生物炭基肥对豫中烤烟产质量的影响

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(河南省烟草公司 平顶山市公司，河南 平顶山 467000)

豫中烟区是我国浓香型烤烟的重要产区之一，由于耕地资源有限，烤烟连作种植年限较长，加上化学肥料使用不合理，造成了该区植烟土壤结构变差、养分供应不均衡，导致烤烟营养失调，香气不足，烟叶风格特色弱化、产质量下降，严重影响了优质烟叶生产的可持续发展。因此，寻找合理有效的施肥方式对保证烤烟生长发育、改善烟叶质量具有十分重要的意义。

生物炭是生物有机材料在缺氧或低氧环境中经过高温裂解后的固体产物[1]。近年来，生物炭由于自身的优良特性，在农业生产中的应用越来越受到重视[2-6]。但是生物炭本身所含养分有限，单独施用不能满足作物生长的需要[7-8]。生物炭基肥是一种含碳量十分丰富的物质[9]，以高碳低氮、疏松多孔、高比表面积有机材料为载体，定向添加其他类型肥料，从而达到促进作物根系发育，提高作物养分利用效率的目的[10]。因此，生物炭基肥可以弥补生物炭养分不足、消耗量大等问题。当前生物炭基肥的研究主要集中在番茄、辣椒、水稻、玉米等作物[8,11-13]上，多为不同碳源类型肥料对作物产质量的影响，而生物炭基肥在烟草上的研究较少。鉴于此，以河南省郏县典型浓香型烤烟为研究对象，分析不同用量生物炭基肥对烤烟常规化学成分、中性致香物质等品质指标以及经济性状的影响，以期为豫中烟区浓香型烤烟的提质增香提供施肥依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况与试验材料

试验地位于河南省平顶山市郏县茨芭镇，东经113.08°，北纬34.07°，海拔224 m，主要种植作物为烟草，属暖温带大陆性季风气候，年平均气温14.6 ℃，≥ 10 ℃年活动积温4 734.9 ℃·d，无霜期220 d左右，年平均日照时数2 232 h，日照率50%。年平均降雨量680 mm，7—9月降雨量占全年的70%左右，属丘陵干热少雨区，高温期与多雨期同步，土壤类型为壤土。

供试生物炭基肥由河南宝融生物科技有限公司生产，生物炭类型为秸秆炭，有机质含量60%，全氮含量2.50%，全磷含量0.56%，全钾含量3.40%，pH值为7.7。供试烤烟品种为中烟100。

1.2 试验设计

试验于2017年进行，采用随机区组设计，共设4个处理：B0(不施用生物炭基肥)、B60(0.9 t/hm2生物炭基肥)、B100(1.5 t/hm2生物炭基肥)、B140(2.1 t/hm2生物炭基肥)，每个处理设置3个重复，小区面积约130 m2。各处理均施用化肥，氮素用量52.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O施用比例为1∶1∶3.5，生物炭基肥全部用作基肥，条施。大田施肥与管理按照平顶山市烟叶生产管理标准体系相关操作规程进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 经济指标 在烟叶成熟时分小区进行采收和编竿，统计各小区烤后烟叶总质量和各等级烟叶质量，按照2017年烟叶收购价格计算烟叶均价、中上等烟比例和产值。

1.3.2 烟叶化学成分 各小区选取中部和上部具有代表性的烤后烟叶样品各1 kg，参照YC/T 159—2002测定烟叶中总糖、还原糖含量，参照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011方法测定烟叶中烟碱、总氮、钾、氯含量。烤后烟中性致香物质的提取和定性定量检测采用HP5890II-5972气质联用仪(Agilent公司)进行[14]。

1.4 数据处理与分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同用量生物炭基肥对烤烟常规化学成分的影响

从表1可以看出，不同用量生物炭基肥处理烤后烟叶的化学成分含量差异较大。添加生物炭基肥后上部烟叶的总糖和还原糖含量均有所提高，其中B100处理显著高于B60、B0处理。B0处理的总氮和烟碱含量显著高于添加生物炭基肥的处理。氯含量以B0处理最高，显著高于B100、B140处理，但与B60处理差异不显著。添加生物炭基肥后，烤烟上部叶钾含量有所增加，但4个处理间差异不显著。从化学成分协调性上看，添加生物炭基肥后，上部叶钾氯比增加，B100、B140处理显著高于B0处理；不同生物炭基肥处理上部叶两糖比无显著差异；添加生物炭基肥后，上部叶糖碱比增加明显，添加生物炭基肥处理显著高于B0处理，但B100处理与B140处理差异不显著。

表1 不同施肥处理对烤烟上部叶化学成分的影响Tab.1 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition(upper leaf)

注：同列不同字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)，下同。

Note： Different small letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level,the same as below.

