有机肥C/N优化及钾肥运筹对烤烟钾含量及香气品质的影响

张士荣1,王 军2,张德龙1,丁效东1

(1.青岛农业大学 资源与环境学院,山东 青岛 266109;2.广东省烟草南雄科学研究所,广东 南雄 512400)

摘要:利用大田试验研究了有机肥C/N优化及钾肥运筹对烤烟钾吸收及香气品质的影响。采用裂区试验设计,主处理为利用猪厩肥与腐熟花生饼肥混合配制不同碳氮比(mm)的有机肥,设3个C水平,C1:饼肥420 kg/hm2,猪厩肥2 250 kg/hm2;C2:饼肥300 kg/hm2,猪厩肥3 750 kg/hm2;C3:180 kg/hm2,5 250 kg/hm2;副处理为3个K(K2O)水平,K:120 kg/hm2;K:240 kg/hm2;K:480 kg/hm2。结果表明:C1、C3水平时,随钾用量增加中部叶生物量增加,K处理上部叶生物量高于K;C3水平时,供钾量对上、中部叶生物量无显著影响;C2水平时,钾量增加提高烟叶生物量;相同碳水平时,随生育进程烟叶钾含量呈降低趋势,随钾量增加呈增加趋势;相同钾供应下,C1、C2对烟叶钾含量无显著性影响;现蕾期、成熟期时,与C1相比,K、K处理时C2水平增加烟叶钾含量,而C3水平降低烟叶钾含量。不同部位烟叶钾含量为C2>C3>C1处理;解钾菌在团棵期-旺长期呈增加趋势,现蕾期-成熟期呈降低趋势;K、K处理解钾菌高于K处理;C2水平时,K、K处理解钾菌随生育期呈增加趋势,且C2水平时K、K处理显著高于其他处理时;K、K时C3与C1处理时无显著差异,显著高于K处理;各处理烟叶常规化学成分在C2处理时K、K处理中部叶总糖含量25.39%~25.27%,还原糖22.75%~25.73%,总氮1.67%~1.72%,氮碱比0.79,糖碱比10.78~11.80,烟碱含量2.11%~2.18%,表明有机肥碳氮比优化下,钾肥用量增加提高了烟叶中总烟碱、蛋白质及总氮量,改善糖碱比及优化氮碱比值,增加烟叶中钾离子含量;所有处理烟叶中性致香物质种类相同(28 种),K处理其总量低于K、K处理,且部位间差异显著;上部叶总量低于中部叶;K、K处理提高烟叶致香物质总量,C2处理上部叶提高幅度最大。由此可见,通过花生饼肥300 kg/hm2与猪厩肥3 750 kg/hm2(中碳水平)的碳氮比优化下,施钾量增加对提高烟叶中性致香物质效果最佳,特别对上部叶。

关键词:有机肥;碳氮比;钾肥运筹;化学成分;香气物质

烟叶香气含量低是制约我国烤烟产质量提高的重要因素之一,烟叶中致香物质成分及含量与其香气质量极其相关[1],而烤烟中香气成分及含量是由不同烤烟(品种)的遗传因素、土壤养分供应特征、外界环境生态条件与栽培管理措施等共同完成的[2]。烤烟香气物质成分极其复杂且具有多样性,其化学结构和性质的不同导致烟叶不但具有地域特色特征,而且对烟叶香气的质、量、型有不同的调控作用,香气成分中尽管某些物质含量较低,但对烟叶香气质量具有较大的贡献[3]。研究表明,土壤养分的供应特征、肥料种类及施用量是影响烤烟致香物质成分和含量的重要因素,若烟田施肥不合理,不仅影响烟叶的产量,而且更加不利于烟叶形成优良的品质[4]。近年来,在华南地区烟田土壤化学肥料用量逐年增加,不但造成其环境风险,而且造成烟田土壤的板结恶化、碳氮比降低、有机质含量降低、营养元素比例失调,致使烟叶的香气量不足、烟碱含量过高和化学成分极其不协调,导致生产的烟叶不能适应我国卷烟工业的需求,而施肥技术的不合理,仍然是烟叶香气效果不佳的直接因素。

烟叶品质与土壤肥力和施肥状况密切相关[5]。为了优化改善我国烤烟烟叶的油分和香气质量,彰显不同地域烟叶的风格特色,提高烟叶生产的安全性,施肥过程中施用不同有机肥种类和施用量日益受到烟农的重视和青睐[6]。有机肥施用是我国种植烤烟以来长期形成的良好的习惯,一定程度上影响着烟叶产量和品质。烤烟追求的是优质适产,而有机肥对改善烟叶质量起到了积极的作用,如增加烤烟烟叶的感官评吸质量和提高内在化学成分及含量等,但有机肥的施用又会致使烟叶中的一些化学成分及含量不协调,如烟叶中烟碱含量较高,特别是上部烟叶。加之在烤烟集约化生产过程中,长期大量施用单一有机肥和化肥,导致土壤碳氮比严重失调,而且过量有机肥的施用导致烤烟烟叶贪青晚熟(烟叶“假熟”采收),烟碱含量偏高;有机肥用量不足则不能达到改良土壤和改善烟叶品质的效果[7]。国内关于有机肥施肥方式及碳氮比调节对不同部位烟叶致香物质含量影响作用机理缺乏相关研究。

