張 珂，劉國(guó)順，王國(guó)峰，李學(xué)東，王志忠，何孝兵，云 菲，姚 倩，張松濤*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000；3.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 400000)

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高碳基肥對(duì)舞陽煙區(qū)土壤特性和煙葉品質(zhì)形成的影響

張 珂1，劉國(guó)順1，王國(guó)峰2，李學(xué)東3，王志忠2，何孝兵3，云 菲1，姚 倩1，張松濤1*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南 鄭州 450002；2.河南省漯河市煙草公司 舞陽縣分公司，河南 漯河 462000；3.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，重慶 400000)

采用田間試驗(yàn)的方法，研究了高碳基肥料對(duì)舞陽煙區(qū)土壤肥力、微生物特性、初烤煙葉化學(xué)性質(zhì)以及香氣物質(zhì)含量的影響。結(jié)果表明：高碳基肥料在移栽后30 d，顯著提高土壤堿解氮、速效磷含量，具體分別表現(xiàn)為：T4>T2>T1>T3>CK，T2>T1>T4>T3>CK；在移栽后45 d，高碳基肥料能夠增加土壤中細(xì)菌和放線菌含量，分別以T2和T1處理最高；移栽后120 d施用高碳基肥料土壤中真菌數(shù)量均高于對(duì)照，以T4處理最高；與對(duì)照相比，各處理烤后煙葉鉀含量分別提高13.1%、15.9%、19.6%、9.3%，氯含量分別降低40.7%、42.6%、3.7%、14.8%；高碳基肥料可以增加烤煙中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮等重要致香物質(zhì)含量。

高碳基肥料；土壤肥力；微生物；化學(xué)性質(zhì)；香氣物質(zhì)

我國(guó)大部分植煙土壤，由于長(zhǎng)期過量使用化肥，忽略有機(jī)肥的使用，引起土壤酸化、板結(jié)、營(yíng)養(yǎng)失衡，土壤活性降低，有機(jī)質(zhì)減少，從而導(dǎo)致土壤肥力下降[1-3]。與化肥相比，有機(jī)肥含有煙草生長(zhǎng)發(fā)育所需的N、P、K等多種元素，同時(shí)含有豐富的有機(jī)物質(zhì)；除能為作物生長(zhǎng)提供所需要的養(yǎng)分，提高土壤肥力，改善土壤理化性狀和土壤結(jié)構(gòu)外，還可以增強(qiáng)土壤生物的生物活性，如增加土壤微生物總量，提高土壤酶的活性等[4-7]。唐莉娜等[8]相關(guān)研究表明，施用有機(jī)肥可以改善初烤煙葉化學(xué)品質(zhì)與香氣，提高煙葉的產(chǎn)量與產(chǎn)值。高碳基肥料作為有機(jī)肥料的一種，可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，調(diào)節(jié)碳氮比，改善土壤微生物環(huán)境，提高肥料利用率，同時(shí)還可以提高初烤煙葉中鉀含量，降低氯含量，增加煙葉香氣[9]。目前，國(guó)內(nèi)外在高碳基肥料方面的研究處于起步階段，在煙草上的應(yīng)用與研究鮮有報(bào)道。

舞陽縣地處河南中部，是濃香型煙葉的主產(chǎn)區(qū)之一，常年連作使土壤環(huán)境發(fā)生了變化，從而影響了烤煙的品質(zhì)和產(chǎn)量，劉朝科等[10]研究發(fā)現(xiàn)2007年至2011年期間，舞陽縣主要植煙地區(qū)土壤養(yǎng)分含量發(fā)生了變化，速效氮含量從2007年開始大幅度降低，速效磷含量也有變化。為了改善舞陽煙區(qū)土壤環(huán)境和煙葉品質(zhì)，保持其濃香型的傳統(tǒng)風(fēng)格，筆者通過施加高碳基肥料研究其對(duì)舞陽地區(qū)土壤理化性質(zhì)、微生物含量、初烤煙葉化學(xué)成分以及香氣的影響，旨在為高碳基肥料在烤煙生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014～2015年在河南省漯河市舞陽縣文峰鄉(xiāng)桐陳村煙田進(jìn)行。供試品種為豫煙6號(hào)。土壤類型為黃壤土，土壤肥力中等、地勢(shì)平坦。土壤基礎(chǔ)肥力：速效氮17.47 mg/kg，速效磷26.21 mg/kg，速效鉀234.40 mg/kg，有機(jī)質(zhì)1.17 mg/kg，pH 5.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為： CK，不施肥；T1，常規(guī)施肥(5 kg純氮)；T2，高碳基肥料100 kg+3.5 kg純氮；T3，高碳基肥料200 kg+3.5 kg純氮；T4，高碳基肥料300 kg+3.5 kg純氮。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤指標(biāo) 堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；速效磷測(cè)定使用碳酸氫鈉比色法[11]。

