施用土壤调理剂对烤烟生长和产量及品质的影响

徐敏张翔李亮邱岭军*李琦司贤宗索炎炎何 雷 陈启龙

（1河南省烟草专卖局（公司），河南郑州 450000；2河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450002；3河南省烟草公司临颍县公司，河南临颍 462600）

适宜的土壤条件是优质烟叶生产的基础，是影响烟株生长发育和烟叶内在品质的首要环境因素，烤烟的产量和质量与土壤理化性质存在密切关系[1]。河南省烟区是我国浓香型烤烟的主产区。长期以来，烟农盲目追求烟叶高产和经济效益，采用偏重施用化学肥料等不合理的农业措施，造成土壤板结、养分比例失调、团粒结构遭到破坏、微生物群落多样性降低及烟叶质量特色弱化、土传病害加重等问题[2-4]，使原有的农田生态系统发生很大变化，这严重制约着绿色烟叶产量和品质的提升。因此，应改变施肥方式，优化施肥结构，改良烟田土壤质量，以实现河南省烟草产业可持续发展[5]。

土壤改良剂作为改良土壤的新技术、新手段，是提高烤烟生产力、提升烤后烟叶化学成分、改善长期连作和根际碳氮代谢的一项重要技术措施[6-7]，具有用量少、成本低、生态环保、肥效好等优点。周杰文等[8]研究结果表明，施用化学改良剂时配施生物有机肥土壤调理剂能有效提高植烟土壤pH值、土壤养分效果和提高烤后烟叶的产量和品质。于晓东等[9]研究表明，施用腐殖酸土壤调理剂能够有效维持土壤酸碱平衡，改善土壤理化性质，对提高小麦产量有积极作用。施用土壤调理剂对作物生长、土壤改良以及化肥减量具有积极的意义，已成为近年来的研究热点之一[10-12]。然而，还需结合本地土壤环境特点、作物种植模式制定具体方案。目前，关于不同土壤调理剂对烤烟生长和产量及品质的研究还较少。因此，本研究通过田间小区试验，研究不同土壤调理剂对烟田土壤质量和烟叶品质的影响，为筛选出适宜河南省烟区的土壤调理剂、进一步提高烟叶品质、彰显河南省烟叶浓香风格特色提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

2020年在河南省临颍县固厢镇大师村进行大田试验，试验地地势平坦，肥力均匀一致，排灌条件良好。试验地土壤基本理化性质：pH值7.4，有机质11.4 g/kg，碱解氮 70.5 mg/kg，有效磷 10.9 mg/kg，速效钾108 mg/kg。前茬为烤烟。

1.2 供试材料

供试烤烟品种为中烟100。

供试肥料为芝麻饼肥（含纯N 5%）、磷酸一铵（含纯 N 11%、P2O544%）、硝铵磷（含纯 N 32%、P2O54%），硫酸钾（含 K2O 50%）。

供试土壤调理剂为高分子材料调理剂、有机碳调理剂、多糖类调节剂、海藻调理剂、石膏调理剂。

1.3 试验设计

试验共设7个处理，分别为仅施化肥作对照（CK）、施有机肥（T1）、施有机肥+高分子材料调理剂（T2）、施有机肥+有机碳调理剂（T3）、施有机肥+多糖类调理剂（T4）、施有机肥+海藻调理剂（T5）、施有机肥+石膏调理剂（T6）。采用小区对比试验，3次重复，共21个小区，随机组区排列，小区面积72 m2（4.8 m×15.0 m）。

1.4 试验实施

试验于5月10日选取长势均匀的烟苗进行移栽，行株距为120 cm×50 cm。试验各处理氮、磷、钾肥用量相同，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）肥施用量分别为67.50、101.25、236.25 kg/hm2。 氮肥的 70%、钾肥的50%、芝麻饼肥和磷肥全部条施；氮肥的30%和钾肥的20%穴施；钾肥的30%追施。除施肥条件不同外，其他栽培措施均按当地优质烟叶管理措施进行。

1.5 测定项目及方法

分别于团棵期（6月11日）、旺长期（6月28日）、圆顶期（7月14日）以及成熟期（8月18日）取样，除团棵期整株取样，其余生育期取样将烟株挖出后，对根、茎、叶进行分别制样。用清水将根、茎、叶样品冲洗干净，105℃杀青30 min，然后75℃烘干至恒重，粉碎过40目筛保存，用于分析钾、氯含量等化学品质指标。在圆顶期，每小区随机选择3株，用一次性塑胶手套采集中部叶5～6 g，用锡纸包好置于液氮罐中，迅速带回实验室-80℃冰箱保存，用于丙二醛、可溶性糖和抗氧化酶等指标测定。