烟草是一种奢钾作物,在N、P、K三要素中,对钾累积最高。作为评价烟叶品质的重要指标之一的烟叶含钾量高低,对烟叶外观和内在品质均有较大的影响,含钾量高的烟叶色泽呈深桔黄色,香气足,吃味好,富有韧性,填充性强,阴燃持火力和燃烧性好[8]。我国生产中的烟叶含钾量均值为1.81%,显著低于国外优质烟叶4%~6%的含钾量水平[9]。本研究针对植烟土壤碳氮比失调,有机肥过多施用,钾肥不合理施用导致烟叶产质量下降的关键问题,通过2种有机肥(猪粪、花生饼肥)合理搭配,探讨沙泥田土壤有机肥碳氮比调节及钾肥运筹对烟叶不同部位钾离子含量及烟叶品质和中性香气成分含量的影响,阐明有机肥碳氮比调节及钾肥供应在根际土壤钾素供应及烟叶钾吸收对烟叶香气品质的调控技术,以期为华南沙泥田土壤烤烟种植过程中有机肥及钾素管理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2012年2-7月在广东省梅州市蕉岭县广福镇大坝村(N 24°50′16.55″;E 116°11′3.55″)进行,选用烤烟品种为云烟87,由广东省烟草南雄科学研究所提供;试验地点土壤为沙泥田土壤,其基本理化性质为pH值 6.15,有机质16.8 g/kg,碱解氮130.5 mg/kg,速效磷34.8 mg/kg,速效钾96.6 mg/kg;供试化学肥料为NH4NO3(N,30%),钙镁磷肥(P2O5,12%),K2SO4(K2O,50%);有机肥为当地产的腐熟猪厩肥(N,0.50%;P2O5,0.20%;K2O,0.25%,碳氮比((mm)=94.5)和腐熟花生饼肥(N,4.60%;P2O5,1.00%;K2O,1.00%,碳氮比(mm)=10.65)。

1.2 试验设计

试验为碳、钾两因素共9个处理,通过裂区试验设计,主处理为腐熟花生饼肥和猪厩肥配制不同碳氮比(m(C)/m(N))的有机肥,设3个C水平,C1:花生饼肥420 kg/hm2,猪厩肥2 250 kg/hm2;C2:花生饼肥300 kg/hm2,猪厩肥3 750 kg/hm2;C3:180 kg/hm2,5 250 kg/hm2;副处理为3个K(K2O)水平,K,120 kg/hm2;K,240 kg/hm2;K,480 kg/hm2,每处理3次重复,共27个小区。有机肥全部作基肥施用,无机氮肥施用量为105.0 kg/hm2,采用基肥与追肥施用,基、追肥分别占氮肥用量40%,60%;所有处理钙镁磷肥施用量为1 512.45 kg/hm2,全部作基肥施入;硫酸钾肥作追肥施用;第1次是基施,移栽前条施,覆膜;第2次施肥为提苗肥,移栽后10~15 d,用水淋施,氮肥占总用量5%,钾肥占用量10%;第3次施肥为团棵揭膜培土时,移栽后30~40 d,结合揭膜培土干施,氮肥占总用量30%,钾肥占用量60%;第4次施肥为旺长期,移栽后40~45 d,根据天气情况淋施,氮肥占总用量20%,钾肥占用量20%;第5次施肥为打顶期开片肥,移栽后55~65 d,根据天气情况淋施,氮肥占总用量5%,钾肥占总用量10%。小区面积为30.0 m2,每小区植烟1行,每行30株以上(行距为1.20 m,株距为0.60 m),每个处理(行)株数相同,株间整齐一致,试验田设置保护行;根据小区面积(株数)计算施肥量;按照当地烟农传统习惯进行其他栽培及田间管理。

1.3 取样及测定方法

在烤烟各生育期的团棵期(移栽后30 d)、旺长期(移栽后45 d)、现蕾期(移栽后60 d)、成熟期(移栽后90 d)分4次采用抖落法采集根际土壤样,其中一部分新鲜土样过2 mm筛后,放入4 ℃冰箱内贮存,供微生物数量分析;另一部分风干后过1.00,0.25 mm筛,用于测定土壤理化性状。同时取烤烟植株,用去离子水洗净、吸水纸吸干后,用剪刀把烟叶、茎、根系分开后烘干,测定干质量,其中在烤烟成熟期时按照烟叶收获方法测定。

