微生物菌肥对不同酸碱度土壤及烤烟生长和致香物质的影响

郭玉鸽，申洪涛，李丽华，孙军伟，郭 慧，杨惠娟

(1.河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地，河南郑州 450002；2.河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州 450016；3.洛阳市烟草公司技术中心，河南洛阳 471000；4.云南省烟草公司大理州公司，云南大理 671000)

烟草是产量、质量并重的经济作物，近年来，烟农为了追求产量，施用大量化肥，造成土壤板结、土壤酸化、微生物活性降低和养分流失等问题[1-3]。土壤既是优质烟叶种植载体，又是烟叶养分的重要来源[4]。酸碱度是影响土壤肥力的重要因素，对作物生长和微生物活性都有较大影响[5]，研究表明，适宜烟株生长和品质形成的土壤应呈酸性或弱酸性[6]。长期以来，人们通过农艺措施和施用土壤改良剂等措施来改良植烟土壤[7-]，但前者成本较高，后者的成分元素会残留在土壤中，造成二次污染[9]。微生物菌肥作为绿色的生物修复方法，具有无毒害、无污染、长效、低成本等优点[10]，含有大量的有益微生物、有机质和各种中量、微量元素，能够平衡土壤酸碱度，改善土壤理化性质等[11-13]，进而提高作物抗性，促进作物生长。

香气是烟叶风格特色形成的核心[14]，是衡量烟叶品质的重要因素之一，香气质量与中性致香物质含量密切相关[15]，通过分析致香物质的含量可以对烟叶香气质量进行客观评价。目前，生产上常用饼肥[16-18]、有机肥[18-19]等提高烟叶香气物质含量，但不能很好地改善植烟土壤质量。烤烟作为大理地区主要的经济作物，对大理经济发展做出了重要贡献，随着农业面源污染问题的加重[20]，其烟叶质量也受到一定影响。由于现有的研究对大理植烟土壤改良鲜有报道，本试验研究微生物菌肥对不同酸碱度土壤的改良情况以及烟株生长和致香物质的影响，对改善大理植烟土壤，提高烟叶质量，突出香型特色具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2020年4—10月在云南省大理自治州弥渡县红花大金元基地进行。供试土壤为红壤土，土壤理化性状见表1。

表1 植烟土壤理化性状统计

1.2 试验材料

试验品种为烤烟品种红花大金元，试验所用肥料为烟草专用复合肥(N∶P∶K=10∶10∶24)、三炬微生物菌肥(富含解淀粉芽孢杆菌、烟草节杆菌和胶冻样芽孢杆菌，有效活菌数≥2.0×108CFU/mL)等。

1.3 试验设计

试验选取3个土壤酸碱度不同的地块，地块1(D1)的pH值为6.51，地块2(D2)的pH值为7.35，地块3(D3)的pH值为5.68。分别在3个地块上设置2个处理，即T1：移栽前塘施三炬微生物菌肥750 kg/hm2，其他按照常规施肥；CK：常规施肥(对照)，试验采用随机区组设计，共6个处理，每个处理3次重复。常规施肥为60 kg/hm2烟草专用复合肥作基肥，移栽后15 d追肥100 kg/hm2，移栽后30 d追肥150 kg/hm2，4月30日移栽烟苗，行距为120 cm，株距为50 cm，其他田间管理措施参照云南大理优质烤烟生产技术规程进行。

1.4 测定指标

1.4.1 土壤理化性状和微生物量的测定 在整地起垄前分别采集3个地块的土壤样品，并于移栽后15、30、45、60 d采集烟株根际土壤样品，采用常规方法[21]测定土壤理化性状，参照刘国顺等的方法[22]测定土壤微生物量。

1.4.2 烟株生物量的测定 分别在烟株团棵期、旺长期和采烤初期，选择具有代表性的烟株取整株，将根、茎、叶分开称质量，105 ℃杀青后65 ℃烘干至恒质量称干质量。

1.4.3 烤后烟样中性致香物质的定性定量分析 利用同时蒸馏萃取装置通过水蒸气蒸馏-二氯甲烷萃取法提取出1 mL有机相，对其进行气相色谱-质谱鉴定，并使用HP5890-5972气质联用仪进行定性定量分析。

2 结果与分析

2.1 微生物菌肥对不同酸碱度土壤的影响

2.1.1 微生物菌肥对不同酸碱度土壤理化性状的影响 移栽后烟株根际土壤理化性状变化见表2，D1地块土壤有机质含量丰富，施用微生物菌肥对调节土壤pH值和有机质含量等有积极作用，能够明显提高土壤中碱解氮和速效磷含量。与对照相比，D1土壤pH值有所升高，呈中性；D3土壤pH值整体升高。土壤有机质含量随时间推移逐渐升高，而同一地块中施用微生物菌肥的处理(T1)有机质含量明显高于对照。施用微生物菌肥后明显提高了土壤中碱解氮的含量，D3地块的土壤理化性状较其他地块改善最多。

