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生物炭配施土壤改良剂对酸性土壤特性及烤烟品质的影响

花匠小妙招
2024-08-25 09:10

土壤酸化是农业生态系统存在的主要问题。近年来，中国烟区土壤酸化日渐严重，导致土传病害发生以及土壤肥力下降[1]，严重制约优质烟叶生产。土壤改良剂不仅可以有效控制土壤pH，还可以适当提供植物所需养分[2]，已成为修复酸性土壤的重要方法之一。MUHAMMAD等[3]在酸性土壤中施加花生壳生物炭，提高了土壤pH、电导率以及总碳、总氮和可溶解性有机碳含量，进而修复酸性土壤。张晓伟等[4]在云南省昆明市石林彝族自治县酸性红壤土中分别施用碱性有机肥和生物质炭，显著降低了土壤交换性酸总量、土壤交换性氢和交换性铝含量，提高了土壤硅铝率和阳离子交换量，增强酸性土壤调酸效果。另有研究表明：羧甲基纤维素钠作为一种高吸水性聚合物，具有保水缓肥、提高土壤结构稳定性且成本低等优点[5]。曾晓舵等[6]在酸性土壤中施用羧甲基纤维素钠，提高了土壤pH和有效磷养分含量。海藻肥可为作物提供完整的高、中、微量营养元素，有助于植物根系生长发育，还可以提高土壤对水分及养分的保持能力[7]。张广雨等[8]研究发现：生物炭和海藻肥单一或混合施用均可显著提高植烟土壤pH及部分土壤养分含量，并适当提高土壤酸碱度，可作为酸性土壤主产区防控烟草青枯病、提高烤烟产质量的重要策略。甲壳素能刺激种子发芽，促进植物生长，提高作物产质量，且其优异的吸湿保湿性可有效改良土壤团聚结构，减少氮、磷等养分淋溶[9]。FAN等[10]研究表明：甲壳素改良剂为碱性多糖，特别是粗甲壳素，可显著提高酸性土壤pH，是缓解大豆连作引起土壤酸化的有效方法。海藻甲壳素精钾是以甲壳素、海藻植物蛋白酶、黄腐酸钾、维生素等为主要原料配制的多元肥料，具有改良土壤、调酸抑碱、促进植物生长发育等作用。

目前，应用生物炭和土壤改良剂对酸性土壤进行修复的研究较多，但生物炭与以上土壤改良剂配施对土壤的影响研究较少，尤其是对酸性植烟土壤的研究更是鲜有报道。本研究以峡江酸性土壤为基础，对比4种土壤改良剂与生物炭配施对土壤pH、养分、酶活性以及烤烟产质量的影响，以期筛选适合当地土壤改良的材料，进一步提高烟叶质量。

1. 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省吉安市峡江县罗田镇安山村，土壤类型为潮沙泥田。土壤理化性质为：pH值5.24，有机质含量32.34 g/kg，碱解氮含量161.75 mg/kg，速效磷含量79.99 mg/kg，速效钾含量191.74 mg/kg。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为云烟87。

供试肥料包括：烟草专用肥(mN" role="presentation">mN∶mP2O5" role="presentation">mP2O5∶mK2O" role="presentation">mK2O=10∶8∶20，镇江贝思特有机活性肥料有限公司)；烟草专用生物发酵菜籽饼肥(N 4.21%、P2O5 2.16%、K2O 1.66%，湖南省天亮农业技术开发有限公司)；钙镁磷肥(P2O5≥12%，襄阳中农合盛农资营销策划有限公司)；氮钾二元复合肥(K2O≥46.0%、N≥13.5%，澭坊圣兴化工有限公司)；硫酸钾(K2O≥50%，广东米高化工有限公司)。供试生物炭(河南惠农土质保育有限公司)，原料为花生壳，pH 8.33，总碳含量415 g/kg，总氮含量14 g/kg。

供试土壤改良剂包括：羧甲基纤维素钠(郑州市郑氏中原纤维素有限公司)，产品含量≥99%，为白色粉末状天然纤维素；海藻肥(青岛海大生物集团有限公司)，为双藻糖肽—有机水溶肥，其中双海藻多糖≥15%、天然绿藻蛋白肽3%、有机质≥20%，还含有天然中微量元素；甲壳素(济南阿波罗甲壳素肥业有限公司)，氨基酸≥100 g/L，Zn+B≥20 g/L，甲壳素≥5%；海藻甲壳素精钾(山东三星肥业有限公司)，甲壳素20 g/L，黄腐酸170 g/L，钾36 g/L。

1.3 试验设计

试验共设置6个处理：CK为常规施肥；T1为CK+生物炭600 kg/hm2；T2为T1+羧甲基纤维素钠45 kg/hm2；T3为T1+海藻肥45 kg/hm2；T4为T1+甲壳素45 kg/hm2；T5为T1+海藻甲壳素精钾45 kg/hm2。生物炭与基肥混合施用，土壤改良剂移栽后15 d稀释300倍灌根。

