉的30%～40%，對(duì)烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)都起到重要的作用［8］。但有關(guān)改良劑對(duì)烤煙上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀和質(zhì)量影響的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，筆者研究了3種土壤改良劑對(duì)酸性植煙土壤pH的改良效應(yīng)及其對(duì)烤煙上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀及品質(zhì)的影響，以期為提高上部煙葉質(zhì)量和選擇適宜的酸性土壤改良劑提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2017年在湖南省花垣縣（28°31′35″N，109°27′4″E）進(jìn)行。該地平均海拔 530.0 m，年平均氣溫15.0℃，年降水量1363.8mm，無(wú)霜期279.0 d，全年日照時(shí)數(shù)1219.2 h，屬亞熱帶季風(fēng)山地濕潤(rùn)氣候區(qū)［9］。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為黃紅壤，土壤 pH為5.11，有機(jī)質(zhì) 23.43 g／kg，堿解氮79.95 mg／kg，有效磷 6.53 mg／kg，速效鉀 118.64 mg／kg。

供試烤煙品種‘云煙87’。石灰為當(dāng)?shù)厥惺郏回S收延酸性土壤調(diào)理劑（以“堿性鈣渣”為主要原料，增加菱鎂礦并經(jīng)過(guò)一系列特殊工藝制作而成，主要成分為CaO、MgO、SiO2等）由西部環(huán)保有限公司生產(chǎn)；金葉酸性土壤改良劑（主要成分為CaO、MgO）由湖南金葉眾望肥料有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，T1：豐收延酸性土壤調(diào)理劑，用量1125 kg／hm2；T2：金葉酸性土壤改良劑，用量1125 kg／hm2；T3：石灰，用量 2250 kg／hm2；CK：常規(guī)栽培，不施改良劑。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積33 m2。改良劑于整地起壟前按用量均勻撒施。烤煙施氮量 109.5 kg／hm2，氮磷鉀比例為1∶1.27∶2.73。烤煙種植密 度 為 16 500株／hm2（1.20 m×0.5 m）。其他栽培管理措施按湘西優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)及方法

（1）土壤pH。采用5點(diǎn)取樣方法，于烤煙移栽后 30、60、90、120 d（終采期）在兩煙株的壟中間采集0～20 cm耕作層土壤，制成混合土樣，登記編號(hào)，風(fēng)干、粉碎、過(guò)篩保存?zhèn)溆谩２捎秒娢环y(cè)定土壤pH［10］。

（2）烤煙經(jīng)濟(jì)性狀。每個(gè)小區(qū)單采單烤，分級(jí)后考查上部葉上等煙比例、中等煙比例、均價(jià)、產(chǎn)量、產(chǎn)值等煙葉經(jīng)濟(jì)性狀［11］。

（3）煙葉物理特性。按照《烤煙》（GB 2635—1992）標(biāo)準(zhǔn)選取各小區(qū)的上部煙葉具有代表性的B2F等級(jí)，主要測(cè)定開(kāi)片率（葉片寬度與長(zhǎng)度的百分比）、含梗率、平衡含水率、葉片厚度、單葉重、葉質(zhì)重（單位面積煙葉質(zhì)量）等物理特性指標(biāo)［12，13］。構(gòu)建煙葉物理特性指數(shù)用于比較不同處理的煙葉物理性狀綜合效果。具體方法如下：

運(yùn)用效果測(cè)度模型將物理性狀指標(biāo)分別轉(zhuǎn)換為0～1標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值［13］。再采用主成分分析方法確定物理性狀指標(biāo)權(quán)重［13］，開(kāi)片率、含梗率、平衡含水率、葉片厚度、單葉重、葉質(zhì)重等物理特性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值分別為：0.164、0.218、0.128、0.191、0.106、0.193；最后采用加權(quán)指數(shù)和法計(jì)算煙葉物理特性指數(shù)［13］，公式為：（式中：Qij表示第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的無(wú)量綱值，Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重）。物理特性指數(shù)值越大，說(shuō)明物理性狀綜合表現(xiàn)越好。

（4）煙葉化學(xué)成分。采用荷蘭SKALAR San＋＋間隔流動(dòng)分析儀測(cè)定各小區(qū)具有代表性的B2F等級(jí)煙葉總糖、還原糖、總氮、煙堿、氯含量，火焰光度法測(cè)定煙葉鉀含量。構(gòu)建煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)，用于比較不同處理的煙葉化學(xué)成分綜合效果。步驟如下：

