減氮配施生物炭基肥對豫中烤煙產質量的影響

王曉強， 許躍奇， 何曉冰， 毛 娟， 張 凱， 徐放達， 張全民， 常 棟

(河南省煙草公司 平頂山市公司， 河南 平頂山 467000)

豫中煙區是我國濃香型煙葉的主要產區之一，由于耕地資源有限，在土壤高強度利用條件下，偏重生產、輕視保育、過量施用氮肥等因素導致植煙土壤質量呈下降趨勢，有機質及微生物減少，養分供應不平衡，這些障礙因素不利于煙株的生長發育，導致烤煙營養失調，煙葉風格特色弱化，嚴重影響優質煙葉生產的可持續發展。因此，尋求合理有效的施肥措施對改善土壤養分狀況，提高煙葉品質具有十分重要的意義。

生物炭是生物質材料在無氧或低氧環境條件下經高溫裂解后得到的固態物質，其有較大的比表面積和發達的孔隙結構[1-2]。近年來，生物炭在農業生產中的應用越來越廣泛[3-4]。生物炭的吸附性能可作為肥料緩釋載體，從而降低肥料養分的流失和淋溶[5]。生物炭基肥是通過向生物炭中定向添加其他類型肥料的一種含碳量豐富的有機肥，其既能彌補生物炭養分不足、消耗量大的問題，也能起到改良土壤，提高作物養分利用效率的目的[6-8]。隨著煙葉生產轉型升級，有機肥代替化肥是實現減少化肥施用量的有效途徑，對提高肥料利用率，降低土壤環境壓力具有重要作用。目前，關于有機無機肥料配合施用的研究較多，主要集中在傳統有機肥方面，在煙草上應用生物炭基肥與氮肥減量配施的研究較少。為此，采用大田試驗方法，研究不同氮素水平添加生物炭基肥對豫中烤煙產質量的影響，以期為濃香型烤煙生產上合理減少化肥用量提供科學依據。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試品種烤煙品種為中煙100，種子由青島中煙種子有限責任公司提供。

1.1.2肥料生物炭基肥(生物炭類型為秸稈炭，有機質含量60%，全氮含量2.5%，全磷含量0.56%，全鉀含量3.4%，pH7.7)，河南寶融生物科技有限公司生產。煙草專用復合肥(N∶P2O5∶K2O為10∶10∶20)，湖北香青化肥有限公司；硫酸鉀(氧化鉀質量分數≥50%)，中福海峽(平潭)發展股份有限公司；重過磷酸鈣(有效磷含量≥42%)，洛陽啟禾生態農業科技有限責任公司。

1.1.3儀器HP5890II-5972氣質聯用儀，Agilent公司。

1.2研究區概況

試驗地位于河南省郟縣茨芭鎮，東經113.08°，北緯34.07°，海拔224 m，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.6℃，≥10℃年活動積溫4 734.9℃，無霜期220 d左右，年平均日照時數2 232 h，日照率50%。年平均降雨量680 mm，7-9月降雨量占全年的70%左右，屬丘陵干熱少雨區，高溫期與多雨期同步，土壤類型為壤土。

1.3方法

1.3.1試驗設計試驗于2017年進行，采用隨機區組設計，共設4個處理。T1，常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥；T2，85%常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥；T3，70%常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥；以常規施肥為對照(CK)，用量以純氮計，52.5 kg/hm2。3次重復，小區約130 m2。所用肥料為煙草專用復合肥、硫酸鉀和過磷酸鈣，各個處理施入的磷鉀量保持不變，分別為52.5 kg/hm2和183.75 kg/hm2，生物炭基肥全部作基肥條施。大田施肥與管理按照平頂山市煙葉生產管理標準體系相關操作規程進行。

常規施肥(以純氮計)：煙草專用復合肥35 kg/667m2，硫酸鉀10.5 kg/667m2；以純氮計即只考慮氮含量的變化，磷鉀含量保持不變。85%常規施肥和70%常規施肥減氮后的煙草專用復合肥用量分別為29.75 kg/667m2和24.5 kg/667m2，減施氮量造成的磷鉀量不足，通過補充硫酸鉀和重過磷酸鈣保持其含量不變。

