生物炭基肥對豫中烤煙產質量的影響

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(河南省煙草公司 平頂山市公司，河南 平頂山 467000)

豫中煙區是我國濃香型烤煙的重要產區之一，由于耕地資源有限，烤煙連作種植年限較長，加上化學肥料使用不合理，造成了該區植煙土壤結構變差、養分供應不均衡，導致烤煙營養失調，香氣不足，煙葉風格特色弱化、產質量下降，嚴重影響了優質煙葉生產的可持續發展。因此，尋找合理有效的施肥方式對保證烤煙生長發育、改善煙葉質量具有十分重要的意義。

生物炭是生物有機材料在缺氧或低氧環境中經過高溫裂解后的固體產物[1]。近年來，生物炭由于自身的優良特性，在農業生產中的應用越來越受到重視[2-6]。但是生物炭本身所含養分有限，單獨施用不能滿足作物生長的需要[7-8]。生物炭基肥是一種含碳量十分豐富的物質[9]，以高碳低氮、疏松多孔、高比表面積有機材料為載體，定向添加其他類型肥料，從而達到促進作物根系發育，提高作物養分利用效率的目的[10]。因此，生物炭基肥可以彌補生物炭養分不足、消耗量大等問題。當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，多為不同碳源類型肥料對作物產質量的影響，而生物炭基肥在煙草上的研究較少。鑒于此，以河南省郟縣典型濃香型烤煙為研究對象，分析不同用量生物炭基肥對烤煙常規化學成分、中性致香物質等品質指標以及經濟性狀的影響，以期為豫中煙區濃香型烤煙的提質增香提供施肥依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況與試驗材料

試驗地位于河南省平頂山市郟縣茨芭鎮，東經113.08°，北緯34.07°，海拔224 m，主要種植作物為煙草，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.6 ℃，≥ 10 ℃年活動積溫4 734.9 ℃·d，無霜期220 d左右，年平均日照時數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，屬丘陵干熱少雨區，高溫期與多雨期同步，土壤類型為壤土。

供試生物炭基肥由河南寶融生物科技有限公司生產，生物炭類型為秸稈炭，有機質含量60%，全氮含量2.50%，全磷含量0.56%，全鉀含量3.40%，pH值為7.7。供試烤煙品種為中煙100。

1.2 試驗設計

試驗于2017年進行，采用隨機區組設計，共設4個處理：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)，每個處理設置3個重復，小區面積約130 m2。各處理均施用化肥，氮素用量52.5 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O施用比例為1∶1∶3.5，生物炭基肥全部用作基肥，條施。大田施肥與管理按照平頂山市煙葉生產管理標準體系相關操作規程進行。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 經濟指標 在煙葉成熟時分小區進行采收和編竿，統計各小區烤后煙葉總質量和各等級煙葉質量，按照2017年煙葉收購價格計算煙葉均價、中上等煙比例和產值。

1.3.2 煙葉化學成分 各小區選取中部和上部具有代表性的烤后煙葉樣品各1 kg，參照YC/T 159—2002測定煙葉中總糖、還原糖含量，參照YC/T 160—2002、YC/T 161—2002、YC/T 217—2007、YC/T 162—2011方法測定煙葉中煙堿、總氮、鉀、氯含量?？竞鬅熤行灾孪阄镔|的提取和定性定量檢測采用HP5890II-5972氣質聯用儀(Agilent公司)進行[14]。

1.4 數據處理與分析

采用IBM SPSS Statistics 20.0軟件對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同用量生物炭基肥對烤煙常規化學成分的影響

從表1可以看出，不同用量生物炭基肥處理烤后煙葉的化學成分含量差異較大。添加生物炭基肥后上部煙葉的總糖和還原糖含量均有所提高，其中B100處理顯著高于B60、B0處理。B0處理的總氮和煙堿含量顯著高于添加生物炭基肥的處理。氯含量以B0處理最高，顯著高于B100、B140處理，但與B60處理差異不顯著。添加生物炭基肥后，烤煙上部葉鉀含量有所增加，但4個處理間差異不顯著。從化學成分協調性上看，添加生物炭基肥后，上部葉鉀氯比增加，B100、B140處理顯著高于B0處理；不同生物炭基肥處理上部葉兩糖比無顯著差異；添加生物炭基肥后，上部葉糖堿比增加明顯，添加生物炭基肥處理顯著高于B0處理，但B100處理與B140處理差異不顯著。

表1 不同施肥處理對烤煙上部葉化學成分的影響Tab.1 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition(upper leaf)

