微生物菌肥對不同酸堿度土壤及烤煙生長和致香物質的影響

郭玉鴿，申洪濤，李麗華，孫軍偉，郭 慧，楊惠娟

(1.河南農業大學國家煙草栽培生理生化研究基地，河南鄭州 450002；2.河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南鄭州 450016；3.洛陽市煙草公司技術中心，河南洛陽 471000；4.云南省煙草公司大理州公司，云南大理 671000)

煙草是產量、質量并重的經濟作物，近年來，煙農為了追求產量，施用大量化肥，造成土壤板結、土壤酸化、微生物活性降低和養分流失等問題[1-3]。土壤既是優質煙葉種植載體，又是煙葉養分的重要來源[4]。酸堿度是影響土壤肥力的重要因素，對作物生長和微生物活性都有較大影響[5]，研究表明，適宜煙株生長和品質形成的土壤應呈酸性或弱酸性[6]。長期以來，人們通過農藝措施和施用土壤改良劑等措施來改良植煙土壤[7-]，但前者成本較高，后者的成分元素會殘留在土壤中，造成二次污染[9]。微生物菌肥作為綠色的生物修復方法，具有無毒害、無污染、長效、低成本等優點[10]，含有大量的有益微生物、有機質和各種中量、微量元素，能夠平衡土壤酸堿度，改善土壤理化性質等[11-13]，進而提高作物抗性，促進作物生長。

香氣是煙葉風格特色形成的核心[14]，是衡量煙葉品質的重要因素之一，香氣質量與中性致香物質含量密切相關[15]，通過分析致香物質的含量可以對煙葉香氣質量進行客觀評價。目前，生產上常用餅肥[16-18]、有機肥[18-19]等提高煙葉香氣物質含量，但不能很好地改善植煙土壤質量。烤煙作為大理地區主要的經濟作物，對大理經濟發展做出了重要貢獻，隨著農業面源污染問題的加重[20]，其煙葉質量也受到一定影響。由于現有的研究對大理植煙土壤改良鮮有報道，本試驗研究微生物菌肥對不同酸堿度土壤的改良情況以及煙株生長和致香物質的影響，對改善大理植煙土壤，提高煙葉質量，突出香型特色具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2020年4—10月在云南省大理自治州彌渡縣紅花大金元基地進行。供試土壤為紅壤土，土壤理化性狀見表1。

表1 植煙土壤理化性狀統計

1.2 試驗材料

試驗品種為烤煙品種紅花大金元，試驗所用肥料為煙草專用復合肥(N∶P∶K=10∶10∶24)、三炬微生物菌肥(富含解淀粉芽孢桿菌、煙草節桿菌和膠凍樣芽孢桿菌，有效活菌數≥2.0×108CFU/mL)等。

1.3 試驗設計

試驗選取3個土壤酸堿度不同的地塊，地塊1(D1)的pH值為6.51，地塊2(D2)的pH值為7.35，地塊3(D3)的pH值為5.68。分別在3個地塊上設置2個處理，即T1：移栽前塘施三炬微生物菌肥750 kg/hm2，其他按照常規施肥；CK：常規施肥(對照)，試驗采用隨機區組設計，共6個處理，每個處理3次重復。常規施肥為60 kg/hm2煙草專用復合肥作基肥，移栽后15 d追肥100 kg/hm2，移栽后30 d追肥150 kg/hm2，4月30日移栽煙苗，行距為120 cm，株距為50 cm，其他田間管理措施參照云南大理優質烤煙生產技術規程進行。

1.4 測定指標

1.4.1 土壤理化性狀和微生物量的測定 在整地起壟前分別采集3個地塊的土壤樣品，并于移栽后15、30、45、60 d采集煙株根際土壤樣品，采用常規方法[21]測定土壤理化性狀，參照劉國順等的方法[22]測定土壤微生物量。

1.4.2 煙株生物量的測定 分別在煙株團棵期、旺長期和采烤初期，選擇具有代表性的煙株取整株，將根、莖、葉分開稱質量，105 ℃殺青后65 ℃烘干至恒質量稱干質量。

1.4.3 烤后煙樣中性致香物質的定性定量分析 利用同時蒸餾萃取裝置通過水蒸氣蒸餾-二氯甲烷萃取法提取出1 mL有機相，對其進行氣相色譜-質譜鑒定，并使用HP5890-5972氣質聯用儀進行定性定量分析。

2 結果與分析

2.1 微生物菌肥對不同酸堿度土壤的影響

2.1.1 微生物菌肥對不同酸堿度土壤理化性狀的影響 移栽后煙株根際土壤理化性狀變化見表2，D1地塊土壤有機質含量豐富，施用微生物菌肥對調節土壤pH值和有機質含量等有積極作用，能夠明顯提高土壤中堿解氮和速效磷含量。與對照相比，D1土壤pH值有所升高，呈中性；D3土壤pH值整體升高。土壤有機質含量隨時間推移逐漸升高，而同一地塊中施用微生物菌肥的處理(T1)有機質含量明顯高于對照。施用微生物菌肥后明顯提高了土壤中堿解氮的含量，D3地塊的土壤理化性狀較其他地塊改善最多。

