改良剂对土壤pH和烤烟上部烟叶经济性状及品质的影响

菅攀峰，江智敏，张仲文，赵炯平，张 瑶，邓小华*，李源环，张明发，田 峰

（1浙江中烟工业有限责任公司，杭州 310008；2湖南农业大学农学院，长沙 410128；3湖南省烟草公司湘西州公司，吉首 416000）

适宜的植烟土壤是提高烟叶产量及品质的重要基础［1］，但不合理施用化肥及烤烟连作，导致植烟土壤酸化加剧［2］，不利于优质烟叶的生产。土壤改良剂能够修复酸性植烟土壤［3］，有效地促进土壤团粒结构形成、降低土壤容重、改善土壤理化性状和土壤养分状况［4］，并对土壤微生物产生积极影响［5］，从而促进烟株生长［6］，改善烟叶叶片组织结构、化学品质协调性和可用性，提高烟叶品质［7］。上部烟叶占单株烟叶的30%～40%，对烤烟的产量和品质都起到重要的作用［8］。但有关改良剂对烤烟上部烟叶经济性状和质量影响的研究鲜有报道。鉴于此，笔者研究了3种土壤改良剂对酸性植烟土壤pH的改良效应及其对烤烟上部烟叶经济性状及品质的影响，以期为提高上部烟叶质量和选择适宜的酸性土壤改良剂提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年在湖南省花垣县（28°31′35″N，109°27′4″E）进行。该地平均海拔 530.0 m，年平均气温15.0℃，年降水量1363.8mm，无霜期279.0 d，全年日照时数1219.2 h，属亚热带季风山地湿润气候区［9］。试验地土壤类型为黄红壤，土壤 pH为5.11，有机质 23.43 g／kg，碱解氮79.95 mg／kg，有效磷 6.53 mg／kg，速效钾 118.64 mg／kg。

供试烤烟品种‘云烟87’。石灰为当地市售；丰收延酸性土壤调理剂（以“碱性钙渣”为主要原料，增加菱镁矿并经过一系列特殊工艺制作而成，主要成分为CaO、MgO、SiO2等）由西部环保有限公司生产；金叶酸性土壤改良剂（主要成分为CaO、MgO）由湖南金叶众望肥料有限公司提供。

1.2 试验设计

试验设4个处理，T1：丰收延酸性土壤调理剂，用量1125 kg／hm2；T2：金叶酸性土壤改良剂，用量1125 kg／hm2；T3：石灰，用量 2250 kg／hm2；CK：常规栽培，不施改良剂。随机区组设计，3次重复，小区面积33 m2。改良剂于整地起垄前按用量均匀撒施。烤烟施氮量 109.5 kg／hm2，氮磷钾比例为1∶1.27∶2.73。烤烟种植密 度 为 16 500株／hm2（1.20 m×0.5 m）。其他栽培管理措施按湘西优质烤烟生产技术规程。

1.3 检测指标及方法

（1）土壤pH。采用5点取样方法，于烤烟移栽后 30、60、90、120 d（终采期）在两烟株的垄中间采集0～20 cm耕作层土壤，制成混合土样，登记编号，风干、粉碎、过筛保存备用。采用电位法测定土壤pH［10］。

（2）烤烟经济性状。每个小区单采单烤，分级后考查上部叶上等烟比例、中等烟比例、均价、产量、产值等烟叶经济性状［11］。

（3）烟叶物理特性。按照《烤烟》（GB 2635—1992）标准选取各小区的上部烟叶具有代表性的B2F等级，主要测定开片率（叶片宽度与长度的百分比）、含梗率、平衡含水率、叶片厚度、单叶重、叶质重（单位面积烟叶质量）等物理特性指标［12，13］。构建烟叶物理特性指数用于比较不同处理的烟叶物理性状综合效果。具体方法如下：

