不同有机物料对土壤有机碳库及烤烟品质的影响

冯婷婷+符云鹏+李海江+宋显峰+张晓娟

摘要：以中烟100为试验材料，通过大田试验，分析了腐熟麦秸秆、黑麦草及菌肥等不同有机物料施用对植烟土壤碳库及烤后烟叶品质的影响。结果表明：不同有机物料施用提高了植烟土壤全碳、总有机碳、活性有机碳和土壤碳库管理指数。添加有机物料及菌肥能增加烤后烟叶总糖、还原糖含量，显著降低总氮、烟碱含量，协调常规化学成分，增加中性致香物质总量。综合分析结果表明，以绿肥黑麦草配施微生物菌剂的处理较好。

关键词：有机物料；土壤碳库；化学成分；致香物质

中图分类号：S572.062文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）03-0089-05

AbstractThe field experiment was carried out to study the effects of adding rotten wheat straw， green manure and microbial agents on quality of flue-cured tobacco， Zhongyan 100， and organic carbon pool in soils. The results showed that all the treatments increased the total carbon， total organic carbon， labile organic carbon and carbon pool management index （CPMI） in tobacco growing soils. Adding organic materials and microbial agents could increase the contents of total sugar and reducing sugar， significantly reduced total nitrogen and nicotine contents， coordinate common chemical components and increase neutral aroma components. Green manure with microbial agents rendered the best effects.

KeywordsOrganic materials； Soil carbon pool； Chemical components； Aroma components

土壤有机碳是评价土壤质量的关键指标之一，同时在全球碳循环过程中起重要作用。土壤活性有机碳虽然仅占土壤有机碳的很少一部分，但在土壤养分的转化供应中扮演着重要角色，各碳库质量指数均与土壤养分含量有显著相关关系[1，2]。绿肥和秸秆是现代农业中富含养分的优质有机肥源，植烟土壤中添加秸秆、绿肥对改善土壤理化性状、提高土壤养分含量、增强土壤酶活性具有重要意义[3-6]。官会林等[7]研究表明，绿―烟及豆―烟复种模式较麦―烟、菜―烟复种及冬闲地更有利于提高土壤微生物量碳与有机碳含量。此外，张贵龙等[8]研究表明，施有机肥或有机无机适当配施能提高土壤有机碳含量和土壤碳库管理指数。农田施肥直接或间接地调控土壤有机质的输入，对土壤有机碳的积累和矿化有一定影响。因此，研究土壤有机碳库在施用秸秆、绿肥和菌肥等有机物料条件下的动态变化，对提高土壤有机碳库有重要意义。马超等[5]研究表明，秸秆促腐还田较单施化肥、常规秸秆还田更有利于提高土壤活性有机碳组分含量及碳库管理指数。另有研究表明，作物产量与活性有机碳含量和碳库管理指数均存在极显著的相关性，且相关系数明显大于总有机碳[8，9]。

近年来，受外界环境条件影响强烈、周转速度快的土壤有机碳活性组分成为各国学者对土壤有机碳研究的热点[10]，但是目前关于绿肥、菌肥和秸秆等不同有机物料施用下植烟土壤有機碳动态、活性有机碳组分的变化及碳库管理指数等方面的研究较少。因此，本试验在平顶山烟区探索施用不同有机物料对植烟土壤有机碳库及烤后烟叶产质量的影响，以期为改良该地区植烟土壤、提高烟叶品质、建立烟田可持续土壤管理措施提供参考。

1材料与方法

1.1试验设计与方法

试验于2015年在河南省平顶山市郏县进行。供试烤烟品种为中烟100，土壤类型为褐土，5月6日移栽，9月17日采收结束，株行距50 cm×120 cm。耕层土壤pH值7.45，有机质含量为12.42 g/kg，碱解氮65.42 mg/kg，有效磷13.75 mg/kg，速效钾112.16 mg/kg。

试验共设5个处理，对照CK：不施用有机物料；处理T1：施用腐熟小麦秸秆；处理T2：翻压黑麦草；处理T3：翻压黑麦草+微生物菌剂（30 kg/hm2）；处理T4：翻压黑麦草+纳米酵豆（11.25 kg/hm2，土壤有益微生物田间扩繁剂）。施用有机物料的处理中，腐熟小麦秸秆用量为6 000 kg/hm2（干基），黑麦草于移栽前1个月翻压，用量为20 240 kg/hm2（鲜重），这一添加量是根据该烟区生产中实际秸秆、黑麦草用量施加。氮用量为30.0 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶2∶6，氮素由腐熟芝麻饼肥300 kg/hm2、复合肥（10∶10∶20）150 kg/hm2提供，磷、钾不足部分由重过磷酸钙、硫酸钾提供。随机区组排列，重复3次，小区面积667 m2。按照当地优质烟叶生产技术进行大田管理。

