微生物菌剂对修文烟区植烟土壤理化性状及烤烟产质量的影响

余佳斌，张晓强，文锦涛，程传策,2*，廖 勇，任春燕

(1.贵州省烟草公司贵阳市公司，贵州 贵阳 550001；2.河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002)

烟草是我国重要的经济作物之一，但由于大量不合理的施肥以及长时间的连作，使土壤生态系统恶化，土壤微生物多样性下降，土壤养分失衡，进而导致烟叶病虫害增加，影响烟叶生长及生理特性，使得烟叶品质变劣、产值下降[1]。

微生物肥料也称菌剂或菌肥，是由有益微生物、有机载体、一定量的无机化肥等组成，有些还含有大量有机物料[2]。目前，微生物肥料所用的有益微生物包括根瘤菌、磷细菌、钾细菌等，其主要作用是固定空气中的氮、活化土壤中的磷和钾等养分，还可拮抗病原菌、减轻病虫害、促进作物生长发育、提高作物抗逆性等[3]。曾庆滨等[4]研究了微生物菌剂对烤烟根际土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响，结果表明，微生物菌剂能显著提升根际土壤脲酶活性和过氧化氢酶活性，分别提高了10.3%和50.3%。陈冲等[5]研究发现，施用微生物菌剂促进了烤烟生长发育，烤烟株高、单株叶数、最大叶面积和茎围等农艺性状指标均有显著提升。弓新国等[6]研究发现，菌剂在苗期和大田期施用均可促进烤烟生长，减少病害发生，烟叶产量、质量分别提高9.2%和13.8%。

关于施用微生物肥料使作物增产的研究较普遍，但研究主要集中在通过微生物肥料的施用来优化土壤结构，但微生物肥料的施用对作物的生理生化效果的影响研究较少。本试验以烟草为研究对象，根据其需肥及生长特性，研究不同微生物肥料对土壤理化性质、微生物种类及数量、土壤养分供应、烟草生长发育和烟叶品质的影响，以期筛选出适合贵州修文烟区的微生物肥料。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验于2016年2—10月在贵州省贵阳市修文县进行，当地气候属亚热带季风湿润区，年平均气温13～16 ℃，平均降水量为1 000～1 250 mm之间，无霜期269 d。试验地土壤为当地代表性土壤，肥力中等，地势平坦，灌排方便。密度以当地推荐密度为准。土壤pH 5.95，有机质31.18 g·kg-1，全氮1.54 g·kg-1，全磷0.93 g·kg-1，全钾13.94 g·kg-1，碱解氮115 mg·kg-1，有效磷24.08 mg·kg-1，速效钾290.80 mg·kg-1。

供试品种为当地主栽品种云烟87。有机肥为河南威宝肥业有限公司生产，其N+P2O5+K2O≥5%，有机质≥45%；生物有机肥为河南金汇农业科技有限公司生产，有机质≥40%，有效活性菌≥0.2亿·g-1；生物菌肥为江苏农乐科生物技有限公司生产，有效活性菌≥0.2亿·g-1，有机质≥40%；益生源健康肥料为南阳市益生源肥业有限公司生产，益生源富含磷、钾、硅、钙、镁、硫、硼、锌、铜、铁、钼、锰、硒等50多种天然中、微量元素及有益元素，有效活菌数2.0～5.0亿·g-1，有机质30%。

1.2 处理设计

以667 m2为施肥单位，试验设5个处理。对照(CK)即按当地常规施肥方式；T1为施200 kg有机肥；T2为施300 kg生物有机肥；T3为施40 kg生物菌肥；T4为施60 kg益生源健康肥。每处理重复3次，共计15个小区，每小区50 m2，共需试验面积750 m2，随机区组排列。

试验地于2016年2月25日育苗，4月20日移栽。在大田起垄时，将各处理不同生物菌剂随窝肥施入烟株根部，667 m2窝肥为55 kg酒糟和35 kg烟草专用复合肥(N 12%,P2O59%,K2O 13%)；在烟苗移栽时，667 m2施用烟草专用复合肥(N 15%,P2O58%,K2O 7%)2.5 kg，对水50 kg，作定根水每株浇肥液0.21～0.25 kg；在烟株移栽20 d时，667 m2施入烟草专用复合肥(N13%,K2O 26%)20 kg。移栽后30、60、90和120 d取根际土壤进行测定；分别取各处理的C3F初烤烟叶样品2 kg，抽除烟梗，40 ℃干燥2 h，粉碎，过0.425 mm孔径筛，烟末装入密闭袋中。

1.3 样品采集与测定

1.3.1 土样采集

采用抖根法[7]，分别于烟株移栽后30、60、90、120 d对每个处理植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，取样时采集耕作层土样1.5 kg，混合均匀后，用四分法取1 kg土样送检。