表2 微生物菌肥對不同酸堿度土壤理化性狀的影響

2.1.2 微生物菌肥對不同酸堿度土壤微生物數量的影響 微生物量是微生物活性的直接體現，而土壤真菌、細菌和放線菌是土壤微生物的主要類群。從圖1可以看出，施用微生物菌肥的處理總菌數量都明顯高于對照，到60 d時差異最大。隨時間推移，D1、D3地塊各處理總菌數量變化呈上下波動趨勢，總體來說，D3地塊的煙株根際土壤微生物量最多，其中D3-T1處理在移栽后60 d時總菌數量最多，為6.62×107CFU/g，D1-CK處理在移栽后 45 d 總菌數量最小，為0.75×107CFU/g。

由圖2可知，施用微生物菌肥后對土壤真菌數量的影響并不明顯，在移栽后15 d，只有D3地塊施用微生物菌肥的處理真菌數量略高于對照；移栽后30 d時，各地塊施用微生物菌肥的處理真菌數量均高于對照，其中D3地塊最高；移栽后45 d時，各處理真菌數量都大幅降低；移栽后60 d時，除D1地塊的T1處理無明顯變化，其他2個地塊施用微生物菌肥后真菌數量均升高。總體來看，D2的真菌數量相對最多，D2-T1處理在移栽后60 d時真菌數量最多，為4.2×102CFU/g。

由圖3可知，施用微生物菌肥后顯著增加了煙株根際土壤的細菌數量，其變化趨勢也與總菌數量相似，可見在田間總菌數中，細菌比例占主導地位。D3地塊的細菌數量相對最多，D3-T1處理在移栽后60 d時細菌數量最多，為5.73×107CFU/g。從圖4可以看出，D1、D3地塊在施用微生物菌肥后放線菌數量明顯增加，D2-T1處理在移栽后45 d時放線菌數量最高，為0.93×105CFU/g。總體來看，D3地塊的微生物活性優于其他2個地塊，除移栽后30 d外，D3-T1處理的微生物活性基本高于其他處理，說明施用微生物菌肥后可以很好地改善煙株根際土壤的微生物活性。

2.2 微生物菌肥對不同酸堿度土壤煙株生長的影響

微生物菌肥對煙株生物量的影響見表3，施用微生物菌肥促進了煙株生長，即煙株根、莖、葉的鮮質量、干質量顯著高于對照，且隨時間推移差異逐漸增大。D1地塊的煙株長勢最好，D2地塊次之。酸性土壤對微生物菌肥的反應最為敏感，即D3-T1處理在各時期根、莖、葉的干質量、鮮質量均顯著大于D3-CK處理，說明微生物菌肥對酸性土壤煙株生長的改善最為顯著。

表3 微生物菌肥對煙株生物量的影響

2.3 微生物菌肥對烤后煙中性致香物質的影響

2.3.1 類胡蘿卜素類降解產物 由表4可知，D2地塊烤后煙葉的類胡蘿卜素類降解產物含量高于D1、D3地塊。上部葉類胡蘿卜素降解產物含量表現為D2-T1>D2-CK>D1-CK>D1-T1>D3-CK>D3-T1處理；中部葉表現為D1-CK>D3-T1>D2-CK>D1-T1>D2-T1>D3-CK處理；下部葉表現為D2-CK>D1-T1>D3-T1>D1-CK>D2-T1>D3-CK處理。土壤偏酸性的D3地塊在施用微生物菌肥后，中下部葉的類胡蘿卜素降解產物含量明顯增加，尤其是β-大馬酮和β-二氫大馬酮較對照增加的較多。

表4 不同處理對烤后煙葉類胡蘿卜類降解產物的影響

2.3.2 類西柏烷類致香物質 由表5可知，本試驗測得的類西柏烷類致香物質為茄酮，茄酮不僅本身具有香味，其分解產生的物質對香氣也有重要影響。D1、D3地塊施用微生物菌肥能夠提高烤后煙上部葉類西柏烷類致香物質含量，表現為D3-T1>D1-T1>D2-CK>D3-CK>D2-T1>D1-CK處理。其中D1-T1處理的上部煙葉類西柏烷類物質含量較對照增加的最多，為52.5%。

表5 不同處理對烤后煙葉類西柏烷類的影響

2.3.3 苯丙氨酸類降解產物 由表6可知，D2地塊的苯丙氨酸類降解產物含量整體上高于D1、D3地塊，其中D3-T1處理的烤后煙中部、下部葉苯丙氨酸類降解產物含量明顯高于對照。中部葉表現為D1-CK>D3-T1>D2-CK>D1-T1>D2-T1>D3-CK處理；下部葉表現為D2-CK>D2-T1>D1-CK>D1-T1>D3-T1>D3-CK處理。

表6 不同處理對烤后煙葉苯丙氨酸類降解產物的影響

2.3.4 棕色化反應產物 由表7可知，微生物菌肥對棕色化反應產物的影響并不顯著，D1地塊的烤后煙棕色化反應產物含量高于其他2個地塊，D3-T1處理中部、下部葉的棕色化反應產物含量明顯高于對照，而且檢測出了其他處理中沒有的2-乙酰基呋喃。