试验采用完全随机区组设计，3次重复，株距0.5 m，行距1.2 m，烟田四周均设保护行。于2021年3月4日进行膜上移栽，各处理常规施肥一致：烟草专用肥821 kg/hm2，其中60%作基肥条施，40%追肥；烟草专用生物发酵菜籽饼肥900 kg/hm2，钙镁磷肥375 kg/hm2，全部用作基肥移栽前条施；氮钾二元复合肥225 kg/hm2，分别于2021年3月15日、3月29日、4月14日追肥60、90、75 kg/hm2；硫酸钾225 kg/hm2，分别于2021年3月29日、4月14日追施75、150 kg/hm2。经计算，各处理N用量150 kg/hm2，P2O5用量130 kg/hm2，K2O用量395 kg/hm2，mN" role="presentation">mN∶mP2O5" role="presentation">mP2O5∶mK2O" role="presentation">mK2O=1.0∶0.9∶2.6。田间管理按当地优质烟叶生产技术规范进行。

1.4 测定指标与方法 1.4.1 土壤指标

分别于烟株移栽后45、60、75、90 d，按五点取样法确定样点，采用抖土法采集根际土壤，风干后进行研磨，过孔径0.85 mm筛。土壤pH和养分指标参照文献[11]测定；土壤酶活性参照关松荫等[12]的方法测定。

1.4.2 烟叶指标

分别于移栽后第45、60、75 天，每小区选取5株长势一致的烟株测定农艺性状指标，采用SPAD分析仪(SPAD-502Plus，购自日本柯尼卡美能达公司)测定中部烟叶的SPAD值。各小区选取代表性初烤烟叶中桔三(C3F)等级 2 kg，物理特性参照郭建华等[13]的方法测定；烤烟常规化学成分采用连续流动法[14]测定；中性致香物质先采用水蒸气蒸馏—二氯甲烷溶剂萃取法[15]进行前处理，再用美国安捷仑7890A-5977B气质联用仪测定，于NIST14库检索定性，采用内标法(0.189 5 mg/L乙酸苯乙酯)定量。

1.4.3 烤烟理化指数

中部烟叶物理特性指数(physical properties index，PPI)采用加权指数和法[16]计算：先采用主成分分析法计算得出厚度、含梗率、叶质重、拉力、平衡含水率、填充值和单叶质量的权重分别为15.46%、13.43%、15.87%、10.40%、14.33%、14.74%和15.77%；再采用效果测度模型对烤烟物理特性数据进行0~1数值标准化，进而计算PPI。采用隶属函数加权指数和法[17]计算化学成分可用性指数(chemical components usability index，CUUI)：先采用主成分分析法分别对烟叶总糖、烟碱、氯、还原糖、钾、总氮、糖碱比、氮碱比和钾氯比赋予权重10.48%、12.56%、11.62%、9.81%、10.20%、9.59%、12.84%、11.81%和11.08%；查阅参考文献[18]并结合实践，确定各参评指标的函数类型及拐点，运用模糊数学理论中的隶属函数计算各化学成分指标的隶属度，进而计算CUUI作为化学成分综合评价依据，其值越大，可用性越好。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2021处理数据；采用SPSS 25.0软件分析数据；采用Origin 2022制图。

2. 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH及养分的影响

由表1可知：烤烟移栽后45、75和90 d，各处理组土壤pH值均显著高于CK；移栽后60 d，T2处理的pH值显著高于CK；与CK相比，取样期内T1~T5处理的pH值增幅分别为1.32%~5.41%、4.09%~10.76%、2.13%~9.25%、0.69%~5.79%和1.04%~12.02%。T3~T5处理的有机质含量较CK均显著提高，且在移栽后45、60和75 d较单施生物炭处理(T1)也显著提高。烟株移栽后45、75、90 d，T3~T5处理的碱解氮含量较CK和T1均显著提高；移栽后60 d，T3和T5处理的碱解氮含量显著高于其他处理。各取样期，T3~T5处理的速效磷含量均显著高于CK、T1和T2处理，而T1和T2处理间无显著差异。在各取样期，T5处理的根际土壤速效钾含量均最高，较CK和T1处理分别显著提高28.46%~40.80%和24.07%~36.00%。综合而言，各处理组土壤pH和养分含量较CK均有不同程度提高，其中T5处理效果最优。