由表2可见，中部叶总糖和还原糖含量随着生物炭基肥用量增大而增加，均以B140处理最高。其中，总糖含量表现为添加生物炭基肥各处理显著高于B0处理，还原糖含量表现为B100、B140处理显著高于B0处理。烟碱含量随生物炭基肥用量增加而减少，B0处理显著高于B100、B140处理，与B60处理差异不显著。添加生物炭基肥后中部叶总氮含量降低，但变化不显著。各处理中部叶氯含量没有显著差异。钾含量在施用生物炭基肥后有所增加，B100、B140处理显著高于B0、B60处理。从中部叶的化学成分协调性上看，随着生物炭基肥的添加，烤后烟叶钾氯比有所增加，但差异不显著，两糖比无明显变化；糖碱比随生物炭基肥增加而增加，B60、B100、B140处理显著高于B0处理，且B140处理达到最大值。

表2 不同施肥处理对烤烟中部叶化学成分的影响Tab.2 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition (middle leaf)

2.2 不同用量生物炭基肥对烤烟中性致香物质含量的影响

从表3看出，烤烟上部叶香气成分总量随着生物炭基肥用量增加而增加，以B140处理最高。B60、B100、B140处理分别较B0处理增加了15.26%、20.68%、24.77%。除新植二烯外香气成分总量以B100处理增幅最大，较B0处理增加了27.00%。

烤烟上部叶美拉德反应产物总量以B100处理最高，B140处理次之，分别比B0处理提高18.34%、12.99%，而B60处理比B0处理降低10.18%。添加生物炭基肥后，烤烟上部叶芳香族氨基酸降解产物总量增加，B60、B100、B140处理较B0处理分别增加了56.30%、34.29%、19.75%。不同处理对芳香族氨基酸降解产物含量影响较大的成分为苯甲醇和苯乙醇。茄酮含量以B100处理最高，比B0处理高38.17%，B60处理与B140处理差别不大，分别比 B0处理高4.24%、2.22%。类胡萝卜素降解产物总量以B100处理最高，B140、B60处理次之，三者分别比 B0处理提高23.31%、22.97%、2.45%。添加生物炭基肥对上部叶类胡萝卜素类香气物质影响较大的成分为香叶基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他类香气物质含量在施用生物炭基肥之后有所增加，B60、B100处理增加最多。新植二烯含量表现为随着生物炭基肥用量的增加而增大，B140、B100、B60处理分别比B0处理提高了26.37%、19.57%、16.55%。

烤烟中部叶香气成分总量和除新植二烯外香气成分总量均表现为B140>B100>B60>B0，其中B140处理较B0处理分别增加32.02%和26.28%。

中部叶美拉德反应产物总量在施用生物炭基肥后增加幅度较大，B60处理最高，B140、B100处理次之。芳香族氨基酸降解产物总量表现为B100处理最高，较B0处理增加了23.94%，苯乙醛和苯乙醇是受影响最大的2个成分。添加生物炭基肥处理中部叶茄酮含量略有增加，B100、B140、B60处理分别比 B0处理高了9.24%、8.40 %、6.49%。类胡萝卜素降解产物总量在施用生物炭基肥后大幅增加，B60、B100、B140处理分别比 B0处理提高23.33%、26.54%、35.40%，其中受影响较大的成分为二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他类香气物质含量在施用生物炭基肥后增加，B60、B100、B140处理比B0处理分别增加了81.33%、28.00%、47.33%。B60、B100、B140处理新植二烯含量分别比B0处理提高3.16%、18.08%、32.90%。

表3 不同施肥处理对烤烟中性致香物质含量的影响Tab.3 Effects of different fertilization treatments on neutral aroma component of flue-cured tobacco

续表3 不同施肥处理对烤烟中性致香物质含量的影响Tab.3(continuted) Effects of different fertilization treatments on neutral aroma component of flue-cured tobacco