1.3.2項目測定

1) 煙葉常規化學成分。各小區選取中部和上部代表性煙葉樣品1 kg，常規化學成分按照YC/T159-2002、YC/T160-2002、YC/T161-2002、YC/T217-2007和YC/T162-2011方法測定煙葉中總糖、還原糖、煙堿、鉀和氯的含量。中性致香物質的提取和定性定量檢測采用HP5890II-5972氣質聯用儀對烤后煙進行定性定量分析[9]。

2) 經濟指標。在煙葉成熟時分小區進行采收和編竿，烘烤結束后統計各小區煙葉總質量和各等級煙葉質量，按照2017年河南省煙葉收購價格計算煙葉均價、中上等煙比例和產值。

1.4數據處理

采用SPSS 20.0對數據進行統計與分析。

2結果與分析

2.1不同處理對烤煙常規化學成分的影響

從表1看出，不同處理間烤煙常規化學成分的含量差異較大。上部葉：總糖含量，T2最高，為25.57%；T1次之，為24.77%；CK最低，為19.75%；T2與T3、CK間差異顯著(P<0.05)，T1～T3與CK間差異顯著(P<0.05)，T1與T2間差異不顯著。還原糖含量，T1最高，為21.52%；T2其次，為21.41%；CK最低，為16.93%；T1與T3、CK間差異顯著(P<0.05)，T1～T3與CK間差異顯著(P<0.05)，T1與T2間差異不顯著。煙堿含量，氮肥與生物炭基肥配施各處理均顯著低于CK，T1與T2、T3間差異顯著(P<0.05)，T2與T3間差異不顯著。氯含量和總氮含量，氮肥與生物炭基肥配施各處理均顯著低于CK，T1、T2、T3之間差異不顯著。鉀含量，T2顯著高于CK，其余處理間差異不顯著。化學成分的協調性，氮肥與生物炭基肥配施，鉀氯比和糖堿比較CK均顯著增大，減少氮肥用量對鉀氯比無顯著影響。中部葉：總糖含量，T1最高，為22.80%；CK最低，為19.68%；T1～T3與CK間差異顯著(P<0.05)，T1、T2、T3間差異不顯著。還原糖含量，T1最高，為19.26%；CK最低，為16.73%；T1與CK間差異顯著(P<0.05)。煙堿含量，氮肥與生物炭基肥配施各處理均顯著低于CK，T1與T2間差異不顯著，T1、T2與T3間差異顯著(P<0.05)。氯含量，不同處理間差異不顯著。化學成分的協調性，鉀氯比各處理均大于CK，所有處理間差異不顯著；兩糖比各處理均小于CK，所有處理間差異不顯著；糖堿比各處理均顯著高于CK，T1與T2間無顯著性差異。

表1 不同處理烤煙上部葉及中部葉化學成分的含量

注：各葉位同列不同字母表示處理間差異達顯著水平(P< 0.05)，下同。

Note: Different letters in the same column indicate significance of difference atP< 0.05 level. The same below.

2.2不同處理對烤煙香氣物質的影響

從表2看出，上部葉：香氣成分總量，T1、T2和T3分別較CK提高20.68%、3.09%和13.74%，其中T1最高(新植二烯除外)，較CK提高27%。烤煙上部葉美拉德反應產物總量，T1最高，T2次之，分別較CK提高18.34%和5.35%。芳香族氨基酸降解產物總量，T1最高，T2次之，分別較CK提高34.29%和29.82%，T3較CK降低37.96%，說明過量減少氮肥施用量不利于芳香族氨基酸降解產物的積累，各處理對芳香族氨基酸降解產物影響較大的組分為苯甲醇和苯乙醇。類西柏烷類的茄酮含量，T3最高，T1和T2其次，分別較CK提高51.44%、38.17%和18.29%。類胡蘿卜素降解產物總量，T1最高，T2和T3次之，分別較CK提高23.31%、3.55%和0.5%。生物炭基肥與氮素減量配施對上部葉類胡蘿卜素類香氣物質中影響較大的組分為β-二氫大馬酮和β-環檸檬醛；其他類香氣物質和新植二烯含量均表現為配施處理高于對照。