表 1 不同处理根际土壤pH及养分含量

Table 1. pH and nutrient contents of rhizosphere soil under different treatments

移栽后时间/d
time after transplanting 处理
treatments pH 有机质/(g·kg−1)
organic matter 碱解氮/(mg·kg−1)
available nitrogen 速效磷/(mg·kg−1)
available phosphorus 速效钾/(mg·kg−1)
available potassium 45 CK 5.30±0.03 d 38.28±0.63 c 168.80±2.15 d 84.70±2.06 c 209.46±2.08 d T1 5.58±0.04 c 38.99±0.03 c 173.66±3.65 cd 90.40±1.74 b 215.32±2.60 d T2 5.87±0.02 a 38.29±1.47 c 176.52±2.19 c 90.54±3.94 b 234.87±4.70 c T3 5.79±0.05 b 42.19±0.83 b 194.18±5.37 a 110.52±1.53 a 242.84±2.00 b T4 5.60±0.04 c 39.73±1.19 b 186.44±3.02 b 108.28±2.23 a 243.66±2.59 b T5 5.93±0.05 a 46.39±0.78 a 193.96±3.45 a 109.30±2.04 a 269.07±3.36 a 60 CK 5.79±0.06 b 37.87±0.86 c 178.56±1.56 d 89.24±2.17 d 195.42±3.84 f T1 5.86±0.04 ab 38.95±0.77 c 184.36±2.58 cd 95.27±3.39 c 219.77±3.88 e T2 6.02±0.11 a 38.63±0.46 c 184.45±3.19 cd 96.65±3.53 c 231.39±2.81 d T3 5.91±0.03 ab 42.25±0.55 b 205.47±5.02 b 111.07±2.90 b 262.15±3.09 c T4 5.83±0.08 b 43.35±0.78 ab 186.05±4.24 c 116.71±1.50 a 243.94±4.89 b T5 5.85±0.12 b 44.44±0.38 a 212.89±4.04 a 112.27±2.26 ab 272.68±1.70 a 75 CK 5.85±0.05 d 37.90±0.80 d 163.58±2.35 d 85.80±1.85 c 194.87±3.27 e T1 6.03±0.03 bc 39.94±1.40 c 169.97±2.66 c 91.66±2.22 b 201.74±4.07 d T2 6.12±0.06 a 39.41±0.72 cd 173.65±2.53 c 90.54±0.77 b 240.57±2.04 c T3 6.08±0.05 ab 43.79±0.74 b 193.95±1.16 a 107.91±2.68 a 250.46±2.75 b T4 5.98±0.03 c 43.17±0.57 b 184.76±3.38 b 106.90±1.29 a 243.89±1.90 c T5 6.06±0.04 abc 45.65±1.03 a 194.49±4.95 a 107.51±2.58 a 274.37±2.76 a 90 CK 6.06±0.06 c 38.45±0.58 d 165.08±2.82 c 81.08±1.54 d 196.39±4.25 f T1 6.19±0.05 b 43.82±0.61 ab 170.02±3.19 c 90.78±3.89 c 206.51±1.91 e T2 6.32±0.05 a 40.80±0.91 c 169.80±6.47 c 91.30±3.35 c 234.07±1.80 d T3 6.22±0.05 ab 45.06±0.47 a 199.10±3.92 a 100.74±1.83 b 241.72±2.22 c T4 6.18±0.06 b 43.33±0.50 b 181.80±2.77 b 107.83±2.44 a 254.46±2.96 b T5 6.23±0.05 ab 45.12±0.99 a 198.78±6.80 a 106.73±1.67 a 269.61±3.57 a 注：CK. 对照，T1. CK+生物炭600 kg/hm2，T2. T1+羧甲基纤维素钠45 kg/hm2，T3. T1+海藻肥45 kg/hm2，T4. T1+甲壳素45 kg/hm2，T5. T1+海藻甲壳素精钾45 kg/hm2；不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)；下同。
Note: CK. control, T1. CK+biochar 600 kg/hm2, T2. T1+sodium carboxymethyl cellulose 45 kg/hm2, T3. T1+seaweed fertilizer 45 kg/hm2, T4. T1+chitin 45 kg/hm2, T5. T1+seaweed chitin refined potassium 45 kg/hm2; different lowercase letters indicate significant differences among treatments (P<0.05); the same as below. 2.2 不同处理对根际土壤酶活性的影响 2.2.1 土壤蔗糖酶

由图1可知：与CK相比，T1~T5处理的根际土壤蔗糖酶活性均显著增强，增幅分别为10.52%~21.18%、12.96%~42.18%、35.22%~48.93%、28.36%~61.72%和38.66%~60.60%。烟株移栽后45、60和75 d，生物炭配施土壤改良剂(T2~T5)处理的蔗糖酶活性显著强于T1处理；移栽后90 d，T2和T1处理间的蔗糖酶活性差异不显著，但T3~T5处理的活性均显著强于T1处理，其中T5处理的活性最高。可见，前期生物炭配施甲壳素处理对提高蔗糖酶活性效果较好，后期配施海藻甲壳素精钾效果较好。