1.3.1 烟叶钾含量测定 烟叶钾含量用H2SO4-H2O2法消煮,火焰光度计法测定。

1.3.2 土壤有效钾、缓效钾含量测定 土壤速效钾含量利用1 mol/L NH4OAc作为浸提剂进行浸提,钾离子含量采用火焰光度法测定;土壤缓效钾含量利用1 mol/L HNO3作为浸提剂,钾离子含量采用火焰光度法测定[10]

1.3.3 解钾菌数量测定 解钾菌计数采用硅酸盐细菌培养基,采用平板涂布法,每个处理3次重复,同时测定土壤水分,最后将cfu值换算为以每克干土为基准。

1.3.4 总糖、还原糖、淀粉、烟碱、总氮和氯含量 采用连续流动法测定[11]

1.3.5 烟叶主要致香物质含量测定 测定的主要致香物质为烤烟中质体色素降解产物、棕色化反应产物、苯丙氨酸类降解产物;其中质体色素降解产物12种,包括:6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大马酮、香叶基丙酮、氧化异佛尔酮、二氢猕猴桃内酯、巨豆三烯酮-A、巨豆三烯酮-B、巨豆三烯酮-C、巨豆三烯酮-D、3-羟基-β-二氢大马酮、法尼基丙酮、新植二稀;棕色化反应产物共6种,包括:糠醛、糠醇、2-乙酰呋喃、5-甲基糠醛、3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮、2-乙酰基吡咯;苯丙氨酸类降解产物共4种,包括:苯甲醛、苯甲醇、苯乙醛、苯乙醇。

测定步骤及方法:准确称取10.0 g干烟样粉末,置于500 mL 圆底烧瓶中,加入500 μL的内标,350 mL 蒸馏水和100 g 无水硫酸钠;加热蒸馏,当馏分到170 mL 时停止加热,加入20 mL 10%酒石酸溶液混匀,然后用60 mL 二氯甲烷萃取3次,萃取液经无水硫酸钠干燥后,50 ℃浓缩至1 mL,用气质联用仪(GC/MS)进行分析。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0软件对数据进行单因素显著性检验(SAS Institute Inc.,1989)。用LSD法在P=0.05水平进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤烟生物量的影响

从图1可以看出,相同碳处理下,随施钾量增加烟株总生物量增加(P<0.05);但不同碳处理之间,C1、C2处理植株总生物量无显著性差异,但两者均高于C3处理;从根系生物量来看,C2、C1处理高于C3处理;相同碳处理下,随施钾量增加根系生物量增加;从植株茎秆生物量来看,相同碳处理下,随施钾量增加茎秆生物量呈增加趋势,但是相同钾施肥水平下,不同碳处理之间茎秆生物量无显著性差异。

从整株烟叶生物量来看(图1),C2、C1处理高于C3处理;相同碳处理下,随施钾量增加烟叶生物量增加;从收获后上部叶(B2F)及中部叶(C3F)生物量来看,在C1、C3处理下,随钾施用量增加,中部叶(C3F)生物量增加,但K供应上部叶生物量高于K处理;在C3处理下,供钾水平对上部叶(B2F)及中部叶(C3F)无显著性影响。3种碳处理之间对上部叶(B2F)及中部叶(C3F)生物量影响表现为C1与C2处理之间无显著性差异,但两者显著高于C3处理。上述结果表明,华南植烟土壤碳氮比调节优化下,供钾水平对烟叶生物量及不同部位烟叶产量影响较大,表现为在中量碳条件下,提高钾肥水平能够提高烟叶产质量,而高碳处理后烟叶生产有一定程度的下降。

数值上方小写字母表示在相同碳水平时钾水平处理间在P=5%差异显著;数值上方大写字母表示碳水平处理间相同部位烟叶在P=5%差异显著。

Values marked with different lower letter represented significant difference at P=5% level across all K levels at a given C level;Values marked with different capital letter represented significant difference at P=5% level across all C levels at same leaves position.

图1 有机肥优化下钾肥运筹对烤烟生物量(A)及不同部位烟叶(B)干质量的影响

Fig.1 Effect of K application on the dry weight of biomass(A)and different leaves(B)of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer

2.2 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤烟钾离子含量的影响

在相同碳水平下,随生育期其烟叶钾离子含量呈降低趋势(图2-A);在相同碳水平下,随钾供应量增加,烟叶钾离子含量呈增加趋势;在相同钾量供应下,C1、C2水平处理其烟叶钾离子含量无显著性差异,但在现蕾期、成熟期时,与C1水平相比,C2水平处理K、K供应其烟叶钾离子含量降低,但C2处理低于C3处理(图2-A)。

图2 有机肥C/N优化及钾肥运筹对烤烟不同生育期内烟叶(A)及烘烤后上、中部叶(B)钾含量的影响

Fig.2 Effect of K application on the K content of the leaves of different growth period(A)and the upper and middle leaves after baking(B)of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer

从烟叶不同部位钾离子含量来看,碳处理下中、上部叶钾离子含量大小依次为,C2>C3>C1(图2-B);在C2处理时,随钾水平增加,中部烟叶钾离子含量增加,但是上部叶钾离子含量在K供应与K供应无显著性差异;在C3处理时,K供应中部叶及上部叶钾离子含量显著低于K和K供应,但是后两者无显著性差异;在C1处理时,无论中部叶或上部叶,其钾离子含量随着供钾水平增加而增加。在C1水平时,中部叶与上部叶钾离子含量无显著性差异(图2-B);在C2水平时,K处理中部叶钾离子含量低于上部叶钾离子含量,而在K、K处理,中部叶与上部叶钾离子含量无显著性差异;在C3处理时,3个水平钾处理中部叶与上部叶钾离子含量无显著性差异(图2-B)。

2.3 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤烟土壤钾离子含量的影响

从图3-A可以看出,不同生育期烤烟根际土壤有效钾含量变化。C2、C3水平处理4个生育期内烤烟根际土壤有效钾含量变化趋势一致;但在后3个时期内,C2水平处理根际土壤有效钾含量高于C3水平处理。C1水平,现蕾期时土壤有效钾含量高于其他3个生育期,而后3个生育之间无显著性差异,但C3处理其现蕾期、成熟期根际土壤有效钾含量高于C1、C2水平。在C1水平,K与K水平相比,变化趋势一致,但K水平其根际土壤有效钾含量高于K水平,而K水平,除了团棵期,其他3个生育期内根际土壤有效钾水平高于其他2个钾水平处理。

从图3-B可以看出,不同生育期烤烟根际土壤缓效钾含量变化趋势。在相同碳水平下,随钾水平供应的增加,根际土壤缓效钾含量呈增加趋势;但在相同钾水平运筹下,4个生育期内根际土壤缓效钾含量无显著性差异,K处理条件下,C2、C1水平时根际土壤缓效钾含量高于C3水平。

图3 有机肥优化下钾肥运筹对烤烟根际土壤钾含量的影响

Fig.3 Effect of K application on the K content in rhizosphere soil of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer

2.4 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤烟根际土壤解钾菌的影响

从图4可以看出,烤烟根际土壤解钾菌数量的变化。根际土壤解钾菌数量(以干质量计)的变化趋势从团棵期-旺长期根际土壤解钾菌数量呈增加趋势,但K水平下根际土壤解钾菌数量低于K、K水平时根际土壤解钾菌数量;随生育期延长,C2水平时K、K处理根际土壤解钾菌数量呈增加趋势,但其他处理根际土壤解钾菌数量有降低趋势,且C2水平时K、K处理高于其他处理,而在C3处理时K、K处理与C1处理K、K处理之间根际土壤解钾菌数量无显著性差异,但高于K处理时根际土壤解钾菌数量,而后三者处理根际土壤解钾菌数量无显著性差异。从现蕾期-成熟期,根际土壤解钾菌数量有降低的趋势。但是现蕾期各个处理根际土壤解钾菌数量之间比较发现,其大小趋势与现蕾期一致。

图4 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤烟根际土壤解钾菌的影响

Fig.4 Effect of K application on the potassium bacteria number in rhizosphere soil of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer

2.5 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤后烟叶常规化学成分含量的影响

烟叶中常规化学成分(总糖、总氮和烟碱等)及含量是影响烟叶感官质量和香气风格形成的重要因素。烟叶的烟区强度和柔和评价的基础常常以糖和烟碱的比例作为参考指标,而二者之间的平衡是形成均衡烟气的重要因素。如果烟叶中糖含量过高,而烟碱含量过低,导致烟气香味平淡、缺乏劲头;若糖含量过低,烟碱含量过高时,烟气劲头强烈,导致烟叶的刺激性增大。优质烟的标准一般认为:总糖含量为18%~22%,还原糖含量为16%~20%,总氮为1.5%~3.5%,氮碱比为0.8~0.9,糖碱比则为10,烟碱含量在1.5%~3.5%较为适宜。从表1可以看出,有机肥C/N优化下钾肥供应对烤后不同部位烟叶常规化学成分含量的影响;结果表明,处理烟叶常规化学成分在C3处理时K、K处理中部叶总糖含量为24.74%~26.37%,还原糖24.99%~25.62%,总氮1.90%~1. 68%,氮碱比0.84~0. 76,糖碱比11.11~11.59,烟碱含量2.25%~2.21%,而C2处理时K、K处理中部叶总糖含量为25.39%~25.27%,还原糖22.75%~25.73%,总氮1.67%~1.72%,氮碱比0.79,糖碱比10.78~11.80,烟碱含量2.11%~2.18%,表明有机肥碳氮比优化下,钾肥用量增加提高了烟叶中总烟碱、蛋白质及总氮量,改善糖碱比及优化氮碱比值,增加烟叶中钾离子含量;上述结果表明利用猪厩肥与腐熟花生饼肥混合配制施用下,即有机肥碳氮比优化下,施用一定量钾肥可有效提高烟叶中总烟碱、蛋白质及总氮含量,改善糖碱比及优化氮碱比值,增加烟叶中钾离子含量,从而改善烤烟烟叶品质,钾肥合理供应并配施合理碳氮比的适量有机肥可有效提高烤烟后期烟叶中钾离子含量,改善其燃烧性。