表2不同處理各部位煙葉中性致香成分的含量

中部葉：香氣成分總量，T1最高，T3次之，T1和T3分別較CK提高18.78%和3.94%，T2低于CK。除新植二烯外的香氣成分總量仍以T1最高，較CK提高23.40%，其次為T2、T3，分別較CK提高21.93%、13.96%。美拉德反應產物總量，在生物炭基肥與氮肥減量配施后增幅較大，其中T2最高，T1次之。芳香族氨基酸降解產物總量，不同處理依次為T2>T1>T3>CK，其中T2較CK增加29.82%，苯乙醛和苯乙醇是影響最大的2個組分。類西柏烷類的茄酮含量，T1最高，較CK提高9.24%，T2、T3較CK略有減少。類胡蘿卜素降解產物總量，T1、T2和T3分別比CK提高26.54%、18.39%和20.21%，其中影響較大的組分為β-二氫大馬酮、二氫獼猴桃內酯和巨豆三烯酮D。其他類香氣物質含量，T1、T2和T3分別較CK提高28%、54%和57.33%；T1、T3新植二烯含量分別較CK提高18.08%和2.42%，T2新植二烯含量較CK有所降低。

2.3不同處理對烤煙經濟性狀的影響

從表3可知，產量，T1最高，為2 228.33 kg/hm2；CK最低，為2 081.33 kg/hm2，T1和T2顯著高于CK。均價，T1、T2和T3均高于CK，CK與T1、T2間差異顯著(P<0.05)，但與T3差異不顯著。產值，T1、T2和T3均顯著高于CK，分別較CK提高14.93%、12.13%和7.87%。中上等煙比例，T1最高，T2次之，均顯著高于CK，T3與CK差異不著性。

表3不同處理烤煙的經濟性狀

3結論與討論

研究結果表明，生物炭基肥與不同氮素水平配合施用對烤煙的總糖、還原糖、總氮和煙堿均有一定的影響。與常規施肥相比，增施生物炭基肥可明顯提高煙葉內總糖、還原糖和鉀的含量，且能降低煙堿和總氮含量，糖堿比提高。減少氮素化肥施用量對煙葉糖含量無顯著影響，在一定程度上降低煙堿含量。與倪超等[10-12]研究結果一致。說明，減氮配施生物炭基肥使煙葉化學成分更加協調，煙葉品質提高。從土壤改良的角度來看，添加生物炭基肥可顯著提高土壤養分含量以及微生物功能的多樣性[13]，使土壤養分供應更加協調，進而促進烤煙的生長發育。

煙葉香氣成分是衡量煙葉品質好壞最重要的指標之一，多種香氣成分的含量和比例共同決定煙葉的香氣質量及香型[14-17]。為便于分析中性致香成分含量的差異，按照香氣前體物質將中性致香成分分為美拉德反應產物、芳香族氨基酸降解產物、類西柏烷類、類胡蘿卜素類降解產物和葉綠素降解產物5類[18]。研究結果表明，減氮配施生物炭基肥可明顯提高煙葉香氣總量。增施生物炭基肥后美拉德反應產物中糠醛、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、5-甲基糠醛含量增幅較大，芳香族氨基酸降解產物中苯甲醇、苯乙醇和苯乙醛含量增幅較大。而在減少氮素30%(70%常規施肥配施生物炭基肥)用量后，美拉德反應產物中的一些香氣成分的含量隨之減少。茄酮是類西柏烷類降解產物，其轉化產物也是重要的煙草香氣物[19]，對于中部葉，隨著氮素施入量的減少，配施生物炭基肥并不能提高煙葉中茄酮的含量，反而略微降低。減氮配施生物炭基肥，煙葉類胡蘿卜素降解產物總量均有所提高，較為明顯的組分有β-二氫大馬酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮，而藏花醛含量變化不明顯。在各類致香物質中，葉綠素降解產物(新植二烯)的含量最為豐富，所占比例在80%以上，煙葉燃燒時，新植二烯可直接進入煙氣，具有減少刺激、醇和煙氣的作用[20]。除新植二烯外的香氣總量上部和中部葉為常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥和85%常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥最高。

生物炭基肥與氮肥配施均可提高煙葉的產量，也相應提高了煙葉的中上等煙比例，從而提高煙葉的均價及產值，增加了煙農的經濟收入。煙葉的風格特色受很多因素的影響，其中施肥是調控土壤生產力的重要手段[21-22]，有機無機肥料配施可兼顧二者的優勢。研究結果表明，生物炭基肥與氮肥減量配施比單施化肥更有利于提高煙葉品質和經濟效益。綜合考慮煙葉產質量、成本以及減少化肥用量、降低農業環境壓力等因素，以85%常規施肥+1.5 t/hm2生物炭基肥(即減氮15%配施生物炭基肥)在豫中煙區的應用效果較好。