汪坤 张海涛 姬小明 隆准 戴勇强 刘国顺 邹凯

摘要：本试验以云烟87为材料，采用随机区组试验设计，设置5个碳基有机肥处理梯度（0、450、750、1050、1350kg/hm2），研究碳基有机肥用量对烟草不同生育期根际土壤速效养分、土壤酶活性及烤后烟叶品质的影响。结果表明：碳基有机肥各处理均增加土壤pH值、有机质、碱解氮、速效钾、速效磷含量，较CK最大增幅分别达17.03%、34.49%、68.97%、121.28%、76.18%;随着碳基有机肥用量的增加，蔗糖酶、脲酶活性均呈现先升高后降低的趋势，较CK的最大增幅分别为80.53%、139.98%;碳基有机肥的施用，增加烤烟总糖、还原糖、钾含量，分别较CK最大增加2.19、3.14、0.27个百分点，钾氯比和糖碱比较CK分别显著增加10.53%和25.93%;碳基有机肥能够提升烟叶多酚物质总量、中性致香物质含量和感官质量评吸得分，均以基施1050kg/hm2 处理最高，分别较CK显著增加7.35%、18.06%和4.59%。综上，本试验条件下以基施1050kg/hm2碳基有机肥对改善烟草根际土壤理化特性、提高上部烟叶品质具有较好的促进效果。

关键词：碳基有机肥;烤烟;上部叶质量;土壤速效养分;土壤酶活性

中图分类号：S572.01：S141 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2021）12-0124-06

烤烟上部叶可用性低是制约烤烟生产的重要因素，优质上部叶是卷烟上水平的重要保障[1]。与国外相比，我国烤烟上部叶叶片厚密、颜色偏深、填充性差、内部化学成分不协调、香气质不佳、刺激性较大，导致上部叶可用性整体偏低[2，3]。而生产技术先进国家，上部叶是高等卷烟配方的主原料之一[4]。所以，提高上部叶的工业可用性成为了我国烟草行业亟待解决的问题。

大量研究表明碳基有机肥在改良土壤结构和提升烟草质量方面有显著效用。但合理的施用量是减少肥料浪费和控制过量氮源排放的有效措施[5]。王晓强等[6]研究显示适量减少化肥、施加碳基肥能协调上部叶内在化学成分和中性致香物质含量。张团[7]试验表明，添加碳基肥处理，能够显著增加烟叶的中性致香物质总量。陈懿等[8]研究发现，施用碳基肥可以使烟叶化学成分相对适宜，协调性更好，并会增加土壤速效养分和土壤酶活性。赵易艺等[9]研究显示生物炭与有机肥配施可增加土壤有机质和速效养分含量，同时对植株的还原糖和氨基酸含量有提升效果。赵军[10]研究表明碳基有机肥的施加，可增加土壤有机碳和微生物量碳氮含量。

湖南是我国浓香型烤烟重要主产区之一，现有的高强度烟稻轮作生产模式，使得部分地区土壤地力下降、土传病害问题日趋严重[11]。为此，根据高碳基肥料特性和烟草生长期对肥料的需求规律，结合邵阳烟区典型植烟土壤进行不同碳基肥用量试验，旨在探讨适宜于该烟区的高碳基肥料施用量，以改善邵阳烟区土壤质量和上部烟叶品质，提高上部烟叶的可用性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年3—9月在湖南省邵阳市河伯乡杨田村进行。试验地土壤为水稻土，有机质含量34.83g/kg、碱解氮74.82mg/kg、速效磷46.87mg/kg、速效钾112.81mg/kg、pH值5.21。

供试烤烟品种为云烟87。供试碳基有机肥（河南惠农土质保育研发有限公司提供）由生物炭、矿物肥等组成，其生物炭含量≥ 20%、纯N3.1%、P2O51.8%、K2O2.9%、有机质含量720g/kg、氯离子0.5%、粗脂肪2.9%。

1.2 试验设计及方法

试验采用随机区组设计，重复3次。共设5个处理，分别为CK：不施碳基有机肥;T1：施用碳基有机肥450kg/hm2;T2：施用碳基有机肥750kg/hm2;T3：施用碳基有机肥1050kg/hm2;T4：施用碳基有机肥1350kg/hm2。小区面积66.7m2。烟苗移栽时间为3月15日，行距1.2m，株距0.5m。各处理所有农事操作要求在同一天内完成，基肥均为起垄后条施，其它田间管理措施均按当地烟叶生产技术方案操作。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性状 分别于移栽后40、55、70、85、100、115d，各小区按五点取样法取长势一致5株烤烟的根际土样，混勻后作为一个样品。土壤pH值、有机质、速效磷、速效钾、碱解氮的测定参照文献[12]。脲酶、蔗糖酶按照苏州科铭生物技术有限公司生产的相应酶试剂盒说明书方法测定。