1.3.2 烟样采集

烟叶分级结束后，以处理为单位留取各小区标记叶，用于内在化学成分分析和感官质量评价。

1.3.3 测定项目与方法

农艺性状调查。各小区选择有代表性的烟株10株烟株挂牌标记，分别于烟株移栽后30、60、90 d对烟株株高、茎围、叶片数、最大叶长宽等农艺性状进行调查。

土壤化学性质指标。烟株移栽后30、60、90、120 d，对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，测定土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质等化学指标；测定方法为土壤碱解氮采用碱解扩散法、土壤速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3法、土壤速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法和土壤有机质采用重铬酸钾容量法[8]。

土壤相关酶指标。烟株移栽后30、60、90、120 d，对植烟根际土壤5 mm范围内进行取样，测定土壤蔗糖酶和土壤脲酶；测定方法为土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸比色法，以葡萄糖mg·g-1、24 h、37 ℃为单位；土壤脲酶活性采用奈氏比色法，以NH4-N mg·g-1、24 h、37 ℃为单位[9]；

中性致香物质。中性致香成分：前处理采用“同时蒸馏-二氯甲烷溶剂萃取”法[10]。在500 mL圆底烧瓶中加入10.000 g烟样(过0.25 mm孔筛)、1.0 g柠檬酸、0.5 mL内标、350 mL蒸馏水。安装同时蒸馏萃取装置，从冷凝管上方加入40 mL二氯甲烷于250 mL烧瓶中，待开始沸腾时进行同时蒸馏萃取。装置中出现分层时开始计时。2.5 h后，收集250 mL烧瓶中的有机相，加入10 g左右无水硫酸钠摇匀至溶液澄清，转移有机相到鸡心瓶，于60 ℃水浴浓缩有机相至1 mL左右，即得烟叶精油。所得样品由GC/MS鉴定结果和NIST11库检索定性。GC/MC分析条件，色谱柱：HP-5(60 m×0.25 mmid×0.25 μmdf)；载气：He；流速：0.8 mL·min-1；近样口温度：250 ℃；传输线温度：280 ℃；离子源温度：177 ℃；升温程序：初温50 ℃，恒温2 min后，以2 ℃· min-1的速度升至120 ℃，5 min后2 ℃· min-1的速度升至240 ℃，保持30 min；分流比1∶15；进样量2 μL；电离能70 eV；质量数范围50～500 amu；采用NIST02谱库检索定性。假定相对校正因子为l，采用内标法定量。

经济性状。以小区为单位单独采收烘烤、分级计产[10]。开烤前调查实收株数，对各小区标记烟株标记下部叶(4～7叶位)、中部叶(9～12叶位)、上部叶(14～17叶位)。烘烤结束后，按小区进行分级，再统计烟叶产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例。

1.4 数据处理

使用DPS 7.05软件，采用Duncan新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异；使用OriginPro 8.5进行相关数据统计分析和制图。

2 结果与分析

2.1 不同生育时期烟草农艺性状

由表1可以看出，在烟草移栽后不同时间中，不同处理对烟草的农艺性状影响也存在一定差异。在移栽后30 d时，不同处理间主要的农艺性状均没有明显差异，说明在生长初期，不同施肥处理之间的作用还未表现出来。但在移栽后60 d时，除茎围稍有差异外，其他指标仍未表现出显著差异。随着烟株生长，在移栽后90 d，不同处理之间出现不同差异，其中T2处理在所有主要的农艺性状上均表现出较高的水平。

表1 不同处理主要生育时期烟草主要农艺性状

注：同列无相同小写字母表示处理间差异显著。

2.2 不同生育时期土壤酶活性动态变化特征

2.2.1 土壤脲酶

土壤脲酶是土壤氮周转的主要酶类，其活性大小可以表征土壤氮素周转情况[11]。图1显示，在烟草的不同生长时期，不同施肥处理的脲酶活性大体呈现先上升后下降的趋势；总体施用菌肥的处理的脲酶活性显著高于对照处理。在移栽后30 d时，施肥处理的脲酶活性均显著高于对照(T1处理除外)，这说明菌肥中的微生物已适应当地的土壤环境，外来添加的微生物活性高于土壤中原著微生物的活性。在移栽后的60 d，则以T3处理的脲酶活性最高，T2处理次之。在移栽后的90和120 d虽然总体上各处理的脲酶活性均有所降低，但仍以施用菌肥的处理显著高于对照处理。所以，施用菌肥能增强土壤脲酶活性。

图1 不同处理土壤的脲酶活性

2.2.2 土壤蔗糖酶

土壤蔗糖酶是土壤含碳有机物的主要转化酶，其活性用来表征土壤中含碳有机物的转化强度[12]。图2显示，土壤蔗糖酶活性总体呈先略有降低后保持大体稳定并上升的趋势。在烟草移栽后30 d时，施用菌肥的处理总体显著高于不施用菌肥的对照，且以T3处理的蔗糖酶活性最高。在烟草移栽后的60和90 d中，土壤蔗糖酶的总体活性水平变化不明显；但施用菌肥的处理仍显著高于对照。在120 d时，总体蔗糖酶活性相对有所升高，整体趋势与90 d时相似。

