豆浆灌根对土壤生物化学性状及烤烟质量的影响

戴华鑫 杨军杰 刘文涛 彭仁杰 汪强 冯磊 陈彦春 张艳玲 奚家勤

摘 要：近年来，烤烟豆浆（传统豆浆和酵解豆粕）灌根技术成为河南三门峡烟区的一项常规农艺措施。为揭示豆浆灌根对烟叶质量的影响及相关原因，采用盆栽和大田试验，分析了豆浆灌根对烤烟质量、烟株农艺性状、根系生长和土壤生物化学（酶活性、活性有机碳和土壤蛋白）指标的影响。结果表明，与对照相比，豆浆灌根对烤烟物理特性、化学成分、外观质量和感官品质等方面均有提升作用；豆浆灌根提高了中部叶长度和上部叶宽度，根表面积、根体积和根干重增加；豆浆灌根后土壤酶活性变化不大，土壤活性有机碳含量在灌根初期上升明显，土壤蛋白含量在灌根后较长时间内保持較高水平。因此，豆浆灌根后土壤蛋白和活性有机碳含量上升可能是烤烟根系干物质积累增加和烟叶品质提升的主要原因之一。

关键词：烤烟；豆浆灌根；烟叶质量；土壤蛋白；活性有机碳

中图分类号：S572.062 文章编号：1007-5119（2018）05-0064-07 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.05.009

Abstract： In recent years， soymilk （traditional soymilk and fermented soymeal） root irrigation has become a routine agricultural technical measure in Sanmenxia tobacco-planting areas of Henan Province. To unravel the effects of soymilk root irrigation on the quality of tobacco and related mechanisms， pot and field experiments were conducted to analyze the effects of soymilk root irrigation on tobacco root growth， agronomic traits and soil biochemical characteristics （enzyme activity， active carbon and soil protein index）. The results showed that soymilk root irrigations improved the quality of tobacco including physical characteristics， chemical composition， appearance and sensory property. Soymilk root application also increased the middle leaf length， upper leaf width， root surface area， root volume and root dry weight. Soil enzyme activities changed little after soymilk irrigation； however， soil active carbon increased significantly at the early stage after irrigation， soil protein index could maintain a high level in a long time after soymilk root irrigation. Therefore， the enhancement of soil protein index and active carbon content after soymilk root irrigation may be one of the main reasons for its promotion of tobacco root growth and tobacco leaf quality.

Keywords： flue-cured tobacco； soymilk root irrigation； tobacco leaf quality； soil protein index； active carbon

烤烟豆浆灌根是起源于河南三门峡烟区的一项生产技术措施，常年推广面积占本地烟叶种植总面积的90%以上。传统豆浆灌根主要包括豆浆制作和田间施用两部分，烟农将大豆浸泡后打碎，密封保存一周，灌根前兑水混匀，浇灌于烟株根系旁边的穴中[1]。由于豆浆中含有多种有机营养成分，传统豆浆灌根的实质是有机肥结合定量浇水补肥（钾）的一体施用技术，是植烟土壤保育的地方特色实践。研究发现，传统豆浆灌根可提高烟叶物理特性和化学成分指标[2]，优化中部和上部烟叶的香气物质总量和质量[3]。有机酸配合传统豆浆灌根能促进烤烟的生长发育，提高株高、茎围、叶长、叶宽和生长势[4]。传统豆浆配施腐熟牛粪和芝麻饼肥可显著促进烟株生长发育，提高烟株的抗病性和烤烟感官品质[5]。目前，与传统豆浆制作及施用时多依靠烟农经验、缺乏统一标准相比，通过工厂自动化加工后的酵解豆粕质量稳定，营养成分丰富，已经逐步应用于烟叶生产，但其在提高烟叶质量方面的研究相对较少。此外，前人关于传统豆浆灌根对烟叶质量影响的研究多集中于某一方面，缺乏物理、化学、外观和感官质量的全方位报道，对于豆浆（传统豆浆和酵解豆粕）施入后促进烟株生长的机理研究较为匮乏。因此，本研究通过大田和盆栽豆浆灌根试验，分析烟叶质量、烟株农艺性状和根系生长指标变化，明确其对土壤酶活性、活性有机碳和土壤蛋白含量的影响，以揭示豆浆施入后促进烟叶生长和品质提升的机理，为豫西优质烟叶生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.1.1 大田试验 2016年选择河南省三门峡卢氏县杜关镇的平整烟田地块，开展豆浆灌根试验，烤烟品种K326。土壤肥力中等水平。5月5日移栽，移栽密度1100株/667m2，行距115 cm，株距55 cm。田间管理按照当地种植操作规范进行，各处理间管理措施保持一致，并防止杂草及病虫害发生。烟苗移栽25 d后进行豆浆灌根，设置3个处理：分别为对照（CK）、传统豆浆（T1）和酵解豆粕（T2）；传统豆浆和酵解豆粕灌根量为5 kg/666.7 m2，为消除豆浆中氮素施入因素影响，按照大豆全氮含量7%換算，对照处理中加入2.26 kg/666.7 m2的硝酸铵钙，兑水混匀后施入烟株根部，田间具体施用方法参考马京民等[1]。酵解豆粕的营养成分见表1。豆浆灌根后0、5、20、35、55、75和95 d采集大田土壤样品，带回实验室自然风干，用于土壤蛋白和活性有机碳含量检测。烟株打顶前测定株高、茎围、叶数、叶长、叶宽等农艺性状，每处理6个重复；采收后烟叶统一装于烤房中部，按照当地常规烘烤工艺烘烤。挑选烤后X3F、C3F和B2F等级烟叶，用于烟叶物理、化学、外观和评吸质量等指标的测定。

