不同有机菌肥对豫中烤烟生长代谢及品质的影响

2018-05-16刘世亮陈秀华程传策姜桂英

江西农业学报 2018年5期

李影，马聪，刘世亮，陈秀华，张弘，程传策，姜桂英*

(1.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450002； 2.中国烟草总公司河南省烟草公司，河南郑州 450002; 3.河南农业大学烟草学院，河南郑州 450002)

烟草是世界上重要的经济作物，我国烟草种植面积、烟叶产量均居世界领先地位[1]。近年来,化肥的大量施用,使土壤板结和酸化日益严重,难以供应烟草生长所需充足的营养,致使烤烟产量和品质下降[2-3]。因此，关于有机肥与化肥配施以及各种新型肥料的研究相继在国内外大量展开[4-6]。有机菌肥是一种能改善土壤肥力，促进烤烟生长发育的新型肥料[7]。虽然有机肥中添加微生物制成的有机菌肥在农业上已经有一定的应用，但在烟草上的应用还较少，那么比较不同有机菌肥对烤烟的影响对烤烟生长有一定指导意义。

目前，在有机肥的烟田应用方面，对烤烟产量与品质的影响已有一些报道。王逸飞[8]研究表明：施用精制有机肥能改善烤烟叶长、叶宽、株高、茎围等农艺性状。另有研究发现施用鸡粪和菜籽饼有机肥可以增加烟叶中磷、钾的养分含量，降低烟叶氮含量[9]。而化肥与腐熟的牛圈粪、芝麻饼肥和豆浆配施能协调烤后烟叶还原糖/总糖比、还原糖/烟碱比、钾/氯比[10]。陈乐[11]发现，单施豆饼能增长烤烟中类胡萝卜素类、苯丙氨酸类、棕色化反应产物类、新植二烯类香气物质总量。武雪萍等[12]研究认为：施用饼肥可明显提高烟叶石油醚提取物的含量，增加烟叶香气物质成分的总含量。不同有机肥施用对烤烟化学元素周转关键酶活性也有一定影响。张弘等[13]发现，施用生物炭和猪粪能显著提高烤烟硝酸还原酶和淀粉酶碳氮代谢酶活性。

虽然前人在有机肥施用方面有一定研究，但是所施用的有机肥多为单纯的有机物料如芝麻饼肥、不同种类粪肥等，而有机物料矿化需要微生物的参与作为驱动力。有机菌肥综合了化肥“速”、有机肥“稳”、菌肥“促”的优势，形成营养“合力”，能提高肥料利用率[14]。但有机菌肥在烟草上的应用相对较少，研究结果也仅限于对烤烟生长发育和产值的影响，而促进生长和提高品质的机理仍需加强研究。本研究以豫中许昌烟区潮土为基础，研究典型有机肥菌肥田间施用对许昌烟区烤烟生长及品质的影响效果，以期筛选出适合当地的最优有机菌肥种类。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验于2016年4月在河南省许昌市进行，选择当地主栽品种中烟100。试验地土壤类型为潮土，土壤全氮含量为0.71 g/kg，有机质含量为10.0 g/kg，碱解氮含量为46.87 mg/kg，速效磷含量为18.69 mg/kg，速效钾含量为176 mg/kg。

试验为大田小区试验，采用随机区组排列。在施用化肥和芝麻饼肥的基础上设4个处理，分别为CK(施化肥和芝麻饼肥，当地烟农习惯施肥)、T1(施精制有机肥，1500 kg/hm2)、T2(施有机肥料1号，600 kg/hm2)、T3(施复方有机菌肥，1500 kg/hm2)，每个处理重复3次，每个小区面积为66.7 m2。每个处理基肥条施复合肥900 kg/hm2和芝麻饼肥300 kg/hm2。各肥料养分含量见表1。烟苗于4月28日移栽，按1.22 m的行距和0.50 m的株距经行种植，并在2016年8月12日采收完毕。小区周边设2行保护行，其他按当地优质烤烟规范化栽培管理方式进行。

