高碳基肥对舞阳烟区土壤特性和烟叶品质形成的影响

张 珂，刘国顺，王国峰，李学东，王志忠，何孝兵，云 菲，姚 倩，张松涛*

(1.河南农业大学 烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州 450002；2.河南省漯河市烟草公司 舞阳县分公司，河南 漯河 462000；3.重庆中烟工业有限责任公司，重庆 400000)



高碳基肥对舞阳烟区土壤特性和烟叶品质形成的影响

张 珂1，刘国顺1，王国峰2，李学东3，王志忠2，何孝兵3，云 菲1，姚 倩1，张松涛1*

(1.河南农业大学 烟草学院/国家烟草栽培生理生化研究基地，河南 郑州 450002；2.河南省漯河市烟草公司 舞阳县分公司，河南 漯河 462000；3.重庆中烟工业有限责任公司，重庆 400000)

采用田间试验的方法，研究了高碳基肥料对舞阳烟区土壤肥力、微生物特性、初烤烟叶化学性质以及香气物质含量的影响。结果表明：高碳基肥料在移栽后30 d，显著提高土壤碱解氮、速效磷含量，具体分别表现为：T4>T2>T1>T3>CK，T2>T1>T4>T3>CK；在移栽后45 d，高碳基肥料能够增加土壤中细菌和放线菌含量，分别以T2和T1处理最高；移栽后120 d施用高碳基肥料土壤中真菌数量均高于对照，以T4处理最高；与对照相比，各处理烤后烟叶钾含量分别提高13.1%、15.9%、19.6%、9.3%，氯含量分别降低40.7%、42.6%、3.7%、14.8%；高碳基肥料可以增加烤烟中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮等重要致香物质含量。

高碳基肥料；土壤肥力；微生物；化学性质；香气物质

我国大部分植烟土壤，由于长期过量使用化肥，忽略有机肥的使用，引起土壤酸化、板结、营养失衡，土壤活性降低，有机质减少，从而导致土壤肥力下降[1-3]。与化肥相比，有机肥含有烟草生长发育所需的N、P、K等多种元素，同时含有丰富的有机物质；除能为作物生长提供所需要的养分，提高土壤肥力，改善土壤理化性状和土壤结构外，还可以增强土壤生物的生物活性，如增加土壤微生物总量，提高土壤酶的活性等[4-7]。唐莉娜等[8]相关研究表明，施用有机肥可以改善初烤烟叶化学品质与香气，提高烟叶的产量与产值。高碳基肥料作为有机肥料的一种，可以提高土壤有机质含量，调节碳氮比，改善土壤微生物环境，提高肥料利用率，同时还可以提高初烤烟叶中钾含量，降低氯含量，增加烟叶香气[9]。目前，国内外在高碳基肥料方面的研究处于起步阶段，在烟草上的应用与研究鲜有报道。

舞阳县地处河南中部，是浓香型烟叶的主产区之一，常年连作使土壤环境发生了变化，从而影响了烤烟的品质和产量，刘朝科等[10]研究发现2007年至2011年期间，舞阳县主要植烟地区土壤养分含量发生了变化，速效氮含量从2007年开始大幅度降低，速效磷含量也有变化。为了改善舞阳烟区土壤环境和烟叶品质，保持其浓香型的传统风格，笔者通过施加高碳基肥料研究其对舞阳地区土壤理化性质、微生物含量、初烤烟叶化学成分以及香气的影响，旨在为高碳基肥料在烤烟生产中的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014～2015年在河南省漯河市舞阳县文峰乡桐陈村烟田进行。供试品种为豫烟6号。土壤类型为黄壤土，土壤肥力中等、地势平坦。土壤基础肥力：速效氮17.47 mg/kg，速效磷26.21 mg/kg，速效钾234.40 mg/kg，有机质1.17 mg/kg，pH 5.3。

1.2 试验设计

试验共设5个处理，分别为： CK，不施肥；T1，常规施肥(5 kg纯氮)；T2，高碳基肥料100 kg+3.5 kg纯氮；T3，高碳基肥料200 kg+3.5 kg纯氮；T4，高碳基肥料300 kg+3.5 kg纯氮。试验采用随机区组设计，每个处理重复3次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤指标 碱解氮测定采用碱解扩散法；速效磷测定使用碳酸氢钠比色法[11]。