1.3.2 常規(guī)化學(xué)成分 初烤煙葉常規(guī)化學(xué)成分測(cè)試包括還原糖、煙堿、總糖、總氮、氯、鉀含量，采用AA III型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定。

1.3.3 致香物質(zhì) 使用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測(cè)定[12-14]，將20 g煙樣、1.0 g檸檬酸、1 mL內(nèi)標(biāo)(0.37 g/L)加入500 mL圓底燒瓶中，再加入500 mL超純水。安裝同時(shí)蒸餾萃取裝置，從冷凝管上方加40 mL二氯甲烷于250 mL 圓底燒瓶中，待開始沸騰時(shí)進(jìn)行同時(shí)蒸餾萃取，出現(xiàn)分層便開始計(jì)時(shí)。2.5 h后，收集250 mL圓底燒瓶中的有機(jī)相，加入10 g無水硫酸鈉,搖勻至溶液澄清，轉(zhuǎn)移有機(jī)相到雞心瓶中，水浴濃縮有機(jī)相至1 mL左右，轉(zhuǎn)入色譜瓶中，所得樣品用GC/MS鑒定結(jié)果和NIST庫(kù)檢索定性。GC/MS 分析條件如下：色譜柱：HP-5(60 mm×0.25 mm，0.25 μm)；載氣及流速為He，0.8 mL/min；進(jìn)樣口溫度為250 ℃；傳輸線溫度為280 ℃；離子源溫度為177 ℃。 升溫程序：初溫50 ℃，恒溫2 min 后以 2 ℃/min 升至120 ℃，保持5 min 后以2 ℃/min升至240 ℃，保持30 min。分流比為1∶15，進(jìn)樣量, 2 μL。電離能：70 eV。質(zhì)量數(shù)范圍：50～500 amu。MS譜庫(kù)：NIST02。

1.3.4 微生物測(cè)定 稱10 g土樣，加入盛有90 mL滅菌水的三角瓶中，將土樣和90 mL滅菌水的三角瓶，放震蕩機(jī)上震蕩20 min，取100 μL土壤懸液于900 μL滅菌水中稀釋，依次按10倍法稀釋到10-6(每次吸時(shí)反復(fù)吸入吹出3～5次)。

采用稀釋平板法測(cè)定土壤微生物總數(shù)，細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基(牛肉膏5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 5 g/L、瓊脂20 g/L)；放線菌培養(yǎng)采用高氏1號(hào)培養(yǎng)基(可溶性淀粉20 g、硝酸鉀1 g/L、七水合硫酸亞鐵0.01 g/L、磷酸氫二鉀0.5 g/L、七水合硫酸鎂 0.5 g/L、NaCl 0.5 g/L、瓊脂20 g/L，臨用時(shí)加3%的K2Cr2O7溶液)；真菌培養(yǎng)采用孟加拉紅培養(yǎng)基35 g/L。結(jié)果以每克干土所含的微生物數(shù)量表示[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 高碳基肥料對(duì)植煙土壤特性的影響

