有机肥碳氮比对土壤有机质组分及烟叶香气量的影响

2021-03-22陆引罡

湖南农业科学 2021年1期

李昂，陆引罡

（1. 贵州大学农学院，贵州贵阳 550025；2. 贵州省烟草公司遵义市公司务川县分公司，贵州务川 564300）

烟草是我国重要的经济作物，主要种植于西北、西南及华东地区[1-2]，由于土地资源有限、烟草需肥量大等因素，烟区普遍存在连作和大量使用化肥的情况；长此以往，将导致植烟土壤有机质大量消耗，土壤结构被破坏，土壤肥力和质量下降[3]。有机碳是土壤有机质的主要成分，通常认为土壤肥力与土壤有机碳含量密切相关，增加土壤有机碳含量，可达到提高作物质量及产量的目的[4]。作为以叶片为收获对象的作物，烟草的生长周期较短，烟株整体生物量较大，且即便在采摘期仍在获取养分，故种植烟草对土壤肥力的消耗是巨大的[5]。有机肥含有多种矿质元素及丰富的腐殖质。研究表明，施用有机肥可增加土壤微生物群落和多样性，提高土壤有机质（SOM）、有机碳（SOC）及溶解性有机质（DOM）含量[6]。对于烟草而言，有机肥可有效提高土壤养分水平、土壤酶活性，并改善烟叶品质[7-9]。碳氮比（C/N）是影响堆肥过程和最终有机肥成品品质的重要因素[10-11]。目前关于不同碳氮比有机肥的报道多集中于肥料制作阶段，例如已知原料碳氮比为25～35 时堆肥效果较佳等，但关于不同碳氮比有机肥的田间使用效果的研究鲜有报道。基于此，笔者以云烟97 为材料，探索腐熟有机肥碳氮比对植烟土壤有机质组分及烟叶香气量的影响，为优质烟叶生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在贵州省遵义市正安县班竹乡万家山村进行，试验地较规则平整，供试土壤为黄壤，肥力均匀，pH 值7.45，有机质21.84 g/kg，全氮1.12 g/kg，碱解氮62.54 mg/kg，有效磷28.01 mg/kg，速效钾205.1 mg/kg。

供试烤烟品种为云烟97，包衣种子来自贵州省良种繁育基地，由当地育苗场育苗。

供试肥料为烟草专用基肥（N-P2O5-K2O=9-9-20）和烟草专用追肥（N-P2O5-K2O=8-3-15）；供试不同碳氮比有机肥由玉米秸秆与牛粪复配（若氮不足用尿素补足），各碳氮比有机肥发酵通风方式、发酵腐熟剂、堆肥方式及成品理化性质等见团队前期文章[12-14]。

1.2 试验方法

试验共设置5 个处理，分别为：CK，当地常规施肥（基肥750 kg/hm2、追肥225 kg/hm2，氮肥基追比为15 ∶4）；T1，在CK 基础上加入9 000 kg/hm2碳氮比为20 的腐熟有机肥；T2，在CK 基础上加入9 000 kg/hm2碳氮比为25 的腐熟有机肥；T3，在CK基础上加入9 000 kg/hm2碳氮比为30 的腐熟有机肥；T4，在CK 基础上加入9 000 kg/hm2碳氮比为35 的腐熟有机肥。每个处理重复3 次，共15 个小区，每个小区36 m2，行株距110 cm×60 cm，种植密度15 000株/hm2；同一区组内随机排列，小区间设保护行和走道。

采用漂浮育苗法培育烟苗，待烟苗长至5 叶一心时单株移栽。基肥在起垄时一次性条施，不同碳氮比有机肥皆作为底肥同基肥一次性加入，基追比与CK一致；追肥于移栽21 d 后每周1～2 次共分4 次水溶加入。田间管理参照当地优质烟生产标准进行，且同一作业在当日完成。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤有机质及其组分测定烟株种植60 d 后随机选取各处理长势均一的烟株，采集烟株根际土壤，测定其有机质组分。采用水合热重铬酸钾氧化-比色法测定土壤中有机质含量[15]，土壤有机碳及溶解性有机质（DOM）参考He 等[16]的方法采用有机碳分析仪（Elementar vario-TOC，Germany）测定。利用Jerry等[17]提出的方法，将根际土壤DOM 分为亲水性酸（HIA）、亲水性碱（HIB）、亲水性中性物质（HIN）3种组分。将DOM 溶液泵入装有Amberlite XAD-8 树脂的玻璃柱，用6 mol/L HCl 将样品pH 值酸化至2，在2 个相连的Amberlyst 15 和Amberlyst A21 树脂上循环，析出物即为HIN 组分。用0.1 mol/L NaOH 从Amberlyst 15 和Amberlyst A21 上解吸分别得到HIB 和HIA 组分。用有机碳分析仪测定DOM 各组分的含量。

