有機氮替代部分無機氮對初烤煙葉化學成分的影響

趙宇霞， 陸亞春， 宋戰鋒， 農世英， 賴洪敏， 周文亮*， 范東升， 韋忠， 趙磊峰， 年夫照

(1.玉溪市農業科學院，云南 玉溪 653100； 2.廣西壯族自治區煙草公司百色市公司，廣西 百色 533000；3.云南農業大學 園林園藝學院，云南 昆明 650201； 4.云南農業大學 煙草學院，云南 昆明 650201)

近年來，由于大量施用不含有機質的無機化肥，導致植煙土壤出現有機質含量下降、土壤酶活性降低、土壤微生物含量下降、土壤營養不協調等問題，進一步造成煙葉化學成分不協調、香氣質量下降和油分不足，嚴重影響了煙葉的品質[1-3]。有機肥料不僅能給作物提供多種營養成分，而且能改善土壤理化性質，培肥土壤，調節土壤微生物活性和養分供應能力。提高肥料利用率能夠促進煙株生長發育和干物質積累，從而促進煙葉化學成分的協調及香氣物質的形成[4-5]。同時也有相關研究表明，有機肥料中富含大量的有機質以及磷素和鉀素，施用有機肥可以調節土壤中的碳庫與氮庫，改善煙葉化學成分，提高烤煙各類中性致香物質含量和中性致香物質總含量。因而使用有機肥可以提高煙葉的品質，從而提高上等煙的比例[6-7]。因此，本文研究有機氮替代25%的無機氮對初烤煙葉常規化學成分與中性致香物質含量的影響，旨在為合理施肥、提高烤煙品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗位于廣西壯族自治區靖西市新甲鄉，試驗時間為2019年2—9月，試驗地前茬作物為水稻，土壤理化性狀為：pH 6.6，有機質為27.1 g·kg-1，堿解氮為139.5 mg·kg-1，速效磷為23.4 mg·kg-1，速效鉀為108.6 mg·kg-1。

烤煙品種為云煙87。供試肥料為烤煙專用復合肥(N 9%、P2O59%、K2O 26%)；農家肥(稻草秸稈、花生麩、羊糞等發酵漚制N 0.8%、P2O50.2%、K2O 0.9%)；油枯有機肥(有機質≥45%，總養分≥6%)。

1.2 處理設計

以當地常規施肥為對照(CK)，保持純氮量為7.0 kg·hm-2不變，減施25%的化學氮肥施用量(從底肥的烤煙專用復合肥中減除)，以有機肥補充氮源作為底肥施入，每種處理設5次重復。小區四周設置保護行，其他栽培措施及田間管理與常規方法一致。

具體施肥處理：CK，常規施肥，施復合肥600 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2；T1，減施25%化學氮肥，施復合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2、油枯有機肥1 500 kg·hm-2；T2，減施25%化學氮肥，施復合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2、農家肥7 500 kg·hm-2；T3，減施25%化學氮肥，施復合肥366 kg·hm-2、硝酸鉀225 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2，不再補充有機肥。

1.3 測定項目與方法

各處理取初烤煙葉0.5 kg，粉碎后過篩，用于化學成分的測定。

1.3.1 常規化學成分

采用連續流動分析儀[8]進行總糖、還原糖、煙堿、氯、鉀、總氮量的測定，并計算氮堿比和糖堿比。

1.3.2 石油醚提取物

將初烤煙葉磨粉之后，用殘余法計算煙葉石油醚提取物含量[9]。

1.3.3 中性致香物質

使用儀器：HP5890-5972氣質聯用儀。測定方法：內標法定量。樣品處理流程：烤后煙葉磨至粉末，稱25 g樣品進行水分平衡，加350 mL水蒸餾、30 mL二氯甲烷萃取2 h，無水硫酸鈉干燥有機相以去除水分，60 ℃水浴濃縮至1 mL左右即得煙葉的精油。最后用GC/MS儀器分析檢測[10]處理好的分析樣品，即煙葉的精油。

1.4 數據處理與分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 各處理對中性致香物質含量的影響

煙葉的香味是多種微量致香物質共同決定的結果[11]。因此，將中性致香物質按煙葉香氣前體物分為類胡蘿卜素類、苯丙氨酸類、類西柏烷類、棕色化反應產物、新植二烯等[12-13]類別，對不同施肥處理的初烤煙葉中致香物質含量進行分析，從而得到不同施肥處理對煙葉質量的影響。表1可知，在減氮25%的基礎上，用有機氮替代無機氮配施有機肥后，中部煙葉的致香物質含量均有不同的變化，其中T1處理有22種致香物質含量達到最高，而CK有5種致香物質的含量最低。

表1 不同施肥處理對中性致香物質含量的影響

2.1.1 類胡蘿卜素類降解產物含量

煙葉的中性致香物質成分中，類胡蘿卜素降解產物中有不少的化合物是關鍵的致香成分，這些化合物的含量高低決定著煙葉的品質[13-14]。表1可知，類胡蘿卜素致香物質成分總含量為T1>T2>CK>T3，類胡蘿卜素總含量最高的T1處理達到289.31 μg·g-1；在測定的11種類胡蘿卜素類致香物質化合物中，T1處理的巨豆三烯酮B含量分別是T2、T3、CK的11.6倍、29倍、50倍；香葉基丙酮、巨豆三烯酮、二氫獼猴桃內酯的含量均高于其他處理。

