有机菌肥与水溶性肥料配施对植烟土壤及烤烟品质的影响

邓兆权，祖庆学，林 松，母少东，程传策,2*，任春燕

(1.贵州省烟草公司 贵阳市公司，贵州 贵阳 550001；2.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002)

根际微生物在烟草根际环境中起着重要的作用，不仅与烟草土传病害的发生有密切关系，还与烟株养分吸收和土壤养分有效性有很大的联系，对烟叶质量的形成有一定的影响[1]。微生物肥料适合各种作物，特别在板结土壤、盐碱化土壤、酸化土壤、病害严重土壤中的应用效果更为明显[2]。

当前开发的微生物肥料主要有根瘤菌类、生物钾肥、复合微生物肥料，一般由功能微生物、载体和无机化肥组成，生产工艺包括菌种分离、筛选及扩大繁殖、原材料粉碎及混合、微生物吸附、造粒、烘干等环节[3]。本试验采用田间试验，研究了微生物菌肥和水溶性肥料配施对土壤理化性质、微生物种类及数量、土壤养分供应、烟草生长发育和烟叶品质的影响，来筛选出适合贵州烟区的微生物肥料，探讨了微生物肥料对烟草生理生化的作用。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验于2016年在贵州省开阳县进行，试验地土壤为当地代表性土壤，肥力中等，地势平坦，灌排方便。密度为行距1.20 m和株距0.50 m。

1.2 试验材料

供试品种为当地主栽品种云烟87。(1)有机菌肥为河南金汇农业科技有限公司生产，其有机质≥40%，有效活性菌≥0.2亿/g；(2)根护为广州本色农业发展有限公司生产，主要成分：N+P2O5+K2O≥0.5 kg/L，锌(Zn)+硼(B)≥0.002～0.03 kg/L；(3)果先锋为广州本色农业发展有限公司生产，主要成分：氮磷钾为140-75-285、有机质0.068 kg/L、Zn 0.001 kg/L、B 0.002 kg/L；(4)优的补为广州本色农业发展有限公司生产，主要成分：EDTA-Fe 0.003 kg/L、EDTA-Cu 0.006 kg/L、EDTA-Mn 0.003 kg/L、Zn 0.1 kg/L、B 0.008 kg/L、Mo 0.00025 kg/L；(5)浩翠为广州本色农业发展有限公司生产，主要成分：有机质0.16 kg/L、氧化钾0.07 kg/L、甘露醇0.01 kg/L、海藻酸0.065 kg/L(主要成分为海藻酸)。

1.3 试验设计

基肥使用有机菌肥，试验设5个处理:对照(CK)，按当地常规施肥方式；T1：试验水肥1号：于烤烟移栽后20 d灌施5 kg/667 m2根护(稀释400倍)，移栽后35 d，淋根0.5 kg/667 m2丰产素和1 kg/667 m2果先锋，移栽后50 d，喷施0.05 kg/667 m2丰产素、10 mL优的补和10 mL浩翠；T2：试验水肥2号：于烤烟移栽后20 d灌施5 kg/667 m2根护(稀释400倍)，移栽后35 d，淋根0.5 kg/667 m2丰产素和1.5 kg/667 m2果先锋，移栽后50 d，喷施0.05 kg/667 m2丰产素、15 mL优的补和20 mL浩翠；T3：试验水肥3号：于烤烟移栽后20 d灌施5 kg/667 m2根护(稀释400倍)，移栽后35 d，淋根0.5 kg/667 m2丰产素和2 kg/667 m2果先锋，移栽后50 d，喷施0.05 kg/667 m2丰产素、20 mL优的补和30 mL浩翠；T4：试验水肥4号：于烤烟移栽后20 d灌施5 kg/667 m2根护(稀释400倍)，移栽后35 d，淋根0.5 kg/667 m2丰产素和2.5 kg/667 m2果先锋，移栽后50 d，喷施0.05 kg/667 m2丰产素、25 mL优的补和40 mL浩翠；每处理重复3次，共计15个小区，每小区50 m2，共需试验面积750 m2，随机区组排列。T1、T2、T3和T4等4个处理氮肥施用量按当地施用量50%施入且全部作为基肥施用，烤烟移栽后20、35、50 d分别追施水溶性肥料，其他栽培管理措施按当地最佳措施实施。移栽后30、60、90、120 d取根际土壤进行测定，烤后烟叶取代表性样品C3F，每个样品2 kg。