表1 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤后烟叶常规化学成分含量的影响

Tab.1 Effect of K application on the contents of regular chemical compounds in leaves of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer

部位Position处理Treatment总糖/%Totalsugar还原糖/%Reducingsugar总烟碱/%Totalnicotine总氮/%Totalnitrogen氯离子/%Cl-钾离子/%K+蛋白质/%Protein还原糖/碱Reducingsugar/alkali(总)氮/碱(Total)Nitrogen/alkali还原糖/总糖Reducingsugar/totalsugarC3FC1K低22.3622.252.031.820.171.856.6210.960.901.00K中25.3726.882.171.630.162.517.0612.390.751.06K高25.8725.512.711.790.152.576.899.410.660.99C2K低23.4021.232.001.770.142.056.5310.620.890.91K中25.3922.752.111.670.132.566.6410.780.790.90K高25.2725.732.181.720.122.896.6911.800.791.02C3K低23.2322.362.011.660.121.676.6011.120.830.96K中24.7424.992.251.900.122.217.0411.110.841.01K高26.3725.622.211.680.192.387.1811.590.760.97B2FC1K低23.9022.402.521.620.152.156.708.890.640.94K中22.3022.002.761.810.152.786.637.970.660.99K高22.4021.702.711.850.162.876.768.010.680.97C2K低23.9022.032.341.910.172.446.629.410.820.92K中22.1422.062.141.770.142.926.6510.310.831.00K高24.9022.092.201.860.173.036.6810.040.850.89C3K低25.4023.122.271.880.161.866.7110.190.830.91K中24.9023.152.351.840.152.316.749.850.780.93K高24.4023.802.311.830.162.486.7710.300.790.98

2.6 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤后烟叶中性香气成分含量的影响

致香物质成分及含量是评价烟叶质量高低的重要指标,根据其提取方法的不同,将致香物质成分分为3 类,分别是酸性致香物质、中性致香物质及碱性致香物质。一般来说,根据各致香物质成分所占比例,即中性致香物质(不包括新植二烯)占烟叶致香物质总量的87%左右,酸性致香物质占12%,碱性致香物质只占11% ,其中性致香物质处于评价烟叶质量高低的主导地位。

本研究结果表明,所有处理中上、中部烟叶能够检测出28 种中性致香成分,有类胡萝卜素类15 种、类西柏烷类3 种、苯丙氨酸类5 种、棕色化产物类5 种。低、中、高碳处理下,烟叶中性致香物质的种类基本相同,但低钾处理时中性致香物质总含量低于中钾、高钾处理(除新植二烯外),且部位间有明显的差异(表2,3)。研究表明,有机肥可以提高烟叶中中性致香成分总量。在所测定的28 种主要中性致香物质中,上部叶中性致香物质略低于中部叶,中性致香物质总量在3个钾水平处理相比,K、K水平处理较K时有不同程度提高,同时C2处理时烟叶上部叶中性致香物质提高幅度最大;这可能是由于C2有机肥(碳氮比)处理有机肥在分解过程中,除释放养分外,根际土壤微生物活性还产生多种活性物质,既能促进烟株体内代谢,又有利于致香物质的积累。由此可见,中碳(碳氮比)处理下,提高施钾水平对提高烟叶中性致香物质含量效果最好,特别是对于上部烟叶中性致香物质含量提高最佳。

表2 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤后中部烟叶(C3F)中性香气成分含量的影响

Tab.2 Effect of K application on the contents of neutral aroma components in the central leaves(C3F)of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer μg/g

