稻殼有機物料對烤煙生長發育及產質量形成的影響

許洪慶，劉素參，呂大樹，張亞恒，梁增發，王維?

(1貴州中煙工業有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2華南農業大學農學院，廣東 廣州 510642)

有機物料是一類以動植物殘體為來源，經過無害化處理的含碳有機物質，因其具有來源廣、成本低、綠色環保等優點，近年來逐步被應用于烤煙種植[1]。不同有機物料對烤煙的生長發育和烤后煙葉產質量的影響不同。陳富彩等[2]研究表明，由花生殼炭和草炭以3∶7的比例混合而成的炭基有機物料可有效提高煙葉對氮和鉀等營養物質的吸收與積累，改善光合性能，促進烤煙生長發育。劉勇軍等[3]研究認為，餅肥等有機物料部分替代化肥能有效改善煙草根際微生態環境，提升煙葉品質。張曉嬌等[4]、邢光輝等[5]試驗表明，有機物料與復合肥混施有利于改善土壤的物理性狀，促進煙株根系發育，且有機物料施用量與根系發育質量和分布范圍呈正相關。朱德艷等[6]研究表明，土壤中施入稻糠可以提高土壤有效養分含量，促進作物增產。稻殼是水稻加工過程的副產物，屬于有機物料的一種。梅州地區地處粵北，是典型的煙—稻輪作區，每年的稻殼產量巨大。而此類產量大、價格低、持續可再生的有機物料目前一般僅用于飼料加工或作為發酵床墊料，用途較單一，探索稻殼新的資源化利用方式具有一定的現實意義。本試驗將稻殼有機物料粉碎后與基肥一同施入土壤，探究不同施用量稻殼有機物料對烤煙田間生長發育及烤后煙葉產質量的影響，探索稻殼廢棄物資源化利用的可行方式，并為煙—稻輪作農業生產模式可持續化發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2020年在廣東省梅州市梅縣松源煙葉生產基地進行，試驗所用烤煙品種為當地主栽品種云煙87。試驗地塊地面平整，肥力中等，土壤類型為潛育性水稻土，前茬作物為水稻。土壤pH值5.56，含有機質29.50 g/kg、堿解氮159.93 mg/kg、有效磷15.63 mg/kg、速效鉀143.47 mg/kg。試驗所用有機物料為稻殼粉碎物，其全碳含量為369.30 g/kg、全氮含量為9.71 g/kg、碳氮比為38.03。

1.2 試驗設計

試驗為單因素隨機區組試驗，共設4個處理:CK(對照)不施用稻殼有機肥，T1、T2、T3處理分別為在CK處理基礎上增施12 000、15 000和18 000 kg/hm2稻殼有機物料。每個處理3次重復，共12個小區，每個小區種植煙株200株。所有稻殼粉與基肥混合后一次性條施，起壟時用旋耕機旋耕混勻，起壟后灌水至三分之一壟高，然后用塑料膜密閉覆蓋所處理的土壤，時間20 d。不同處理施肥量統一按當地煙葉生產技術方案執行，施用有機肥750 kg/hm2、煙草專業復合肥750 kg/hm2、硝酸鉀225 kg/hm2、硫酸鉀150 kg/hm2，有機肥全部作基肥施用，其他肥料按照基肥、追肥比例為6∶4施用。田間管理及采收烘烤均按當地煙葉生產技術方案執行。

1.3 測定指標

1.3.1 土壤酶活性與根系活力

分別于團棵期(移栽后30 d)、旺長期(50 d)以及現蕾期(70 d)從各小區選擇有代表性煙株3株，將其連根系挖出，抖動根部采集根際土壤，過50目篩后用于測定土壤酶活性。然后將根系置于紗網袋內，用水緩慢沖洗干凈，用于測定根系活力。土壤過氧化氫酶、蔗糖酶以及脲酶的測定參照?土壤酶及其研究法?[7]中的方法，根系活力采用TTC法測定[8]。

1.3.2 烤煙大田農藝性狀、干物質積累量測定及田間主要病害調查

參照?煙草農藝性狀調查測量方法?(YC/T142－2010)，在團棵期和現蕾期隨機選取3株長勢均勻的煙株，測定煙株莖圍、株高、有效葉片數、最大葉長、最大葉寬等農藝性狀指標。分別于團棵期、旺長期、現蕾期取樣測定煙株根、莖、葉干物質積累量。于現蕾期調查田間煙株普通花葉病、黑脛病以及青枯病的發病情況，調查方法參照?煙草病害分級及調查方法?(YC/T39－1996)。