运用效果测度模型将物理性状指标分别转换为0～1标准化数值［13］。再采用主成分分析方法确定物理性状指标权重［13］，开片率、含梗率、平衡含水率、叶片厚度、单叶重、叶质重等物理特性评价指标的权重值分别为：0.164、0.218、0.128、0.191、0.106、0.193；最后采用加权指数和法计算烟叶物理特性指数［13］，公式为：（式中：Qij表示第i个样本第j个指标的无量纲值，Wj为第j个指标的权重）。物理特性指数值越大，说明物理性状综合表现越好。

（4）烟叶化学成分。采用荷兰SKALAR San＋＋间隔流动分析仪测定各小区具有代表性的B2F等级烟叶总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯含量，火焰光度法测定烟叶钾含量。构建烟叶化学成分可用性指数，用于比较不同处理的烟叶化学成分综合效果。步骤如下：

运用模糊数学理论中的隶属函数将各化学成分的原始数据进行0～1的标准化数值转换［14］。再采用主成分分析方法确定化学成分指标权重，总糖、还原糖、总氮、烟碱、钾、氯的权重值分别为0.144、0.159、0.104、0.278、0.246、0.069；最后采用加权指数和法构建化学成分可用性指数［14］，公式为：CUUI＝×Wij（式中：Nij和 Wij分别表示第 i个样本第 j个指标的标准化值和权重系数）。化学成分可用性指数越大，化学成分综合表现越好。

（5）烟叶感官评吸。采用文献［15］的感官评吸指标，由广西中烟有限责任公司技术中心组织5位感官评吸专家评分。采用加权法计算感官评吸总分，分别将香气质、香气量、杂气、刺激性、透发性、柔细度、甜度、余味、浓度、劲头等指标赋予 0.15、0.15、0.10、0.10、0.10、0.10、0.10、0.10、0.05、0.05的权重。

1.4 数据处理

采用Excel 2010及SPSS 20.0等软件进行统计分析。新复极差法进行多重比较，小写字母表示差异显著性在0.05水平。

2 结果与分析

2.1 对土壤pH的影响

由图1可知，在烤烟移栽后30 d，施用土壤改良剂的T1、T2、T3处理土壤pH由5.11（背景值）分别升高至6.25、5.97、6.93，较土壤背景值分别升高了1.14、0.86、1.82，以后呈下降趋势并逐步趋于稳定；至120 d，T1、T2、T3的土壤 pH分别稳定在 5.53、5.83、6.57，较土壤背景值分别升高了 0.42、0.72、1.46。CK的土壤pH分布在4.92～5.17，烤烟生育后期（90～120 d）CK土壤pH略低于土壤背景值。不同改良剂对土壤pH的影响存在差异。移栽后30～120 d，T1、T2、T3的土壤pH显著高于CK，其中T3处理pH最高，显著高于T1、T2，T1、T2间土壤pH差异不显著。可见施用改良剂可显著降低土壤酸度，提高土壤pH，其中，以石灰改善酸性土壤效果最好。

图1 施用不同改良剂后土壤pH的变化Fig.1 Chang of soil pH under different amendments app lication

2.2 对上部烟叶经济性状的影响

由表1可知，T1、T2、T3的上等烟比例较CK分别高11.78%、23.86%、35.31%，均价较CK分别高0.11%、5.25%和 8.38%，产量较 CK分别高36.19%、41.71%和41.71%，产值较 CK分别高29.41%、34.81%和45.93%。可见，施用酸性土壤改良剂可提高上等烟比例、均价和烟叶产量，提高烤烟产值。从不同改良剂看，T1、T2、T3处理对烤烟上部烟叶经济性状的影响效果差异不显著，施用石灰提高上部烟叶经济性状效果最好，丰收延酸性土壤调理剂次之。

表1 施用不同改良剂的上部烟叶经济性状比较Table 1 Comparison of econom ic characters of flue－cured tobacco under different soil amendments

2.3 对上部烟叶物理特性的影响

由表2可知，T3、CK的平衡含水率、单叶重、叶质重显著高于T1、T2。从物理特性指数看，T1、T2、T3较CK分别高0.20%、0.35%、2.50%，其中 T3显著高于其他处理。可见，施用丰收延酸性土壤调理剂和金叶酸性土壤改良剂可能会降低上部烟叶平衡含水率、单叶重和叶质重；但施用石灰可提高上部烟叶物理特性指数。