1.5.1 最大叶面积测定。在团棵期、旺长期、圆顶期，调查最大叶的叶长和叶宽，用卷尺测量每片烟叶从主脉基部至叶尖的直线长度和叶片中部最宽处两支脉末端之间的宽度，不足0.5 cm按0.5 cm计算，然后参照中国烟草行业标准《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T 142—2010）计算最大叶面积。

1.5.2 干物重测定。在团棵期、旺长期、圆顶期和成熟期，挖取烟株前，先摘下所有叶片，并注明标签，这样可避免运输过程中烟叶的掉落损失，分根、茎、叶放入烘箱中105℃杀青30 min，再在60～70℃下烘烤72 h，使用百分之一天平称量。

1.5.3 光合速率测定。在圆顶期，采用Li6400便携式光合仪测定，只测定中部叶（从上往下数4～5叶位），测定时间为天气晴朗的上午 10：00—12：00。

1.5.4 叶绿素含量（SPAD值）测定。在团棵期、旺长期、圆顶期，每处理随机选取3株烤烟，采用叶绿素仪（Chlorophyll meter，SPAD-502）测定中部叶片的叶尖、叶中、叶基的SPAD值。

1.5.6 抗氧化酶活性、丙二醛及可溶性糖含量测定。过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）分别采用紫外吸收法、氮蓝四唑法、愈创木酚法进行测定[13]；抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性利用AsA-POD催化AsA与H2O2反应，使AsA氧化成单脱氢抗坏血酸（MDAsA）。随着AsA被氧化，溶液中290 nm波长下的消光度值下降，根据单位时间内A290减少值，计算AsA-POD活性；丙二醛（MDA）含量采用双组分光光度计法测定[14]；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[15]；蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250法测定。

1.6 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 20.0进行数据的处理与分析，利用重复测量方差分析以及多重比较法（LSD）分析不同处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烤烟农艺性状的影响

由表1可知，团棵期时，烤烟株高表现为处理T3＞处理 T2＞处理 T5＞处理 T4=处理 T6＞处理 T1＞CK，施用不同调理剂处理的茎围和叶片数与对照仅施化肥处理均存在显著差异。与 CK 相比，处理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的最大叶面积分别增加了 23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%。旺长期时，各处理的株高以处理T3最高，且显著高于处理T1、T4和CK。茎围以处理T5、T3较大，分别较CK高27.27%和21.21%。最大叶面积以处理T3最大，且与处理T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在显著差异。 叶片数以处理 T2、T3最多，为19.50片；处理T4、CK最少，为18.00片。圆顶期时，各处理株高、最大叶面积、叶片数与旺长期相比显著增加，株高、最大叶面积和叶片数均以处理T3最大，较CK分别提高了11.18%、23.02%、10.00%。由此表明，施用土壤调理剂处理烤烟农艺性状在各时期均优于未施调理剂处理，尤其是处理T3效果最优，可显著促进烟株的生长发育。

表1 不同处理对烤烟农艺性状的影响

2.2 不同处理对烤烟干物质积累的影响

由表 2 可知，团棵期时，处理 T1、T2、T3、T4、T5、T6与CK均存在显著差异，全株干物质含量较CK增加11.43～18.54 g/株， 具体表现为处理 T3＞处理 T5＞处理T2＞处理 T4＞处理 T1＞处理 T6＞CK。 旺长期时，处理 T2、T3、T4、T5、T6的根、茎、叶干重均高于处理 T1、CK，其中根、茎、叶干重以处理T3最高。圆顶期时，处理T3根和叶干重与处理 T1、T2、T4、T4、T6、CK 均存在显著差异，不同处理全株干重表现为处理T3＞处理T2＞处理 T5＞处理 T4＞处理 T1＞处理 T6＞CK。成熟期，处理 T1、T2、T3、T4、T5、T6的根干重分别较 CK 增加了 24.87%、29.12%、33.46%、26.89%、25.48%、25.27%。随着烤烟生长，根所占比例（12.84%～18.39%）维持在平稳状态，茎所占的比例（18.87%～48.88%）不断增加，叶所占比例（36.48%～67.04%）逐渐下降。综上，处理T3烤烟干重表现出明显优势，较其他处理可以显著增加烤烟的干重。