1.2测定项目与方法

在烟株最后一次采收前（移栽后120 d），各小区用土钻按“S”形采集0～20 cm耕层土样，风干后过筛备用。土壤有机碳用重铬酸钾容量法―外加热法测定[11]；全碳采用碳氮元素分析仪（Vario MAX CN，德国）测定；活性有机碳采用333 mmol/L KMnO4氧化法测定[12，13]。

土壤碳库管理指数计算方法[12]：

活性有机碳+稳态碳=总有机碳；

碳库指数（CPI）=样品总有机碳含量（mg/g）/参照土壤总有机碳含量（mg/g）；

碳库活度（A）=活性有机碳含量（mg/g）/稳态碳含量（mg/g）；

碳库活度指数（AI）=样品碳库活度/参照土壤碳库活度；

碳库管理指数（CPMI）=碳库指数（CPI）×碳库活度指数（AI）×100

本研究中以常规施肥处理土壤（CK）作为参照土壤。

试验烟叶单独采收、编杆、烘烤，分级计产，按照当地烟叶收购价格计算产值。选取具有代表性的烤后中部烟叶，进行常规化学成分分析。

2结果与分析

2.1不同有机物料对土壤不同形态碳素含量的影响

由图1可知，不同施肥处理对植烟土壤不同形态碳素含量影响较大，添加秸秆、绿肥等有机物料后，土壤全碳、总有机碳和活性有机碳含量均有明显增加。土壤全碳含量与常规施肥（CK）相比有明显提高，T1、T2、T3、T4处理分别较CK提高12.79%、14.05%、27.00%、22.00%，处理T3、T4与CK差异显著，说明绿肥作为有机肥源配施菌肥施入土壤后能有效提高土壤全碳含量，增强土壤肥力。外源有机质的输入可有效增加土壤有机碳含量，而肥料种类的差异在一定程度上影响土壤有机碳的积累和矿化。各处理土壤总有机碳含量表现为T3>T2>T4>T1>CK，较CK提高6.73%～12.95%，且T2、T3处理与CK相比差异显著。各处理土壤活性有机碳含量表现为T3>T4>T2>T1>CK，与CK相比提高15.44%～37.50%，T3处理与CK相比差异达到显著水平。

2.2不同有机物料对土壤碳库的影响

由表1可知，与常规施肥处理（CK）相比，绿肥配施微生物菌剂的处理T3土壤碳库活度（A）、碳库活度指数（AI）分别增加28.57%、28.00%。施用有机物料的处理T1、T2、T3、T4土壤碳库管理指数（CPMI）与CK相比分别高17.94%、15.63%、45.17%和22.06%，其中处理T3达到最大，且与其他处理差异显著。各处理碳库指数（CPI）变化规律与碳库管理指数（CPMI）相似，与CK相比增加7.00%～13.00%。说明与其他施肥方式相比，绿肥配施微生物菌剂的处理更有利于促进提高植烟土壤碳库指数、碳库活度指数和碳库管理指数。

2.3不同有机物料对烤后烟叶化学成分的影响

由表2可知，除处理T2外，其余处理总糖、还原糖含量与CK 相比均有不同程度的增加，但所有处理还原糖/总糖比值均大于对照CK，且大于0.9，说明两糖含量适中，较为协调。各处理总氮、烟碱和氮碱比均低于CK，总氮含量以处理T3最低，与其他处理相比差异达到显著水平，处理T3、T4烟碱含量显著低于其他处理，各处理还原糖/烟碱显著高于CK，以处理T3比值最高，且各处理间差异显著，处理T2氮碱比含量最低。

2.4不同有机物料对烤后烟叶香味物质的影响

表3表明，与CK相比，除苯丙氨酸降解产物外，各处理其他香味物质含量均有所增加。不同处理间各类香味物质含量相比较，棕色化反应产物以处理T1含量最高，类西柏烷类降解产物和类胡萝卜素降解产物均以处理T3含量最高。新植二烯是烟草中性致香物质中含量最高的成分，其含量的高低不仅直接影响烟叶的香吃味，而且还影响其他致香成分的形成。从表3看出，处理T3的新植二烯含量最高，中性致香物质总量也最高，T4次之，表明绿肥配施微生物菌剂对烤后烟叶香味物质的增加优于其他处理。

