改良剂对烟叶产质量、土壤理化性质及土壤酶活性的影响

李集勤，杨少海，卢钰升，顾文杰，刘 阳，刘 兰，李淑玲，陈俊标

（1.广东省农业科学院作物研究所/广东省农作物遗传改良重点实验室，广东 广州 510640；2.广东省农业科学院农业资源与环境研究所，广东 广州 510640；3.广东烟草南雄科学研究所，广东 南雄 512400；4.广东烟草韶关市有限公司南雄分公司，广东 南雄 512400）

【研究意义】土壤是影响烟叶质量的重要因素之一，不同类型土壤的理化性质不同，其生产出的烟叶质量风格迥异［1-2］。沙泥田土壤质地疏松，有机质含量丰富，但不易保水保肥，其生产出的烟叶产量较高但质量下乘，且初烤烟易变色变暗，不易长时间保存［3-4］。因此，如何改善沙泥田植烟土壤理化性质从而提高烟叶质量一直是烟草科技工作者的研究热点之一，但目前针对沙泥田植烟土壤采用不同改良剂对其进行改良和培育的研究鲜见报道。【前人研究进展】生物炭是农业产生的大量动植物废料（如麦秆、种壳、粪便等生物质）在缺氧条件下，经过高温裂解而形成的一类含有多种养分元素、官能团丰富、孔隙结构发达、吸附能力强、富含碳素的固态产物，在优化土壤环境和烟田土壤修复等领域具有较大的应用潜力［5-7］；矿物质调理剂指用于改善土壤物理、化学或生物性状的物料，具有改良土壤结构、调节土壤酸碱度、降低土壤盐碱危害、改善土壤水分状况和修复污染土壤等作用［8-9］。据杨冬艳等［10］报道，在西芹设施栽培中，生物质炭能增加土壤中真菌、细菌和放线菌、微生物量C、N的含量，提高作物产量和改善土壤质量，但高用量的生物炭在使用初期可能对西芹生长有抑制作用。柳开楼等［11］研究表明，特贝钙土壤调理剂可以增加花生产量10.2%～23.8%，其处理中土壤碱解氮、速效钾和有效磷均增加 20%以上，土壤 pH和交换性钙分别提高 4.0%～7.3%和12.9%～18.8%，是红壤旱地花生增产、活化土壤养分和阻控土壤酸化的有效途径之一。陶林等［12］研究了土壤调理剂对土壤肥力和木薯产量的影响，结果表明，土壤调理剂能提高土壤保水能力和土壤孔隙度，增加土壤中有机质、氮、磷、钾含量，促进木薯对土壤养分的吸收，提高了木薯产量。【本研究切入点】本研究拟采用上述两种不同原材料的土壤改良剂对南雄沙泥田植烟土壤进行改良，分析比较不同处理对烟叶产质量、土壤理化性质及土壤酶活性等方面的差异。【拟解决的关键问题】筛选适宜的沙泥田土壤改良剂，为南雄烟区沙泥田植烟土壤培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于南雄市乌迳镇溯水村（25°13′108″N，114°35′32″E），年平均气温21.5℃，前茬为水稻，土壤类型为沙泥田。试验田平整，灌溉方便，肥力水平中等，土壤基础养分状况为pH为6.94，有机质含量28.94 g/kg，碱解氮含量143.49 mg/kg，速效磷含量83.70 mg/kg，速效钾含量192.50 mg/kg。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为粤烟97。

1.3 试验设计

试验设4个处理，分别为S1：生物碳（1 500 kg/hm2）；S2：万山调理剂（1 500 kg/hm2）；S3：生物碳+万山调理剂（各1 500 kg/hm2）；S4：对照（常规施肥）。选取整齐健壮烟苗于2018年3月6日统一移栽，每个处理3次重复，共12个小区，每个小区种2行，每行20株，株行距为1.2 m×0.60 m，每个小区选取10～15株8～13叶位挂牌取样，作为烟叶质量评价样本。小区的肥料用量和栽培管理措施按当地优质烟叶生产标准执行。

1.4 测试指标及方法

1.4.1 烟株及烟叶相关指标及测定方法 在圆顶期，每小区随机选取5株烟株，按照YC/T142-2010［13］标准测定叶片数、节距、株高、茎围、腰叶长、宽等指标；烟叶烘烤后，按照GB2635-1992［14］标准进行初烤烟叶的分级和外观评价；每个品种取烤后烟上部叶（B2F）和中部叶（C3F）各1 kg，用于化学成分测定，总氮、还原糖、总糖、总烟碱、氯、钾、蛋白质含量等指标测定方法参照文献［15］进行。

1.4.2 土壤理化性质指标及测定方法 在植烟前和烟叶采收结束后，分别在每个处理每个重复小区，按照五点法采集5～20 cm土层土样，混合均匀，自然风干，平分成两份，一份用作土壤理化性质检测，另一份过1 mm筛后用作土壤酶活性测定。