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論中的隸屬函數(shù)將各化學(xué)成分的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行0～1的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值轉(zhuǎn)換［14］。再采用主成分分析方法確定化學(xué)成分指標(biāo)權(quán)重，總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯的權(quán)重值分別為0.144、0.159、0.104、0.278、0.246、0.069；最后采用加權(quán)指數(shù)和法構(gòu)建化學(xué)成分可用性指數(shù)［14］，公式為：CUUI＝×Wij（式中：Nij和 Wij分別表示第 i個(gè)樣本第 j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值和權(quán)重系數(shù)）。化學(xué)成分可用性指數(shù)越大，化學(xué)成分綜合表現(xiàn)越好。

（5）煙葉感官評(píng)吸。采用文獻(xiàn)［15］的感官評(píng)吸指標(biāo)，由廣西中煙有限責(zé)任公司技術(shù)中心組織5位感官評(píng)吸專(zhuān)家評(píng)分。采用加權(quán)法計(jì)算感官評(píng)吸總分，分別將香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、透發(fā)性、柔細(xì)度、甜度、余味、濃度、勁頭等指標(biāo)賦予 0.15、0.15、0.10、0.10、0.10、0.10、0.10、0.10、0.05、0.05的權(quán)重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010及SPSS 20.0等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，小寫(xiě)字母表示差異顯著性在0.05水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤pH的影響

由圖1可知，在烤煙移栽后30 d，施用土壤改良劑的T1、T2、T3處理土壤pH由5.11（背景值）分別升高至6.25、5.97、6.93，較土壤背景值分別升高了1.14、0.86、1.82，以后呈下降趨勢(shì)并逐步趨于穩(wěn)定；至120 d，T1、T2、T3的土壤 pH分別穩(wěn)定在 5.53、5.83、6.57，較土壤背景值分別升高了 0.42、0.72、1.46。CK的土壤pH分布在4.92～5.17，烤煙生育后期（90～120 d）CK土壤pH略低于土壤背景值。不同改良劑對(duì)土壤pH的影響存在差異。移栽后30～120 d，T1、T2、T3的土壤pH顯著高于CK，其中T3處理pH最高，顯著高于T1、T2，T1、T2間土壤pH差異不顯著。可見(jiàn)施用改良劑可顯著降低土壤酸度，提高土壤pH，其中，以石灰改善酸性土壤效果最好。

圖1 施用不同改良劑后土壤pH的變化Fig.1 Chang of soil pH under different amendments app lication

2.2 對(duì)上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表1可知，T1、T2、T3的上等煙比例較CK分別高11.78%、23.86%、35.31%，均價(jià)較CK分別高0.11%、5.25%和 8.38%，產(chǎn)量較 CK分別高36.19%、41.71%和41.71%，產(chǎn)值較 CK分別高29.41%、34.81%和45.93%。可見(jiàn)，施用酸性土壤改良劑可提高上等煙比例、均價(jià)和煙葉產(chǎn)量，提高烤煙產(chǎn)值。從不同改良劑看，T1、T2、T3處理對(duì)烤煙上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響效果差異不顯著，施用石灰提高上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀效果最好，豐收延酸性土壤調(diào)理劑次之。

表1 施用不同改良劑的上部煙葉經(jīng)濟(jì)性狀比較Table 1 Comparison of econom ic characters of flue－cured tobacco under different soil amendments

2.3 對(duì)上部煙葉物理特性的影響

由表2可知，T3、CK的平衡含水率、單葉重、葉質(zhì)重顯著高于T1、T2。從物理特性指數(shù)看，T1、T2、T3較CK分別高0.20%、0.35%、2.50%，其中 T3顯著高于其他處理。可見(jiàn)，施用豐收延酸性土壤調(diào)理劑和金葉酸性土壤改良劑可能會(huì)降低上部煙葉平衡含水率、單葉重和葉質(zhì)重；但施用石灰可提高上部煙葉物理特性指數(shù)。

表2 施用不同改良劑的上部煙葉物理特性比較Table 2 Comparison of physical characteristics of flue－cured tobacco under different soil amendments