中性香气成分NeutralaromacomponentsC1C2C3K低K中K高K低K中K高K低K中K高糠醛Furfuraldehyde15.1015.4015.2014.6015.6015.7014.0315.0014.90糠醇Furfuralcohol2.682.702.772.272.672.882.572.682.632-乙酰呋喃2-furylmethylketone2.142.002.001.622.312.212.112.222.175-甲基糠醛5-methylfurfural2.332.342.332.112.352.362.382.342.39苯甲醛Benzaldehyde2.302.322.322.232.212.542.262.292.296-甲基-5-庚烯-2-酮6-methyl-5-hepten-2-one1.861.841.821.551.671.891.962.021.98苯甲醇Phenylcarbinol4.694.624.754.374.584.684.764.864.863,4-二甲基-2,5-呋喃二酮3,4-dimethyl-2,5-furandiketone0.670.770.790.570.850.790.540.660.61苯乙醛Benzeneacetaldehyde3.533.383.433.563.853.993.143.343.282-乙酰基吡咯2-acetylpyrrole1.771.791.711.551.781.771.781.891.85芳樟醇Linalool2.872.952.932.542.662.793.033.113.09苯乙醇Benzeneethanol2.652.762.672.532.542.562.632.792.74氧化异佛尔酮Oxidationofisophorone0.390.390.420.520.420.330.310.390.37吲哚Indole1.601.571.591.511.302.101.531.591.594-乙烯基-2甲氧基苯酚4-vinyl-2methoxyphenol6.536.996.646.506.186.875.436.656.55茄酮Solanone100.00102.30100.6099.50104.10100.6099.4097.30105.00β-大马酮β-damascenone27.7033.9036.8027.5035.9034.4027.4031.3035.70香叶基丙酮Geranylacetone2.682.592.632.472.822.182.872.872.87脱氢-β-紫罗兰酮Dehydrogenation-β-ionone0.140.130.130.110.170.150.140.140.14二氢猕猴桃内酯Dihydroactinidiolide3.433.393.383.453.583.723.263.293.29巨豆三烯酮-AMegastigmatrienone-A1.461.841.731.441.461.491.481.461.47巨豆三烯酮-BMegastigmatrienone-B8.698.918.298.439.349.268.358.398.39巨豆三烯酮-CMegastigmatrienone-C2.942.942.882.422.223.033.133.453.39三羟基-β-二氢大马酮Threeketoneofhydroxy-β-dihydromalaysia1.201.861.601.411.101.201.141.211.17巨豆三烯酮-DMegastigmatrienone-D12.1112.0912.6512.4012.9812.4311.5711.6611.63螺岩兰草酮Screwvetiverketone0.100.240.250.090.060.060.120.180.14法尼基丙酮Nickyacetone10.911.2012.0011.4011.7011.9010.2010.2010.20新植二烯Neophytadiene1450.001411.001326.001468.001462.001499.001421.001428.001426.00合计(除新植二烯外)Total(exceptneophytadiene)222.50233.20234.20218.60236.50233.90217.70223.20234.60

表3 有机肥C/N优化下钾肥运筹对烤后上部烟叶(B2F)中性香气成分含量的影响

Tab.3 Effect of K application on the contents of neutral aroma components in the upper leaves(B2F)of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer μg/g

中性香气成分NeutralaromacomponentsC1C2C3K低K中K高K低K中K高K低K中K高糠醛Furfuraldehyde11.2412.3612.4911.3212.9613.5710.8910.9911.11糠醇Furfuralcohol2.392.823.042.242.492.452.132.442.372-乙酰呋喃2-furylmethylketone1.672.012.361.581.992.271.631.982.325-甲基糠醛5-methylfurfural2.132.262.242.112.182.182.122.212.29苯甲醛Benzaldehyde2.132.282.342.132.212.122.212.292.296-甲基-5-庚烯-2-酮6-methyl-5-hepten-2-one1.481.811.841.521.551.611.451.691.74苯甲醇Phenylcarbinol4.134.484.434.194.464.494.184.334.383,4-二甲基-2,5-呋喃二酮3,4-dimethyl-2,5-furandiketone0.410.970.920.570.680.680.550.580.66苯乙醛Benzeneacetaldehyde3.233.293.353.563.553.483.253.413.472-乙酰基吡咯2-acetylpyrrole1.411.521.631.551.561.571.481.541.46

表3(续)

中性香气成分NeutralaromacomponentsC1C2C3K低K中K高K低K中K高K低K中K高芳樟醇Linalool2.372.582.582.542.572.552.362.592.57苯乙醇Benzeneethanol2.482.692.672.532.572.542.432.792.79氧化异佛尔酮Oxidationofisophorone0.500.520.520.520.520.520.470.520.52吲哚Indole1.461.641.591.311.521.531.511.681.594-乙烯基-2甲氧基苯酚4-vinyl-2methoxyphenol6.186.516.546.126.406.186.196.526.35茄酮Solanone89.7996.1492.4980.3690.7193.0680.7497.0993.44β-大马酮β-damascenone30.9134.6338.3627.2334.9534.6829.7033.4637.18香叶基丙酮Geranylacetone1.642.332.011.372.562.741.192.272.96脱氢-β-紫罗兰酮Dehydrogenation-β-ionone0.140.130.130.140.140.140.140.140.14二氢猕猴桃内酯Dihydroactinidiolide3.433.393.382.133.203.273.263.293.29巨豆三烯酮-AMegastigmatrienone-A1.481.611.451.671.711.741.571.611.74巨豆三烯酮-BMegastigmatrienone-B8.638.829.018.498.688.878.069.159.24巨豆三烯酮-CMegastigmatrienone-C2.162.162.162.172.112.172.162.162.16三羟基-β-二氢大马酮Threeketoneofhydroxy-β-dihydromalaysia1.321.461.461.311.321.411.141.311.46巨豆三烯酮-DMegastigmatrienone-D12.4512.1313.8011.2112.3912.5713.2413.1913.27螺岩兰草酮Screwvetiverketone0.170.200.150.090.080.060.080.080.17法尼基丙酮Nickyacetone9.6811.8511.899.4311.5911.749.2311.3811.54新植二烯Neophytadiene1451.001411.001326.001468.001499.001462.001421.001428.001426.00合计(除新植二烯外)Total(exceptneophytadiene)205.00222.60224.80189.40216.70220.20193.40220.70222.50

