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不同肥料配比对烤烟化学品质和香气物质的影响

2014-08-12王林虹刘国顺何永秋王丽渊刘维智

江苏农业科学 2014年6期
关键词:香气有机肥

王林虹+刘国顺+何永秋+王丽渊+刘维智+母海勇+付留洋

摘要:采用田间试验方法,以不施肥、施100%无机肥处理为对照,研究饼肥、腐植酸、矿物肥、生物炭有机肥与无机肥配施对烟叶常规化学成分和中性致香物质含量的影响。结果表明,4个施肥处理与不施肥的对照比较,可显著改善烟叶化学品质,增加烟叶香气物质含量;40%有机肥+60%无机肥处理糖含量高,表现为对烟叶钾含量的提升,钾含量高达1.8%,分别比对照1、对照2提高了80%、2.27%,其他各常规化学成分协调,香气量足,香气物质总量高达 649.58 μg/g,该处理符合优质烟叶的标准,是烤烟最佳施肥配方。

关键词:有机肥;无机肥;化学品质;香气

中图分类号: S572.06文献标志码: A文章编号:1002-1302(2014)06-0092-03

收稿日期:2013-12-21

基金项目:中国烟草总公司特色优质烟叶开发重大专项(编号:Ts-01)。

作者简介:王林虹(1989—),女,陕西西安人,硕士研究生,主要从事烟草栽培及生理生化研究。

通信作者:刘国顺,教授,博士生导师。E-mail:liugsh@371.net。长期单纯施用无机肥,容易造成烟田土壤板结、缺乏微量元素、有机质含量下降、各种元素及化学成分比例失调,香气不足,以至于不能满足卷烟工业的需求[1-3]。施用有机肥可以改善土壤环境,为烟株生长提供所需的微量元素并能促进烟株对肥料的吸收。前人主要研究了饼肥、腐植酸等单一有机肥使用对烟草的影响:饼肥可促进土壤养分释放,增加氮吸收;腐植酸可以提高肥料利用率;生物炭可以增加土壤离子交换;矿物肥可以提供其他烟草生长所需微量元素。有关饼肥、矿物肥、生物质炭、腐植酸多种有机肥配比使用对烟草品质的影响却鲜有报道。本试验旨在研究不同比例的无机肥与有机肥配合施用对烟草常规化学成分和香气质量的影响,以期为提高烤烟品质和合理施肥提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

试验于2012年在河南省许昌市襄城县移民新村进行。试验田为肥力均匀、地势平坦的地块,土壤基础肥力:速效氮47.2 mg/kg,速效磷15.87 mg/kg,速效钾 126.14 mg/kg,有机质14.8 mg/kg,pH值7.36。供试品种为中烟100。

1.2方法

试验采用随机区组设计,共设5个处理:分别为(1)CK1,不施肥;(2)CK2,100%无机肥;(3)T1,40%有机肥+60%无机肥;(4)T2,70%有机肥+30%无机肥;(5)T3,100%有机肥。各百分比为有机氮和无机氮肥占全氮的百分数。T1、T2、T3处理中有机肥包含饼肥、腐植酸、矿物肥、生物炭。其中饼肥氮磷钾比例为N ∶P2O5 ∶K2O =4.5 ∶0.5 ∶1.5,腐植酸、矿物肥、生物炭中氮磷钾含量忽略不计,用量分别按105、180、351 hm2施用。各施肥处理总氮施用量为 52.5 hm2,按 N ∶P2O5 ∶K2O=1 ∶1.2 ∶3配施肥料,以饼肥和氮磷钾复合肥控制氮素用量,不足的磷、钾肥用重钙和硫酸钾补充。有机肥与无机肥按比例混合后以70%作为基肥条施,30%穴施。植烟行距为1.2 m,株距为0.55 m,每处理重复3次,小区面积70 m2,田间管理按当地优质烟叶生产标准进行。