图2 不同处理土壤的蔗糖酶和脲酶活性

2.3 不同生育期土壤基本化学性质变化特征

2.3.1 土壤碱解氮

碱解氮是土壤速效氮的主要形态，表征土壤的供氮强度，直接影响作物对氮素的吸收利用[13]。从图3可以看出，植烟土壤的碱解氮含量呈现先略有上升后降低的趋势。在烟草移栽后的前中期(30 d、60 d和90 d)，土壤碱解氮变化不太明显，其中60 d和90 d时较30 d时略有升高，但在120 d时，各处理碱解氮水平大幅降低。整体来看，不同施菌肥处理的碱解氮含量均显著高于对照处理。在移栽30 d时，施用菌肥处理中以T2和T3处理的碱解氮含量显著高于其他处理。但在移栽后60 d时，虽然施用菌肥的处理的碱解氮含量仍显著高于对照，但不同菌肥处理间差异不显著。移栽后90 d和120 d时，T2、T4处理碱解氮含量显著高于其他处理，且这3个处理间差异不显著。整体来看，施用菌肥能够显著提高土壤中碱解氮的含量，且以T2和T3处理效果相对较好。

2.3.2 土壤速效磷

图3显示了土壤速效磷在烟草不同生育时期的动态变化。总体上，虽然不同处理间土壤速效磷含量差异显著，但相同处理不同时期变化除对照外不明显。在烟草移栽后30 d时，各施微生物肥料处理的土壤速效磷含量均明显高于对照，但以T3处理的速效磷含量差异显著于对照。但在烟草移栽后60 d和120 d不同处理间虽然有一定差异，但差异不显著。总体而言，施用微生物菌肥的处理在速效磷的解析上有一定作用，但不同种类的菌肥差异较大，以T3处理效果相对较好。

2.3.3 土壤速效钾

图3显示了土壤中速效钾的含量变化趋势。不同处理间虽然含量上有一定差异，但在不同生育时期变化不明显，其变化趋势总体与土壤速效磷相似。不同生育时期中，均以T2、T4处理土壤速效钾含量较高，且处理间差异不显著；说明总体来看这3个处理对土壤钾素的解析效率更高。

图3 不同处理土壤的碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量

2.3.4 土壤有机质

土壤有机质是评价土壤肥力高低的一个主要指标。其含量水平直接指代土壤肥力水平的变化[14]。图3显示，总体上，土壤有机质含量虽然在不同处理间差异显著，但在相同处理的不同生育时期变化不显著，处于一个相对平稳的水平，这和土壤有机质的周转缓慢的特性是一致的。土壤微生物菌肥主要是为土壤提供不同的微生物种群，在土壤有机质的周转方面是起到矿化分解的作用。从整体的土壤有机质含量变化来看，施用菌肥的处理虽然在一定程度上提高了土壤有机质含量，但总体表现不明显。

2.4 烤烟中性致香物质含量

不同处理的中性致香物质含量存在着较大的差异。从表2可以看出，各处理中性致香物质总量表现为T4>T2>T3>CK>T1，T4处理的总含量最高，达到728.64 μg·g-1，比对照高了37.0%；T2、T3和CK处理次之，且处理间差异不明显；T1处理表现较差。

对比不同处理各种中性致香物质的含量可以看出，各处理中性致香物质含量的差异主要表现为类胡萝卜素类物质、类西柏烷类物质以及棕色化产物含量的差异，T3处理这3类物质的含量明显高于其他处理，而这3类物质，尤其是类西柏烷类降解产物茄酮，是烟草的特征香气，在烟叶香气产生的过程中扮演着重要的角色。可见，T3处理所使用的生物菌剂能够明显增加初烤烟叶中性致香物质含量，改善烟叶的抽吸品质。

表2 不同处理烤后烟C3F中性香气组成 μg·g-1

2.5 烤烟经济效益

由表3可以看出，不同处理对烤烟的经济效益的影响，从产量上看呈现T3>T2>T4>T1>CK。不同处理的均价差异不明显，但不同处理的上等烟和上中等烟比例总体呈现施用菌肥的处理高于对照，且T2和T4处理的上等烟比例较高，而T3处理的上中等烟比例较高。T3处理的产值高于其他处理。总体来说，施用菌肥在一定程度上提高了此地区烤烟的各项经济指标，提高了烤烟的产值，以T3处理表现较好。

表3 不同处理烤烟的经济指标

3 小结与讨论

土壤微生物和酶是土壤生物化学特性的重要组成部分，在土壤养分转化循环、有机质分解等方面起着重要作用，是土壤肥力的一个重要指标，常被用于评价土壤质量的生物学特性[15]。不同菌肥施用在烟草前中期对烟草的主要农艺性状影响不明显，在烟草生长的中后期才显出不同的差异，且以T2处理的效果较好。

施用菌肥能够显著土壤中脲酶和蔗糖酶活性，促进土壤含碳有机物的转化，且以T3处理的效果最佳。施用微生物菌剂能显著提高土壤碱解氮、速效磷和速效钾等的含量，对有机质的增加效果不明显。施用菌肥在一定程度上提高了此地区烤烟的各经济指标，提高了烤烟的产值，以T3处理表现较好。

T4处理对烤后烟香气物质总量增加明显，能在很大程度上改善烟叶的吃味。

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