图 1 不同处理的根际土壤蔗糖酶活性

注：CK. 对照，T1. CK+生物炭600 kg/hm2，T2. T1+羧甲基纤维素钠45 kg/hm2，T3. T1+海藻肥45 kg/hm2，T4. T1+甲壳素45 kg/hm2，T5. T1+海藻甲壳素精钾45 kg/hm2；不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)；下同。

Figure 1. Sucrase activity in rhizosphere soil of different treatments

Note: CK. control, T1. CK+biochar 600 kg/hm2, T2. T1+sodium carboxymethyl cellulose 45 kg/hm2, T3. T1+seaweed fertilizer 45 kg/hm2, T4. T1+chitin 45 kg/hm2, T5. T1+seaweed chitin refined potassium 45 kg/hm2; different lowercase letters indicate significant differences among different treatments in the same period (P<0.05); the same as below.

2.2.2 土壤脲酶

由图2可知：在各取样期，T3~T5处理的土壤脲酶活性均显著强于CK和T1处理，其中以T4处理的活性最高，较CK和T1处理的增幅分别为20.57%~31.16%和10.38%~25.61%。此外，烟株移栽后60和90 d，T2处理的根际土壤脲酶活性与T1处理无显著差异。可见，生物炭配施甲壳素对提高脲酶活性的效果最好，配施海藻甲壳素精钾次之。

图 2 不同处理的根际土壤脲酶活性

Figure 2. Urease activity of rhizosphere soil under different treatments

2.3 不同处理对烤烟农艺性状的影响

由表2可知：烟株移栽后45 d，各处理的株高均显著高于CK；移栽后60 d，T3处理的株高显著大于CK；移栽后75 d，T5处理的株高较CK增加4.59%。烟株移栽后45和75 d，T5处理的有效叶片数均最高，较CK分别显著增加10.69%和8.83%。各取样期内，T5处理的最大叶面积均最大，较CK分别增加17.51%、17.71%和7.01%。各取样期内，T4处理的SPAD值均最高，较CK分别显著增加11.75%、6.08%和8.64%。综合而言，T5处理的烟株生长发育较好，说明生物炭配施海藻甲壳素精钾对峡江酸性土壤的改良在一定程度上有利于烟株生长。

表 2 不同处理的烤烟农艺性状

Table 2. Agronomic traits of flue-cured tobacco under different treatments

移栽后时间/d
time after transplanting 处理
treatments 株高/cm
plant height 茎围/cm
stem girth 有效叶片数
number of effective blades 最大叶面积/cm2
maximum leaf area SPAD 45 CK 27.15±0.86 b 7.34±0.16 a 12.53±0.46 b 999.99±37.60 b 29.20±0.61 d T1 29.79±1.71 a 7.69±0.47 a 13.33±0.76 ab 1088.17±79.63 ab 31.00±0.46 c T2 29.77±0.15 a 7.77±0.38 a 13.80±0.20 ab 1088.98±57.83 ab 31.27±0.40 bc T3 31.65±1.62 a 7.77±0.54 a 13.47±0.83 ab 1143.78±67.08 ab 32.23±0.35 a T4 31.13±1.49 a 7.74±0.10 a 13.40±0.72 ab 1084.77±25.95 ab 32.63±0.31 a T5 31.41±1.21 a 7.79±0.58 a 13.87±0.76 a 1175.10±29.08 a 32.10±0.36 ab 60 CK 98.61±2.83 b 9.96±0.46 a 19.67±0.31 b 1335.01±84.27 c 40.00±1.76 b T1 102.11±7.56 ab 10.31±0.27 a 20.00±0.72 ab 1434.75±40.40 bc 40.07±1.47 b T2 104.50±3.72 ab 10.32±0.37 a 20.47±0.64 ab 1418.20±28.94 bc 40.47±0.59 ab T3 107.04±1.47 a 10.23±0.19 a 20.40±0.40 ab 1491.38±15.20 ab 40.80±0.36 ab T4 104.78±3.09 ab 10.39±0.13 a 20.87±0.42 a 1455.99±33.80 b 42.43±0.85 a T5 106.11±4.01 ab 10.48±0.23 a 20.27±0.42 ab 1571.42±68.47 a 42.00±0.62 ab 75 CK 110.07±2.71 a 11.12±0.41 b 14.27±0.50 c 1582.20±18.15 a 40.53±0.38 bc T1 112.61±3.87 a 11.41±0.20 ab 14.73±0.31 bc 1628.42±105.91 a 40.30±0.10 c T2 112.73±1.34 a 11.44±0.19 ab 15.07±0.31 ab 1586.61±32.42 a 40.93±0.42 bc T3 113.91±4.23 a 11.54±0.15 ab 15.13±0.31 ab 1603.97±140.92 a 43.37±1.97 a T4 112.30±5.09 a 11.46±0.31 ab 15.00±0.40 abc 1581.98±127.43 a 44.03±0.83 a T5 114.70±4.75 a 11.63±0.09 a 15.53±0.46 a 1693.14±64.51 a 42.30±0.44 ab 2.4 不同处理对烤烟物理特性的影响