土壤理化性质指标测定参照文献［16］进行：土壤pH（2.5∶1）用酸度计电位法，有机质含量采用重铬酸钾法，碱解氮采用碱解扩散法，有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用醋酸铵浸提-火焰分光光度法，全氮采用开氏法，全磷采用高氯酸-硫酸-钼锑抗比色法，全钾采用高氯酸-硫酸-火焰光度计法，交换性钙和镁含量测定采用醋酸铵交换-原子吸收光度法，有效硅含量采用柠檬酸法浸提-比色法。

土壤酶活性指标测定参照文献［17-18］进行：土壤脱氢酶采用氯化三苯基四氮唑比色法（TTC法），土壤脲酶采用靛酚蓝比色法，土壤转化酶采用3,5-二硝基水杨酸比色法，土壤磷酸酶采用2,6-双溴苯醌氯酰亚胺比色法。

试验数据采用Excel和SPSS12.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同改良剂处理对烤烟农艺性状的影响

由表1可知，所有处理烟株的株高在113.25～120.38 cm间，以生物碳处理最高，比对照高6.3%，差异显著，万山调理剂处理株高与生物炭+万山调理剂处理接近；最大叶长以万山调理剂处理最大，其他3个处理接近，4个处理间差异不显著；4个处理的最大叶宽为30～31 cm；4个处理的有效叶数在18～19片间、茎围在9.1～9.5 cm间、节距在5.9～6.2 cm间，但各处理间指标差异不显著。这说明万山调理剂和生物炭对烟株生长均有一定的促进作用。

表1 不同改良剂处理的烟株农艺性状比较Table 1 Comparison of different soil amendments on agronomic characters of tobacco plants

2.2 不同改良剂处理对烤烟经济性状的影响

从表2可以看出，3个改良剂处理的单位产量、产值、上中等烟比例、上等烟比例和均价均高于对照，其中以生物碳处理效果最好，其产量和产值分别比对照高20.00%和54.02%、差异均达显著水平，其上等烟比例和均价分别比对照高84.18%和27.54%、差异亦均达显著水平；其次为万山调理剂处理和生物炭+万山调理剂处理，其产量和产值分别比对照高7.69%～11.00%和25.79%～36.52%，其上等烟比例和均价分别比对照高43.15%～58.20%和15.58%～22.31%，与对照差异均达显著水平。整体来看，各处理经济性状综合表现为：生物碳＞万山调理剂＞万山调理剂+生物碳＞对照，说明生物炭和万山调理剂能提高烟叶的产量和质量，从而增加烟叶的经济效益。

2.3 不同改良剂处理对烤烟外观质量的影响

烟叶外观质量与内在质量有着密切关系，是影响烟叶销售的最关键因素。如表3所示，与对照相比，3个改良剂处理的烤后烟颜色更深，偏正黄色，成熟度更好，叶片结构更疏松，油分更足，色泽更鲜艳，其中以生物碳处理得分最高，比对照高10.06%，外观质量总得分值依次为生物碳＞万山调理剂＞万山调理剂+生物碳＞对照。说明生物炭和万山调理剂在一定程度上能改善烟叶外观质量，提高烟叶的商品属性，这也与各处理的上中等烟比例、上等烟比例和均价（表2）等质量指标表现一致。

表2 不同改良剂处理的烤烟经济性状比较Table 2 Comparison of different soil amendments on economic characters of flue-cured tobacco

表3 不同改良剂处理的烟叶外观质量比较（C3F和B2F平均值）Table 3 Comparison of different soil amendments on appearance quality of flue-cured tobacco leaves (Average of C3F and B2F)

2.4 不同改良剂处理对烤烟化学成分的影响

中部叶：生物碳处理的总糖和还原糖含量与对照接近，万山调理剂和万山调理剂+生物碳处理二者含量偏高；所有处理的烟碱含量（1.98%～2.42%）、钾含量（2.74%～2.92%）、总氮含量（1.69%～1.75%）、氯含量（0.42%～0.51%）、蛋白质含量（8.01%～8.45%）均在适宜范围内；所有处理的烤后烟糖碱比均在11以上，以万山调理剂处理最大，说明烟叶化学成分欠协调；氮碱比在1以下，均在适宜范围内（表4）。

上部叶：所有处理的总糖含量在20.71%～24.12%间，还原糖含量在17.53%～22.54%间，3个改良剂处理二者含量均比对照高；所有处理的烟碱含量、总氮含量、氯含量、钾含量、蛋白质含量均在较适宜范围内；生物碳、万山调理剂和对照糖碱比均在8～10间，说明烟叶化学成分较协调；氮碱比在1以下，均在适宜范围内（表4）。

综合来看，生物碳和对照处理的烤后烟叶内在化学成分较为协调。

表4 不同改良剂处理烤后烟叶化学成分比较Table 4 Comparison of different soil amendments on chemical constituents of flue-cured tobacco leaves（%）