表2 微生物菌肥对不同酸碱度土壤理化性状的影响

2.1.2 微生物菌肥对不同酸碱度土壤微生物数量的影响 微生物量是微生物活性的直接体现，而土壤真菌、细菌和放线菌是土壤微生物的主要类群。从图1可以看出，施用微生物菌肥的处理总菌数量都明显高于对照，到60 d时差异最大。随时间推移，D1、D3地块各处理总菌数量变化呈上下波动趋势，总体来说，D3地块的烟株根际土壤微生物量最多，其中D3-T1处理在移栽后60 d时总菌数量最多，为6.62×107CFU/g，D1-CK处理在移栽后 45 d 总菌数量最小，为0.75×107CFU/g。

由图2可知，施用微生物菌肥后对土壤真菌数量的影响并不明显，在移栽后15 d，只有D3地块施用微生物菌肥的处理真菌数量略高于对照；移栽后30 d时，各地块施用微生物菌肥的处理真菌数量均高于对照，其中D3地块最高；移栽后45 d时，各处理真菌数量都大幅降低；移栽后60 d时，除D1地块的T1处理无明显变化，其他2个地块施用微生物菌肥后真菌数量均升高。总体来看，D2的真菌数量相对最多，D2-T1处理在移栽后60 d时真菌数量最多，为4.2×102CFU/g。

由图3可知，施用微生物菌肥后显著增加了烟株根际土壤的细菌数量，其变化趋势也与总菌数量相似，可见在田间总菌数中，细菌比例占主导地位。D3地块的细菌数量相对最多，D3-T1处理在移栽后60 d时细菌数量最多，为5.73×107CFU/g。从图4可以看出，D1、D3地块在施用微生物菌肥后放线菌数量明显增加，D2-T1处理在移栽后45 d时放线菌数量最高，为0.93×105CFU/g。总体来看，D3地块的微生物活性优于其他2个地块，除移栽后30 d外，D3-T1处理的微生物活性基本高于其他处理，说明施用微生物菌肥后可以很好地改善烟株根际土壤的微生物活性。

2.2 微生物菌肥对不同酸碱度土壤烟株生长的影响

微生物菌肥对烟株生物量的影响见表3，施用微生物菌肥促进了烟株生长，即烟株根、茎、叶的鲜质量、干质量显著高于对照，且随时间推移差异逐渐增大。D1地块的烟株长势最好，D2地块次之。酸性土壤对微生物菌肥的反应最为敏感，即D3-T1处理在各时期根、茎、叶的干质量、鲜质量均显著大于D3-CK处理，说明微生物菌肥对酸性土壤烟株生长的改善最为显著。

表3 微生物菌肥对烟株生物量的影响

2.3 微生物菌肥对烤后烟中性致香物质的影响

2.3.1 类胡萝卜素类降解产物 由表4可知，D2地块烤后烟叶的类胡萝卜素类降解产物含量高于D1、D3地块。上部叶类胡萝卜素降解产物含量表现为D2-T1>D2-CK>D1-CK>D1-T1>D3-CK>D3-T1处理；中部叶表现为D1-CK>D3-T1>D2-CK>D1-T1>D2-T1>D3-CK处理；下部叶表现为D2-CK>D1-T1>D3-T1>D1-CK>D2-T1>D3-CK处理。土壤偏酸性的D3地块在施用微生物菌肥后，中下部叶的类胡萝卜素降解产物含量明显增加，尤其是β-大马酮和β-二氢大马酮较对照增加的较多。

表4 不同处理对烤后烟叶类胡萝卜类降解产物的影响

2.3.2 类西柏烷类致香物质 由表5可知，本试验测得的类西柏烷类致香物质为茄酮，茄酮不仅本身具有香味，其分解产生的物质对香气也有重要影响。D1、D3地块施用微生物菌肥能够提高烤后烟上部叶类西柏烷类致香物质含量，表现为D3-T1>D1-T1>D2-CK>D3-CK>D2-T1>D1-CK处理。其中D1-T1处理的上部烟叶类西柏烷类物质含量较对照增加的最多，为52.5%。

表5 不同处理对烤后烟叶类西柏烷类的影响

2.3.3 苯丙氨酸类降解产物 由表6可知，D2地块的苯丙氨酸类降解产物含量整体上高于D1、D3地块，其中D3-T1处理的烤后烟中部、下部叶苯丙氨酸类降解产物含量明显高于对照。中部叶表现为D1-CK>D3-T1>D2-CK>D1-T1>D2-T1>D3-CK处理；下部叶表现为D2-CK>D2-T1>D1-CK>D1-T1>D3-T1>D3-CK处理。

表6 不同处理对烤后烟叶苯丙氨酸类降解产物的影响

2.3.4 棕色化反应产物 由表7可知，微生物菌肥对棕色化反应产物的影响并不显著，D1地块的烤后烟棕色化反应产物含量高于其他2个地块，D3-T1处理中部、下部叶的棕色化反应产物含量明显高于对照，而且检测出了其他处理中没有的2-乙酰基呋喃。