表7 不同處理對烤后煙葉棕色化反應產物的影響

2.3.5 新植二烯類 新植二烯是煙葉中性致香成分中含量最高的成分，它對煙葉的香氣影響最大。從表8可以看出，微生物菌肥能夠在一定程度上提高煙葉中新植二烯類致香物質含量。上部葉表現為D2-T1>D1-CK>D2-CK>D1-T1>D3-CK>D3-T1處理；中部葉表現為D3-T1>D1-CK>D2-T1>D1-T1>D2-CK>D3-CK處理；下部葉表現為D1-T1>D3-T1>D2-CK>D1-CK>D2-T1>D3-CK處理。其中D2-T1處理的中部、上部葉新植二烯類物質含量明顯高于對照。

表8 不同處理對烤后煙葉新植二烯致香物質的影響

2.3.6 中性致香物質總量 從表9可以看出，施用微生物菌肥在一定程度上能夠增加煙葉中性致香物質總量，如D2地塊中部、上部葉和D3地塊中部、下部葉的中性致香物質總量均明顯增加。總體來看，微生物菌肥能夠提高煙葉中類胡蘿卜素降解產物、類西柏烷類和新植二烯類致香物質含量，D1地塊致香物質總量相對最多，D3地塊的致香物質總量較對照增加的最多。

表9 不同處理對烤后煙葉中性致香成分總量的影響

3 結論與討論

隨著過度施用化肥產生的土壤酸化問題日益加重[23]，微生物菌肥逐漸得到人們青睞。微生物菌肥施入土壤后，微生物數量增加，能夠更好地分解土壤中的礦質元素，增加有機質含量[24-25]。本試驗在不同酸堿度土壤上施用微生物菌肥均提高了土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量，同時還調節了土壤pH值，即降低了偏堿性地塊D2的pH值，增大了偏酸性地塊D3的pH值，使土壤pH值更適合煙株生長，這與武盼盼等在酸性土壤上施用微生物菌肥，提高了土壤pH值的結果[26]相似。

微生物與土壤中營養物質循環、能量流動密切相關，可代表土壤物質代謝的旺盛程度，客觀反映土壤肥力[27]。本試驗在施用微生物菌肥后，煙株根際土壤中細菌數量顯著增加，放線菌和真菌數量變化并不顯著，這與范潔群等的結論[28]相似。土壤微生物數量增加，微生物活動分解更多的礦質元素，使植物根系吸收更多營養物質，從而促進煙株生長發育[29]。李茜等通過2年的微生物菌肥試驗，發現施用液體微生物菌肥能夠顯著增加煙株株高、葉片數、葉面積和莖圍[30]。本試驗發現，在不同酸堿度土壤上施用微生物菌肥均能促進煙株生長，其中在酸性土壤上改良效果最好，即D3-T1處理的煙株各部位生物量均顯著大于D3-CK處理。而D1地塊由于適宜的pH值和較高的有機質、養分含量，煙株生長較好，各部位生物量相對最大。

香氣是評價煙葉品質的重要指標之一[31-32]，香氣質、香氣量與煙葉中性致香成分含量密切相關[33]。本試驗結果顯示，在不同酸堿度土壤上施用微生物菌肥，能夠顯著增加烤后煙中部葉類胡蘿卜素降解產物、類西柏烷類和新植二烯類和致香物質總量，這與劉展展等的研究結果[34]相似。龐天河等研究發現，類胡蘿卜素降解產物和棕色化反應產物對香氣質量起到的正面影響最大[35]。多數類胡蘿卜素類降解產物能夠增加煙葉香氣并抑制煙氣刺激性[36-38]。苯丙氨酸類致香物質可以增強烤煙的果香、清香[30]。新植二烯是煙葉中重要的萜烯類化合物，不僅本身具有清香氣，還能分解轉化形成低分子香味成分[39]。周冀衡等認為，新植二烯類物質含量與其他香氣物質含量的比值可能是形成清香特色的主要因素之一[40]。

本試驗中D1地塊土壤有機質含量較高且土壤pH值適宜，煙株長勢最好，烤后煙葉中性致香物質含量也相對最高。不同酸堿度土壤生長的煙株對微生物菌肥的反應程度不同，酸性土壤D3地塊對微生物菌肥的反應最強烈，D3-T1處理的煙株生物量和中部、下部葉致香物質含量較對照明顯增加。這與土壤改良變化趨勢相似，施用微生物菌肥的 D3-T1 處理土壤pH值升高，有機質、養分含量增加，微生物活性也顯著高于其他處理。微生物菌肥對改良酸性植煙土壤具有積極作用，能夠增加土壤微生物活性、堿解氮和有效磷的含量，促進煙株生長發育，增加烤后煙葉中性致香物質總量，對提高中部煙葉香氣質量具有較大影響，對改良大理煙區植煙土壤和提高煙葉香氣質量具有重要意義。