1.4 经济性状观察记载

以小区为单位单独采收烘烤、分级计产。开烤前调查实收株数,对各小区标记烟株标记下部叶(4～7叶位)、中部叶(9～12叶位)、上部叶(14～17叶位)。烘烤结束后，按小区进行分级，再统计烟叶产量、产值，上等烟比例、上中等烟比例。

1.5 样品采集与测定

1.5.1 土样采集 共分4次采取，分别于烟株移栽后30、60、90、120 d对每个处理植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，取样时采集耕作层土样1.5 kg，混合均匀后，用四分法取1 kg土样送检。

1.5.2 烟样采集 烟叶分级结束后，以处理为单位留取各小区标记叶，用于内在化学成分分析。

1.5.3 测定项目与方法 (1)土壤化学指标。分别于烟株移栽后30、60、90、120 d，对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，测定土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质等；测定方法为土壤碱解氮采用碱解扩散法、土壤速效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法、土壤速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法和土壤有机质采用重铬酸钾容量法。

(2)土壤相关酶指标。分别于烟株移栽后30、60、90、120 d，对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，测定土壤蔗糖酶和土壤脲酶;测定方法为土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，以37 ℃下培养24 h葡萄糖的mg/kg为单位；土壤脲酶活性采用奈氏比色法，以37 ℃下培养24 h的NH4-N的mg/kg为单位。

(3)化学成分测定。还原糖和总糖的测定参照YC/Y 32─1996，烟碱的测定参照YC/T 34─1996，钾、氯含量的测定分别参照YC/T 73─2003和YC/T 153─2001。

(4)经济性状。计算烤后烟的产量、产值、均价、上等烟比例和上中等烟比例等。

(5)物理特性。根据相关行业标准或行业内普遍采用的方法检测各项物理指标。厚度、含梗率、叶质重、拉力参照文献测定，平衡含水率采用行业标准YC/T 31─1996测定；填充值按行业标准YC/T 152─2001检测。

(6)中性致香物质。采用气/质联用仪Agilent GC 6890 N/MS 5975进行分析。

1.6 数据处理

使用DPS 7.05软件，采用Duncan新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异；使用OriginPro 8.5进行相关数据统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤酶活性动态变化特征

2.1.1 不同处理对土壤脲酶的影响 土壤脲酶是土壤氮周转的主要酶类，其活性大小用来表征土壤氮素周转情况[4]。由图1可知，在烟草的不同生长时期，不同施肥处理的脲酶活性大体呈先下降后上升的趋势。在移栽后30 d时，施菌肥处理的脲酶活性均显著高于对照处理，其中T3处理的脲酶活性最高。在移栽后60 d时，则以T3处理的脲酶活性显著高于其他处理，T1次之，其他水溶性肥料处理脲酶活性依次降低。在移栽后90 d时，表现出与60 d时相似的规律。而移栽后120 d时，总体脲酶活性降低，但以T3和T1处理的脲酶活性显著高于其他处理。总体来说不同水溶性肥料能显著提高土壤脲酶活性，尤其是T3处理。

图1 不同处理的土壤脲酶活性

2.1.2 不同处理对土壤蔗糖酶的影响 土壤蔗糖酶是土壤含碳有机物的主要转化酶，其活性高低表征土壤中含碳有机物的矿化强度[5]。图2显示，土壤蔗糖酶活性在烟草整个生育时期变化幅度不大，总体较平稳。特别是在移栽后30、60、90 d变化幅度较小，但在使用水溶性肥料的处理均显著提高了蔗糖酶活性，其中以T3处理活性最高。在烟草移栽后的120 d，土壤蔗糖酶活性较其他几个时期略有升高，且仍以T3处理的活性显著高于其他处理，高达17.87 mg/kg。总体来说，施用水溶性肥料能够明显提高土壤蔗糖酶活性，促进土壤有机碳的分解，其中以T3处理的效果最好。