3 讨论与结论

烟草香味物质的形成及含量受生理生化过程的综合调控,与其体内遗传因素、外部生态条件、栽培管理、烟叶调制及陈化等过程密切相关,不同生态环境、品种和栽培措施在一定程度上影响烟叶致香物质的种类、含量及最终香气物质的协调性[12]。烤烟追求的是优质适产,研究表明有机肥在改善烟叶质量上能够起到积极的作用,施用有机肥可改善其植烟土壤的理化性状,增加根际土壤微生物的活性,增强烤烟生理生化代谢能力,改善烟叶化学成分间的协调性,提高烟叶的香气质量[13]。有机肥中有益菌能够增强植烟土壤的酶活性,促进土壤有机物质的转化、合成过程,有利于烟株的生长发育[14]。有机肥能调节烟叶中氮、磷、钾营养比例,进而提高上部烟叶中钾离子含量,改善烟叶的品质;本研究表明,猪粪碳氮比较大,但与碳氮比低的饼肥混合施用,有机肥中碳水化合物施入土壤中能迅速分解,促进烤烟根系的生长和代谢,使烟株生长健壮,提高烟叶干物质积累;且易于对后期根际土壤解钾菌调控,进而促进烤烟对钾离子的吸收,并对后期烟叶成熟落黄有较好的作用,有利于提高烟叶中糖含量及芳香物质成分的积累。

化学肥料与有机类肥料的合理配施能更好地满足烤烟生长所需的各种营养物质,特别是各类小分子物质,在猪粪与腐熟花生饼肥合理配比施用,对烟叶的地上部及根系生长发育有较好效果,促使烟叶外观质量得到明显改善,烟叶商品等级提高,上等烟比例显著增加[15]。本研究表明,有机肥碳氮比调节下,供钾水平对烟叶生物量及不同部位烟叶产量影响较大,表现为中碳水平,增加钾量提高烟叶产量,而高碳降低烟叶产量;相同碳水平处理烟叶钾含量随钾供应呈增加趋势;不同部位烟叶钾含量为C2>C3>C1;由此可见,增施中等量有机肥可以提高烟叶产量、上等烟比例。李祖莹等[16]研究表明,随着有机肥的合理施用,不同部位烟叶中的总烟碱、总氮及蛋白质含量可显著地提高,同时糖碱比下降,氮碱比值趋于更加合理,从而使烟叶品质显著提高。配施适量有机肥可提高烟叶生长后期的饱和脂肪酸、类胡萝卜素、乙醚提取物含量,降低不饱和脂肪酸的含量,并能提高烟叶中钾的含量,改善烟叶的燃烧性。本研究表明,C2处理时K、K处理中部叶总糖含量为25.39%~25.27%,还原糖22.75%~25.73%,总氮1.67%~1.72%,氮碱比0.79,糖碱比10.78~11.80,烟碱含量2.11%~2.18%,表明有机肥碳氮比优化下,中、高钾可以有效调控烟叶总氮、总烟碱和蛋白质含量,改善糖碱比,氮碱比趋于合理,提高烟叶钾含量,从而改善烟叶品质。

中国农科院烟草研究所科研人员研究证实,烤烟吸收的钾含量显著高于其他任何营养元素含量,是氮素吸收量的1.4倍,磷素吸收量的3.5倍[17]。充足的钾素供应是获得优质适产烟叶的重要条件,钾素在烟草体内以游离状态存在,是烟草体内60多种酶的活化剂,可增加糖类和各种色素类物质合成能力,促进芳香物质的合成和积累,有效改善烟叶的香气质和提高香气量,提升烟叶的安全[18]。研究表明,烤烟钾含量与烟叶的中性香气物质、非挥发性有机酸和挥发性有机酸呈显著正相关关系,施用钾肥可提高烟叶钾含量,进而提高烟叶的香气量、改善香气质[19-20]。本研究表明,从中性致香成分及总量来看,所有处理均测定出28 种主要中性致香物质,其上部叶中性致香物质总量略低于中部叶,而随钾肥施用量的增加中性致香物质总量呈一定程度的增加;花生饼肥300 kg/hm2与猪厩肥3 750 kg/hm2混合施用(C2处理)时K、K施用提高其中性致香物质总量,上部叶中中性致香物质提高幅度最大;这可能是由于中碳有机肥(碳氮比)处理时有机肥在分解过程中,除了提高根际土壤养分活化释放外,导致根际土壤微生物活性提高,进而诱导产生多种活性物质,不但能促进烟草体内代谢过程的顺利进行,而且更有利于烟叶品质质量相关的致香物质成分的积累增加。由此可见,适宜的碳氮调控(C2处理)下,施钾量的增加可以提高烟叶中性致香物质含量效果最好,特别对上部叶烟叶中性致香物质含量提高最佳。

