新型復合保水劑對植煙土壤性質及烤煙有機酸含量的影響

關鍵詞：保水劑：烤煙：土壤養分：有機酸

中圖分類號：S572.01：S151.9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）11-0100-06

我國北方多數煙區水資源不足，煙草生產中干旱現象嚴重，而且由于施肥方式不合理，導致土壤結構被破壞，土壤養分含量下降，影響煙葉的產量與品質。如何依據現代措施提高土壤含水率、改善土壤理化性質，是當前迫切需要解決的一個問題。近年來，保水劑在改善土壤理化性質和植物抗旱應用中越來越受到重視。但是現有的保水劑主要是通過自身的吸水能力實現土壤保水，對于土壤的吸水和保水能力提升較小，并且無法滿足改善土壤理化性質的需求。而生物炭和腐植酸鉀可以改善煙田土壤性質并且促進烤煙生長發育，以生物炭和腐植酸鉀為原料制備的新型復合保水劑具有更加復雜的空間結構，可以顯著提高土壤持水能力，減少土壤養分流失，促進作物生長。

近年來的大量研究表明，復合保水劑具有更多的親水官能團和延伸的三維網絡結構，有更好的水分吸附和截留能力。程紅勝等以凹凸棒土和聚丙烯酰胺為材料，配以生物炭和腐植酸鉀制備出了吸水性能更強的復合保水劑，顯著提高了保水劑的吸水能力。董成武等以凹凸棒黏土和丙烯酰胺為材料，配以稀土、生物炭和膨潤土制備出了一種新型復合保水劑，有效降低了干旱脅迫對小麥的危害。黃幫裕等以海藻酸鈉、高嶺土為原料，制備出了高嶺土／海藻酸鈉接枝丙烯酸和丙烯酰胺復合保水劑，施用該保水劑可以提高土壤含水率、土壤速效養分含量以及玉米的水肥利用效率。目前已有研究表明，復合保水劑可以提高土壤含水率和肥力，但將丙烯酸（PVA）、聚乙烯醇（AA）分別與生物炭（B）和腐植酸鉀（HAK）結合制作復合保水劑的研究較少，復合保水劑對植煙土壤性質和烤煙有機酸含量的影響更是鮮有報道。因此本試驗以傳統保水劑（市售保水劑與自制聚乙烯醇保水劑）和自制新型保水劑（生物炭及腐植酸鉀復合保水劑）為材料，探究不同類型保水劑對植煙土壤性質、烤后煙葉有機酸含量及經濟效益的影響，以期為新型復合保水劑應用于煙草生產提供理論依據和參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗于2021年在河南省許昌市河南農業大學許昌校區進行。試驗地土壤基礎理化性質：pH值7.28，堿解氮含量70.18mg/kg、速效磷6.59mg/kg、速效鉀121.13mg/kg、有機質18.60g/kg。

供試烤煙品種為中煙100。市售保水劑為聚丙烯酰胺保水劑，由宜興市可信的化工貿易有限公司生產；3種自制保水劑：PVA/AA、PVA/AA/B、PVA/AA/HAK，其中PVA/AA主要成分為丙烯酸和聚乙烯醇，PVA/AA/B主要成分為丙烯酸、聚乙烯醇和花生殼生物炭，PVA/AA/HAK主要成分為丙烯酸、聚乙烯醇和腐植酸鉀。

1.2試驗設計

試驗設置5個處理，具體見表1，重復3次。小區面積66.7m²。采用漂浮育苗，5月6日移栽，株距0.5m，行距1.2m。保水劑與基肥一同條施，大田管理按照許昌市特色優質烤煙生產技術實施。

1.3測定項目及方法

1.3.1土壤含水率測定 煙苗移栽后30、60、90d，采用環刀法取煙株莖基部周圍10～20 cm土層土壤樣品，每小區重復3次取樣，使用烘干稱重法測定土壤含水率。

1.3.2土壤養分含量測定 于煙苗移栽后30、60、90d采用5點取樣法采集各處理土樣，用抖根法采集各處理根際土，土壤混勻后自然風干，過0.25mm篩。參照文獻的方法測定土壤速效磷、速效鉀、堿解氮及有機質含量。