表2 不同处理对烟株干物质积累的影响 单位：（g·株-1）

2.3 不同处理对烤烟光合指标和叶绿素含量（SPAD 值）的影响

由表3可知，处理T2、T3的净光合速率较CK明显增加，其中处理 T3最大，达 17.92 μmol CO2/（m2·s）。气孔导度大有利于CO2的交换和叶肉CO2浓度的增加，气孔导度表现为处理T3＞处理T2＞处理T5＞处理T4＞处理 T6＞处理 T1＞CK。胞间 CO2浓度可从侧面反映CO2的利用率及净光合速率，CK胞间CO2浓度值最高，为 316.66 mg/kg；处理 T3最低，为 221.88 mg/kg，两者差异极显著。蒸腾速率表现为处理T3＞处理T2＞处理 T1＞处理 T5＞处理 T4＞处理 T6＞CK。

表3 不同处理对烤烟光合作用速率的影响

由表4可知，烤烟团棵期和旺长期检测到的烟叶叶绿素含量（SPAD值）高于圆顶期，且叶尖部位的SPAD值是叶基部位的1.05～1.31倍。不同生育期叶尖部位SPAD值的变化幅度明显大于叶基部位，同一片叶叶中部位的SPAD值居于叶基和叶尖两部位之间。整体来看，处理T3的SPAD值显著高于其他处理，处理 T2、T3、T4、T5、T6的 SPAD 值与处理 T1、CK 相比在同一烟叶不同部位有所提高，尤其叶尖部位提高最显著。

表4 不同处理对烤烟叶绿素含量（SPAD值）的影响

2.4 不同处理对烤烟叶片抗氧化酶活性的影响

植物自身具有活性氧清除的酶促系统和非酶促系统，而CAT、SOD、POD、APX所形成的抗氧化机制对维持植物生长极为重要。各处理对烤烟叶片中抗氧化酶活性的影响如图 1 所示， 处理 T2、T3、T4、T5、T6的烤烟叶片CAT、POD和APX与CK相比均大致显著提高。其中，以处理T3的CAT、SOD和POD活性最高，分别提高了133.48%、30.18%、188.01%，且处理 T3的 POD 活性与处理 T1、T2、T4、T5、T6、CK 均存在显著差异。APX活性以处理T4最高，分别较CK和处理T1提高了54.16%、30.49%。

2.5 不同处理对烤烟丙二醛（MDA）含量的影响

不同处理对烤烟叶片中MDA含量的影响如图2所示，MDA含量高达0.01 μmol/g鲜重，且CK与其他处理均存在显著差异，处理T1、T2次之，MDA含量以处理T3最低，为0.001 μmol/g鲜重，与CK相比，处理T3的MDA含量降低了90%。由此表明，有机碳调理剂+有机肥处理显著降低了烟株叶片中的丙二醛含量，从而减缓了烤烟叶片的膜脂过氧化作用。

2.6 不同处理对烤烟可溶性糖和蛋白质含量的影响

从图3可以看出，在烤烟圆顶期，处理T3的可溶性糖含量显著高于其他处理，且与处理T1、T2、T4、T5、T6、CK存在显著差异。烟叶中蛋白质含量过高，其在燃烧时会发出难闻的气味，且燃烧性能不良，制成品味苦、涩、辛辣有毒，严重影响烟叶的香味品质和安全性，但蛋白质含量过低又会使香气不够浓重。处理T2、T3、T4、T6蛋白质含量均与CK存在显著性差异，较CK分别增加了10.24%、13.05%、26.63%、19.32%，但处理T1、T5与CK间无显著性差异。

2.7 不同处理对烤烟化学成分的影响

由表5可知，各处理烟叶化学成分总糖为18.4%～25.6%，还原糖14.8%～21.3%，烟碱2.26%～3.00%，总氮2.19%～2.44%，钾0.76%以上，氯0.66%以下，糖碱比6.74～11.06，氮碱比0.80～0.97，钾氯比≥1.36，总糖与还原糖的比值（两糖比）≥1.09。处理T3中部烟叶烤后的钾含量、氯含量、糖碱比、氮碱比和两糖比均在适宜范围内，较CK烟叶钾含量提高35.29%，氯含量升高25.0%，表明施用有机肥+有机碳调理剂处理较其他处理更能有效促进烤烟生长并使烤后烟叶内在化学品质更协调。