表1 各肥料养分含量

1.2 样品的采集与测定

分别在烟苗移栽后30、60、90 d，每个处理选取具代表性、长势一致的烟株3株，测定株高、叶长、叶宽、茎围、有效叶数，并根据“叶面积=叶长×叶宽×0.6345”[15]公式计算叶面积，鲜烟叶取后放入冰盒立即带回实验室并测定酶活性；烟叶成熟后(移栽后90 d)选择生长均匀一致的烟株按叶部位全部采收。其余烟叶于105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干后测定烟叶常规化学成分。硝酸还原酶、淀粉酶和转化酶活性分别采用磺胺比色法(活体法)[16]、3,5-二硝基水杨酸法[16]、3,5-二硝基水杨酸法[17]测定。植株的氮、磷和钾含量分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法、火焰光度计法和流动分析仪法[18-19]测定。

烟叶成熟期采收的烟叶均分别挂牌绑秆于同一烤房烘烤，烘烤过的烟叶按照上、中、下3个部分分类，挑选烟叶等级相近的烟叶粉碎后过0.2 mm筛后保存供烟叶常规化学成分和香气物质检测使用。烟叶总糖、还原糖、烟碱、钾、氯等常规化学成分含量按照王瑞新等[20]的方法测定；同时选取中部叶(C3F)采用固相微萃取顶空取样和气相色谱-质谱法(GC-MS)[21]测定烟叶香气物质含量。

1.3 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软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 不同有机肥对烤烟农艺性状的影响

由表2可以看出，各处理烟株在60 d以前呈现快速生长趋势，与CK相比，有机菌肥处理表现出明显优势。移栽后30 d时，T3处理的叶宽和叶面积显著高于其他处理。移栽后60 d，T2处理的叶长、叶宽和叶面积显著高于T1和CK；T3处理的株高、叶数显著高于其他各处理。移栽后90 d，T2和T3处理的株高、茎围显著高于T1和CK。T3处理的株高在烟草的整个生育期表现出明显优势。总体来说，T2和T3处理在烤烟的整个生育期对烟叶农艺性状的增加效果显著。

表2 不同处理移栽后烟株的农艺性状

注：表中同列数据后的小写字母表示5%差异显著水平，字母相同差异不显著，不同则差异显著。下同。

2.2 不同有机肥对烤烟碳氮代谢酶活性的影响

由图1-a显示，各处理硝酸还原酶活性随生长时期呈降低趋势，且处理间在移栽后60 d以前表现差异，而90 d时差异不显著。移栽后30 d时，T3处理的硝酸还原酶活性显著高于其他处理，且各处理间差异显著；而移栽后60 d时，T1处理硝酸还原酶活性显著高于其他处理，但T2、T3与CK间差异不显著。整体来看，烤烟在生长前期主要是氮代谢，60 d后随烟草生长期延长氮代谢强度逐渐下降，但T1和T3处理对提高烟叶生长前期酶活性效果明显，说明施精制有机肥和有机菌肥可能促进了烤烟氮代谢。

由图1-b可知，各处理转化酶活性整体呈先升高后下降的趋势，在移栽后60 d达到最高值，其中T3处理的转化酶活性显著高于其他处理，达到5.24 mg/(g·min)。各处理在移栽后60 d以前均差异显著，到90 d时转化酶活性降低，T1处理转化酶活性显著高于其他处理，但其他3个处理间差异不显著。总体来看，进入旺长期后，烤烟生长由氮代谢转变为碳代谢。其中以T1和T3处理对提高烤烟生长后期转化酶活性明显，说明施精制有机肥和有机菌肥可能促进了烤烟对碳的固定与转化。

由图1-c可知，各处理淀粉酶活性与转化酶相似，呈先升高后下降的趋势。其中，T1处理的淀粉酶活性在烤烟生长前期和后期均表现出明显优势，虽然在移栽后60 d时活性较其他处理略低，但差异不明显。淀粉酶与转化酶活性均是烤烟碳代谢的指示指标，与转化酶反应的代谢关系相似，说明烤烟进入旺长期以后，碳代谢强度逐渐增大，其中以T1处理对提高烤烟生长后期淀粉酶活性显著，说明施精制有机肥可能增加了烟草对碳源的供应能力。

