有機肥碳氮比對土壤有機質組分及煙葉香氣量的影響

2021-03-22 07:20:50陸引罡

湖南農業科學 2021年1期

李昂，陸引罡

（1. 貴州大學農學院，貴州貴陽 550025；2. 貴州省煙草公司遵義市公司務川縣分公司，貴州務川 564300）

煙草是我國重要的經濟作物，主要種植于西北、西南及華東地區[1-2]，由于土地資源有限、煙草需肥量大等因素，煙區普遍存在連作和大量使用化肥的情況；長此以往，將導致植煙土壤有機質大量消耗，土壤結構被破壞，土壤肥力和質量下降[3]。有機碳是土壤有機質的主要成分，通常認為土壤肥力與土壤有機碳含量密切相關，增加土壤有機碳含量，可達到提高作物質量及產量的目的[4]。作為以葉片為收獲對象的作物，煙草的生長周期較短，煙株整體生物量較大，且即便在采摘期仍在獲取養分，故種植煙草對土壤肥力的消耗是巨大的[5]。有機肥含有多種礦質元素及豐富的腐殖質。研究表明，施用有機肥可增加土壤微生物群落和多樣性，提高土壤有機質（SOM）、有機碳（SOC）及溶解性有機質（DOM）含量[6]。對于煙草而言，有機肥可有效提高土壤養分水平、土壤酶活性，并改善煙葉品質[7-9]。碳氮比（C/N）是影響堆肥過程和最終有機肥成品品質的重要因素[10-11]。目前關于不同碳氮比有機肥的報道多集中于肥料制作階段，例如已知原料碳氮比為25～35 時堆肥效果較佳等，但關于不同碳氮比有機肥的田間使用效果的研究鮮有報道。基于此，筆者以云煙97 為材料，探索腐熟有機肥碳氮比對植煙土壤有機質組分及煙葉香氣量的影響，為優質煙葉生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在貴州省遵義市正安縣班竹鄉萬家山村進行，試驗地較規則平整，供試土壤為黃壤，肥力均勻，pH 值7.45，有機質21.84 g/kg，全氮1.12 g/kg，堿解氮62.54 mg/kg，有效磷28.01 mg/kg，速效鉀205.1 mg/kg。

供試烤煙品種為云煙97，包衣種子來自貴州省良種繁育基地，由當地育苗場育苗。

供試肥料為煙草專用基肥（N-P2O5-K2O=9-9-20）和煙草專用追肥（N-P2O5-K2O=8-3-15）；供試不同碳氮比有機肥由玉米秸稈與牛糞復配（若氮不足用尿素補足），各碳氮比有機肥發酵通風方式、發酵腐熟劑、堆肥方式及成品理化性質等見團隊前期文章[12-14]。

1.2 試驗方法

試驗共設置5 個處理，分別為：CK，當地常規施肥（基肥750 kg/hm2、追肥225 kg/hm2，氮肥基追比為15 ∶4）；T1，在CK 基礎上加入9 000 kg/hm2碳氮比為20 的腐熟有機肥；T2，在CK 基礎上加入9 000 kg/hm2碳氮比為25 的腐熟有機肥；T3，在CK基礎上加入9 000 kg/hm2碳氮比為30 的腐熟有機肥；T4，在CK 基礎上加入9 000 kg/hm2碳氮比為35 的腐熟有機肥。每個處理重復3 次，共15 個小區，每個小區36 m2，行株距110 cm×60 cm，種植密度15 000株/hm2；同一區組內隨機排列，小區間設保護行和走道。

采用漂浮育苗法培育煙苗，待煙苗長至5 葉一心時單株移栽。基肥在起壟時一次性條施，不同碳氮比有機肥皆作為底肥同基肥一次性加入，基追比與CK一致；追肥于移栽21 d 后每周1～2 次共分4 次水溶加入。田間管理參照當地優質煙生產標準進行，且同一作業在當日完成。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤有機質及其組分測定煙株種植60 d 后隨機選取各處理長勢均一的煙株，采集煙株根際土壤，測定其有機質組分。采用水合熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定土壤中有機質含量[15]，土壤有機碳及溶解性有機質（DOM）參考He 等[16]的方法采用有機碳分析儀（Elementar vario-TOC，Germany）測定。利用Jerry等[17]提出的方法，將根際土壤DOM 分為親水性酸（HIA）、親水性堿（HIB）、親水性中性物質（HIN）3種組分。將DOM 溶液泵入裝有Amberlite XAD-8 樹脂的玻璃柱，用6 mol/L HCl 將樣品pH 值酸化至2，在2 個相連的Amberlyst 15 和Amberlyst A21 樹脂上循環，析出物即為HIN 組分。用0.1 mol/L NaOH 從Amberlyst 15 和Amberlyst A21 上解吸分別得到HIB 和HIA 組分。用有機碳分析儀測定DOM 各組分的含量。