表5 不同处理对烤后中部烟叶化学成分的影响

2.8 不同处理对烤后烟叶经济性状的影响

由表6可知，施用土壤调理剂的处理烤烟产量、产值、均价、上中等烟率均有不同程度提高。与CK相比， 处理 T1、T2、T3、T4、T5、T6烤烟产量提高 89.22～310.05 kg/hm2，烟叶产值分别提高了 27.23%、27.99%、38.42%、26.72%、30.53%、9.41%； 均价分别提高了 21.38%、11.81%、19.86%、20.57%、18.89%、4.74%；上中等烟率分别提高了12.05%、10.85%、15.92%、9.60%、8.85%、4.87%。处理 T3烤后烟叶品质最佳且经济性状好，较CK产量提升了15.49%，产值增加了38.42%，均价提高了19.86%，上中等烟率提升了15.92%，处理T3在产量、产值、均价和上中等烟率等方面显著优于处理 T1、T2、T4、T5、T6、CK。 由此表明，施用有机肥+有机碳调理剂处理可提高上中等烟率、均价和烟叶产量、产值，对提升烤烟的经济效益有积极作用。

表6 不同处理对烤烟经济性状的影响

3 结论与讨论

植物抗氧化酶系统活性的变化及膜脂过氧化作用已经广泛用于植物对逆境反应机理的研究[16]。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化物酶（POD）是植物细胞内清除活性氧过程中最主要的抗氧化酶类，相互之间的协同作用可以使植株在一定程度上减轻生境胁迫[17]。SOD作为首先起作用的抗氧化酶，在清除活性氧过程中将超氧化物阴离子自由基O2-迅速歧化为过氧化氢和O2。尽管过氧化氢对植物体有害，但有机体内的CAT和POD会立即将其分解为水[18]。张永峰等[19]研究发现，苗期紫花苜蓿在逆境胁迫下SOD、POD和CAT活性均有不同程度的升高趋势。在逆境胁迫环境下，抗逆性强的植物品种抗氧化酶活性增加相对较多，对自由基具有较强的清除能力，进而起到保护光合作用机构的作用，从而能够适应恶劣的生活环境，但抗逆性弱的可能缺乏这种应激机制则表现出相反趋势[20]。Wang等[21]研究发现，在烟草叶片中转入超氧化物歧化酶基因后，烟叶的光合效率在盐胁迫环境下较对照处理有显著的提高，同时烟株的抗逆水平也有所提升，这与本研究结果一致。本研究发现，增施有机肥和土壤调理剂对烟叶的抗氧化酶活性均有不同程度的提高，不同处理之间CAT、SOD和POD活性均以有机肥+有机碳调理剂处理最高，与仅施化肥处理相比，分别提高了133.48%、30.18%、188.01%。尤其是施用有机肥+有机碳调理剂后显著降低了烟株叶片中的丙二醛含量，从而减缓了烤烟叶片的膜脂过氧化作用。烟叶的可溶性糖和蛋白含量也均在适宜范围，表明施用土壤调理剂能够有效提升烤烟的品质[22]。

施用有机肥和土壤改良剂可有效改善烟株的农艺性状，对烟株株高、茎围及叶面积等均有不同程度提高，可作为土壤养分的重要补充，为烟株生长提供充足的营养[23]。本研究结果表明，施用不同土壤改良剂不仅改善了烤烟植株的生长状况，还不同程度地提高了烟株株高、茎围及最大叶面积。团棵期时，与仅施化肥处理相比，仅施有机肥、有机肥+高分子材料调理剂、有机肥+有机碳调理剂、有机肥+多糖类调理剂、有机肥+海藻调理剂、有机肥+石膏调理剂处理烤烟团棵期最大叶面积分别增加了23.37%、47.04%、47.85%、26.18%、26.81%、19.63%， 叶片数也分别增加了13.33%、20.00%、20.00%、13.33%、13.33%、20.00%，而且有利于烟株干物质积累；成熟期，与仅施化肥处理相比，根、茎、叶干物质积累量提高幅度分别为 24.87%～33.46%、3.35%～64.35%、10.03%～66.30%。另外，本研究结果表明，不同土壤改良剂的材料来源及组成成分不同对连作烟田土壤的改良效果也存在差异，其中有机肥+有机碳调理剂处理较仅施化肥处理产量提升15.49%，产值增加38.42%，均价提高19.86%，上中等烟率提升15.92%，有机肥+有机碳调理剂处理在产量、产值、均价和上中等烟率均优于其他处理，且烤后烟叶的钾含量、氯含量、糖碱比、氮碱比和两糖比均在适宜范围内[23]。因此，在本试验条件下，有机肥+有机碳调理剂处理改良效果最佳，能提高烤烟的产量和品质以及烟农的收益。