由表3可知：各处理组烤后烟叶厚度均显著大于CK，其中T5处理的烟叶最厚，T4次之，两者较CK分别增加14.55%和11.66%。T3处理的含梗率较CK显著降低3.65%。T3~T5处理的叶质重显著高于CK和T1处理，较CK分别提高5.98%、6.63%和6.45%，较T1处理分别提高3.52%、4.15%和3.97%。各处理组烤烟的拉力均显著高于CK，但配施土壤改良剂处理的拉力并未高于单施生物炭处理(T1)，反而略有降低。各处理组的平衡含水率、填充值和单叶质量均显著高于CK，其中T2处理的平衡含水率最高，较CK高24.09%；T3处理的填充值最高，较CK高38.54%；T4处理的单叶质量最高，较CK高46.45%。可见，生物炭配施土壤改良剂对烟叶含梗率影响不大，而对其他物理特性指标有显著影响。

表 3 不同处理的烤烟物理特性

Table 3. Physical characteristics of flue-cured tobacco under different treatments

处理
treatments 叶片厚度/μm
leaf thickness 含梗率/%
stem ratio 叶质重/(g·m−2)
leaf specific weight 拉力/N
tension strength 平衡含水率/%
equilibrium moisture
content 填充值/(cm3·g−1)
filling value 单叶质量/g
single leaf weight CK 85.79±0.46 d 30.45±0.52 a 59.04±0.93 c 1.80±0.07 c 13.74±0.17 d 3.14±0.15 d 9.30±0.25 c T1 91.25±2.41 bc 30.41±0.37 a 60.45±1.49 bc 2.10±0.02 a 15.74±0.18 c 3.42±0.08 c 11.30±0.18 b T2 90.52±2.59 c 30.42±0.22 a 61.35±0.33 ab 2.08±0.06 a 17.05±0.18 a 3.58±0.08 c 11.41±0.24 b T3 94.69±2.18 ab 29.34±0.49 b 62.57±1.28 a 1.93±0.03 b 16.18±0.51 bc 4.35±0.08 a 13.57±0.26 a T4 95.79±0.46 a 30.08±0.52 ab 62.95±1.31 a 2.07±0.01 a 16.95±0.28 a 4.24±0.12 ab 13.62±0.34 a T5 98.27±1.40 a 29.71±0.47 ab 62.85±0.35 a 2.06±0.03 a 16.70±0.19 ab 4.10±0.14 b 13.60±0.47 a 2.5 不同处理对烤烟化学成分的影响

由表4可知：各处理组的总糖和还原糖含量均显著高于CK，其中T2处理最高，较CK分别高7.53%和8.31%。CK处理的烟碱含量高于优质烟叶(2.2%~2.8%)，生物炭与土壤改良剂配施可显著降低烟碱含量，其中T5处理最低，较CK降低34.78%。各处理的总氮含量均在优质烟叶范围(2.0%~2.5%)内。T2、T3和T5处理的钾含量显著高于CK，分别增加13.08%、11.15%和13.46%，且显著高于单施生物炭的处理(T1)。T1处理的氯含量显著低于CK，但配施改良剂处理的氯含量仍高于T1处理。各处理组的糖碱比、氮碱比和钾氯比均显著高于CK，且T5处理最高，较CK分别提高59.78%、41.27%和28.44%。总体而言，与CK相比，各处理组的烟碱和总氮含量均显著降低，总糖含量、糖碱比、氮碱比和钾氯比显著升高，生物炭和改良剂配施可使烟叶化学成分更协调。