1.3.2 常规化学成分 初烤烟叶常规化学成分测试包括还原糖、烟碱、总糖、总氮、氯、钾含量，采用AA III型连续流动化学分析仪测定。

1.3.3 致香物质 使用内标法进行测定[12-14]，将20 g烟样、1.0 g柠檬酸、1 mL内标(0.37 g/L)加入500 mL圆底烧瓶中，再加入500 mL超纯水。安装同时蒸馏萃取装置，从冷凝管上方加40 mL二氯甲烷于250 mL 圆底烧瓶中，待开始沸腾时进行同时蒸馏萃取，出现分层便开始计时。2.5 h后，收集250 mL圆底烧瓶中的有机相，加入10 g无水硫酸钠,摇匀至溶液澄清，转移有机相到鸡心瓶中，水浴浓缩有机相至1 mL左右，转入色谱瓶中，所得样品用GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性。GC/MS 分析条件如下：色谱柱：HP-5(60 mm×0.25 mm，0.25 μm)；载气及流速为He，0.8 mL/min；进样口温度为250 ℃；传输线温度为280 ℃；离子源温度为177 ℃。 升温程序：初温50 ℃，恒温2 min 后以 2 ℃/min 升至120 ℃，保持5 min 后以2 ℃/min升至240 ℃，保持30 min。分流比为1∶15，进样量, 2 μL。电离能：70 eV。质量数范围：50～500 amu。MS谱库：NIST02。

1.3.4 微生物测定 称10 g土样，加入盛有90 mL灭菌水的三角瓶中，将土样和90 mL灭菌水的三角瓶，放震荡机上震荡20 min，取100 μL土壤悬液于900 μL灭菌水中稀释，依次按10倍法稀释到10-6(每次吸时反复吸入吹出3～5次)。

采用稀释平板法测定土壤微生物总数，细菌培养采用牛肉膏蛋白胨固体培养基(牛肉膏5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 5 g/L、琼脂20 g/L)；放线菌培养采用高氏1号培养基(可溶性淀粉20 g、硝酸钾1 g/L、七水合硫酸亚铁0.01 g/L、磷酸氢二钾0.5 g/L、七水合硫酸镁 0.5 g/L、NaCl 0.5 g/L、琼脂20 g/L，临用时加3%的K2Cr2O7溶液)；真菌培养采用孟加拉红培养基35 g/L。结果以每克干土所含的微生物数量表示[15]。

2 结果与分析

2.1 高碳基肥料对植烟土壤特性的影响

2.1.1 不同处理土壤碱解氮差异 由图1可看出，不同高碳基肥处理下植烟土壤的碱解氮含量表现在移栽后30 d呈上升趋势。移栽后30～45 d，CK、T1、T3处理变化趋势一致，均呈现上升趋势，而T2和T4处理则呈现下降趋势。在移栽45 d以后，各处理均呈现下降趋势。T4处理在移栽后30 d土壤中碱解氮含量显著增加，且大于其他处理，表明在亩施纯氮3.5 kg/667m2的条件下，高碳基肥料用量在300 kg/667m2时，碱解氮含量增加最为显著。

图1 不同高碳基肥料处理下土壤碱解氮含量变化

2.1.2 不同处理土壤速效磷差异 由图2可看出，整个生育期内各处理表现为先上升后下降的趋势。移栽后30 d，各处理呈上升趋势，且各处理土壤速效磷含量表现为：T2>T1>T4>T3>CK，T1处理在移栽后30 d后含量逐渐降低，T2处理在移栽后45 d速效磷含量达到最高值，之后逐渐下降，T3、T4处理速效磷含量分别在移栽后75 d和60 d时有所回升，但总体呈现下降趋势。总体来看，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处理最优。

图2 不同高碳基肥处理下土壤速效磷含量变化

2.1.3 不同处理土壤微生物的差异 烟田根际土壤中细菌的数量从移栽后45 d开始基本呈现下降趋势(随生育期延长呈逐渐下降趋势)，而真菌数量则在前期保持基本不变而在成熟期(移栽后120 d)时达到最大，放线菌的数量则呈先减少后增加再减少的趋势。高碳基肥料对土壤微生物数量的影响显著，其中细菌的数量在移栽后45 d时，T2和T3处理均高于对照处理，其中T2处理细菌数量最多，表明高碳基肥料能在移栽后45 d增加细菌的数量。真菌在移栽后120 d时数量最多，并且此时对照和常规施肥的真菌数量差异不显著，但是施用高碳基肥的处理则表现出随着高碳基肥施用量的增加，真菌的数量增多，表明高碳基肥料在烟叶生长后期能增加真菌的数量。高碳基肥的处理的放线菌数量在移栽后45 d时高于对照和常规施肥(图3～图5)。

图3 不同高碳基肥处理下土壤细菌数量的变化情况

2.2 不同处理烤烟烤后样常规化学成分的差异分析

烟叶内在化学成分是评价调制后烟叶样品的重要品质指标，各项化学成分之间的协调性更是能够直接反映烟叶的内在品质及其可用性。对调制后各处理烤烟烟叶样品进行分析，结果见表1。