1.3.3 烤后煙葉常規化學成分分析

烤后取中桔三(C3F)和上桔二(B2F)兩個等級煙葉，分別采用碘顯色法、苯酚—硫酸法、3，5－二硝基水楊酸(DNS)比色法、凱氏定氮法、蒸餾—紫外分光光度法和火焰分光光度法、連續流動法測定淀粉、水溶性總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯等常規化學成分含量[9－10]。

1.3.4 經濟性狀分析

將煙葉分小區采收后掛牌烘烤。初烤煙葉下桿后，按烤煙分級標準(GB 2635－1992)對煙葉進行分級；按當地當年烤煙收購價格統計其產量、產值、均價和上等煙比例，產量和產值由小區數據折算。

1.3.5 感官質量評價

將煙葉樣品去梗切絲，制成單料中支卷煙，由評吸專家按照標準方法(YC/T 138－1998)對香氣質、香氣量、雜氣、刺激性和吃味等指標進行評價，評分標準及各指標權重如表1所示。感官質量綜合分值采用指數和法進行計算，計算公式如下:

表1 感官質量賦值方法Table 1 Sensory quality evaluation method

M＝(∑Ni×Oi)×10

式中:M—烤煙感官綜合質量分值；Ni—第i個感官質量指標的量化分值；Oi—第i個感官質量指標的權重。

1.4 數據處理

采用Excel 2016和SPSS 26.0對原始試驗數據進行整理和分析，采用Origin21進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 不同處理對植煙土壤酶活性的影響

如表2所示，從過氧化氫酶活性來看，除T1處理團棵期和旺長期、T3處理現蕾期與CK無顯著性差異外，增施稻殼有機物料處理的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于CK(P<0.05)。從土壤蔗糖酶活性來看，除T1處理團棵期與CK處理無顯著性差異外，其余處理在不同生長期均與對照差異顯著(P<0.05)；團棵期土壤蔗糖酶活性表現為T3>T2>T1>CK，旺長期和現蕾期則為T2>T1>T3>CK。從土壤脲酶活性來看，不同時期表現不一。團棵期，增施稻殼有機物料的處理顯著低于對照處理；旺長期，不同處理間無顯著性差異；現蕾期，增施稻殼有機物料的處理顯著高于對照處理，但T2和T1無顯著性差異。

表2 不同處理土壤酶活性Table 2 Soil enzyme activity of different treatments mg·g－1·d－1

2.2 不同處理對煙株根系活力的影響

如圖1所示，團棵期，不同處理間煙株根系活力無顯著性差異，即增施稻殼有機物料對煙株根系活力影響不大。旺長期，煙株根系活力表現為T2>T1>T3>CK，且各處理間差異顯著(P<0.05)。現蕾期，煙株根系活力有所下降，但增施稻殼有機物料的處理均顯著高于CK(P<0.05)；根系活力最高的為T2處理，顯著高于其他各處理(P<0.05)，T1和T3處理無顯著性差異。因此，增施稻殼有機物料有利于維持煙株后期的根系活力。

2.3 不同處理對煙株干物質積累量的影響

如圖2所示，不同添加量的稻殼有機物料對煙株不同時期的干物質積累量的影響存在差異。團棵期，不同處理間煙株根、莖、葉的干物質積累量無顯著差異，說明添加稻殼有機物料對團棵期煙株生長影響不大。旺長期，T2處理根部干物質積累量顯著高于CK(P<0.05)，T2、T3處理莖、葉干物質積累量顯著高于CK和T1(P<0.05)，而T1與CK無顯著差異；總的干物質積累量表現為T2>T3>T1>CK。現蕾期，除T3處理葉片干物質積累量與CK無顯著差異外，增施稻殼有機物料的處理均顯著高于對照(P<0.05)；且T2處理根、莖、葉干物質積累量均顯著高于T1和T3處理，T1和T3處理無顯著差異(P<0.05)；煙株全株干物質積累量表現為:T2>T1>T3>CK。