表 4 不同处理的烤烟化学成分

Table 4. Chemical compositions of flue-cured tobacco with different treatments

处理
treatments 总糖/%
total sugar 还原糖/%
reducing
sugar 烟碱/%
nicotine 总氮/%
total nitrogen 钾/%
potassium 氯/%
chloride 糖碱比
ratio of
reducing
sugar
to nicotine 氮碱比
ratio of total
nitrogen
to nicotine 钾氯比
ratio of
potassium
to chloride CK 22.58±0.27 d 19.74±0.32 d 3.68±0.18 a 2.32±0.08 a 2.60±0.07 b 0.60±0.02 a 5.37±0.17 d 0.63±0.01 e 4.29±0.07 c T1 23.30±0.32 c 20.27±0.24 c 2.85±0.08 bc 2.12±0.07 b 2.69±0.09 b 0.49±0.01 d 7.12±0.18 c 0.75±0.01 cd 5.47±0.15 a T2 24.28±0.14 a 21.38±0.23 a 2.97±0.12 b 2.16±0.07 b 2.94±0.12 a 0.59±0.02 ab 7.21±0.22 c 0.73±0.01 d 4.98±0.23 b T3 24.08±0.33 ab 21.00±0.26 ab 2.64±0.12 cd 2.17±0.07 b 2.89±0.04 a 0.57±0.02 b 7.97±0.36 b 0.82±0.04 b 5.08±0.11 b T4 23.57±0.34 bc 20.66±0.15 bc 2.71±0.08 c 2.11±0.04 b 2.70±0.10 b 0.52±0.02 cd 7.62±0.23 bc 0.78±0.03 bc 5.20±0.05 ab T5 23.53±0.31 bc 20.55±0.28 bc 2.40±0.13 d 2.12±0.03 b 2.95±0.12 a 0.54±0.01 c 8.58±0.37 a 0.89±0.04 a 5.51±0.33 a 2.6 不同处理对烤烟理化特性指数的影响

由图3可知：各处理的物理特性指数(PPI)为T5>T3>T4>T1>T2>CK，T1~T5处理的PPI较CK分别显著提高5.05%、4.71%、5.66%、5.14%和6.25%，但配施土壤改良剂处理的PPI与T1处理并无显著差异；各处理的化学可用性指数(CUUI)为T5>T3>T4>T1>T2>CK，T1~T5处理的CUUI较CK分别显著提高23.38%、18.01%、30.57%、27.10%和39.65%，且T3和T5处理的CUUI较T1处理分别显著高5.83%和13.18%。总体而言，生物炭单施或配施土壤改良剂均可显著提高烤烟PPI和CUUI，其中以配施海藻甲壳素精钾处理的理化特性指数最高。

图 3 不同处理烤烟物理特性指数和化学可用性指数

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Figure 3. Physical properties index and chemical components usability index of flue-cured tobacco under different treatments

Note: Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P<0.05).

2.7 不同处理对烤烟中性致香物质的影响

由表5可知：各处理烤烟苯丙氨酸类降解产物总量表现T4>T5>T3>T1>CK>T2，T4处理较CK高148.03%；棕色化反应产物含量表现为T4>T3>T5>T1>CK>T2，T4处理较CK高148.41%；类西柏烷类降解产物含量表现为T3>T4>T1>CK>T5>T2，T3处理较CK高49.68%；类胡萝卜素类致香物质含量表现T5>T3>T1>T4>CK>T2，T5处理较CK高55.74%；新植二烯总量表现为T5>T4>T3>T1>T2>CK， T5处理较CK高55.07%；中性致香物质总量表现为T5>T4>T3>T1>CK>T2，T5处理较CK高56.15%。总体而言，生物炭配施甲壳素有利于烤烟苯丙氨酸类降解产物和棕色化反应产物积累，配施海藻甲壳素精钾有利于类胡萝卜素类和新植二烯致香物质积累。

表 5 不同处理的烤烟中性致香物质含量

Table 5. Contents of neutral aroma substances of flue-cured tobacco under different treatments