1.3.2 烤后烟叶化学指标 各处理选取代表性上部B2F初烤烟1.0kg用于以下指标测定。

参照YC/T202—2006标准[13]测定烟草中多酚类物质含量，新绿原酸和隐绿原酸参照文献[14]的方法测定。烟碱、总糖、还原糖、钾和氯含量参照文献[15]的方法测定，计算氮碱比、糖碱比、钾氯比;中性香味物质测定参照文献[16]的方法进行。感官质量由河南中烟技术中心组织专家进行评吸[15]。

1.4 数据分析

采用MicrosoftExcel系统进行数据整理及作图，运用DPS7.5软件对数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 碳基有机肥用量对根际土壤理化性状的影响

由表1可知，各时期土壤pH值随着碳基有机肥用量的增加而升高，且随着移栽时间的延长，各碳基肥处理的pH值均在移栽后85d达到最高，此时T1、T2、T3、T4处理的pH值较CK分别显著增加9.52%、10.99%、15.57%、17.03%。而CK的pH值在移栽后55d最高，此时T2、T3、T4处理的pH值较CK分别显著增加2.88%、5.94%、8.63%，T1处理与CK无显著性差异。

土壤有机质含量随着碳基有机肥用量的增加而提高。移栽后55d时，T1、T2、T3和T4处理的有机质含量较CK增幅最大，分别显著增加11.98%、14.88%、28.83%和34.49%。之后碳基肥各处理有机质含量均有所降低。移栽后70d时CK的有机质含量达到最大值，此时T3和T4处理较CK分别显著增加21.53%和27.38%。

土壤碱解氮含量随着移栽时间的延长，总体呈现先升高后降低的趋势。至移栽后55d时，CK碱解氮含量达到峰值，而此时T2、T3、T4处理的碱解氮含量分别较CK显著增加19.82%、44.15%、30.63%。

移栽后55～115d土壤速效钾含量随着移栽时间的延长，总体呈现先升高后降低的趋势。移栽后40d时，T2、T3和T4处理的速效钾含量均达最大值，分别较CK显著增加65.89%、109.40%和121.29%。

土壤速效磷含量随着移栽时间的延长，总体呈现先升高后降低的趋势。移栽后55d时CK速效磷含量达到最大值，而T3、T4处理较CK显著增加7.37%、19.09%。移栽后70d时，T3和T4处理速效磷含量与CK差异最大，分别较CK显著增加76.19%和35.26%。

2.2 碳基有机肥用量对根际土壤酶活性的影响

由图1可知，随生育期的推进，各处理根际土壤蔗糖酶活性总体呈先升高后降低的趋势，脲酶活性呈先升高后降低再略升高的趋势。

移栽后70d时，各处理蔗糖酶活性达到最大值，T3和T4处理较CK分别显著增加80.53%和50.05%;移栽后40d时，T3和T4处理与CK差值最小，较CK分别显著增加28.10%和15.38%。整个测定周期T1处理的蔗糖酶活性显著低于CK;除移栽后55d外，T2处理的蔗糖酶活性与CK无显著差异。

移栽后70d时，各处理脲酶活性达到最大值，T1、T2、T3和T4处理较CK分别显著增加14.04%、33.64%、139.98%和43.02%;移栽后85d时，T3和T4处理与CK脲酶活性差值最小，分别较CK显著增加12.08%和6.56%。

2.3 碳基有机肥用量对烤后烟化学成分的影响

由表2可知，T2、T3、T4处理的总糖含量较CK分别显著增加1.15、2.19、1.94个百分点;T3、T4处理还原糖含量较CK分别显著增加3.14、1.98个百分点;T2、T3处理的烟碱含量较CK分别显著降低0.18、0.20个百分点;钾含量T2、T3、T4处理较CK分别显著增加0.11、0.27、0.07个百分点;T2处理的钾氯比较CK显著增加10.53%;T2、T3、T4处理的糖碱比较CK分别显著增加11.59%、25.93%、9.18%，氮碱比较CK均显著增加15.94%。

2.4 碳基有机肥用量对烤后烟多酚类物质的影响

由表3看出，T4、T3处理的新绿原酸含量较高，二者差异不显著，而T4处理较CK显著增加4.44%;T3处理的绿原酸含量较CK显著增加8.54%;T3、T4处理的隐绿原酸和莨菪亭含量较CK分别显著增加4.27%、3.05%和28.57%、19.05%;T2、T3处理的芸香苷含量较CK分别显著增加10.76%和7.09%。多酚物质总量T2、T3处理较CK显著增加4.74%和7.35%。

2.5 碳基有机肥用量对烤后烟致香成分的影响

由表4可知，施用碳基有机肥各处理的美拉德反应产物类致香物质含量表现为T3处理最高，其次为T4处理，T1最低，T3和T4处理分别较CK增加21.27%和19.06%;類胡萝卜素类致香物质含量各处理表现为：T3>T2>T4>CK>T1，T3处理较CK增加6.85%;新植二烯含量、除新植二烯外总量（其他种类致香物质总量）和中性致香物质总量均为T3处理最高，较CK分别提高19.39%、12.99%和18.06%。