2.3 不同用量生物炭基肥对烤烟经济性状的影响

由表4看出，B140处理烤烟产量最高，为2 251.33 kg/hm2，B0处理产量最低，为2 081.33 kg/hm2，B100、B140处理显著高于B0、B60处理。不同处理烤烟产值高低表现为B140>B100>B60>B0，3个添加生物炭基肥处理的烤烟产值较B0处理分别显著提高16.11%、14.93%、6.17%，其中B100处理与B140处理差异不显著。与B0处理相比，添加生物炭基肥提高了烤后烟叶的均价，其中B100、B140处理显著高于B0处理。中上等烟比例也随生物炭基肥用量增加而增大，且各生物炭基肥处理均与B0处理存在显著差异。

表4 不同施肥处理对烤烟经济性状的影响Tab.4 Effect of different fertilization treatments on the economic characters

3 结论与讨论

本研究结果表明，不同用量生物炭基肥对烟叶总糖、还原糖、烟碱含量等都产生了不同程度的影响。施用生物炭基肥提高了烟叶的总糖、还原糖含量，增加了糖碱比，降低了总氮和烟碱含量。这与张军[15]、倪超等[16]的研究结果一致。周小红[17]研究也表明，高碳基土壤修复肥有利于提高烤烟总糖和还原糖含量。说明添加生物炭基肥使烟叶化学成分更加协调，提高了烟叶品质。可能的原因是生物炭基肥含碳量高，且具有较强的生物和非生物稳定性，能够有效增加土壤有机质含量，调节土壤碳氮比，改善土壤微生物环境，使土壤养分供应更加协调，进而提高了烟叶质量。

香气是烟叶风格特色和质量特征的核心内容，但是其成分非常复杂，有些香气物质含量少，但对烟叶香气贡献很大[18-20]。烟叶的香气品质如香气量、香气质、香型等是多种香气成分互相作用而形成的[21]。烟叶香吃味的好坏不是取决于某种成分的绝对含量，而是依赖于各成分的比例是否协调[22-23]。为便于分析不同生物炭基肥用量下烤烟中性致香物质含量的差异，按照烟叶香气前提物质的不同将中性致香物质分为五大类，分别是美拉德反应产物、芳香族氨基酸降解产物、类西柏烷类、类胡萝卜素类降解产物、叶绿素降解产物[24]。本研究结果表明，添加生物炭基肥后，中部和上部烟叶中性致香物质总量随生物炭基肥添加量的增加而增加。受生物炭基肥影响较大的中性致香物质为新植二烯、美拉德反应产物、类西柏烷类和类胡萝卜素类。在各类致香物质中，叶绿素降解产物(新植二烯)含量最为丰富，所占比例在80%以上，烟叶燃烧时，新植二烯可直接进入烟气，具有减少刺激、醇和烟气的作用[25]。本研究结果显示，新植二烯含量随生物炭基肥用量的增加而增加，说明高施用量的生物炭基肥可能会促进烟叶后期叶绿素的降解，有利于烟叶的成熟落黄。除新植二烯外其他致香物质总量表现为，上部叶以1.5 t/hm2处理最高，中部叶以2.1 t/hm2处理最高。

烟叶醇化后的坚果香、甜香等香气与美拉德反应产物有很大关系，尤其是其中的吡咯、呋喃类物质，虽然含量低微，但对可可香味的形成至关重要。本研究结果显示，添加生物炭基肥后，中部烟叶的美拉德反应产物含量均有较大程度地提高，而对上部叶的影响较小。茄酮是类西柏烷类降解产物，它的转化产物也是重要的烟草香气物质[25]，施用生物炭基肥后，茄酮含量随生物炭基肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，以1.5 t/hm2处理最高，中部和上部烟叶的变化规律一致。类胡萝卜素是最重要的萜烯类化合物之一，降解时因键断裂位置不同形成不同的香气成分[23,26-27]。本研究中，添加生物炭基肥后，烤后烟叶类胡萝卜素降解产物含量增加，上部叶和中部叶分别以1.5 t/hm2和2.1 t/hm2处理最高，不同部位烟叶致香物质受生物炭基肥用量影响的主要成分不同，中部叶主要为二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮，上部叶为香叶基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。

施用生物炭基肥后烤后烟叶产量和产值增加，均价和中上等烟比例上升，提高了烟农的经济效益。烟叶的风格特色受到很多因素的影响，如烤烟品种、土壤类型、施肥和烘烤技术等[28-32]。施肥是农艺措施中除采收时间外最为重要的可控因素。增施生物炭基肥在改善烤烟内在化学品质、提高香气物质含量和经济指标等方面具有显著作用。综合考虑烟叶产量、产值、品质和成本，豫中烟区以生物炭基肥用量1.5 t/hm2为宜。