植烟土壤有机肥碳氮比调节下,供钾水平对烟叶生物量及不同部位烟叶产量影响较大,表现为C2水平,增加钾量提高烟叶产量,而C3降低烟叶产量;相同碳水平处理烟叶钾含量随钾供应呈增加趋势;不同部位烟叶钾含量为C2>C3>C1处理;土壤解钾菌在团棵期-旺长期呈增加趋势,现蕾期-成熟期呈降低趋势;C2水平,K、K处理解钾菌随生育期呈增加趋势,且高于其他处理,而烟叶化学成分符合优质烟叶,中部叶总糖含量在25.39%~25.27%,还原糖22.75%~25.73%,总氮1.67%~1.72%,氮碱比0.79,糖碱比10.78~11.80,烟碱含量2.11%~2.18%,表明有机肥碳氮比优化下,K、K可以有效调控烟叶总氮、总烟碱和蛋白质含量,改善糖碱比,氮碱比趋于合理,提高烟叶钾含量,从而改善烟叶品质;在K(240.0 kg/hm2)、K(480.0 kg/hm2)(K2O)处理一定程度上提高了烟叶致香物质含量,花生饼肥300 kg/hm2与猪厩肥3 750 kg/hm2(C2处理)混合施用使上部叶中致香物质提高幅度最大。由此可见,通过花生饼肥300 kg/hm2与猪厩肥3 750 kg/hm2(中碳C2处理)的碳氮比优化下,施钾量增加对提高烟叶中性致香物质效果最佳,特别对上部叶。

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The Effect of K Application on K Content and Aroma Quality of Leaves of Flue-cured Tobacco under the Optimization of C/N with Organic Fertilizer

ZHANG Shirong1,WANG Jun2,ZHANG Delong1,DING Xiaodong1

(1.College of Resources and Environment,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China;2.Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong,Nanxiong 512400,China)

Abstract:A field experiment was carried out in tobacco,to study the effect of K application on K content and aroma quality of leaves of flue-cured tobacco under the optimization of C/N with organic fertilizer.The results showed that:In the C3 or C1 level,the biomass of central leaf increased along with the increase of K application;The biomass of upper leaf in high K application was higher than that in low potassium;K application had no significant effect on the biomass of central and upper leaf in C3 level,and increased the biomass of leaf in C2 level;In the same C level,the content of K in leaf had the lower trend along with the growth period,and increased with the increase of K application;Under the same K application,C2 and C1 had no significant effect on K content of leaf;At the budding and mature period,compared with C1,in the medium and high K application,C levels increased K content of leaf,and the lower content of K in C3 level.K content of different parts of leaf was C2>C3>C1 level;The number of K bacteria showed an increasing trend from the rosette stage to vigorous growing period and a decreasing trend from bud period to mature period;The number of K bacteria in medium and high K application was higher than that in low K application;In the C2 level,the number of K bacteria in medium and high K application showed an increasing trend with the growth process,and those was significantly higher than other treatment;There was no significant difference in C3 and C1 between medium and high K application,but it was significantly higher than that in low K application;The chemical components of leaves treated with C2 level was higher between medium and high K application,which the total sugar content of the leaves was 25.39%-25.27%,reducing sugar was 22.75%-25.73%, total nitrogen was 1.67%-1.72%, nitrogen base ratio was of 0.79, sugar nicotine ratio was of 10.78-11.80, nicotine content was of 2.11%-2.18%,which showed that the application of K increased the content of total nitrogen,nicotine and protein,improved the ratio of sugar to nicotine,nitrogen base ratio,and increased the potassium content of tobacco leaf;The neutral aroma substances of 28 species in tobacco leaves was found in all treatments,and the total amount of low K application was lower than that of medium and high K application,and the difference was significant between the position of leaves;The upper leaf was lower than that in the middle leaves in the total amount;and the application of medium and high K increased the total amount of aroma substances,and the maximum amplitude in the upper leaves was found with C2 level.It can be seen,under the optimization of medium carbon(C/N ratio),the increased of K application was the best on the effect of neutral aroma substances in tobacco leaves,especially for the upper leaves.

Key words:Organic fertilizer;The ratio of C/N;K application;Chemical compounds;Neutral aroma components

收稿日期:2017-04-09

基金项目:广东省烟草专卖局(公司)科技项目(201303);广东省烟草专卖局(公司)科技项目(201306); 山东省现代农业产业体系烟草创新团队建设项目(栽培与土肥岗位, SDAIT-25-04)

作者简介:张士荣(1980-),女,山东临沂人,讲师,博士,主要从事土壤与植物营养研究。

通讯作者:丁效东(1978-),男,山东寿光人,副教授,博士,主要从事土壤与植物营养研究。

中图分类号:S143

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2017)03-0220-09

doi:10.7668/hbnxb.2017.03.034