μg/g 类型 type 中性致香物质 neutral aroma substance CK T1 T2 T3 T4 T5 苯丙氨酸类
phenylalanine
苯甲醇 benzyl alcohol 1.09 5.29 1.00 5.04 8.00 7.78 苯乙醇 phenylethyl alcohol 0.50 3.31 0.61 3.00 4.32 4.32 苯甲醛 benzaldehyde 0.54 0.69 0.51 0.79 0.71 0.77 苯乙醛 phenylacetaldehyde 5.47 5.29 2.67 5.89 5.82 5.88 小计 subtotal 7.60 14.57 4.78 14.72 18.85 18.75 棕色化反应产物
browning reaction products 糠醛 furfural 6.80 13.78 1.60 14.61 14.30 13.33 糠醇 furfuryl alcohol 0.14 1.42 0.12 1.41 2.02 1.90 2-乙酰基呋喃 2-acetylfuran 0.11 0.29 0.03 0.31 0.56 0.26 5-甲基糠醛 5-methyl furfural 1.04 2.42 0.16 2.40 2.66 2.37 3,4-二甲基-2,5-呋喃二酮
3,4-dimethyl-2,5-furan dione 0.10 0.40 0.06 0.37 0.44 0.41 2-乙酰基吡咯 2-acetylpyrrole 0.00 0.21 0.00 0.22 0.34 0.36 小计 subtotal 8.18 18.52 1.96 19.31 20.32 18.63 类西柏烷类
cembraboids 茄酮 solanone 9.26 10.72 6.12 13.86 11.40 8.44 类胡萝卜素类
carotenoids
6-甲基-5-庚烯基-2-酮
6-methyl-5-heptenyl-2-one 0.22 0.30 0.23 0.39 0.42 0.33 香叶基丙酮 geranyl acetone 1.69 1.79 1.65 2.19 1.73 1.56 二氢猕猴桃内酯 dihydro kiwi lactone 0.49 1.48 0.21 1.49 2.23 2.02 β-大马酮 beta-malaysia ketone 15.15 15.37 9.58 18.00 15.28 15.51 β-二氢大马酮
beta-dihydrogen malaysia ketone 4.81 9.30 2.23 8.96 11.30 11.02 巨豆三烯酮1 monostenylene 1 2.30 2.90 1.37 3.05 2.91 2.99 巨豆三烯酮2 monostenylene 2 8.77 12.28 5.07 12.55 0.00 13.63 巨豆三烯酮3 monostenylene 3 2.38 4.03 0.08 4.00 4.76 4.02 巨豆三烯酮4 monostenylene 4 6.18 11.24 3.73 11.96 12.74 13.88 6-甲基-5-庚烯基-2-醇
6-methyl-5-heptenyl-2-ol 0.15 0.75 0.11 0.80 0.74 0.71 愈创木酚 guaiacol 1.52 1.58 0.99 1.78 1.57 1.51 3-羟基-β-二氢大马酮
3-hydroxy-β-dihydroequatone 1.34 2.23 0.79 2.37 2.32 2.54 藏花醛 crocin 0.48 0.61 0.39 0.59 0.44 0.35 β-环柠檬醛 beta-cyclic citral 0.87 1.05 0.51 1.17 1.08 0.99 氧化异氟尔酮 oxidized isophorone 0.14 0.25 0.09 0.26 0.24 0.23 螺岩兰草酮 loazuron 0.21 0.32 0.14 0.31 0.43 0.60 法尼基丙酮 farnesyl acetone 5.37 7.88 2.47 7.65 8.88 9.24 芳樟醇 linalool 0.26 0.45 0.20 0.42 0.53 0.50 小计 subtotal 52.34 73.80 29.83 77.93 67.61 81.61 叶绿素降解产物
chlorophyll degradation products 新植二烯 neophytadiene 606.68 775.87 634.65 827.24 880.83 940.75 总量 total 684.07 893.49 677.35 953.06 999.01 1068.18 2.8 不同处理对烤烟经济性状的影响

由表6可知：T1~T5处理的产量较CK分别显著高5.43%、5.72%、6.18%、5.95%和8.49%；T5处理的产值和上等烟比例均显著高于CK和其他处理，较CK分别高15.99%和14.32%；T4和T5处理的中上等烟比例较CK分别显著高6.49%和10.36%，其他处理与CK的差异不显著；各处理组的烤烟均价显著高于CK，且以T5处理最高，较CK显著提高6.89%。这表明生物炭配施海藻甲壳素精钾对烤烟经济性状的提升效果最优，可显著增加烟叶产量和产值，提高烟叶等级。

表 6 不同处理的烤烟经济性状

Table 6. Economic characters of flue-cured tobacco under different treatments

处理
treatments产量/(kg·hm−2)
yield产值/(元·hm−2)
output value/(yuan·hm−2)上等烟比例/%
proportion of
superior leaves中上等烟比例/%
proportion of middle and
superior leaves均价(元·kg−1)
average price/(yuan·kg−1) CK2019.30±62.64 b49528.82±941.39 c42.46±0.21 c80.37±0.42 c24.53±0.30 dT12129.02±21.05 a53773.52±292.41 b45.04±0.83 b82.66±1.80 bc25.26±0.22 cT22134.75±58.22 a54839.66±1610.58 b45.86±0.94 b82.98±1.03 bc25.69±0.10 bcT32144.07±16.15 a54806.10±1106.08 b45.22±0.97 b83.48±0.82 bc25.56±0.38 bcT42139.38±19.68 a55336.92±601.62 b46.17±0.73 b85.59±1.43 b25.87±0.05 abT52190.78±9.32 a57450.68±452.25 a48.54±0.34 a88.70±3.30 a26.22±0.28 a

3. 讨论

3.1 土壤改良剂对土壤pH、养分及酶活性的影响

土壤酸化常伴随着肥力低下，施用石灰作为改良酸性土壤的常用方法，其虽可提高土壤pH，但效果短暂，且会导致土壤钾、镁、磷等营养元素的有效性下降[19]，这就需要一种既能长期提高土壤pH，又不会抑制土壤养分有效性的改良措施。在本研究中，除生物炭和甲壳素配施外，无论是单施生物炭或生物炭与其他改良剂配施较对照在各个取样期均提高了土壤pH值，这与前人研究结果[20-21]基本一致。这主要是因为生物炭丰富的含氧官能团有助于增加土壤阳离子交换能力，且生物炭呈碱性，能增强酸性土壤与质子的结合能力，提高土壤pH缓冲能力[22]。羧甲基纤维素钠呈碱性，可改变吸收性盐基成分，增加盐基代换容量，从而调节土壤酸碱度。海藻甲壳素精钾是以海藻肥、甲壳素、矿源黄腐酸钾和微生物为主要原料配制的新型肥料，海藻肥含有可溶态的钾、钙、镁等矿物元素，能增强土壤盐基饱和度，进而提高土壤pH[23]。