注：同列不同字母表示處理間差異達顯著水平(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可見，中部葉總糖和還原糖含量隨著生物炭基肥用量增大而增加，均以B140處理最高。其中，總糖含量表現為添加生物炭基肥各處理顯著高于B0處理，還原糖含量表現為B100、B140處理顯著高于B0處理。煙堿含量隨生物炭基肥用量增加而減少，B0處理顯著高于B100、B140處理，與B60處理差異不顯著。添加生物炭基肥后中部葉總氮含量降低，但變化不顯著。各處理中部葉氯含量沒有顯著差異。鉀含量在施用生物炭基肥后有所增加，B100、B140處理顯著高于B0、B60處理。從中部葉的化學成分協調性上看，隨著生物炭基肥的添加，烤后煙葉鉀氯比有所增加，但差異不顯著，兩糖比無明顯變化；糖堿比隨生物炭基肥增加而增加，B60、B100、B140處理顯著高于B0處理，且B140處理達到最大值。

表2 不同施肥處理對烤煙中部葉化學成分的影響Tab.2 Effects of different fertilization treatments on the chemical composition (middle leaf)

2.2 不同用量生物炭基肥對烤煙中性致香物質含量的影響

從表3看出，烤煙上部葉香氣成分總量隨著生物炭基肥用量增加而增加，以B140處理最高。B60、B100、B140處理分別較B0處理增加了15.26%、20.68%、24.77%。除新植二烯外香氣成分總量以B100處理增幅最大，較B0處理增加了27.00%。

烤煙上部葉美拉德反應產物總量以B100處理最高，B140處理次之，分別比B0處理提高18.34%、12.99%，而B60處理比B0處理降低10.18%。添加生物炭基肥后，烤煙上部葉芳香族氨基酸降解產物總量增加，B60、B100、B140處理較B0處理分別增加了56.30%、34.29%、19.75%。不同處理對芳香族氨基酸降解產物含量影響較大的成分為苯甲醇和苯乙醇。茄酮含量以B100處理最高，比B0處理高38.17%，B60處理與B140處理差別不大，分別比 B0處理高4.24%、2.22%。類胡蘿卜素降解產物總量以B100處理最高，B140、B60處理次之，三者分別比 B0處理提高23.31%、22.97%、2.45%。添加生物炭基肥對上部葉類胡蘿卜素類香氣物質影響較大的成分為香葉基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他類香氣物質含量在施用生物炭基肥之后有所增加，B60、B100處理增加最多。新植二烯含量表現為隨著生物炭基肥用量的增加而增大，B140、B100、B60處理分別比B0處理提高了26.37%、19.57%、16.55%。

烤煙中部葉香氣成分總量和除新植二烯外香氣成分總量均表現為B140>B100>B60>B0，其中B140處理較B0處理分別增加32.02%和26.28%。

中部葉美拉德反應產物總量在施用生物炭基肥后增加幅度較大，B60處理最高，B140、B100處理次之。芳香族氨基酸降解產物總量表現為B100處理最高，較B0處理增加了23.94%，苯乙醛和苯乙醇是受影響最大的2個成分。添加生物炭基肥處理中部葉茄酮含量略有增加，B100、B140、B60處理分別比 B0處理高了9.24%、8.40 %、6.49%。類胡蘿卜素降解產物總量在施用生物炭基肥后大幅增加，B60、B100、B140處理分別比 B0處理提高23.33%、26.54%、35.40%，其中受影響較大的成分為二氫獼猴桃內酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。其他類香氣物質含量在施用生物炭基肥后增加，B60、B100、B140處理比B0處理分別增加了81.33%、28.00%、47.33%。B60、B100、B140處理新植二烯含量分別比B0處理提高3.16%、18.08%、32.90%。

表3 不同施肥處理對烤煙中性致香物質含量的影響Tab.3 Effects of different fertilization treatments on neutral aroma component of flue-cured tobacco

續表3 不同施肥處理對烤煙中性致香物質含量的影響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對烤煙經濟性狀的影響

由表4看出，B140處理烤煙產量最高，為2 251.33 kg/hm2，B0處理產量最低，為2 081.33 kg/hm2，B100、B140處理顯著高于B0、B60處理。不同處理烤煙產值高低表現為B140>B100>B60>B0，3個添加生物炭基肥處理的烤煙產值較B0處理分別顯著提高16.11%、14.93%、6.17%，其中B100處理與B140處理差異不顯著。與B0處理相比，添加生物炭基肥提高了烤后煙葉的均價，其中B100、B140處理顯著高于B0處理。中上等煙比例也隨生物炭基肥用量增加而增大，且各生物炭基肥處理均與B0處理存在顯著差異。