1.3测定方法

分别取各处理的成熟烟叶,采用三段式烘烤工艺调制后,取中橘三(C3F)烟叶进行常规化学成分、中性致香物质含量的分析。

1.3.1常规化学成分分析成分包括总糖、还原糖、烟碱、钾含量、氯含量,均采用德国BRAN+LUEBBE公司生产的 AAⅢ 型连续流动化学分析仪测定。

1.3.2中性致香物质采用内标法进行测定[4-5],在 500 mL 圆底烧瓶中加入20.000 g烟样、1.0 g柠檬酸、1 mL内标(0.37 g/L),再加500 mL超纯水。安装同时蒸馏萃取装置,从冷凝管上方加40 mL二氯甲烷于250 mL圆底烧瓶中,待开始沸腾时进行同时蒸馏萃取,出现分层便开始计时。2.5 h 后,收集250 mL圆底烧瓶中的有机相,加入10 g无水硫酸钠摇匀至溶液澄清,转移有机相到鸡心瓶中,水浴浓缩有机相至1 mL左右,转入色谱瓶中,用GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性,待进样分析。所用仪器为HP5890Ⅱ-5972气质联用仪。

GC/MS分析条件如下:色谱柱:HP-5(60 m×0.25 mm,0.25 μm);载气及流速为He,0.8 mL/min;进样口温度为250 ℃;传输线温度为280 ℃;离子源温度为177 ℃。升温程序:初温50 ℃,恒温2 min后以2 ℃/min升至120 ℃,保持 5 min 后以2 ℃/min升至240 ℃,保持30 min。分流比和进样量:1 ∶15,2 μL。电离能:70 eV。质量数范围:50~500 amu。MS谱库:NIST02。

1.4数据分析

试验中相关数据使用SPSS 19.0及Excel 2003统计软件进行处理分析。

2结果与分析

2.1不同处理对初烤烟叶常规化学成分的影响

一般认为,优质烟叶氮含量为1.5%~3.5%[3]。随着烟叶总氮含量的增加,烟叶香气量也随之增加,但总氮含量过高会使烟叶刺激性增强[4]。优质烤烟要求总糖含量18%~22%,还原糖含量16%~20%,烟碱含量1.5%~3.5%,钾含量 1.6%,氯含量0.3%~0.8%[3]。

分析结果见表1,与CK1相比,其他施肥处理中烟叶总氮含量均有提高,提高幅度为2.86%~56.07%;随着有机肥比例的增加,烟叶总氮含量呈现出先增加后降低的趋势,其中T2处理达到峰值,处理间差异显著。随着有机肥比例增加,烟叶还原糖和总糖含量也在一定范围内增加,与CK2相比,T3处理的还原糖含量提高了16.50%,T1处理提高了1608%;T3处理的总糖含量提高了17.46%,T1处理提高了1772%。与CK1相比,除T2处理外其他各施肥处理烟碱含量均有所提高,提高幅度为7.32%~25.61%,其中T1处理烟碱含量提高最为显著,为2561%。烟叶中总糖和烟碱的比率常被作为烟气强度和柔和性评价的基础,二者平衡是形成均衡烟气的重要因素[5]。一般认为,优质烟叶糖碱比8 ∶1~10 ∶1[1]。从表1可以看出,与CK2相比,增施有机肥可以提高烟叶糖碱比,T2处理提高最多,提高了16.40%,其次为T3处理,提高了10.55%。T1处理对钾离子含量的影响较大,比CK1提高了80%,比CK2提高了227%。烟叶中氯离子含量差异不显著。钾氯比为T1处理最高,比CK1提高了92.81%,比CK2提高了347%。本试验中不同处理还原糖与总糖的比值>0.9,符合优质烟叶的标准。优质烟叶的氮碱比通常等于或小于1,比值过高时化学成分不平衡,较低则烟碱含量通常较高[6]。本试验中T1处理的氮碱比最接近1,T2、T3处理均偏高。整体结果表明,以T1处理的烟叶化学成分最为平衡、协调,符合优质烟叶的标准。表1不同处理对初烤烟叶化学成分的影响

处理化学成分(%)总氮总糖还原糖烟碱氯钾糖碱比钾氯比两糖比氮碱比CK12.80c12.17c11.07c1.64c0.72b1.00c7.421.390.911.71CK22.88c15.35b14.12b1.76bc0.68b1.76a8.722.590.921.64T12.99c18.07a16.39a2.06a0.66b1.80a8.772.680.911.45T24.37a14.41b13.66b1.42d0.95a1.47b10.151.550.953.08T33.65b18.03a16.45a1.87b0.67b1.45b9.642.160.911.95注:同列中数据后不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2不同处理对烟叶中中性致香物质的影响