2.6 碳基有机肥用量对烤后烟感官质量评吸的影响

由表5可知，各处理的香气质得分表现为T3=T4>T2>CK>T1，T3处理的香气质得分较CK增加4.92%;香气量得分各处理表现为T3>T4=T2>CK>T1，T3处理的香气质得分较CK增加10.00%。感官质量评吸总得分各处理表现为T3>T4>T2>CK>T1，T2、T3、T4处理的总得分较CK分别增加1.20%、4.59%、2.20%。

3 讨论与结论

3.1 碳基有机肥对根际土壤状况的影响

烟株的生长发育离不开土壤中的营养物质[17]。本试验结果表明，施入适量碳基有机肥有助于提升土壤pH值，这与郑钰铟等[18]的研究结果相同。这可能是由于碳基肥中的生物炭进入土壤中会释放本身含有的K+、Ca2+、Mg2+等盐基离子，与土壤中H+和Al3+进行交换，降低其浓度，进而提升土壤pH值[8]。同时，碳基有机肥增加了根际土壤中有机质、速效钾、速效磷、碱解氮含量，这与赵易艺等[9]的研究结果一致。有机质和速效养分的提升可能原因：一是碳基有机肥料本身有机质所占比例较大;二是生物炭基肥可以提升土壤微生物群落丰富度和多样性[19]，进而促进有机肥的矿化。

土壤微生物活性的综合体现是土壤酶的活性，土壤酶活性与土壤肥力状况以及微生物活力密切相关[20]。同时，土壤酶活性的增加有助于提升土壤中营养元素的转换和利用效率[21]，促进烟株的生长发育，进而提升烟叶质量。脲酶是对氮素转化起关键作用的酶，其活性可用来表征土壤的供氮能力，蔗糖酶活性反映的是土壤有机质积累和转化状况。适量施用碳基有机肥，各时期均不同程度提高了根际土中的蔗糖酶和脲酶活性，与赵军等[10]的研究结果相似。这可能与碳基有机肥为相关酶促反应提供了一定底物有关[22];另外，碳基肥中生物炭的独特孔隙结构，为根际土中的微生物和有益菌落提供了良好的生存空间和反应场所[23]。

3.2 碳基有机肥对烟叶品质的影响

烤后烟常规化学成分的含量和协调性对烟叶内在品质至关重要。一般优质烤烟适宜的糖碱比为6.0～10.0，以接近10.0最好[24]。本试验表明适量的高碳基肥料可提高上部叶的总糖、还原糖和钾含量，降低烟碱和总氮含量，这与前人研究结果一致[25];其中T3处理的糖碱比更接近于优质烟叶范畴。这可能因为生物炭有较强的生物稳定性，可以改善土壤微生物环境，使土壤养分供应更加协调，进而提升了烟叶的质量[26]。有研究表明邵阳烟叶钾、氯含量整体偏低[27]。本试验条件下，适量的碳基有机肥处理（处理T3）对上部叶的钾、氯含量有提升效果，说明碳基有机肥可为解决邵阳烟叶钾氯含量偏低问题提供参考。田茜[28]研究表明生物炭与不同种类肥料配施会提高上部叶的烟碱含量，与本研究结果相左，可能是生物炭种类和碳基肥用量、植烟地区环境不同所导致，有待后续进一步试验研究。

烤后烟叶的香气质、香气量与多酚类物质含量有密不可分的联系[29]，中性致香物质含量、种类都对烟叶的香气质、香气量有着重大影响[30]。烟叶中新植二烯是重要的萜烯类化合物，含量最高，占中性致香物质总量的74% ～87%[31]。本试验结果表明，适量的碳基肥有助于提高上部烟叶的多酚类物质、中性致香物质总量和新植二烯含量，与前人[32]研究一致。这可能是因为碳基有机肥中的生物炭可以调控土壤养分平衡，提高土壤碳氮比，不同程度提高烟叶碳氮关键酶活性，有利于促进烟株的碳氮代谢平衡[33]，这种平衡有助于内含物质的转化，进而增加中性致香物质含量。

随着碳基有机肥施用量的增加，土壤速效养分增加、土壤酶活性提高，一定程度上改善了土壤营养环境。但是，部分处理未能显著影响烟叶化学品质和致香成分，其原因可能与碳基有机肥施用量过高有关[34];此外，可能与烟叶成熟期气候异常影响了烟叶质量有关[35]。所以，邵阳烟区在使用碳基有机肥时要注意控制用量，建议施用量为1050kg/hm2。

综上可知，碳基有机肥能够提高土壤养分含量和土壤酶活性，对植烟土壤的改良效果显著。碳基有机肥的施用提升上部烟叶的钾氯含量，降低烟碱含量，平衡烟叶内在化学成分，提升烟叶香气质量。可见，碳基有机肥能够通过改善植烟土壤质量来提升邵阳烟叶的内在品质，这为邵阳优质烟叶的发展提供参考及方向。本试验条件下，以施用1050kg/hm2碳基有机肥的效果较好。