表4 不同施肥處理對烤煙經濟性狀的影響Tab.4 Effect of different fertilization treatments on the economic characters

3 結論與討論

本研究結果表明，不同用量生物炭基肥對煙葉總糖、還原糖、煙堿含量等都產生了不同程度的影響。施用生物炭基肥提高了煙葉的總糖、還原糖含量，增加了糖堿比，降低了總氮和煙堿含量。這與張軍[15]、倪超等[16]的研究結果一致。周小紅[17]研究也表明，高碳基土壤修復肥有利于提高烤煙總糖和還原糖含量。說明添加生物炭基肥使煙葉化學成分更加協調，提高了煙葉品質?？赡艿脑蚴巧锾炕屎剂扛?，且具有較強的生物和非生物穩定性，能夠有效增加土壤有機質含量，調節土壤碳氮比，改善土壤微生物環境，使土壤養分供應更加協調，進而提高了煙葉質量。

香氣是煙葉風格特色和質量特征的核心內容，但是其成分非常復雜，有些香氣物質含量少，但對煙葉香氣貢獻很大[18-20]。煙葉的香氣品質如香氣量、香氣質、香型等是多種香氣成分互相作用而形成的[21]。煙葉香吃味的好壞不是取決于某種成分的絕對含量，而是依賴于各成分的比例是否協調[22-23]。為便于分析不同生物炭基肥用量下烤煙中性致香物質含量的差異，按照煙葉香氣前提物質的不同將中性致香物質分為五大類，分別是美拉德反應產物、芳香族氨基酸降解產物、類西柏烷類、類胡蘿卜素類降解產物、葉綠素降解產物[24]。本研究結果表明，添加生物炭基肥后，中部和上部煙葉中性致香物質總量隨生物炭基肥添加量的增加而增加。受生物炭基肥影響較大的中性致香物質為新植二烯、美拉德反應產物、類西柏烷類和類胡蘿卜素類。在各類致香物質中，葉綠素降解產物(新植二烯)含量最為豐富，所占比例在80%以上，煙葉燃燒時，新植二烯可直接進入煙氣，具有減少刺激、醇和煙氣的作用[25]。本研究結果顯示，新植二烯含量隨生物炭基肥用量的增加而增加，說明高施用量的生物炭基肥可能會促進煙葉后期葉綠素的降解，有利于煙葉的成熟落黃。除新植二烯外其他致香物質總量表現為，上部葉以1.5 t/hm2處理最高，中部葉以2.1 t/hm2處理最高。

煙葉醇化后的堅果香、甜香等香氣與美拉德反應產物有很大關系，尤其是其中的吡咯、呋喃類物質，雖然含量低微，但對可可香味的形成至關重要。本研究結果顯示，添加生物炭基肥后，中部煙葉的美拉德反應產物含量均有較大程度地提高，而對上部葉的影響較小。茄酮是類西柏烷類降解產物，它的轉化產物也是重要的煙草香氣物質[25]，施用生物炭基肥后，茄酮含量隨生物炭基肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢，以1.5 t/hm2處理最高，中部和上部煙葉的變化規律一致。類胡蘿卜素是最重要的萜烯類化合物之一，降解時因鍵斷裂位置不同形成不同的香氣成分[23,26-27]。本研究中，添加生物炭基肥后，烤后煙葉類胡蘿卜素降解產物含量增加，上部葉和中部葉分別以1.5 t/hm2和2.1 t/hm2處理最高，不同部位煙葉致香物質受生物炭基肥用量影響的主要成分不同，中部葉主要為二氫獼猴桃內酯、巨豆三烯酮C、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮，上部葉為香葉基丙酮、巨豆三烯酮D和法尼基丙酮。

施用生物炭基肥后烤后煙葉產量和產值增加，均價和中上等煙比例上升，提高了煙農的經濟效益。煙葉的風格特色受到很多因素的影響，如烤煙品種、土壤類型、施肥和烘烤技術等[28-32]。施肥是農藝措施中除采收時間外最為重要的可控因素。增施生物炭基肥在改善烤煙內在化學品質、提高香氣物質含量和經濟指標等方面具有顯著作用。綜合考慮煙葉產量、產值、品質和成本，豫中煙區以生物炭基肥用量1.5 t/hm2為宜。