2.5不同有机物料对烤后烟叶经济性状的影响

各处理经济性状见表4。从产量上看，由高到低的顺序为T3>T4>T2>T1>CK，各处理与CK相比，产量增加6.37%～12.54%，且差异达显著水平，处理T2、T3、T4与T1相比产量增加1.38%、5.79%、4.72%。从产值上看，各处理收益显著高于CK，以处理T3的收益最高，处理T3、T4的产值显著高于T1，但二者之间差异不显著。

各处理均价以T3最高，但所有處理间差异不显著。处理T3的上等烟比例最高，较CK提高5.73%，处理T4的中等烟比例最高，较CK提高10.60%。

3讨论

有机物料施入土壤后，可以提高土壤全碳、总有机碳和活性有机碳含量，施加腐熟小麦秸秆、绿肥和绿肥配施菌肥对不同形态碳素含量的提高幅度不同，尤以绿肥配施微生物菌剂的处理对土壤碳含量的提高最为明显。有机物料为土壤提供了大量的碳源物质，王光华等[14]研究表明，长期向黑土增施有机物，能提高土壤全碳含量，有利于提高土壤养分转化效率，使黑土质量向健康方向发展，这与本研究中土壤全碳含量提高结果相一致。

土壤有机碳和活性有机碳组分的数量与外源有机物质的种类和性质密切相关[15，16]。研究表明，外源有机物质本身的碳氮比和各有机组分含量及微生物的作用直接影响土壤原有有机碳的激发效应[17，18]。当碳氮比较低的秸秆还田后，利用土壤原有有机碳以维持土壤微生物活动所需的适宜碳氮比值，因此能被微生物快速分解，促进土壤原有有机碳的正激发效应；当将碳氮比高的秸秆添加到土壤后，微生物也能充分利用土壤有机碳的氮素，增强其对土壤有机碳的矿化分解作用[19-20]。绿肥作为土壤丰富的有机物质来源，为微生物提供了能量和营养元素，尤其是与菌肥配合施用后进一步提高了微生物活性，从而加速了土壤有机碳的矿化和土壤养分的循环与转化，产生了激发效应。

土壤碳库管理指数融合了人为影响下土壤碳库指标和土壤碳库活度两方面的内容，综合考虑了外界因素对土壤有机碳数量变化的影响和土壤活性有机碳数量的变化，与活性有机碳相比更能灵敏地反映各种土地利用或管理措施引起的土壤质量下降或更新的程度[21]。土壤碳库管理指数变大说明施肥耕作可以维持和提高土壤质量，其值变小则表明土壤肥力在下降，土壤质量在向不良方向发展。植烟土壤添加秸秆、绿肥等有机物料后与常规施肥相比显著提高了土壤碳库管理指数，处理T3的碳库管理指数达到145.17，显著高于其他处理，同时显著增加了土壤活性有机碳含量，为提高土壤碳库管理指数奠定了基础，表明绿肥配施微生物菌剂能较好地改善土壤性质。

土壤是影响烟叶品质的重要环境因素，化学成分分析表明，所有处理与对照相比还原糖/总糖、还原糖/烟碱有不同程度的增加，總氮、烟碱、总氮/烟碱有不同程度的降低。陈永明等[22]研究表明，烟叶还原糖含量随着土壤施氮水平的提高表现出下降的趋势。试验中T2处理绿肥对氮素的保肥作用使还原糖含量下降。综合比较以T3处理化学成分最为协调。

烟叶的香气质量是评价烟叶品质的核心内容，研究表明，植烟土壤翻压绿肥、施用腐熟小麦秸秆后提高了烤后烟叶中性致香物质含量及产量、产值、上等烟比例等经济性状[23-26]。本试验初步研究结果表明，除苯丙氨酸降解产物外，施用有机物料对其他香味物质含量均有所增加。各处理间香味物质总量相比较，绿肥的作用效果优于腐熟麦秸秆，微生物菌剂的作用效果优于纳米酵豆，以处理T3的香味物质总量最高。

4结论

植烟土壤施用秸秆、绿肥、菌肥等有机物料后，土壤全碳、总有机碳、活性有机碳含量均得到不同程度提高，各处理与对照相比显著增加了土壤碳库管理指数，增加15.63%～45.17%，烤后烟叶品质、产量、产值得到进一步提高，以翻压黑麦草配施微生物菌剂的处理效果最好，较适于在豫中平顶山烟区推广应用。但由于本试验持续时间有限，对于长期施用秸秆、绿肥和菌肥等有机物料对于植烟土壤碳库的变化还需要进一步开展定位观测和机理研究。

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