图2 不同处理的土壤蔗糖酶活性

2.2 不同处理不同生育期土壤基本化学性质变化特征

2.2.1 不同处理对土壤碱解氮的影响 氮素是一切植物生长发育必不可少的生命元素，对于烤烟来说氮素水平的高低直接影响其氮素代谢过程，也最终会影响烤烟产量和品质[6]。图3-a显示，土壤碱解氮含量总体呈现先升高后降低的趋势。这与烟草的生长周期比较相似。在烟草生产前期，烟草植株较小，对氮素需求不高，所以在土壤中残留的施肥的氮素含量较高。在烟草移栽后的初期(30 d)，相对于对照，除T3处理表现出显著差异外，其他处理与对照之间差异不显著。烟草移栽后60 d,总体各处理的碱解氮含量略有降低，不同处理间的差异与30 d时类似，仍以T3处理的含量最高，但其他施用水溶性肥料的处理与对照之间并无明显差异。移栽后90 d时，不同处理的碱解氮含量均有所增加，这可能与施肥时间相关，处理间的碱解氮含量虽然表现出不同的水平，但差异不显著。在烟草生长后期的120 d，整体土壤碱解氮含量下降，但处理间差异不明显。总体而言，除T3处理外，不同水溶性肥料对土壤碱解氮水平并无明显影响。

2.2.2 不同处理对土壤速效磷的影响 磷素作为植物三大大量元素之一，对植物的整个生育周期有着重要作用，特别会影响作物的一些产量构成因素[7]。图3-b显示，土壤速效磷总体在烟草生长前中期，其含量水平没有明显差异，在90 d时有所降低，但在成熟期又略有回升。在烟草移栽后的30 d时，土壤的速效磷各处理之间差异不显著。在移栽后60 d时，T3处理的速效磷含量显著高于对照，达到17.15 mg/kg，但其他施用水溶性肥料的处理与对照之间差异不显著。在移栽后90 d，虽然在含量水平上整体有所降低，但处理间的差异不明显。在烟草成熟期，土壤速效磷总体水平较90 d有所回升，其中T1和T3处理的速效磷含量明显高于对照。整体来说，虽然在不同时期不同处理间表现出了一定的差异，但规律性不明显，施肥处理相对于对照来说，其对土壤速效磷含量的影响不是很显著。

2.2.3 不同处理对土壤速效钾的影响 钾素是烟草重要的品质元素，其含量的高低直接影响烤烟的诸多品质指标，对品质和抗逆性有直接影响[8]。而土壤中速效钾含量直接指代土壤是否能否供应足够的钾素满足烟草的生长和品质所需。图3-c显示,不同生育期土壤速效钾的变化特征。总体来说，土壤速效钾含量呈先降低后增加的趋势。在烟草移栽后30 d时，T1和T3处理的土壤速效钾含量显著高于对照，但T2和T4处理的含量与对照之间差异不明显。在烟草移栽后60 d时，整体土壤速效钾含量有所降低，以T1处理含量最低，其他处理间差异不显著。在烟草移栽后的90和120 d时，土壤速效钾含量有所升高；且90 d时处理间差异不显著；120 d时处理间差异与30 d时相似，以T3处理的含量最高，其他处理间差异不显著。整体而言，施用不同的水溶性肥料对土壤速效钾含量影响效果不明显。

2.2.4 不同处理对土壤有机质的影响 土壤有机质是土壤肥力高低的一个主要指标，其含量水平直接指代土壤肥力水平的变化[9]。图3-d显示，总体上，土壤有机质含量虽然在不同处理间差异明显，但相同处理在烟草的不同生育期间变化不明显，总的来说土壤有机质处于一个相对平稳的水平，这与土壤有机质的周转缓慢是一致的。不同处理间不同生育期中均以T3处理的有机质含量显著高于其他处理。从整体的土壤有机质含量变化来看，施用不同水溶性肥料的处理虽然在一定程度上提高了土壤有机质含量，但总体表现不明显。

图3 不同处理的土壤碱解氮(a)、速效磷(b)、速效钾(c)和有机质含量(d)