表7 不同处理对烤后烟叶棕色化反应产物的影响

2.3.5 新植二烯类 新植二烯是烟叶中性致香成分中含量最高的成分，它对烟叶的香气影响最大。从表8可以看出，微生物菌肥能够在一定程度上提高烟叶中新植二烯类致香物质含量。上部叶表现为D2-T1>D1-CK>D2-CK>D1-T1>D3-CK>D3-T1处理；中部叶表现为D3-T1>D1-CK>D2-T1>D1-T1>D2-CK>D3-CK处理；下部叶表现为D1-T1>D3-T1>D2-CK>D1-CK>D2-T1>D3-CK处理。其中D2-T1处理的中部、上部叶新植二烯类物质含量明显高于对照。

表8 不同处理对烤后烟叶新植二烯致香物质的影响

2.3.6 中性致香物质总量 从表9可以看出，施用微生物菌肥在一定程度上能够增加烟叶中性致香物质总量，如D2地块中部、上部叶和D3地块中部、下部叶的中性致香物质总量均明显增加。总体来看，微生物菌肥能够提高烟叶中类胡萝卜素降解产物、类西柏烷类和新植二烯类致香物质含量，D1地块致香物质总量相对最多，D3地块的致香物质总量较对照增加的最多。

表9 不同处理对烤后烟叶中性致香成分总量的影响

3 结论与讨论

随着过度施用化肥产生的土壤酸化问题日益加重[23]，微生物菌肥逐渐得到人们青睐。微生物菌肥施入土壤后，微生物数量增加，能够更好地分解土壤中的矿质元素，增加有机质含量[24-25]。本试验在不同酸碱度土壤上施用微生物菌肥均提高了土壤有机质、碱解氮和速效钾含量，同时还调节了土壤pH值，即降低了偏碱性地块D2的pH值，增大了偏酸性地块D3的pH值，使土壤pH值更适合烟株生长，这与武盼盼等在酸性土壤上施用微生物菌肥，提高了土壤pH值的结果[26]相似。

微生物与土壤中营养物质循环、能量流动密切相关，可代表土壤物质代谢的旺盛程度，客观反映土壤肥力[27]。本试验在施用微生物菌肥后，烟株根际土壤中细菌数量显著增加，放线菌和真菌数量变化并不显著，这与范洁群等的结论[28]相似。土壤微生物数量增加，微生物活动分解更多的矿质元素，使植物根系吸收更多营养物质，从而促进烟株生长发育[29]。李茜等通过2年的微生物菌肥试验，发现施用液体微生物菌肥能够显著增加烟株株高、叶片数、叶面积和茎围[30]。本试验发现，在不同酸碱度土壤上施用微生物菌肥均能促进烟株生长，其中在酸性土壤上改良效果最好，即D3-T1处理的烟株各部位生物量均显著大于D3-CK处理。而D1地块由于适宜的pH值和较高的有机质、养分含量，烟株生长较好，各部位生物量相对最大。

香气是评价烟叶品质的重要指标之一[31-32]，香气质、香气量与烟叶中性致香成分含量密切相关[33]。本试验结果显示，在不同酸碱度土壤上施用微生物菌肥，能够显著增加烤后烟中部叶类胡萝卜素降解产物、类西柏烷类和新植二烯类和致香物质总量，这与刘展展等的研究结果[34]相似。庞天河等研究发现，类胡萝卜素降解产物和棕色化反应产物对香气质量起到的正面影响最大[35]。多数类胡萝卜素类降解产物能够增加烟叶香气并抑制烟气刺激性[36-38]。苯丙氨酸类致香物质可以增强烤烟的果香、清香[30]。新植二烯是烟叶中重要的萜烯类化合物，不仅本身具有清香气，还能分解转化形成低分子香味成分[39]。周冀衡等认为，新植二烯类物质含量与其他香气物质含量的比值可能是形成清香特色的主要因素之一[40]。

本试验中D1地块土壤有机质含量较高且土壤pH值适宜，烟株长势最好，烤后烟叶中性致香物质含量也相对最高。不同酸碱度土壤生长的烟株对微生物菌肥的反应程度不同，酸性土壤D3地块对微生物菌肥的反应最强烈，D3-T1处理的烟株生物量和中部、下部叶致香物质含量较对照明显增加。这与土壤改良变化趋势相似，施用微生物菌肥的 D3-T1 处理土壤pH值升高，有机质、养分含量增加，微生物活性也显著高于其他处理。微生物菌肥对改良酸性植烟土壤具有积极作用，能够增加土壤微生物活性、碱解氮和有效磷的含量，促进烟株生长发育，增加烤后烟叶中性致香物质总量，对提高中部烟叶香气质量具有较大影响，对改良大理烟区植烟土壤和提高烟叶香气质量具有重要意义。