許洪慶，劉素參，呂大樹，張亞恒，梁增發(fā)，王維?

(1貴州中煙工業(yè)有限責任公司，貴州 貴陽 550001；2華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，廣東 廣州 510642)

有機物料是一類以動植物殘體為來源，經(jīng)過無害化處理的含碳有機物質(zhì)，因其具有來源廣、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)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(fā)育和烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)的吸收與積累，改善光合性能，促進烤煙生長發(fā)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(tài)環(huán)境，提升煙葉品質(zhì)。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(fā)育，且有機物料施用量與根系發(fā)育質(zhì)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(yǎng)分含量，促進作物增產(chǎn)。稻殼是水稻加工過程的副產(chǎn)物，屬于有機物料的一種。梅州地區(qū)地處粵北，是典型的煙—稻輪作區(qū)，每年的稻殼產(chǎn)量巨大。而此類產(chǎn)量大、價格低、持續(xù)可再生的有機物料目前一般僅用于飼料加工或作為發(fā)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(xiàn)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(fā)育及烤后煙葉產(chǎn)質(zhì)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式可持續(xù)化發(fā)展提供理論依據(jù)。

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(chǎn)基地進行，試驗所用烤煙品種為當?shù)刂髟云贩N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(zhì)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(qū)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(qū)，每個小區(qū)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(tǒng)一按當?shù)責熑~生產(chǎn)技術方案執(zhí)行，施用有機肥750 kg/hm2、煙草專業(yè)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?shù)責熑~生產(chǎn)技術方案執(zhí)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(xiàn)蕾期(70 d)從各小區(qū)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(wǎng)袋內(nèi)，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(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累量測定及田間主要病害調(diào)查

參照?煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法?(YC/T142－2010)，在團棵期和現(xiàn)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(shù)、最大葉長、最大葉寬等農(nóng)藝性狀指標。分別于團棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期取樣測定煙株根、莖、葉干物質(zhì)積累量。于現(xiàn)蕾期調(diào)查田間煙株普通花葉病、黑脛病以及青枯病的發(fā)病情況，調(diào)查方法參照?煙草病害分級及調(diào)查方法?(YC/T39－1996)。

1.3.3 烤后煙葉常規(guī)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(xù)流動法測定淀粉、水溶性總糖、還原糖、總氮、煙堿、鉀、氯等常規(guī)化學成分含量[9－10]。

1.3.4 經(jīng)濟性狀分析

將煙葉分小區(qū)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?shù)禺斈昕緹熓召弮r格統(tǒng)計其產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價和上等煙比例，產(chǎn)量和產(chǎn)值由小區(qū)數(shù)據(jù)折算。

1.3.5 感官質(zhì)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(zhì)、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(quán)重如表1所示。感官質(zhì)量綜合分值采用指數(shù)和法進行計算，計算公式如下:

表1 感官質(zhì)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(zhì)量分值；Ni—第i個感官質(zhì)量指標的量化分值；Oi—第i個感官質(zhì)量指標的權(quán)重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 26.0對原始試驗數(shù)據(jù)進行整理和分析，采用Origin21進行圖形繪制。

2 結(jié)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(xiàn)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(xiàn)為T3>T2>T1>CK，旺長期和現(xiàn)蕾期則為T2>T1>T3>CK。從土壤脲酶活性來看，不同時期表現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)為T2>T1>T3>CK，且各處理間差異顯著(P<0.05)?，F(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)積累量顯著高于CK(P<0.05)，T2、T3處理莖、葉干物質(zhì)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(zhì)積累量表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK?，F(xiàn)蕾期，除T3處理葉片干物質(zhì)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(zhì)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(zhì)積累量表現(xiàn)為:T2>T1>T3>CK。

2.4 不同處理對煙株農(nóng)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(shù)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%?，F(xiàn)蕾期，除有效葉數(shù)外，增施有機物料的煙株農(nóng)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(nóng)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(fā)生的影響

根據(jù)表4，不同處理間花葉病發(fā)病率和病情指數(shù)均具有顯著性差異；其中CK和T1處理的發(fā)病率分別為50.45%和24.61%，病情指數(shù)分別為23.67和6.90，顯著高于T2和T3處理(P<0.05)。黑脛病發(fā)病情況方面，增施有機物料的煙株發(fā)病率和病情指數(shù)均顯著低于CK，且T3處理的發(fā)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(fā)病率和病情指數(shù)均顯著低于CK；其中CK和T1的發(fā)病率分別為27.34%、21.31%，病情指數(shù)分別為9.53、6.73，T2和T3發(fā)病率與病情指數(shù)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(fā)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(guī)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)?？偺呛糠矫妫胁咳~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(xié)調(diào)性較好，因此中、上部葉整體協(xié)調(diào)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)量、產(chǎn)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(jīng)濟性狀指標，在4個處理中，T3處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例以及中上等煙比例均表現(xiàn)最好，其次為T2處理。

表6 不同處理的烤煙經(jīng)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(zhì)量的影響

煙葉感官質(zhì)量既是煙葉綜合質(zhì)量的重要組成部分，也是工業(yè)可用性評價的主要依據(jù)。由表7可知，不同處理的烤煙評吸加權(quán)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(yǎng)分轉(zhuǎn)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(jié)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(xiàn)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(zhì)，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(jié)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(zhì)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(fā)現(xiàn)，增施稻殼有機物料對煙株根系活力、干物質(zhì)積累量以及農(nóng)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(zhì)具有明顯的后發(fā)作用，增施后能顯著促進烤煙后期生長。初步發(fā)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(jié)構(gòu)有利于擴大根系在土壤空間內(nèi)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(yǎng)元素濃度[20－21]，為作物持續(xù)提供養(yǎng)分，有利于作物的生長發(fā)育。但稻殼的碳氮比較高，屬于較難發(fā)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(fā)效應，但過量的稻殼有機物料長時間發(fā)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(huán)境產(chǎn)生的H2S等物質(zhì)對病原菌有較好的抑制作用。劉亮亮等[23]研究發(fā)現(xiàn)，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(zhì)的好壞不僅取決于內(nèi)在化學成分含量的高低，還與各成分之間是否平衡協(xié)調(diào)有關，而評吸質(zhì)量評分能直接、客觀地反映煙葉品質(zhì)的優(yōu)劣[24]。研究表明[25－26]，烤煙生育后期碳氮代謝協(xié)調(diào)，可促進光合產(chǎn)物和香氣前體物充分降解或轉(zhuǎn)化，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的形成。本研究結(jié)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)性變差，評吸總分亦降低，尤其是上部葉?？赡苁且驗檫^量的稻殼有機物料充分發(fā)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(yǎng)失調(diào)，無法正常落黃，并出現(xiàn)假熟現(xiàn)象，最終導致烤后煙葉品質(zhì)下降。

4 結(jié)論

稻殼有機物料對烤煙的生長發(fā)育以及產(chǎn)質(zhì)量形成均有顯著影響，綜合考慮烤煙生長發(fā)育、經(jīng)濟性狀、化學成分協(xié)調(diào)性以及感官質(zhì)量等指標，梅州煙—稻輪作區(qū)稻殼有機物料的施用量以15 000 kg/hm2為宜。