土壤中的氮、磷、钾是烤烟生长过程中最重要的营养元素[24]。研究表明：生物炭施入土壤后，能够改善土壤通气和水分条件，增加土壤有机质含量，吸附土壤中氮、磷、钾等元素，减少养分淋溶，提高土壤肥力[25]。此外，除羧甲基纤维素钠外，在施加生物炭的基础上配施其他改良剂对土壤养分的提升效果较单施生物炭更加明显。这主要是由于海藻肥含有丰富的营养物质，可改善土壤微生态，提高肥料利用效率[26]，这与张广雨等[8]的研究结果基本一致。甲壳素含有大量碳、氮元素，分解后可供作物利用，还能促进有机质分解，从而改善土壤肥力[27]。海藻甲壳素精钾除具备海藻肥和甲壳素的效应外，其所包含的黄腐酸钾能够调控土壤与肥料中养分的形态，进而提高养分有效性，降低养分损失[28]。本研究表明：生物炭和海藻甲壳素精钾配施在提高土壤pH的同时并未减弱土壤钾、磷等营养物质的有效性，这也间接表明：生物炭与海藻甲壳素精钾配施对酸性土壤的改良效果优于施加生石灰。土壤酶活性与环境密切相关，是促进养分循环和有机物分解不可或缺的因素[29]。在本研究中，生物炭与甲壳素配施对土壤蔗糖酶和脲酶活性的效果最佳，这与李倩等[30]的研究结果一致。这主要是由于甲壳素改变了土壤中的微生物群落结构，使土壤微生物产生的土壤酶数量和活性增加[31]，而甲壳素对植烟酸性土壤微生物群落丰度的影响还有待进一步探究。

3.2 土壤改良剂对烟株生长及品质的影响

土壤pH对土壤养分的有效性有重要影响[32]。在本研究中，通过施加不同改良剂提高酸性土壤pH，有利于烟株生长发育，提高烤烟株高、有效叶片数和最大叶面积。生物炭和不同改良剂的施入，不仅能提高土壤保肥效果，也能为烟株生长发育提供充足养分，进而促进烟株生长发育、增加叶绿素含量、提高烟叶产质量，这与PAN等[33]的研究结果基本一致。生物炭与甲壳素配施处理的SPAD值在各个取样期均最高，这主要是由于甲壳素可通过植物基因的开启和关闭调节烟株体内相关激素和酶等物质的合成，进而调节植物生理，促进烟叶光合作用，增加叶绿素含量[27]。

土壤改良是提高烟叶质量的重要手段之一。张启明等[34]研究表明：生物炭和有机肥能显著提高烤后烟叶钾含量，促使烤烟化学成分适宜协调，提高烟叶产质量。李亚飞等[35]研究表明：施加甲壳素类改良材料可改善植烟土壤理化性质，使烤烟化学成分适宜并增强其协调性，提高烟叶产量和产值。在本研究中，单施生物炭及配施多种土壤改良剂均可增加烤烟厚度、拉力、填充值、平衡含水率和单叶质量，降低烤烟含梗率，烤烟化学成分适宜性及协调性增强。除生物炭与羧甲基纤维素配施外，其他处理组的中性致香物质含量均增加，有利于保持烟叶香吃味和适宜的劲头。从PPI和CUUI来看，生物炭和海藻甲壳素精钾配施对烤烟物理特性和化学成分的作用效果最佳，较对照分别提高了6.25%和39.65%。从经济性状来看，配施海藻甲壳素精钾处理的烤烟产量、产值、上等烟比例、中上等烟比例和均价均显著提高，这与前人研究结果[36-37]基本一致。这可能是由于海藻甲壳素精钾含有的营养物质更多元、均衡，可避免某一肥料施用量过高或矿质元素缺失的弊端，进而更好地提高烤烟产质量；但其营养物质复杂，对于土壤理化性质和烤烟品质的作用机理还需进一步深入研究。

4. 结论

针对峡江烟区土壤酸化问题，生物炭配施海藻甲壳素精钾可提高植烟土壤pH、养分含量和酶活性，有利于烤烟生长发育及叶绿素合成，改善烤烟物理特性，使化学成分更为适宜协调，中性致香物质有所提升。较其他处理，生物炭和海藻甲壳素精钾配施对峡江酸性土壤改良以及烟叶品质的提升效果最佳。研究结果为峡江酸性土壤改良提供了科学依据。