1.3.3土壤脲酶、蔗糖酶活性測定 將1.3.2前處理的部分土樣用于土壤酶活性測定。采用靛酚比色法測定土壤脲酶活性，3，5-二硝基水楊酸比色法測定蔗糖酶活性。

1.3.4烤后煙葉有機酸含量測定 采用硫酸甲酯化一氣相色譜（GC/FID，7890A，美國Agilent公司產品）法測定烤煙C3F非揮發性有機酸含量。

1.3.5經濟性狀指標

煙葉成熟后各小區單獨采收編稈，計算小區產量、產值。

1.4數據處理與分析

用Microsoft Excel 2016和DPS 7.5軟件進行數據整理與統計分析，多重比較用Duncan’s法。

2結果與分析

2.1不同類型保水劑對植煙土壤含水率的影響

施用不同類型保水劑對煙田土壤含水率有顯著影響（圖1）。與對照（CK）相比，煙苗移栽后各時期土壤含水率均顯著提高，移栽后30、60、90d，施加保水劑的T4處理土壤含水率分別較CK提高16.98%、29.78%、25.30%。隨烤煙生育期進程，土壤含水率呈先降低后略升高的趨勢，60d時各處理土壤含水率均有所下降。由此可見，施用PVA/AA/HAK保水劑對提升煙田土壤含水率效果較好。

2.2不同類型保水劑對植煙土壤養分含量的影響

由表2可知，在煙苗移栽后各生育時期，與CK相比，不同保水劑處理可不同程度地提高土壤養分含量。移栽后30、60、90d時，T4處理的土壤有機質含量最高，分別較CK顯著提高13.10%、15.98%、10.45%；土壤堿解氮含量，T4處理較CK分別提高15.16%、18.52%、25.00%，其中移栽后30d處理間無顯著差異，其他生育時期僅T4處理與CK差異顯著；移栽后30、60、90d，T4處理土壤速效磷含量分別較CK顯著提高16.47%、18.11%、16.44%。隨烤煙生育進程，土壤速效鉀含量表現為先升高后降低趨勢，這符合優質烤煙對“鉀素后移”的要求。各保水劑處理土壤速效鉀含量均顯著高于CK，T3和T4處理3個時期的土壤速效鉀含量均顯著高于T1，且T4處理分別較CK提高10.66%、9.59%、18.08%。綜合來看，T4處理對烤煙生長更為有利。

2.3不同類型保水劑對植煙土壤脲酶、蔗糖酶活性的影響

從圖2A可以看出，煙苗移栽后30 d，T4處理土壤脲酶活性較CK顯著提高15.72%，但不同保水劑處理間無顯著差異；移栽后60 d，不同類型保水劑處理的土壤脲酶活性均顯著高于CK，其中T3和T4處理較CK分別提高20.62%和19.93%，但各保水劑處理間無顯著差異；移栽后90d，T1、T3和T4處理的土壤脲酶活性均顯著高于CK，其中T3和T4處理分別提高17.81%和18.39%。可見施加不同類型保水劑均可提高土壤脲酶活性，且以T3和T4處理效果較好。

由圖2B看出，煙苗移栽后30d，T3、T4處理的土壤蔗糖酶活性較CK顯著提高，且以T4處理最高，較CK增加13.80%；移栽后60d，不同類型保水劑處理土壤蔗糖酶活性均高于CK，其中僅T4處理與CK差異達顯著水平；移栽后90d，T3和T4處理土壤蔗糖酶活性分別顯著高于CK10.82%和10.10%，且兩處理間無顯著差異。綜上可見，施用PVA/AA/HAK保水劑對提升土壤蔗糖酶活性效果較好。

2.4不同類型保水劑對烤后煙葉有機酸含量的影響

不同類型保水劑對烤后煙葉有機酸含量的影響有差異。由圖3可知，施用保水劑后各處理烤后煙葉非揮發性有機酸（草酸、蘋果酸和丙二酸）含量較CK均顯著提高，其中T3和T4處理草酸和蘋果酸含量較高，與CK、T1、T2處理均存在顯著差異；T3處理丙二酸含量顯著高于其余處理，T1、T2和T4處理均顯著高于CK但組間無顯著差異。除T2處理外其余保水劑處理檸檬酸含量較CK均顯著提高。施用保水劑處理烤后煙葉的2，4-庚二烯酸和y-戊酮酸含量則表現為降低趨勢，其中T1和T2處理2，4-庚二烯酸含量顯著低于其余處理，T2和T4處理也顯著低于CK; T3處理γ-戊酮酸含量顯著低于其余處理，T1和T4處理較CK顯著降低，T2處理與CK無顯著差異。總的來看，施加保水劑能夠提高烤后煙葉非揮發性有機酸含量，其中T4處理效果最好。