1.1.2 盆栽试验 采集当地土壤充分混匀过筛，去除石子等杂质后装入塑料盆（40 L）中。选择长势一致的烤烟品种K326烟苗，于5月5日前完成移栽，每盆1株，每处理10个重复，移栽25 d后进行处理，具体设置同大田试验。豆浆灌根处理后每5天采集土样一次，至豆浆施入后第30天结束。采集土壤样品分为两部分，一部分装入无菌瓶中，冷藏带回实验室保存于?4 ℃冰箱中，用于土壤酶活性的测定；另一部分装于布袋中，带回实验室自然风干，过2 mm筛后用于土壤活性有机碳和土壤蛋白含量指标检测。试验结束后，用自来水冲洗植株根部，利用WinRHIZO PRO根系扫描系统测定烟草根系生长指标，之后用吸水纸吸干表面水分，置于55 ℃烘箱中烘干后称其质量。

1.2 测定方法

1.2.1 烤烟烟叶质量指标评价 参考文献[6]评分体系考察烤烟各项指标。

1.2.2 土壤酶活性、土壤蛋白和活性有机碳含量测定 参照关松荫[7]的方法：分别采用NH4+释放量法、磷酸苯二钠比色法、KMnO4滴定法和3，5–二硝基水杨酸比色法测定脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性。

参照康奈尔土壤健康评价方法测定土壤蛋白和活性有机碳含量[8]。具体方法：称取3.0 g土样于50 mL玻璃离心管中，加入24 mL柠檬酸钠（20 mmol，pH 7.0），震荡5 min，高温高压处理（121 ℃， 103.4 kPa 30 min，冷却至室温，抽取2 mL泥浆浑浊液，10 000×g离心5 min后取上清液，利用BCA蛋白试剂盒检测土壤蛋白含量。称取1.5 g土样于50 mL塑料离心管中，加入25 mL的KMnO4（20 mmol），室温振荡1 h，2000 r/min离心5 min，取上清液用去离子水按1∶50稀释，紫外分光光度计565 nm吸光度比色皿检测活性有机碳含量。

1.3 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0进行整理和统计分析，单因素法方差分析和Duncan's新复极差法检验差异显著性。

2 结 果

2.1 豆浆灌根对烤烟质量的影响

2.1.1 豆浆灌根对烤烟物理特性的影响 由表2看出，各处理间同一等级烟叶厚度差别不大；下部叶中，对照烟叶密度偏低，豆浆灌根后的烟叶密度较为合适；上部叶中，对照烟叶密度相对偏高。酵解豆粕处理后中部叶和上部叶单叶重高于对照；各处理的平衡含水率均表现较好，高于13%；与酵解豆粕处理相比，对照的下部叶拉力偏大；豆浆灌根后中部和上部烟叶伸长率相对较高。从烟叶物理特性总分来看，豆浆灌根对烤烟上部叶的物理质量提升作用较为明显，对中部叶物理质量影响不大。