由表1可知，施用高碳基肥的4个处理氯含量均低于对照，并且钾含量均高于对照，在提钾降氯方面，以T2处理氯含量降低比例最多。各处理烤烟还原糖含量低于对照处理，烟碱含量均高于对照处理。总糖含量以对照处理最高，总氮以对照处理最低，由于对照处理中总糖、还原糖含量高，烟碱含量低，所以糖碱比高于其他处理。综上可知，各处理在不同程度上均改善了烤烟化学成分，高碳基肥料可以提高烤烟中钾含量，降低氯含量，总体上以T2处理最好。

图4 不同高碳基肥处理下土壤真菌数量的变化情况

图5 不同高碳基肥处理下土壤放线菌数量的变化情况

2.3 不同处理烤后样香气物质的差异分析

苯甲醇和苯乙醇对卷烟香味有明显的作用，能使烟气增加花香的香味， T3处理中的苯甲醇和苯乙醇含量明显高于其他处理，且高碳基肥处理过的烟叶烤后样中苯甲醇和苯乙醇含量均高于CK处理，表明高碳基肥能提高烤烟中的苯甲醇和苯乙醇含量。T2和T3处理中的醇类总量明显高于其他处理。糠醛含量以T2处理最高，苯甲醛以T2处理最高，苯乙醛以T3处理最高，苯甲醛使烟叶增加樱桃香、杏仁香，苯乙醛使烟叶增加强烈花香、皂香，2,6-壬二烯醛以T1处理最高，藏花醛量随着高碳基肥用量的增加而增多，5-甲基糠醛能增加烟气香味浓度，以T2处理最高， T2处理的醛类总量高于其他几个处理。酮类是重要的致香物质， 6-甲基-5-庚烯-2-酮、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、异佛尔酮、氧化异佛尔酮、茄酮和β-二氢大马酮均以T2处理最高，β-大马酮和巨豆三烯酮以T4处理最高。巨豆三烯酮在烟叶中起着主要的发香作用，能使烟气浓度增加，并赋予白肋烟的香味特征。螺岩兰草酮、面包酮和法尼基丙酮都以T2处理最高，而3-羟基-β-二氢大马酮以T4处理最高。2-乙酰基呋喃以T1处理最低，2-乙酰基吡咯以T4处理最高，高碳基肥处理过烤烟的二氢猕猴桃内脂含量均高于不施肥处理，香气总量以T2处理最高。高碳基肥料可以提高烟叶中一些重要致香物质的含量(表2)。

表1 不同高碳基肥处理烤后烟叶化学成分

表2 不同高碳基肥处理对烤烟中致香物质的影响 μg/g

3 小结与讨论

有机肥可以增加土壤中碱解氮、速效磷含量。本试验中经过高碳基肥料处理土壤中碱解氮和速效磷含量在移栽后30、45 d明显高于对照处理，与刘国顺等[16]的研究结果一致，说明高碳基肥料可以给植株生长提供充足的氮素和磷素。但高碳基肥的施用量与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围时，高碳基肥料的肥效才能发挥出来。本实验条件下，T2处理即施纯氮3.5 kg/667 m2的条件下，高碳基肥料用量在100 kg时作用效果最佳。

本研究验证了有机肥料施用量对烟田根际土中微生物数量有影响[17]。发现高碳基肥料施用对于细菌数量的增加整体表现在移栽后45 d之前，可能是高碳基肥料的施用改善了土壤的环境进而使细菌数量增加。而放线菌数量则是在施用后的75 d时增加较多，表明在成熟期高碳基肥料对放线菌数量的增加有显著效果。而真菌数量的增加则出现在采收结束时，此时高碳基肥料的施用明显促进了真菌数量的增加，表明高碳基肥料在烟叶生长后期可以提高真菌数量。

有机肥对初烤烟叶化学成分影响较大，可以改善烟叶中化学成分含量，提高烟叶质量，为工业企业提供较好的原料[18-19]。王岩等[20]研究表明不同有机肥种类对烟叶内烟碱含量、总糖、还原糖含量等都产生了不同的影响。本研究表明，高碳基肥料降低初烤烟叶中氯含量，提高钾含量，可以提高烟叶的燃烧性。高碳基肥料提高了烟叶中烟碱、总氮的含量，可能是高碳基肥料改善土壤环境,促进氮素释放所致。然而高碳基肥料降低了烟叶中总糖和还原糖的含量，使得初烤烟叶糖碱比均低于对照处理，还需进一步验证高碳基肥料改善初烤烟叶化学成分的效果。