2.3 不同有机肥对烟叶养分含量的影响

由图2-a可知，烟叶氮含量随生长期逐渐下降。在移栽后30 d时，T2处理在生长前期氮含量显著高于其他处理，但在生长中后期其含量显著低于其他处理。总体来看，有机肥料1号处理有利于提高烟叶生长中前期氮的累积，而抑制中后期氮的累积，有利于烤烟由氮代谢转化为碳氮代谢，符合烟草不同生育期对氮素需求差异。

图2-b显示，烟叶磷含量随生育期呈先上升后下降趋势，在移栽后60 d时各处理磷含量达到最高值。除移栽后30 d时，其他时期，有机菌肥施用均显著提高了烟叶磷含量。3种有机菌肥对烤烟生长初期磷含量影响不明显，而随着进一步生长，T3处理显著提高了烟叶磷的积累。总体来说，T3处理(有机菌肥)对提高烟叶中期和后期磷含量起到显著作用，所以T3处理的施肥效果较好。

由图2-c可知，烟叶钾含量与氮类似，均随生长期的延长呈下降趋势。但在不同生长时期，不同有机菌肥对烟叶钾的积累影响不同，整体上表现为T2处理烟叶钾含量在移栽后30 d时最高，而T1处理则在移栽后60 d以后显著提高烟叶钾含量。总体来说，T2处理对前期烟叶钾含量提高效果显著，T1处理对提高后期烟叶钾含量效果显著。

图1 不同处理的烤烟碳氮代谢酶活性变化

图2 不同处理的烤烟烟叶化学组分含量的变化

2.4 不同有机肥对烤后烟叶常规化学成分的影响

由表3可知，综合这8个指标，不同处理烤后烟叶的化学成分差异较大，由各处理烤后烟中部叶的化学成分可以看出，中部叶的总糖含量表现为T3>T1>T2>CK，还原糖含量表现为T1>T3>T2>CK，与CK和T3相比，T1和T2处理降低了中部叶烟碱和氯离子含量；T2处理的中部叶钾含量表现为T2>T3≈T1>CK，且T1和T2处理显著提高了中部叶的两糖比和糖碱比。

表3 不同处理烤后烟叶化学成分的比较

2.5 不同处理对烤后烟中部叶烟香气成分含量的影响

由表4可知，烤烟中部叶致香物质的类胡萝卜素致香物质总量表现为T2>T3>T1>CK。苯丙氨酸类致香物质总量表现为T3>CK>T2>T1。类西柏烷类致香物质总量表现为T1>T2>T3>CK。棕色化反应产物类致香物质总量表现为T2>T1>T3>CK。烤烟中部叶致香物质总量表现为T3>T2>T1>CK。T2处理促进了类胡萝卜素致香物质和棕色化反应产物类致香物质的合成，T3处理促进了苯丙氨酸类和新植二烯致香物质的合成。总体来说，T3处理的致香物质总量最高，达到551.53 μg/g。各处理致香物质总量均高于对照，说明有机肥能提高烤烟中部叶致香物质含量，其中T3处理的效果较好。

表4 不同处理烤后烟中部叶(C3F)香气成分 μg/g

3 讨论

大量研究证实，施用适量的有机肥能够促进烟草的生长发育，但不同种类的有机肥因其特性不同，对烤烟生长的影响存在一定差异。仝延鹏[22]研究发现，施用精制有机肥对中烟100的农艺性状无显著影响，与本研究结果一致。施河丽等[23]研究发现：施用生物有机肥能够改善烟草的株高和叶面积。但冀德红等[24]认为：微生物有机肥对烟株农艺性状影响较小。本研究表明：施用有机肥料1号(T2)和复方有机菌肥(T3)对烟叶的生长起到了显著促进作用。有研究表明：微生物有机肥经过微生物分解后形成腐植酸，有利于截获土壤中的水分和矿质元素，改善根际营养[25]。另外有机菌肥中的功能微生物能在烟株根际形成优势菌群，分泌各种代谢产物，促进烟草的生长发育。因此，施适量的有机菌肥能促进烤烟的生长。