2.4 不同處理對煙株農藝性狀的影響

由表3可知，團棵期，增施稻殼有機物料的煙株株高、最大葉長、最大葉寬均顯著高于對照，但莖圍、有效葉數無顯著差異(P<0.05)；T2處理的最大葉長顯著高于其他各處理，且較CK高5.36%。現蕾期，除有效葉數外，增施有機物料的煙株農藝性狀指標均顯著高于對照(P<0.05)；其中T2處理的株高、最大葉長以及最大葉寬分別比CK高11.83%、7.56%和11.20%。

表3 不同處理煙株農藝性狀Table 3 Agronomic characters of tobacco plants with different treatments

2.5 不同處理對烤煙田間主要病害發生的影響

根據表4，不同處理間花葉病發病率和病情指數均具有顯著性差異；其中CK和T1處理的發病率分別為50.45%和24.61%，病情指數分別為23.67和6.90，顯著高于T2和T3處理(P<0.05)。黑脛病發病情況方面，增施有機物料的煙株發病率和病情指數均顯著低于CK，且T3處理的發病率顯著低于其他處理(P<0.05)。增施有機物料的煙株青枯病發病率和病情指數均顯著低于CK；其中CK和T1的發病率分別為27.34%、21.31%，病情指數分別為9.53、6.73，T2和T3發病率與病情指數均顯著低于CK和T1處理(P<0.05)。

表4 不同處理的烤煙田間主要病害發生情況Table 4 Occurrence of main diseases in flue－cured tobacco field with different treatments

2.6 不同處理對烤后煙葉化學成分的影響

由表5可知，不同處理烤后中部煙葉常規化學成分指標存在差異。中部葉和上部葉還原糖含量均以T3處理最高，CK處理最低，兩者間差異顯著(P<0.05)。總糖含量方面，中部葉以T1處理最高，T3處理最低；上部葉以T2處理最高，T3處理最低。在淀粉含量上，T1、T2、T3處理的中部葉淀粉含量偏高，均超過5%，CK處理的淀粉含量最低，為4.65%；上部葉則相反。增施有機物料處理的中、上部葉鉀含量均高于對照處理，且含量都超過2%。煙堿含量方面，中、上部煙葉處理間差異不顯著，但均以T2處理最低。不同處理中部葉的總氮含量無顯著性差異；上部葉以T2總氮含量最高，與其它處理差異顯著。由于氮堿比接近1、糖堿比接近10的煙葉化學成分協調性較好，因此中、上部葉整體協調性較好的為T2和T1處理，其次為CK處理，最差的為T3處理。

表5 不同處理烤后煙葉化學成分Table 5 Chemical constituents of flue－cured tobacco leaves with different treatments

2.7 不同處理對烤煙經濟性狀的影響

從表6可以看出，增施有機物料的烤后煙葉各經濟性狀指標均顯著高于對照，但不同施用量處理間各指標差異不一。T2和T3處理的產量、產值以及上等煙比均顯著高于T1和CK，T1顯著高于CK(P<0.05)，但T2和T3處理間無顯著性差異；T1、T2、T3處理煙葉的均價無顯著差異，但均顯著高于CK(P<0.05)；T2和T3處理的中上等煙比例均顯著高于CK(P<0.05)，最高的為T3(97.58%)，其次為T2處理(96.86%)，但T2和T3差異不顯著。綜合各個經濟性狀指標，在4個處理中，T3處理的產量、產值、均價、上等煙比例以及中上等煙比例均表現最好，其次為T2處理。

表6 不同處理的烤煙經濟性狀Table 6 Economic characters of flue－cured tobacco with different treatments

2.8 不同處理對烤后煙葉評吸質量的影響

煙葉感官質量既是煙葉綜合質量的重要組成部分，也是工業可用性評價的主要依據。由表7可知，不同處理的烤煙評吸加權總分為79.10～81.05，C3F和B2F綜合得分最高的均為T2處理，其次為T1處理，最低的為T3處理。從C3F煙葉來看，T2、T1處理的香氣質較好、香氣量較高，吃味較好；CK和T3處理的雜氣得分顯著低于T1和T2處理；不同處理刺激性得分無顯著性差異。從B2F來看，T2處理的香氣質和香氣量得分顯著高于CK和T3處理，而與T1處理無顯著性差異；T2、T1處理吃味得分顯著高于CK；不同處理的雜氣和刺激性得分無顯著差異。由此可見，過多施用有機物料對烤后煙葉感官質量有一定的負面影響，尤其是上部葉。