施用高碳基肥料后，初烤烟叶香气物质含量中苯甲醇、苯乙醇、苯甲醛、苯乙醛、巨豆三烯酮含量均高于对照处理。相关研究表明，苯甲醇、苯乙醇对卷烟香味有重要的作用，苯甲醛、苯乙醛能给卷烟添加甜香韵，它们都对烟叶香气有贡献[21]。高碳基肥料可以增加初烤烟叶中主要致香物质含量，提高香气总量(新植二烯除外)，与化党领等[22]研究结果相似。相关研究表明[23]，烤烟糖含量与香气总量成正比，而T2处理烤后烟叶糖含量低于CK处理，其原因有待于进一步研究。

[1] 黄国勤,王兴祥,钱海燕,等.施用化肥对农业生态环境的负面影响及对策[J].生态环境,2004,13(4):656-660.

[2] 王建强.长期使用化肥对土壤的影响及防治[J].化学工程与装备,2008(11):90-91.

[3] 申燕,肖谋良,朱家荣,等.喀斯特典型区有机和常规生产烤烟主要化学成分分析[J].南方农业学报,2015,46(11):1958-1964.

[4] 罗兴录,岑忠用,谢和霞,等.生物有机肥对土壤理化、生物性状和木薯生长的影响[J].西北农业学报,2008,17(1):167-173.

[5] 高振宁.保护生态环境,发展有机农业[J].农村生态环境,2001,17(2):1-4.

[6] 王立刚,李维炯,邱建军,等.生物有机肥对作物生长、土壤肥力及产量的效应研究[J].土壤肥料,2004(5):12-16.

[7] 杨威,张强,董高峰,等.不同晒烟和烤烟理化特性与中性致香物质的对比分析[J].南方农业学报,2014,45(4):648-653.

[8] 唐莉娜,陈顺辉.不同种类有机肥与化肥配施对烤烟生长和品质的影响[J].土壤肥料科学,2008,24(11):258-262.

[9] 王兆稳,王建安,于建飞,等.高碳基土壤修复一体肥对洛南县烟叶质量的影响研究[J].安徽农学通报,2013,19(11):42-43.

[10] 刘朝科,韩东恒,李斌,等.生态因子变化趋势对舞阳县浓香型烤烟生产技术措施的影响[J].安徽农业科学,2012,40(32):15642-15644,15648.

[11] 鲍士旦.土壤农化分析：测定技术[M].北京：中国农业出版社,2005.

[12] Shi H Z, Zhang J X. Tobacco alkaloids[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2004: 7-9.

[13] Chaturvedi V K. Correlations among extensibility, burn, thickness, nitrogenous constituents, phosphorus potassium in fermented leaf of cigar-wrapper tobacco[J]. Indian Agric SC, 1987, 57(4): 271-274.

[14] 赵尊康,尹辉,卢燕回,等.不同施肥模式对异地种植大宁晒烟产量和品质的影响[J].南方农业学报,2015,46(5):787-792.

[15] 中国科学院南京土壤研究所微生物室.土壤微生物研究法[M].北京:科学出版社,1985：4-51.

[16] 刘国顺,彭华伟.生物有机肥对烤烟土壤肥力及生长发育的影响[J].耕作与栽培,2004(3):29-31.

[17] 谭周进,李倩,李建国,等.稻草还田量对晚稻土微生物数量及活度的动态影响[J].农业环境科学学报,2006,25(3):670-673.

[18] 沈少君,杜超凡,杨志杰,等.有机肥与硫肥平衡配施对烤烟品质的影响[J].中国烟草科学,2009,30(2):36-40.

[19] 刘卫群,陈江华,刘建利.有机肥使用技术与烟叶品质关系[J].中国烟草学报,2003,9(zl):9-18.

[20] 王岩,刘国顺.不同种类有机肥对烤烟生长及其品质的影 响[J].河南农业科学,2006(2):81-84.

[21] 史宏志,刘国顺.烟草香味学[M].北京:中国农业出版社,2011.

[22] 化党领,杨秋云,王镇,等.施用生物有机肥对烤烟生长及香气物质的影响[J].中国烟草学报,2011,17(1):62-66.

[23] 景延秋,刘晓迪,官长荣,等.烤前喷施糖类物质对烤烟化学成分及香气物质含量的影响[J].河南农业大学学报,2013,47(6):663-666.

(责任编辑：许晶晶)

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

“施用有机肥缓解土壤板结提高烟叶品质研究及推广应用”项目。

张珂(1991─)，男，陕西渭南人，硕士研究生，主要从事烟草品质生态研究。*通讯作者:张松涛。

S572

A

1001-8581(2016)12-0052-05