2.1.2 豆浆灌根对烤烟常规化学成分的影响 由表3看出，与对照相比，传统豆浆处理后下部叶总植物碱含量升高，下部叶和中部叶的还原糖和总糖含量显著下降，中部叶钾含量相对较高；酵解豆粕处理后中部叶总植物碱含量显著升高。豆浆灌根后的中部叶和上部叶淀粉含量均低于对照，氯含量在同一部位不同处理间无显著差别。从常规化学成分总分来看，豆浆灌根显著提高了各部位烟叶质量，且与酵解豆粕相比，传统豆浆对下部叶的提升作用更为显著。

2.1.3 豆浆灌根对烤烟外观质量的影响 由表4可知，与对照相比，豆浆灌根后下部叶和中部叶的颜色、叶片结构和身份等指标得分均有显著增加，下部叶和上部叶的油分增幅明显；酵解豆粕处理后，下部叶和中部叶的成熟度显著提高，上部叶身份得分也明显增加。从总分来看，豆浆灌根显著提高了各部位外观质量，且与传统豆浆相比，酵解豆粕对下部叶的提升作用较为显著。

2.1.4 豆浆灌根对烤烟感官质量的影响 从感官质量总分来看（表5），豆浆灌根对中部叶和上部叶感官质量提升作用明显。与对照相比，传统豆浆和酵解豆粕施入后，中部叶分别提升了1.68分和1.64分，上部叶分别提升了1.45分和1.39分。从具体指标来看，传统豆浆和酵解豆粕施用后中部叶香气质和香气量明显改善，上部叶的香气量和余味分值增加。此外，豆浆灌根显著提高了下部叶香气量得分，但对其他指标无显著影响。

2.2 豆浆灌根对烤烟农艺性状的影响

由表6看出，豆浆灌根对烤烟株高、节距、茎围、留叶数、中部叶最大叶宽、上部叶最大叶长等指标无显著影响。酵解豆粕处理后中部叶最大叶长为65.8 cm，显著高于对照（63.5 cm）。传统豆浆和酵解豆粕处理后的上部叶最大叶宽均为22.2 cm，显著高于对照（20.5 cm）。因此，豆浆灌根能促进烟叶的生长，主要表现在中部叶长度和上部叶宽度。

2.3 豆浆灌根对烤烟根系生长的影响

由表7看出，与对照相比，豆浆灌根后的烟株总根长、根直径、单位体积根长无显著变化。与对照相比，传统豆浆和酵解豆粕处理后，根表面积分别提高了16.4%和26.8%，根体积分别提高了23.1%和37.2%，根干物质量分别提高了13.0%和23.3%。因此，豆浆灌根能促进烤烟根系的生长发育，主要表现在根表面积和根体积。

2.4 豆浆灌根对土壤生物化学指标的影响

2.4.1 豆浆灌根对土壤酶活性的影响 由表8看出，传统豆浆灌根后5 d，土壤蔗糖酶活性高于对照，之后3种处理之间无显著差异。酵解豆粕灌根后5 d，土壤磷酸酶活性显著高于对照，之后3种处理之间无显著差异。豆浆灌根对土壤过氧化氢酶活性及脲酶活性无显著影响。总体来看，豆浆灌根对土壤酶活性的影响不明显。

2.4.2 豆浆灌根对土壤活性有机碳和土壤蛋白含量的影响 由表9看出，盆栽条件下，土壤活性有机碳含量在豆浆灌根后5 和10 d显著高于对照，灌根后15和20 d，各处理之间无显著差别，灌根后25 和30 d，豆浆处理后活性有机碳含量高于对照。除酵解豆粕处理15 d时与对照无显著差异外，在其余4个时间点上，豆浆灌根处理的土壤蛋白含量均显著高于对照。

大田试验结果显示，与对照相比，传统豆浆处理后5和20 d，土壤活性有机碳含量较高。豆浆灌根后5、20和35 d，土壤蛋白含量显著高于对照；灌根后55、75和95 d，不同处理间的土壤蛋白含量无显著差异。