2.1.2 苯丙氨酸類降解產物含量

苯丙氨酸類降解產物與煙草中豐富的香味有關，其成分包括苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛等。這些成分參與烤煙果香、清香的形成，影響煙氣的香味[12]。中部煙葉的苯丙氨酸類降解產物含量在不同的施肥處理下有著不同的表現(表1)。其中苯丙氨酸類總含量最高的是T1處理，為CK的5.6倍。而T2處理和CK的苯丙氨酸類總量差異較小。測定的4種苯丙氨酸類致香物質化合物中，T1處理的苯甲醇分別是T2、T3、CK的4.96倍、13.12倍、5.01倍。T1處理的苯乙醛和苯甲醛含量也達到了最高，而T2和T3處理均低于CK。

2.1.3 棕色化反應產物含量

棕色化反應降解產物中有多種物質具有特殊的香味，其含量對煙葉的質量產生了重要的影響。表1可知，4個處理中，T1處理的棕色化反應產物總含量最高，相比于CK增幅達到545%。不同處理的煙葉棕色化反應產物積累量占比也不同，其中糠醛產量約占總量的82.8%～86.8%。T2處理的糠醛含量低于CK處理，而T3處理高于T2處理，增幅高達51.3%。各處理的糠醇含量均高于CK處理，增幅在50%～112%，其中T1處理的糠醇含量最高，相比CK增幅達到11.2倍。

2.1.4 類西柏烷類含量

茄酮是類西柏烷類香味物質的一種，有酮和醛的香味[12]。茄酮的降解產物可以轉化為茄醇和茄呢呋喃[14]，是煙草內在質量評價致香物質成分中的香味之一。表1可知，T1處理的類西柏烷類致香物質含量最高，T3處理最低，總體含量呈現為T1>T2>CK>T3。

2.1.5 新植二烯及其他致香物質含量

新植二烯是香氣物質中含量最高的化合物，也是葉綠素的降解產物，可以降低煙氣物質的刺激性，使煙氣變得柔和不刺鼻[15]。表1可知，T1處理的新植二烯總含量最高，相比CK增幅達到49.4%。

表1可知，在減施氮肥25%的基礎上，各處理非酶棕色化反應降解產物的總量大小表現為T3>T2>CK>T1，T3的含量遠高于T1和T2，相比T2增幅在45.5%。T1處理相對于T2處理非酶棕色化反應產物含量的增幅有所減少。

2.2 各處理對石油醚提取物的影響

石油醚提取物是烤煙致香物質的前體物。石油醚提取烤煙內脂類化合物的含量與煙葉質量呈正相關，含量越高的煙葉，品質也越好[15-16]。圖1可知，增施油枯有機肥的T1處理石油醚提取物含量為5.56%，比CK增加了0.94百分點；增施農家肥的T2處理的石油醚提取物含量為5.45%，比CK增加0.83百分點。

圖1 初烤煙葉的石油醚提取物含量

2.3 各處理對初烤煙葉常規化學成分的影響

表2可知，各個處理煙葉總糖含量在17.38%～26.27%，還原糖含量在13.21%～20.23%，屬于正常值范圍。T1、T2和T3處理的總糖和還原糖含量比CK高，且與CK存在顯著差異。各個處理的初烤煙葉總氮含量在正常范圍之內，T1和T2處理的總氮含量低于CK。從煙葉的協調性方面來看，糖堿比和氮堿比T1處理與CK存在顯著差異。

表2 不同施肥處理中部煙葉的常規化學成分

3 小結與討論

香氣是評價煙葉內在質量的指標之一，煙葉的香氣質和香氣量均與煙葉的致香物質具有很強的相關性[17-18]，香氣物質中某些成分含量雖低，卻是某種特征香氣的重要來源。類胡蘿卜素的降解產物對煙葉的香氣貢獻率大，新植二烯是煙葉中主要的萜烯類化合物，其含量的提高可以增強煙葉的吃味和香氣，同時降解轉化之后可以形成致香物質成分[19]。從本試驗的結果可以看出，增施油枯有機肥的T1處理相對于其他處理中部葉致香物質成分均有不同程度的提高。這與鄭亞楠等[6]試驗結果有異曲同工之處，在常規施肥條件下增施不同的有機物質，烤后煙葉中各種香氣物質組分含量均有較大幅度的提高。

石油醚提取物也是煙葉香氣物質成分中的一種混合物，一部分能直接進入到煙氣中產生香氣，另一部分作為香氣的前體物質，在成熟調制階段陳化發酵中分解成香氣[20-21]。本試驗T1和T2處理的石油醚提取物高于其他處理，這與李艷平等[22]研究結果相似，混合有機肥能提高煙葉的石油醚提取物含量，因煙葉部位的不同而存在差異性。

本試驗研究結果表明，通過在原有施氮的基礎上減施25%無機氮，增施有機肥對煙葉的致香物質含量有著不同的影響，增施油枯可以提高初烤煙葉類胡蘿卜素的降解產物、類西柏烷類、新植二烯產物、苯丙氨酸和棕色化反應產物、茄酮含量，同常規施肥相比提高了烤后煙葉的致香物質成分，表明增施有機肥可以增加烤后煙葉中的致香物質成分含量。