2.5土壤因子與烤后煙葉有機酸含量的相關性分析

相關性分析結果（圖4）表明，土壤脲酶活性與草酸含量呈極顯著正相關，與γ-戊酮酸含量呈顯著負相關。土壤堿解氮含量與蘋果酸含量呈顯著正相關，土壤含水率與草酸含量呈顯著正相關。土壤速效磷、速效鉀、堿解氮含量與草酸、丙二酸和檸檬酸含量呈不顯著正相關，與γ-戊酮酸和2，4-庚二烯酸含量呈不顯著負相關。土壤蔗糖酶活性與草酸、丙二酸、蘋果酸和檸檬酸含量呈不顯著正相關，與γ-戊酮酸和2，4-庚二烯酸含量呈不顯著負相關。以上表明土壤因子與部分揮發性有機酸存在相關關系。

2.6不同類型保水劑對烤煙經濟效益的影響

由表3可知，T4處理的烤煙產量、產值、均價及上等煙比例均最高，較CK分別提高7.36%、17.79%、9.67%和27.72%，差異顯著。表明施加PVA/AA/HAK保水劑顯著提高烤煙經濟效益。

3討論

3.1不同類型保水劑對植煙土壤理化性質的影響

本研究表明，自制生物炭復合保水劑和腐植酸鉀復合保水劑較傳統保水劑對土壤含水率的提高效果更優，與Wu等的研究結果相似。這可能是由于施加復合保水劑能在土壤中形成較多和較大的團粒結構，提高了土壤的透水性和蓄水能力，使土壤中的有效水分含量增加，并且生物炭本身具有豐富的孔隙，水分可以在生物炭的不同孔隙內儲存，從而提高土壤水分含量。腐植酸鉀含有豐富的黃腐植酸和極性官能團，用其制備的保水劑具有豐富的網絡狀結構和親水性基團，從而具有更優的吸水和保水性能。本研究發現施加保水劑后土壤養分含量提高，這可能是由于保水劑的施用使得土壤孔隙度增大，根系分泌物增加，促使土壤中緩效養分分解釋放，并且保水劑可以將土壤中的養分離子吸附到其空間網絡結構中進行緩慢釋放，防止土壤氮、磷、鉀等流失。生物炭和腐植酸鉀復合保水劑相較于傳統保水劑更有利于提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性，其原因可能是復合保水劑在土壤中降解，將生物炭和腐植酸鉀釋放到土壤中，提高了土壤速效養分及有機質含量，為微生物的生長發育提供充足的物質基礎，進而提高了土壤微生物的豐度和多樣性，從而增強了土壤酶活性。

3.2不同類型保水劑對烤后煙葉有機酸含量及經濟效益的影響

草酸、蘋果酸和檸檬酸是烤煙中主要的非揮發性有機酸，可與烤煙中的生物堿結合形成鹽類物質，具有改變煙草酸堿度、平衡煙氣、醇和吃味的作用。本研究表明.新型復合保水劑可以顯著提高煙葉中非揮發性有機酸含量。這可能是因為新型復合保水劑在土壤中降解后，能更合理地滿足煙株生長發育過程中對營養的需要，促進烤煙生長發育，改善煙葉的光合性能，從而增強煙株的的物質代謝。并且生物炭和腐植酸鉀也會影響植煙土壤的微生態環境和根際微生物群落，進而造成烤煙不同種類有機酸含量的差異。

土壤養分含量和煙葉有機酸含量的相關性分析結果表明，土壤堿解氮含量與蘋果酸含量呈顯著正相關，土壤速效磷、速效鉀、堿解氮含量與草酸、丙二酸和檸檬酸含量呈正相關。這可能是因為有機酸的合成和代謝受到多種土壤養分含量的影響，鉀有促進有機酸代謝的功能，其調節方式為有機酸根（主要是蘋果酸根）與鉀離子一同從植株地上部向根系轉移，有機酸脫羧后以碳酸氫根的形式釋放到根際介質中去，并且磷具有促進植物呼吸的作用，從而增加蘋果酸和檸檬酸的含量。

施加新型復合保水劑提高了烤后煙葉的產量和產值，這可能是因為施加保水劑有利于改善土壤理化性質，減輕干旱對煙株的影響，從而促進烤煙生長，提高烤后煙產量和質量。

4結論

本試驗研究了不同類型保水劑對植煙土壤理化性質、土壤酶活性及烤煙有機酸含量和經濟效益的影響，結果表明，施用生物炭及腐植酸鉀新型復合保水劑較傳統保水劑更有利于提高土壤含水率和脲酶、蔗糖酶活性以及土壤養分含量，同時提高了煙葉非揮發性有機酸含量和經濟效益。