用气相色谱/质谱(GC/MS)对烤后烟叶样品进行定性和定量分析,将测定的致香物质按烟叶香气前体物进行分类,可分为苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类、类胡萝卜素类等4类 。从各类香气物质的总量上来看,与CK1相比,施肥处理对香气物质含量有显著提升(表2)。除新植二烯的香气物质总量以及香气物质总量均为T1>T2>CK2>T3>CK1;与CK2比较,T1处理除新植二烯外的香气物质总量提高了1209%,T2处理提高了3.52%,而T3处理下降了3.79%;比较香气物质总量可知,T1处理比CK2提高了32.56%,T2处理比CK2提高了15.73%,T3处理下降了1.39%。

2.2.1苯丙氨酸类苯丙氨酸类香气物质对烤烟香气具有良好的影响,尤其是对烤烟的果香、清香贡献最大的苯乙醇和苯甲醇可使烟气增加花香的气味;苯甲醛有樱桃香、杏仁香,苯乙醛有强烈的花香皂香[2]。由表2可见,T1处理中苯甲醛、苯乙醛含量与CK2相比有不同程度的提高,对苯乙醛含量的提升达到54.82%;而苯甲醇和苯乙醇稍有降低;与CK2处理比较,T1处理使苯丙氨酸类香气物质提升4.3%,而T2、T3处理分别降低了657%、11.99%。

2.2.2棕色化产物类棕色化产物包括糠醛、糠醇、2-乙酰基呋喃,具有特殊的香味。烟叶醇化后的坚果香、甜香等优美香气与这些化合物有密切的关系,其中呋喃类物质虽然含量低微,但对可可香味的形成至关重要[7]。由表2糠醛含量看出,T1处理比CK2增加了9.57%,T2、T3处理均略低于CK2。在糠醇含量方面,4个施肥处理比CK1均有显著增加,其中T1处理提升了346.15%,但4个处理间无较大差异。2-乙酰基呋喃含量以T1处理略低于CK2,且随着有机肥比例增加而增加,与CK2比较,T3处理中2-乙酰基呋喃含量提高了1739%。随着有机肥比例的增加,棕色化产物总量的变化情况呈现单峰曲线,T1处理为峰值,比CK2提升了907%。

2.2.3类西柏烷类类西柏烷类是烟叶中重要的致香成分,为烟叶腺毛分泌物的重要成分。茄酮在烟叶中含量相对较高,可赋予烟气一种醇和酮的烟味,可改善烟草香味[2]。与CK2比较,有机肥施入后对类西柏烷类含量的提升幅度为10.40%~20.80%,不同处理表现为T1>T2>>T3>CK1>CK2,T1处理对茄酮含量的提升最为显著。

2.2.4类胡萝卜素降解产物作为烟叶的中性挥发性香气成分中的一大部分,类胡萝卜素降解产物中有很多都是烟草中的重要致香成分[8]。β-大马酮及β-紫罗兰酮可增加烟草的花香味;巨豆三烯酮可以增加烤烟中的花香和木香特征;少量二氢猕猴桃内酯能消去烟气中的刺激感[2]。由表2可见,与CK2比较,T1处理对愈创木酚、β-大马酮、β-二氢大马酮、二氢猕猴桃内酯、部分巨豆三烯酮有比较明显的提高作作,而对芳樟醇、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、螺岩兰草酮稍有提高,但6-甲基-5-庚烯-2-醇稍有降低,6-甲基-5-庚烯-2-酮在T1处理中并没有检测出来。由此可知,T1处理相比CK2更能突显烟草的花香和木香,刺激性也有所减轻,有机肥施入有利于提升某些重要的类胡萝卜素降解产物的含量。从类胡萝卜素降解产物总量上看来,与CK2比较,T1、T2处理分别提高了1422%、6.54%,而T3处理降低了1.66%(表2)。

2.2.5新植二烯新植二烯为烟叶中重要的萜烯类化合物,本身不仅具有香气,并且可以分解转化形成低分子的香气成分[9]。各处理新植二烯含量表现为T1>T2>CK2>T3>CK1,与CK2比较,T1、T2处理使新植二烯含量分别提高了表2不同处理对初烤烟叶香气物质总量的影响物质总量