2.1.1 不同處理土壤堿解氮差異 由圖1可看出，不同高碳基肥處理下植煙土壤的堿解氮含量表現(xiàn)在移栽后30 d呈上升趨勢(shì)。移栽后30～45 d，CK、T1、T3處理變化趨勢(shì)一致，均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而T2和T4處理則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在移栽45 d以后，各處理均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。T4處理在移栽后30 d土壤中堿解氮含量顯著增加，且大于其他處理，表明在畝施純氮3.5 kg/667m2的條件下，高碳基肥料用量在300 kg/667m2時(shí)，堿解氮含量增加最為顯著。

圖1 不同高碳基肥料處理下土壤堿解氮含量變化

2.1.2 不同處理土壤速效磷差異 由圖2可看出，整個(gè)生育期內(nèi)各處理表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)。移栽后30 d，各處理呈上升趨勢(shì)，且各處理土壤速效磷含量表現(xiàn)為：T2>T1>T4>T3>CK，T1處理在移栽后30 d后含量逐漸降低，T2處理在移栽后45 d速效磷含量達(dá)到最高值，之后逐漸下降，T3、T4處理速效磷含量分別在移栽后75 d和60 d時(shí)有所回升，但總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)?？傮w來看，高碳基肥料能增加土壤中速效磷含量，但不是施用量越多越好，以T2處理最優(yōu)。

圖2 不同高碳基肥處理下土壤速效磷含量變化

2.1.3 不同處理土壤微生物的差異 煙田根際土壤中細(xì)菌的數(shù)量從移栽后45 d開始基本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(隨生育期延長(zhǎng)呈逐漸下降趨勢(shì))，而真菌數(shù)量則在前期保持基本不變而在成熟期(移栽后120 d)時(shí)達(dá)到最大，放線菌的數(shù)量則呈先減少后增加再減少的趨勢(shì)。高碳基肥料對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響顯著，其中細(xì)菌的數(shù)量在移栽后45 d時(shí)，T2和T3處理均高于對(duì)照處理，其中T2處理細(xì)菌數(shù)量最多，表明高碳基肥料能在移栽后45 d增加細(xì)菌的數(shù)量。真菌在移栽后120 d時(shí)數(shù)量最多，并且此時(shí)對(duì)照和常規(guī)施肥的真菌數(shù)量差異不顯著，但是施用高碳基肥的處理則表現(xiàn)出隨著高碳基肥施用量的增加，真菌的數(shù)量增多，表明高碳基肥料在煙葉生長(zhǎng)后期能增加真菌的數(shù)量。高碳基肥的處理的放線菌數(shù)量在移栽后45 d時(shí)高于對(duì)照和常規(guī)施肥(圖3～圖5)。

圖3 不同高碳基肥處理下土壤細(xì)菌數(shù)量的變化情況

2.2 不同處理烤煙烤后樣常規(guī)化學(xué)成分的差異分析

煙葉內(nèi)在化學(xué)成分是評(píng)價(jià)調(diào)制后煙葉樣品的重要品質(zhì)指標(biāo)，各項(xiàng)化學(xué)成分之間的協(xié)調(diào)性更是能夠直接反映煙葉的內(nèi)在品質(zhì)及其可用性。對(duì)調(diào)制后各處理烤煙煙葉樣品進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

由表1可知，施用高碳基肥的4個(gè)處理氯含量均低于對(duì)照，并且鉀含量均高于對(duì)照，在提鉀降氯方面，以T2處理氯含量降低比例最多。各處理烤煙還原糖含量低于對(duì)照處理，煙堿含量均高于對(duì)照處理?？偺呛恳詫?duì)照處理最高，總氮以對(duì)照處理最低，由于對(duì)照處理中總糖、還原糖含量高，煙堿含量低，所以糖堿比高于其他處理。綜上可知，各處理在不同程度上均改善了烤煙化學(xué)成分，高碳基肥料可以提高烤煙中鉀含量，降低氯含量，總體上以T2處理最好。