1.3.2 煙葉香氣成分測定方法烤煙成熟后單采單收、掛牌標記、統一烘烤，隨機選取烤后中部橘黃煙葉進行香氣量分析。采用同時蒸餾萃取（SDE）分離煙葉香味物質，采用GC 法測定其酸性成分，采用GC-MS 法測定其中性成分。酸性物質GC 條件：Perkin Elmer Auto-System GC 色譜儀（配置分流/不分流進樣口），毛細管柱為HP-FFAP（50 m×0.32 mm× 0.53 μm）；進樣口溫度250 ℃，載氣氮氣，柱頭壓100 kPa；火焰離子化檢測器（FID）設置為270℃，檢測器氫氣流量35 mL/min，空氣流量350 mL/min；進樣方式為先不分流，1 min 后再分流，分流比20/1，進樣量2 μL；以標準物質保留時間進行定性，以內標法定量，內標物質為乙酸苯乙酯；升溫程序為70℃1 min，以4℃/min 的速度升溫至210℃，保持20 min。中性物質GC-MS 條件：色譜柱為DB-5（30 m×0.25 mm× 0.25 μm），升溫程序為40℃2 min，以4℃/min 上升到 250℃，保持10 min；進樣口250℃，載氣氦氣，柱頭壓 100 kPa，分流比30/1，進樣量1.0 μL；傳輸線溫度250℃，離子源溫度170℃；EI 能量70 eV，掃描范圍 35～350 uam；內標物質為芳樟醇，利用NIST 和WILEY 這2 個譜庫對采集到的質譜圖進行串聯檢索，采用面積歸一法定量。GC 色譜參數同酸性物質檢測條件。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2013 進行數據的初步處理，采用IBM SPPS 22.0 軟件中的One-way 進行顯著分析（P ＜0.05），所有圖均采用Origin 9.0 繪制。

2 結果與分析

2.1 有機肥碳氮比對植煙土土壤有機質及有機碳的影響

圖1 施用不同碳氮比有機肥的植煙土壤有機質及有機碳含量

土壤有機質（SOM）及有機碳（SOC）是評價土壤肥力的重要指標，同時也是反映土壤養分供應潛力的具體表征。由圖1 可知，各處理SOM 含量由高到低依次為T4 ＞T3 ＞T2 ＞T1 ＞CK，表明施用不同碳氮比有機肥其SOM 含量均顯著增加，其中以T4處理的SOM 含量最高，達37.99 g/kg，T3 其次，為36.74 g/kg，T4、T3 間無顯著差異，皆顯著高于其他處理，且較CK 分別提高35.76%和40.39%。各處理煙株根際土壤SOC 規律與SOM 基本一致。

2.2 有機肥碳氮比對植煙土壤溶解性有機質及其組分的影響

由圖2A 可知，DOM 含量與SOM、SOC 規律基本一致，即CK 處理土壤DOM 含量最低，顯著低于有機肥處理（T1～T4）。在不同碳氮比有機肥處理中，各處理的DOM 含量由低到高依次為T1 ＜T2 ＜T3＜T4，表明DOM 含量隨著有機肥碳氮比例的增加而增加。在DOM 各組分中（圖2B），各處理均以親水性酸（HIA）組分較高，說明HIA 是DOM 的主要成分，且各處理中HIA 比例由低到高依次為CK ＜T1 ＜T2＜T3 ＜T4，表明HIA 可能隨著有機肥C/N 比例的升高而升高。親水性中性物質（HIN）與親水性堿（HIB）中，前者比例略大于后者。

2.3 有機肥碳氮比對煙葉酸性香氣成分的影響

煙葉香氣量是抽吸品質的重要表征，酸性香氣物質對于卷煙醇和度及口感有積極作用，低分子量的酸性香氣物質能夠改善煙草酸堿度，賦予煙氣吸味及芳香特征。由表1 可知，各處理煙葉酸性香氣含量存在一定差異，其中以T4、T2 處理酸性香氣總量較高，顯著高于其他處理；CK 與T1 處理差距較小，未達顯著水平，但皆顯著大于T3 處理。就煙葉酸性香氣成分來看，不同碳氮比有機肥對酸性香氣物質含量的影響結果不一，以碳氮比為35 的T4 處理效果較佳。

2.4 有機肥碳氮比對煙葉中性香氣成分的影響

圖2 施用不同碳氮比有機肥的植煙土壤溶解性有機質含量（A）及其組分所占比例（B）

表1 施用不同碳氮比有機肥的煙葉酸性香氣成分

表2 施用不同碳氮比有機肥的煙葉中性香氣成分

中性香氣成分是影響煙葉的重要化學成分，其含量多少是衡量煙葉香氣的強弱的重要參考指標，中性香氣物質有大馬酮、二氫獼猴桃內酯、二氫大馬酮、茄酮、巨豆三烯酮及新植二烯等。由表2 可知，不同處理煙葉的中性香氣成分含量不一，就總量來看，以T1 處理較低，與CK 處理差異未達統計學差異水平；兩者中性香氣成分含量皆顯著低于T2～T4 處理，其中以T3 處理中性香氣總量較高，T2、T4 處理其次，三者間無顯著差異。上述結果表明，有機肥碳氮比較高時更有利于煙草中性香氣成分的提升。

2.5 有機肥碳氮比與土壤溶解性有機質含量、煙葉香氣成分總量的相關性分析

因SOM、SOC 及DOM 趨勢相同，所以筆者以DOM 為例，對DOM 與有機肥碳氮比、香氣成分總量與有機肥碳氮比、DOM 與中性香氣量進行了相關分析，結果如圖3 所示，煙株根際土壤DOM 含量隨有機肥碳氮比的增加而增加，且相關性達顯著水平；酸性香氣量和中性香氣量均隨有機肥碳氮比的增加而增加，但相關性不顯著；中性香氣量隨DOM 含量的升高而增加，但兩者間相關性亦無統計學意義。