致香物质香气物质物质总量(μg/g)CK1CK2T1T2T3苯丙氨酸类苯甲醛0.451.201.360.851.19苯甲醇0.283.162.081.842.86苯乙醛0.713.325.145.322.84苯乙醇0.131.921.430.951.55总量1.589.5910.008.968.44棕色化产物类糠醛1.0112.1213.2811.8311.04糠醇0.130.550.580.620.522-乙酰基呋喃0.230.210.240.27总量1.1412.9014.0712.6911.83类西柏烷类茄酮4.284.235.114.924.67类胡萝卜素降解产物6-甲基-5-庚烯-2-酮0.090.110.280.096-甲基-5-庚烯-2-醇0.160.540.410.540.50愈创木酚0.481.061.271.031.17芳樟醇0.260.420.440.440.44β-环柠檬醛0.120.230.240.210.24β-大马酮5.5016.2218.2018.0616.81β-二氢大马酮0.725.375.965.165.26香叶基丙酮0.811.521.351.691.44β-紫罗兰酮0.280.410.450.370.37二氢猕猴桃内酯0.210.600.890.670.67巨豆三烯酮10.140.931.031.050.81巨豆三烯酮20.683.484.404.073.09巨豆三烯酮30.120.920.980.870.78巨豆三烯酮40.694.135.074.183.66螺岩兰草酮0.070.150.180.160.15总量10.3436.0841.2138.4435.48叶绿素降解产物新植二烯185.61427.23579.19502.08422.80除新植二烯的总量17.3462.8070.3965.0160.42香气物质总量202.95490.03649.58567.09483.22

3557%、17.52%,与T3处理比较,其他施入无机肥处理对新植二烯的提升幅度为1.05%~36.99%。

3讨论与结论

有研究认为,有机氮肥的供氮特性往往是早期供氮不足会使烟株前期生长滞后,而后期供氮过头致使烟叶贪青晚熟,影响产量和品质[3]。马新明等研究发现,无机肥配合有机肥施用可以提高无机肥肥效,如减少磷肥的固定[10]。也有不少研究认为无机肥配合有机肥施用可以提高和更新土壤的有机质,培肥土壤[2,11]。本试验中施用了多种肥料,饼肥作为其中一种有机肥,不仅能促进土壤养分的释放,增加烟株对氮素的吸收,还能改善烟叶品质,增加烟叶香气,改善吃味,协调烟叶化学成分[1,12]。腐殖酸作为一种具有生物活性的高分子有机物,可以促进作物吸收养分,提高肥料利用率[13]。生物炭可延缓肥料的释放,增加对土壤养分的吸附交换,并降低土壤养分淋失[14-15],可能在一定程度上增加了土壤钾素养分的输入量,使得烟株的生长发育得到明显加强[16]。矿物肥可以为烟株生长提供其他微量元素,使烟叶化学成分趋于协调,显著增加了烤烟的中性致香物质含量[17]。40%有机肥+60%无机肥处理充分发挥了饼肥、腐植酸、生物炭、矿物质肥的特性,使总氮含量在一定程度上有所增加,体现了烟叶浓香型特色,钾离子含量显著提升,各化学成分协调,与前人研究结果[12-17]一致。

有机肥和无机肥配合施用有利于提高烤烟香气物质的量。香气物质的含量、种类及组成比例是决定烟叶香味的重要内容[9]。与100%无机肥处理比较,40%有机肥+60%无机肥处理烟叶中带有更多的樱桃香、杏仁香以及皂香,吃味更为柔和;二氢猕猴桃内酯高,因此刺激性减少;花香特征虽然不能从苯乙醇和苯甲醇中得到提高,但是可从大马酮、β-紫罗兰酮、巨豆三烯酮中得到提升。总体来说40%有机肥+60%无机肥处理中苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类、类胡萝卜素降解产物以及新植二烯也不同程度高于其他处理,因此结果表明,T1肥料处理方案对烟叶质量提升效果最佳。

参考文献:

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3557%、17.52%,与T3处理比较,其他施入无机肥处理对新植二烯的提升幅度为1.05%~36.99%。