2.4 對(duì)上部煙葉化學(xué)成分的影響

由表3可知，煙葉總糖和還原糖含量呈T2＞T3＞T1＞CK，處理間差異顯著；煙葉總氮含量是CK＞T2＞T3＞T1，T1、T2、T3的總氮含量顯著低于 CK；煙葉煙堿含量是 CK＞T1＞T2＞T3，T1、T2、T3的煙堿含量顯著低于CK；不同處理的煙葉鉀和氯含量差異不顯著。從化學(xué)成分可用性指數(shù)看，T1、T2、T3較CK分別高24.68%、28.48%、29.22%。可見(jiàn)，施用酸性土壤改良劑會(huì)影響煙葉的糖和氮代謝，可提高上部煙葉糖含量，降低煙葉總氮和煙堿含量，提高化學(xué)成分可用性指數(shù)，其中，以施用石灰處理的化學(xué)成分可用性指數(shù)最高。

表3 施用不同改良劑的上部煙葉化學(xué)成分比較Table 3 Com parison of chem ical com position of flue－cured tobacco under different soil am endm ents

2.5 對(duì)上部煙葉評(píng)吸質(zhì)量的影響

由表4可知，與CK相比，T2、T3的香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、刺激性、透發(fā)性、甜度、余味、濃度、勁頭等評(píng)吸指標(biāo)相對(duì)較高。從評(píng)吸總分看，T1、T2、T3的評(píng)吸總分較CK分別高2.24%、5.04%、10.07%；其中，T2、T3的評(píng)吸總分顯著高于CK。可見(jiàn)，施用酸性土壤改良劑可提高上部煙葉評(píng)吸質(zhì)量，以施用石灰處理的評(píng)吸總分最高，其次是金葉酸性土壤改良劑處理。

表4 施用不同改良劑的上部煙葉評(píng)吸質(zhì)量比較Table 4 Com parison of smoking quality of flue－cured tobacco under different soil amendments

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，施用改良劑后30 d，植煙土壤pH相對(duì)于背景值快速升高，顯著高于不施改良劑的CK處理，其中以石灰的改良效果最好；其后由于土壤的酸堿緩沖特性［16］以及烤煙根系分泌有機(jī)酸［17］，土壤 pH逐漸降低并趨于穩(wěn)定，這與郭豪等［18］的研究結(jié)果一致。可見(jiàn)，施用改良劑可顯著降低土壤酸度，提高土壤pH。

土壤pH與植煙土壤的主要養(yǎng)分特征存在一定關(guān)系［19］。酸性土壤中，多數(shù)養(yǎng)分的有效性低、協(xié)調(diào)性差，土壤中Al3＋和重金屬活性較高［20］，微生物活性低［21］，影響根系的生長(zhǎng)發(fā)育和對(duì)養(yǎng)分的吸收［22］，進(jìn)而影響煙株生長(zhǎng)發(fā)育，也對(duì)烤煙上部葉產(chǎn)生影響。施用土壤改良劑，能中和土壤酸性，并在一定程度上增大土壤孔隙度，促進(jìn)根系下扎，為烤煙的根系生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境，為植株后期生長(zhǎng)發(fā)育階段提供充足的養(yǎng)分［23］，同時(shí)能改善煙葉外觀，促使烤煙常規(guī)化學(xué)成分協(xié)調(diào)平衡，降低總氮和煙堿含量，提高總糖和還原糖含量，提高煙葉內(nèi)在品質(zhì)［23］。因此，施用改良劑可提高上部煙葉上等煙比例、均價(jià)和煙葉產(chǎn)量及烤煙產(chǎn)值；可降低上部煙葉總氮和煙堿含量，提高上部煙葉糖含量和化學(xué)成分可用性指數(shù)，可提高上部煙葉評(píng)吸質(zhì)量。

不同土壤改良劑的主要成分不同。豐收延酸性土壤調(diào)理劑以“堿性鈣渣”為主要原料，其含有的CaO成分一般在45%左右，金葉酸性土壤改良劑的CaO含量雖然大于45%，但其提供的OH－遠(yuǎn)小于石灰。所以，從提高土壤pH效果看，施用石灰的處理較好。施用石灰將強(qiáng)酸性土壤pH提高至6.0～7.0，修復(fù)了酸性土壤，改善了土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況［4］，有利于烤煙根系生長(zhǎng)［21］，為上部煙葉充分發(fā)育打下了基礎(chǔ)，從而有利于上部煙葉優(yōu)良品質(zhì)的形成［23］。