圖4 不同高碳基肥處理下土壤真菌數(shù)量的變化情況

圖5 不同高碳基肥處理下土壤放線菌數(shù)量的變化情況

2.3 不同處理烤后樣香氣物質(zhì)的差異分析

苯甲醇和苯乙醇對(duì)卷煙香味有明顯的作用，能使煙氣增加花香的香味， T3處理中的苯甲醇和苯乙醇含量明顯高于其他處理，且高碳基肥處理過的煙葉烤后樣中苯甲醇和苯乙醇含量均高于CK處理，表明高碳基肥能提高烤煙中的苯甲醇和苯乙醇含量。T2和T3處理中的醇類總量明顯高于其他處理。糠醛含量以T2處理最高，苯甲醛以T2處理最高，苯乙醛以T3處理最高，苯甲醛使煙葉增加櫻桃香、杏仁香，苯乙醛使煙葉增加強(qiáng)烈花香、皂香，2,6-壬二烯醛以T1處理最高，藏花醛量隨著高碳基肥用量的增加而增多，5-甲基糠醛能增加煙氣香味濃度，以T2處理最高， T2處理的醛類總量高于其他幾個(gè)處理。酮類是重要的致香物質(zhì)， 6-甲基-5-庚烯-2-酮、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、異佛爾酮、氧化異佛爾酮、茄酮和β-二氫大馬酮均以T2處理最高，β-大馬酮和巨豆三烯酮以T4處理最高。巨豆三烯酮在煙葉中起著主要的發(fā)香作用，能使煙氣濃度增加，并賦予白肋煙的香味特征。螺巖蘭草酮、面包酮和法尼基丙酮都以T2處理最高，而3-羥基-β-二氫大馬酮以T4處理最高。2-乙?；秽訲1處理最低，2-乙?；量┮訲4處理最高，高碳基肥處理過烤煙的二氫獼猴桃內(nèi)脂含量均高于不施肥處理，香氣總量以T2處理最高。高碳基肥料可以提高煙葉中一些重要致香物質(zhì)的含量(表2)。

表1 不同高碳基肥處理烤后煙葉化學(xué)成分

表2 不同高碳基肥處理對(duì)烤煙中致香物質(zhì)的影響 μg/g

3 小結(jié)與討論

有機(jī)肥可以增加土壤中堿解氮、速效磷含量。本試驗(yàn)中經(jīng)過高碳基肥料處理土壤中堿解氮和速效磷含量在移栽后30、45 d明顯高于對(duì)照處理，與劉國(guó)順等[16]的研究結(jié)果一致，說明高碳基肥料可以給植株生長(zhǎng)提供充足的氮素和磷素。但高碳基肥的施用量與土壤中氮素和磷素的含量并非成正比，只有高碳基肥料在合理的施用量范圍時(shí)，高碳基肥料的肥效才能發(fā)揮出來。本實(shí)驗(yàn)條件下，T2處理即施純氮3.5 kg/667 m2的條件下，高碳基肥料用量在100 kg時(shí)作用效果最佳。

本研究驗(yàn)證了有機(jī)肥料施用量對(duì)煙田根際土中微生物數(shù)量有影響[17]。發(fā)現(xiàn)高碳基肥料施用對(duì)于細(xì)菌數(shù)量的增加整體表現(xiàn)在移栽后45 d之前，可能是高碳基肥料的施用改善了土壤的環(huán)境進(jìn)而使細(xì)菌數(shù)量增加。而放線菌數(shù)量則是在施用后的75 d時(shí)增加較多，表明在成熟期高碳基肥料對(duì)放線菌數(shù)量的增加有顯著效果。而真菌數(shù)量的增加則出現(xiàn)在采收結(jié)束時(shí)，此時(shí)高碳基肥料的施用明顯促進(jìn)了真菌數(shù)量的增加，表明高碳基肥料在煙葉生長(zhǎng)后期可以提高真菌數(shù)量。