3讨论与结论

有研究认为,有机氮肥的供氮特性往往是早期供氮不足会使烟株前期生长滞后,而后期供氮过头致使烟叶贪青晚熟,影响产量和品质[3]。马新明等研究发现,无机肥配合有机肥施用可以提高无机肥肥效,如减少磷肥的固定[10]。也有不少研究认为无机肥配合有机肥施用可以提高和更新土壤的有机质,培肥土壤[2,11]。本试验中施用了多种肥料,饼肥作为其中一种有机肥,不仅能促进土壤养分的释放,增加烟株对氮素的吸收,还能改善烟叶品质,增加烟叶香气,改善吃味,协调烟叶化学成分[1,12]。腐殖酸作为一种具有生物活性的高分子有机物,可以促进作物吸收养分,提高肥料利用率[13]。生物炭可延缓肥料的释放,增加对土壤养分的吸附交换,并降低土壤养分淋失[14-15],可能在一定程度上增加了土壤钾素养分的输入量,使得烟株的生长发育得到明显加强[16]。矿物肥可以为烟株生长提供其他微量元素,使烟叶化学成分趋于协调,显著增加了烤烟的中性致香物质含量[17]。40%有机肥+60%无机肥处理充分发挥了饼肥、腐植酸、生物炭、矿物质肥的特性,使总氮含量在一定程度上有所增加,体现了烟叶浓香型特色,钾离子含量显著提升,各化学成分协调,与前人研究结果[12-17]一致。

有机肥和无机肥配合施用有利于提高烤烟香气物质的量。香气物质的含量、种类及组成比例是决定烟叶香味的重要内容[9]。与100%无机肥处理比较,40%有机肥+60%无机肥处理烟叶中带有更多的樱桃香、杏仁香以及皂香,吃味更为柔和;二氢猕猴桃内酯高,因此刺激性减少;花香特征虽然不能从苯乙醇和苯甲醇中得到提高,但是可从大马酮、β-紫罗兰酮、巨豆三烯酮中得到提升。总体来说40%有机肥+60%无机肥处理中苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类、类胡萝卜素降解产物以及新植二烯也不同程度高于其他处理,因此结果表明,T1肥料处理方案对烟叶质量提升效果最佳。

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3557%、17.52%,与T3处理比较,其他施入无机肥处理对新植二烯的提升幅度为1.05%~36.99%。

3讨论与结论

有研究认为,有机氮肥的供氮特性往往是早期供氮不足会使烟株前期生长滞后,而后期供氮过头致使烟叶贪青晚熟,影响产量和品质[3]。马新明等研究发现,无机肥配合有机肥施用可以提高无机肥肥效,如减少磷肥的固定[10]。也有不少研究认为无机肥配合有机肥施用可以提高和更新土壤的有机质,培肥土壤[2,11]。本试验中施用了多种肥料,饼肥作为其中一种有机肥,不仅能促进土壤养分的释放,增加烟株对氮素的吸收,还能改善烟叶品质,增加烟叶香气,改善吃味,协调烟叶化学成分[1,12]。腐殖酸作为一种具有生物活性的高分子有机物,可以促进作物吸收养分,提高肥料利用率[13]。生物炭可延缓肥料的释放,增加对土壤养分的吸附交换,并降低土壤养分淋失[14-15],可能在一定程度上增加了土壤钾素养分的输入量,使得烟株的生长发育得到明显加强[16]。矿物肥可以为烟株生长提供其他微量元素,使烟叶化学成分趋于协调,显著增加了烤烟的中性致香物质含量[17]。40%有机肥+60%无机肥处理充分发挥了饼肥、腐植酸、生物炭、矿物质肥的特性,使总氮含量在一定程度上有所增加,体现了烟叶浓香型特色,钾离子含量显著提升,各化学成分协调,与前人研究结果[12-17]一致。

有机肥和无机肥配合施用有利于提高烤烟香气物质的量。香气物质的含量、种类及组成比例是决定烟叶香味的重要内容[9]。与100%无机肥处理比较,40%有机肥+60%无机肥处理烟叶中带有更多的樱桃香、杏仁香以及皂香,吃味更为柔和;二氢猕猴桃内酯高,因此刺激性减少;花香特征虽然不能从苯乙醇和苯甲醇中得到提高,但是可从大马酮、β-紫罗兰酮、巨豆三烯酮中得到提升。总体来说40%有机肥+60%无机肥处理中苯丙氨酸类、棕色化产物类、类西柏烷类、类胡萝卜素降解产物以及新植二烯也不同程度高于其他处理,因此结果表明,T1肥料处理方案对烟叶质量提升效果最佳。

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