表7 不同處理的烤煙評吸質量Table 7 Evaluation of smoking quality of flue－cured tobacco with different treatments

3 討論

土壤酶是土壤中最活躍的有機成分之一，其活性既能反映土壤微生物活性的高低，又是指示土壤養分轉化和運移能力的重要指標，且與根系活力呈顯著或極顯著正相關[11]。本研究結果顯示，增施稻殼有機物料可提高土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性，對煙株生育中后期的促進作用顯著大于前期，隨著施用量增加，作用效果先提升后下降；對脲酶則表現為在生育前期起抑制作用，但后期能略微提高其活性。其原因可能是稻殼粉碎后仍含有大量的木質素和纖維素，施入土壤后能夠提高土壤孔隙度，降低土壤容重，改善通氣性。而良好的土壤結構有利于增強土壤微生物活性，促進土壤有機物分解形成大量腐殖質，有利于土壤形成團聚體；同時土壤孔隙度增加使其吸附能力增強，從而使酶分子的酶促反應結合位點得到保護，抑制酶促反應的進行，因而有利于提高土壤過氧化氫酶和蔗糖酶的活性[12]。而腐殖質中的腐植酸對脲酶活性卻起抑制作用，因為腐植酸中大量不飽和鍵可以有效防止脲酶中的活性官能團氧化[13]。

本研究發現，增施稻殼有機物料對煙株根系活力、干物質積累量以及農藝性狀均有影響，對生育中后期的促進作用顯著大于前期，但作用效果并不與增施量成正比。陳山等[14]研究顯示，稻殼生物質具有明顯的后發作用，增施后能顯著促進烤煙后期生長。初步發酵后的稻殼粉能增加土壤孔隙度，降低土壤容重，良好的土壤結構有利于擴大根系在土壤空間內的分布范圍[15－16]。勾芒芒等[17]研究表明，有機物料能減弱根系的膜脂過氧化作用，延緩根系衰老，保持根系生理活性。張璐等[18]、陳懿等[19]研究表明，施用玉米秸稈和煙稈生物炭等有機物料能提高根際脲酶、蔗糖酶活性和土壤保水保肥能力，使根系周圍肥料不易流失，增加了作物可吸收利用的營養元素濃度[20－21]，為作物持續提供養分，有利于作物的生長發育。但稻殼的碳氮比較高，屬于較難發酵的有機物料之一，施入土壤的氮肥緩慢釋放氮素，為稻殼粉的進一步氨化提供氮源，因此其具有明顯的后發效應，但過量的稻殼有機物料長時間發酵后會造成氮的固定而引起土壤“氮饑渴”[22]，反而不利于煙株后期生長。

花葉病和青枯病是典型的土傳病害，強還原環境產生的H2S等物質對病原菌有較好的抑制作用。劉亮亮等[23]研究發現，稻殼有機物料氧化還原(RSD)處理對土傳病原菌的殺菌效果高達88.60%。稻殼有機物料對普通花葉病和青枯病有較好的防治效果。

烤煙品質的好壞不僅取決于內在化學成分含量的高低，還與各成分之間是否平衡協調有關，而評吸質量評分能直接、客觀地反映煙葉品質的優劣[24]。研究表明[25－26]，烤煙生育后期碳氮代謝協調，可促進光合產物和香氣前體物充分降解或轉化，有利于優質煙葉的形成。本研究結果顯示，增施12 000或15 000 kg/hm2稻殼有機物料時，烤后煙葉的化學成分協調性更好，評吸總分亦較高，而當施用量達到18 000 kg/hm2時，化學成分協調性變差，評吸總分亦降低，尤其是上部葉。可能是因為過量的稻殼有機物料充分發酵后易引起土壤氮素固定，造成后期煙田脫肥，煙株氮素營養失調，無法正常落黃，并出現假熟現象，最終導致烤后煙葉品質下降。

4 結論

稻殼有機物料對烤煙的生長發育以及產質量形成均有顯著影響，綜合考慮烤煙生長發育、經濟性狀、化學成分協調性以及感官質量等指標，梅州煙—稻輪作區稻殼有機物料的施用量以15 000 kg/hm2為宜。