2.3 不同处理对烤后烟叶物理特性的影响

烟叶的物理特性是烟叶质量的一个重要方面，烟叶物理指标的优劣直接关系到烟叶加工性能，影响卷烟工业的成本控制、仓储养护、打叶复烤、制丝切丝等重要环节[10]。由表1可知，与CK(对照)相比，不同水溶性肥料处理的含水率、填充值和厚度等物理特性指标均较大，叶质重和含梗率等均较小。在不同处理间，含水率和厚度均以T4处理最大，其值分别为14.57%和0.114 mm，分别比对照高了42.14%和26.32%；填充值以T3处理最大，大小为4.43 cm3/g，比对照高了20.09%；不同处理间叶质重的大小顺序为：CK>T1>T3>T4>T2；含梗率以CK(对照)的值最大，其值为35.32%，其次是T1和T4，而以T3处理最小，其值为31.87%；拉力以T3和T1处理最大，其值分别为2.75 N和2.46 N，分别比对照高了24.73%和15.85%。方差分析结果表明，就含水率而言，T2、T3和T4与T1和CK差异均显著，而T2、T3和T4处理间差异不显著，T1和CK处理间亦不显著；烤后烟叶的叶质重在不同处理间差异均显著；烤后烟叶的填充值和含梗率在不同处理间差异均不显著，就厚度而言，T4处理与其他不同处理间差异均显著，T1、T2与T3和CK之间差异均显著，而T1、T2和T3、CK之间差异均不显著；对于拉力，T2与T3之间差异显著，而与其他处理及其他处理间差异均不显著。

表1 不同处理烤后烟叶的物理特性

2.4 不同处理对烤后烟叶常规化学成分的影响

烤烟化学成分不仅决定着烟叶品质和卷烟风格特征，而且还影响烟叶的工业可用性和卷烟产品的安全性，越来越受到人们的重视[11]。

由表2可知，T3的总糖和CK的还原糖含量最高。烟碱是烟草及其制品中产生生理反应的主要成分，含量的高低对烟草的质量起着至关重要的作用。烟叶糖碱比协调能使烟气保持良好的香气、吸味、甜度及适宜的劲头和浓度，气比较醇和。烟碱含量由高到低依次为T1>T2>T4>T3>CK，CK处理的糖碱比达到6.84，不同处理的糖碱比处于优质烟叶糖碱比的范围。烟叶钾含量、氯含量和钾氯比是烤烟化学成分评价体系中的重要指标，钾含量从高到低依次为CK>T3>T1>T4>T2，T3处理的钾氯比达到9.61。整体来看，T3处理的水溶性肥料对提高烟叶的内在化学品质效果好。

表2 不同处理烤后烟叶常规化学成分

2.5 不同处理对烤后烟中性香气成分的影响

烟叶香气成分是烟叶品质的一个重要组成部分，与感官品质、化学品质等息息相关，并直接影响烟叶的经济效益[12]。由表3可知，对不同处理的烤烟烟叶中的香气物质进行定量分析，不同处理之间致香物质总量大小为T4>T3>CK>T1>T2，T4比CK提高了39.64%；类胡萝卜素类是形成烤烟细腻、高雅和清香气的重要组成部分，不同处理之间类胡萝卜素类含量大小为T3>CK>T1>T4>T2，其中T3处理的β-大马酮和巨豆三烯酮含量最高；苯丙氨酸类致香物质对烤烟香气影响较大，特别是烤烟的清香和果香味，不同处理苯丙氨酸类致香物质含量以T3处理最高，其含量为15.78 μg/g，其次是CK和T1，以T2处理含量最低；茄酮、糠醛、糠醇和吡咯等棕色化反应产物对可可香味的合成很重要，由表3可以看出与对照处理相比，T3和T4处理的水溶性肥料能增加棕色化反应产物含量；T4处理的新植二烯类香气物质含量明显高于其他4个处理，比对照高了43.58%，表明试验水肥4号的烟株对新植二烯类香气物质的合成影响较大。总体来看，T3处理的类胡萝卜素类、苯丙氨酸类和棕色化反应产物等致香物质含量最高，T4处理的新植二烯和致香物质总量最高，香气量充足。

表3 不同处理烤后烟中性香气成分 μg/g

3 结论与讨论

土壤微生物和酶是土壤生物化学特性的重要组成部分，在土壤养分转化循环、有机质分解等方面起着重要作用，是土壤肥力的一个重要指标，常被用于评价土壤质量的生物学特性。

微生物菌肥和水溶性肥力配施对提高土壤脲酶和蔗糖酶活性有明显作用，且以T3处理效果最好。

微生物菌肥和水溶性肥力配施能提高植烟土壤的碱解氮、速效磷、速效钾和有机质等含量，促进烟株生长发育。

微生物菌肥和水溶性肥力配施在一定程度上提高了烤烟的各物理指标，改善了内在化学成分，提高了烤烟香气，以T3和T4处理表现较好。