有機(jī)肥對(duì)初烤煙葉化學(xué)成分影響較大，可以改善煙葉中化學(xué)成分含量，提高煙葉質(zhì)量，為工業(yè)企業(yè)提供較好的原料[18-19]。王巖等[20]研究表明不同有機(jī)肥種類對(duì)煙葉內(nèi)煙堿含量、總糖、還原糖含量等都產(chǎn)生了不同的影響。本研究表明，高碳基肥料降低初烤煙葉中氯含量，提高鉀含量，可以提高煙葉的燃燒性。高碳基肥料提高了煙葉中煙堿、總氮的含量，可能是高碳基肥料改善土壤環(huán)境,促進(jìn)氮素釋放所致。然而高碳基肥料降低了煙葉中總糖和還原糖的含量，使得初烤煙葉糖堿比均低于對(duì)照處理，還需進(jìn)一步驗(yàn)證高碳基肥料改善初烤煙葉化學(xué)成分的效果。

施用高碳基肥料后，初烤煙葉香氣物質(zhì)含量中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮含量均高于對(duì)照處理。相關(guān)研究表明，苯甲醇、苯乙醇對(duì)卷煙香味有重要的作用，苯甲醛、苯乙醛能給卷煙添加甜香韻，它們都對(duì)煙葉香氣有貢獻(xiàn)[21]。高碳基肥料可以增加初烤煙葉中主要致香物質(zhì)含量，提高香氣總量(新植二烯除外)，與化黨領(lǐng)等[22]研究結(jié)果相似。相關(guān)研究表明[23]，烤煙糖含量與香氣總量成正比，而T2處理烤后煙葉糖含量低于CK處理，其原因有待于進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯：許晶晶)

Effects of High-carbon Biochar-based Fertilizer on Soil Properties and Tobacco Quality Formation in Wuyang Tobacco-growing Area

ZHANG Ke1, LIU Guo-shun1, WANG Guo-feng2, LI Xue-dong3, WANG Zhi-zhong2,HE Xiao-bing3, YUN Fei1, YAO Qian1, ZHANG Song-tao1*

(1. College of Tobacco Science, Henan Agricultural University / National Tobacco Cultivation & Physiology & Biochemistry Research Center, Zhengzhou 450002, China; 2. Wuyang Branch, Luohe Tobacco Company in Henan Province, Luohe 462000, China; 3. China Tobacco Chongqing Industrial Limited Liability Corporation, Chongqing 400000, China)

Five fertilization treatments (CK, no fertilization; T1, 5 kg pure nitrogen; T2, 100 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen; T3, 200 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen; T4, 300 kg high-carbon biochar-based fertilizer+ 3.5 kg pure nitrogen) were set, and the effects of high-carbon biochar-based fertilizer application on the soil fertility, the characteristics of soil microorganisms, and the chemical properties and aroma components of flue-cured tobacco in Wuyang tobacco-growing area were studied through field tests. The results showed that: applying high-carbon biochar-based fertilizer significantly improved the soil alkali-hydrolyzable nitrogen content (T4>T2>T1>T3>CK) and soil available phosphorus content (T2>T1>T4>T3>CK) on the 30th day after transplanting; applying high-carbon biochar-based fertilizer could increase the quantity of bacteria (the highest in T2) and actinomycetes (the highest in T1) in soil on the 45th day after transplanting; on the 120th day after transplanting, the soil fungal quantity in the treatments of applying high-carbon biochar-based fertilizer was higher than that in CK, and it was the highest in T4; in comparison with CK, the treatment T1, T2, T3and T4increased the potassium content in flue-cured tobacco leaves by 13.1%, 15.9%, 19.6% and 9.3%, respectively, and decreased the chlorine content by 40.7%, 42.6%, 3.7% and 14.8% separately; the contents of benzyl alcohol, phenylethyl alcohol, benzaldehyde, phenylacetaldehyde, megastigmatrienone and other important aroma substances in flue-cured tobacco leaves were increased by the application of high-carbon biochar-based fertilizer.

High-carbon biochar-based fertilizer; Soil fertility; Microorganism; Chemical property; Aroma substance

2016-07-07

“施用有機(jī)肥緩解土壤板結(jié)提高煙葉品質(zhì)研究及推廣應(yīng)用”項(xiàng)目。

張珂(1991─)，男，陜西渭南人，碩士研究生，主要從事煙草品質(zhì)生態(tài)研究。*通訊作者:張松濤。

S572

A

1001-8581(2016)12-0052-05