表2 施用不同改良剂的上部烟叶物理特性比较Table 2 Comparison of physical characteristics of flue－cured tobacco under different soil amendments

2.4 对上部烟叶化学成分的影响

由表3可知，烟叶总糖和还原糖含量呈T2＞T3＞T1＞CK，处理间差异显著；烟叶总氮含量是CK＞T2＞T3＞T1，T1、T2、T3的总氮含量显著低于 CK；烟叶烟碱含量是 CK＞T1＞T2＞T3，T1、T2、T3的烟碱含量显著低于CK；不同处理的烟叶钾和氯含量差异不显著。从化学成分可用性指数看，T1、T2、T3较CK分别高24.68%、28.48%、29.22%。可见，施用酸性土壤改良剂会影响烟叶的糖和氮代谢，可提高上部烟叶糖含量，降低烟叶总氮和烟碱含量，提高化学成分可用性指数，其中，以施用石灰处理的化学成分可用性指数最高。

表3 施用不同改良剂的上部烟叶化学成分比较Table 3 Com parison of chem ical com position of flue－cured tobacco under different soil am endm ents

2.5 对上部烟叶评吸质量的影响

由表4可知，与CK相比，T2、T3的香气质、香气量、杂气、刺激性、透发性、甜度、余味、浓度、劲头等评吸指标相对较高。从评吸总分看，T1、T2、T3的评吸总分较CK分别高2.24%、5.04%、10.07%；其中，T2、T3的评吸总分显著高于CK。可见，施用酸性土壤改良剂可提高上部烟叶评吸质量，以施用石灰处理的评吸总分最高，其次是金叶酸性土壤改良剂处理。

表4 施用不同改良剂的上部烟叶评吸质量比较Table 4 Com parison of smoking quality of flue－cured tobacco under different soil amendments

3 讨论与结论

研究结果表明，施用改良剂后30 d，植烟土壤pH相对于背景值快速升高，显著高于不施改良剂的CK处理，其中以石灰的改良效果最好；其后由于土壤的酸碱缓冲特性［16］以及烤烟根系分泌有机酸［17］，土壤 pH逐渐降低并趋于稳定，这与郭豪等［18］的研究结果一致。可见，施用改良剂可显著降低土壤酸度，提高土壤pH。

土壤pH与植烟土壤的主要养分特征存在一定关系［19］。酸性土壤中，多数养分的有效性低、协调性差，土壤中Al3＋和重金属活性较高［20］，微生物活性低［21］，影响根系的生长发育和对养分的吸收［22］，进而影响烟株生长发育，也对烤烟上部叶产生影响。施用土壤改良剂，能中和土壤酸性，并在一定程度上增大土壤孔隙度，促进根系下扎，为烤烟的根系生长提供良好的环境，为植株后期生长发育阶段提供充足的养分［23］，同时能改善烟叶外观，促使烤烟常规化学成分协调平衡，降低总氮和烟碱含量，提高总糖和还原糖含量，提高烟叶内在品质［23］。因此，施用改良剂可提高上部烟叶上等烟比例、均价和烟叶产量及烤烟产值；可降低上部烟叶总氮和烟碱含量，提高上部烟叶糖含量和化学成分可用性指数，可提高上部烟叶评吸质量。

不同土壤改良剂的主要成分不同。丰收延酸性土壤调理剂以“碱性钙渣”为主要原料，其含有的CaO成分一般在45%左右，金叶酸性土壤改良剂的CaO含量虽然大于45%，但其提供的OH－远小于石灰。所以，从提高土壤pH效果看，施用石灰的处理较好。施用石灰将强酸性土壤pH提高至6.0～7.0，修复了酸性土壤，改善了土壤理化性状和土壤养分状况［4］，有利于烤烟根系生长［21］，为上部烟叶充分发育打下了基础，从而有利于上部烟叶优良品质的形成［23］。