2.5 不同改良剂处理对土壤理化性质的影响

表5结果表明，3种改良剂处理均能提高土壤pH值，其中以万山调理剂处理的土壤pH值最高；同时，3种改良剂均能增加土壤中的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、有效硅、交换性镁和交换性钙的含量，其中3个处理的有机质、碱解氮和速效钾含量分别比对照高8.28%、8.38%和14.77%以上，有效硅含量均比对照高7.61%以上，与对照的差异均达显著水平；生物碳处理交换性钙和交换性镁含量分别比对照高30.75%和19.33%，说明改良剂能适当提高土壤pH值，改善植烟土壤的理化性质，不同程度上增加土壤中的有效养分含量。

表5 不同改良剂处理对土壤理化性质的影响Table 5 Effects of different amendments on soil physical and chemical properties

2.6 不同改良剂处理对植烟土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤有机体重要组成部分，是多种营养物质转化和释放的推动力。如表6可知，相比对照，生物碳处理和调理剂+生物碳处理均能提高土壤中的转化酶、磷酸酶、脲酶和脱氢酶的活性，其中，生物炭处理土壤中的脲酶和脱氢酶含量显著高于对照，而调理剂处理土壤中的4种酶活性均低于对照，说明生物碳能增加植烟土壤中的土壤酶活性，促进土壤肥力的形成，但矿物质类土壤调理剂可能会降低土壤酶活性。

表6 不同改良剂处理对土壤酶活性的影响Table 6 Effects of different amendments on soil enzyme activities

3 讨论

以往众多研究［19-23］表明，生物炭和矿物质类型土壤调理剂等改良剂能改善植烟土壤的理化性质，提升烟叶的产质量。郑加玉等［20］报道，稻壳生物炭处理的烟叶产量和产值较对照分别提高43.51%和43.48%；胡亚杰等［22］研究表明，土壤调理剂处理的烟叶上等烟比例、均价、产量和产值较对照分别提高20.3%、5.5%、5.5%和10.7%，这与本研究增施生物炭和土壤调理剂具有烟叶增产增值效果的结果一致。在改善土壤理化性质方面，邓小华等［24］研究表明，施用土壤改良剂可提高植烟土壤 pH、土壤有机质、碱解氮和有效磷含量，施用石灰可提高土壤碱解氮和有效磷含量；陈敏等［19］、郑加玉等［20］、赵殿峰等［25］田间试验表明，施用生物炭能显著提高植烟土壤有机质、土壤速效氮、速效磷和速效钾含量等速效养分；邢世和等［26］研究表明，土壤调理剂处理的土壤交换性钙和镁较对照分别提高56.70%和88.64%；朱盼等［27］研究表明，施用生物炭土壤中的交换性钙和交换性镁含量均高于对照。由此可见，生物碳和矿物质调理剂能提高植烟土壤养分含量，促进烟株的生长发育，与本研究结果一致，前者施用效果比后者更好，这可能是由于生物碳本身能为土壤提供更多的碳源和有机质，丰富植烟土壤的微生物种群类别和数量，加上自带的孔隙结构，能够吸附土壤养分，减少肥料过度流失，增加土壤中的养分含量［8］。

邢世和等［26］研究表明，土壤调理剂处理的土壤脲酶和磷酸酶活性分别比对照提高100.00%和110.00%，与本研究结果不一致，这可能与施用的调理剂原料来源不同有关。本研究结果显示，相比对照矿物质调理剂施用降低了土壤的转化酶、磷酸酶、脲酶和脱氢酶等酶活性，这可能与施用矿物质土壤调理剂提升土壤pH有关，从而导致某些酶类活性减弱；张继旭等［28］盆栽试验结果表明，秸秆生物碳处理土壤中的脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均随生物炭添加量的增加有不同程度提高，与本研究结果一致。因此，在南雄沙泥田植烟土壤改良剂筛选中，以生物碳施用的效果最好，而在矿物质调理剂种类选择上需谨慎。

4 结论

本研究结果表明，生物碳处理的烟叶经济性状和外观质量均优于其他处理，其烟叶产量和产值显著高于对照20.00%和54.02%，其上等烟比例和均价显著高于对照84.18%和27.54%，其中部叶的总糖和还原糖含量与对照接近，其烟碱含量、钾含量、总氮含量、氯含量、蛋白质含量均在适宜范围内，烟叶内在化学成分较协调。3种改良剂均能提高土壤pH值，改善土壤的理化性质，增加土壤中的有效养分含量，其中生物碳处理的土壤交换性钙和交换性镁含量分别比对照高30.75%和19.33%，同时，生物碳能提高植烟土壤中的土壤酶活性。综合来看，生物碳处理在提高烟叶产质量和改善植烟土壤理化性质等方面均表现最好，该土壤保育技术值得在烟叶生产上进行小面积示范和推广。