不同有机肥的施用对烤烟的碳氮代谢过程也有一定影响，在烟叶生长成熟过程中，只有碳氮代谢平衡协调，才能生产出优质烟叶[26]。刘霞[27]研究发现，施用有机菌肥后可明显提高烟草生长前期叶片中硝酸还原酶的活性，在生长后期又能适时降低。研究表明，硝酸还原酶活性的高低能够反应植物氮代谢强度[13]，它的降低可能会引起氮代谢降低，从而防止烟叶贪青晚熟。这与本试验中复方有机菌肥(T3)处理能显著提高前期硝酸还原酶活性，后期适时降低相一致。另外，淀粉酶活性高低影响烟叶生长所需碳源的供应能力[13]。张弘等[13]研究发现：施用有机物料能提高淀粉酶活性，其活性大致呈先升高后降低的趋势，这与本试验淀粉酶活性变化结果基本一致，本试验中发现，T1和T3处理对调节碳氮代谢平衡效果明显。施用有机肥料1号(T2)后，其在分解过程中，微生物可能会与烤烟竞争土壤中的氮素，不利于烤烟碳氮代谢转化协调[26]。这可能是因为T2处理没有添加无机的氮、磷、钾肥，而T3处理有机菌肥因为自身含有少量氮、磷、钾肥而没有出现缺少氮素的情况。有研究发现，施用生物有机肥提高了旺长期烟株体内氮、磷、钾的含量，促进了烟株生长，提高了烤后烟叶含钾量[28]。而本研究却发现，各有机肥处理没有显著提高旺长期烟叶氮含量，但显著提高了磷、钾含量，出现这种差异的原因可能是有机菌肥种类和不同区域土壤养分含量不同，以及有机肥矿化释放特点有关。

不同有机肥的施用对烤后烟叶的常规化学成分和致香物质含量有显著影响。韦忠等[29]研究发现，施用生物有机肥可提高烟叶总糖和还原糖含量，降低烟碱含量，提高部分处理钾含量，从而提高烟叶品质。这与本研究结果一致，说明施用有机肥可协调烟叶常规化学成分，其中有机肥料1号(T2)和复方有机菌肥(T3)处理对提高中部叶钾含量效果显著，这可能与有机菌肥中的活性菌的解钾作用有关。烟叶香气是评价烟叶内在质量的主要指标之一[30]。刘霞[27]研究认为施用菌肥能够提高各部位烟叶苯丙氨酸致香物质含量。本试验也发现，施用复方有机菌肥(T3)处理后烟叶苯丙氨酸类、新植二烯致香物质含量最高。而仝延鹏[22]发现施用精制有机肥对中烟100各部位烟叶的致香物质含量无明显影响，本研究结果也认为，施用精制有机肥(T1)对烤烟致香物质含量无明显影响。刘典三等[31]研究表明，施用化肥、芝麻饼肥和生物有机肥可显著提高中、上部叶新值二烯等致香物质含量。化党领等[32]也认为，施用生物有机肥可提高中部叶中性香气成分含量。这与本研究有机肥料1号(T2)处理施肥效果一致。说明微生物肥料和有机菌肥与芝麻饼肥的营养互作效应，有利于根系对营养物质的吸收，增加叶面分泌物，促进致香物质的合成。

4 结论

在豫中烟区各有机肥处理均不同程度的促进了烤烟的生长发育，精致有机肥对调节碳氮代谢平衡和提高化学成分含量效果显著；有机肥料1号显著改善了烤烟的农艺性状、提高氮磷钾含量和中部叶中性致香物质的含量；而复方有机菌肥显著改善了烤烟的农艺性状，并能调节碳氮代谢平衡、提高常规化学成分含量和促进中部叶中性致香物质的合成。这3种有机肥对提高豫中烟区烤烟质量均具有一定的效果，以复方有机菌肥施肥效果最佳。但此研究结果仅为一年田间小区试验，因此还需要进一步研究与验证。

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