1.3.2 烟叶香气成分测定方法烤烟成熟后单采单收、挂牌标记、统一烘烤，随机选取烤后中部橘黄烟叶进行香气量分析。采用同时蒸馏萃取（SDE）分离烟叶香味物质，采用GC 法测定其酸性成分，采用GC-MS 法测定其中性成分。酸性物质GC 条件：Perkin Elmer Auto-System GC 色谱仪（配置分流/不分流进样口），毛细管柱为HP-FFAP（50 m×0.32 mm× 0.53 μm）；进样口温度250 ℃，载气氮气，柱头压100 kPa；火焰离子化检测器（FID）设置为270℃，检测器氢气流量35 mL/min，空气流量350 mL/min；进样方式为先不分流，1 min 后再分流，分流比20/1，进样量2 μL；以标准物质保留时间进行定性，以内标法定量，内标物质为乙酸苯乙酯；升温程序为70℃1 min，以4℃/min 的速度升温至210℃，保持20 min。中性物质GC-MS 条件：色谱柱为DB-5（30 m×0.25 mm× 0.25 μm），升温程序为40℃2 min，以4℃/min 上升到 250℃，保持10 min；进样口250℃，载气氦气，柱头压 100 kPa，分流比30/1，进样量1.0 μL；传输线温度250℃，离子源温度170℃；EI 能量70 eV，扫描范围 35～350 uam；内标物质为芳樟醇，利用NIST 和WILEY 这2 个谱库对采集到的质谱图进行串联检索，采用面积归一法定量。GC 色谱参数同酸性物质检测条件。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2013 进行数据的初步处理，采用IBM SPPS 22.0 软件中的One-way 进行显著分析（P ＜0.05），所有图均采用Origin 9.0 绘制。

2 结果与分析

2.1 有机肥碳氮比对植烟土土壤有机质及有机碳的影响

图1 施用不同碳氮比有机肥的植烟土壤有机质及有机碳含量

土壤有机质（SOM）及有机碳（SOC）是评价土壤肥力的重要指标，同时也是反映土壤养分供应潜力的具体表征。由图1 可知，各处理SOM 含量由高到低依次为T4 ＞T3 ＞T2 ＞T1 ＞CK，表明施用不同碳氮比有机肥其SOM 含量均显著增加，其中以T4处理的SOM 含量最高，达37.99 g/kg，T3 其次，为36.74 g/kg，T4、T3 间无显著差异，皆显著高于其他处理，且较CK 分别提高35.76%和40.39%。各处理烟株根际土壤SOC 规律与SOM 基本一致。

2.2 有机肥碳氮比对植烟土壤溶解性有机质及其组分的影响

由图2A 可知，DOM 含量与SOM、SOC 规律基本一致，即CK 处理土壤DOM 含量最低，显著低于有机肥处理（T1～T4）。在不同碳氮比有机肥处理中，各处理的DOM 含量由低到高依次为T1 ＜T2 ＜T3＜T4，表明DOM 含量随着有机肥碳氮比例的增加而增加。在DOM 各组分中（图2B），各处理均以亲水性酸（HIA）组分较高，说明HIA 是DOM 的主要成分，且各处理中HIA 比例由低到高依次为CK ＜T1 ＜T2＜T3 ＜T4，表明HIA 可能随着有机肥C/N 比例的升高而升高。亲水性中性物质（HIN）与亲水性碱（HIB）中，前者比例略大于后者。

2.3 有机肥碳氮比对烟叶酸性香气成分的影响

烟叶香气量是抽吸品质的重要表征，酸性香气物质对于卷烟醇和度及口感有积极作用，低分子量的酸性香气物质能够改善烟草酸碱度，赋予烟气吸味及芳香特征。由表1 可知，各处理烟叶酸性香气含量存在一定差异，其中以T4、T2 处理酸性香气总量较高，显著高于其他处理；CK 与T1 处理差距较小，未达显著水平，但皆显著大于T3 处理。就烟叶酸性香气成分来看，不同碳氮比有机肥对酸性香气物质含量的影响结果不一，以碳氮比为35 的T4 处理效果较佳。

2.4 有机肥碳氮比对烟叶中性香气成分的影响

图2 施用不同碳氮比有机肥的植烟土壤溶解性有机质含量（A）及其组分所占比例（B）

表1 施用不同碳氮比有机肥的烟叶酸性香气成分

表2 施用不同碳氮比有机肥的烟叶中性香气成分

中性香气成分是影响烟叶的重要化学成分，其含量多少是衡量烟叶香气的强弱的重要参考指标，中性香气物质有大马酮、二氢猕猴桃内酯、二氢大马酮、茄酮、巨豆三烯酮及新植二烯等。由表2 可知，不同处理烟叶的中性香气成分含量不一，就总量来看，以T1 处理较低，与CK 处理差异未达统计学差异水平；两者中性香气成分含量皆显著低于T2～T4 处理，其中以T3 处理中性香气总量较高，T2、T4 处理其次，三者间无显著差异。上述结果表明，有机肥碳氮比较高时更有利于烟草中性香气成分的提升。

2.5 有机肥碳氮比与土壤溶解性有机质含量、烟叶香气成分总量的相关性分析

因SOM、SOC 及DOM 趋势相同，所以笔者以DOM 为例，对DOM 与有机肥碳氮比、香气成分总量与有机肥碳氮比、DOM 与中性香气量进行了相关分析，结果如图3 所示，烟株根际土壤DOM 含量随有机肥碳氮比的增加而增加，且相关性达显著水平；酸性香气量和中性香气量均随有机肥碳氮比的增加而增加，但相关性不显著；中性香气量随DOM 含量的升高而增加，但两者间相关性亦无统计学意义。