3 讨 论

3.1 豆浆灌根提升烟叶质量

目前，豆浆灌根技术已成为豫西三门峡地区烤烟生产的一项常规农艺措施。有报道指出该技术具有成本低、易操作、肥效好、生态环保等特点，能有效促进大田烟株生长发育，增强烟株自身营养和抗性，提高烟叶产量和质量[1]。适量的豆浆灌根能够显著改善烤烟各部位叶片的物理特性，优化叶片主要化学成分指标，有效提高烟叶的可用性，改善烟叶品质，增加种烟经济效益[2]。与常规施肥措施相比，增施豆制品处理对烟叶中叶绿素、类胡萝卜素含量提高幅度较大；与增施其他有机物质如芝麻、豆参相比，增施豆浆发酵物后烟叶中叶绿素降解产物新植二烯含量和类胡萝素降解产物总量增幅较高[9]。豆浆灌根提高了烤烟中部和下部烟叶香气物质的总量和质量，香气物质含量的增加主要来源于棕色化产物类、类西柏烷类和胡萝卜素类香气物质[3]。本研究发现，与对照相比，豆浆（传统豆浆和酵解豆粕）灌根提高了中上部烟叶的伸长率，降低了中上部烟叶的淀粉含量，提升了中部烟叶的颜色、叶片结构、身份、色度等化学指标，改善了烟叶的香气质、香气量和余味等感官指标。综合来看，豆浆灌根从感官、化学、外观和物理特性等方面综合提升了煙叶质量。

3.2 豆浆灌根促进烤烟生长发育

研究表明，土壤酶活性综合指标是土壤生态因子中仅次于有机质方面的重要指标[10]。施用翻压绿肥[11]、饼肥[12]、混合有机肥[13]能明显提高烤烟根系土壤酶活性；但也有报道指出如草炭、生物碳等有机物对土壤酶活性无显著影响[14]。土壤脲酶和磷酸酶对烤烟茎的发育作用明显，蔗糖酶能有效促进叶片发育[15]。除磷酸酶外，土壤酶活性明显受烤烟生长发育的影响，在烤烟不同生育阶段差异显著[16]。本研究中，豆浆灌根前后土壤过氧化氢酶和脲酶变化不大，这可能与检测时间段均处于烤烟同一生长期有关，也可能受豆浆是以水溶的施用方式影响；土壤蔗糖酶和磷酸酶在灌根后短时期内有所提高，但整体变化不大，说明豆浆灌根通过提高土壤酶活性途径进而促进烤烟生长发育的作用有限。

活性有机碳和土壤蛋白是康奈尔土壤健康评价体系中必备的土壤生物学指标[8]，与土壤微生物活性和植株根系生长密切相关。研究发现，混合有机肥、草炭和汽爆玉米秸秆等有机物料可明显提高土壤活性有机碳含量和碳库活度，改善烟株根际土壤环境，协调根际土壤特性和烟株生长发育[13-14]。本研究发现，土壤活性有机碳在豆浆灌根初期（10 d）上升明显。土壤活性有机碳作为土壤中微生物的主要碳源，可促进烟株根系附近形成更加健康的土壤微生态环境，促进根系生长发育，这可能是豆浆灌根促进烟叶根系及地上部叶片生长的原因之一。

土壤蛋白对于土壤团聚化过程、土壤质量改善和评价具有非常重要的意义[17]。本研究发现，豆浆灌根后土壤蛋白含量在较长时间内（30 d）保持较高水平，对根系土壤健康微生态环境的改善作用较大，可促进烟草根系较好的生长发育，地上部吸收养分更加均衡足量，烟叶农艺性状和烟叶质量均有显著提升。

4 结 论

与对照相比，传统豆浆和酵解豆粕灌根后提升了烟叶的物理、化学、外观和感官品质；豆浆灌根后中部叶叶长和上部叶叶宽增加，烟株根表面积、根体积和根干物质量明显提高；豆浆灌根后活性有机碳和土壤蛋白含量上升可能是其促进烟株根系生长和提升烟叶品质的主要原因之一。

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