烤煙綠肥的研究進展

廖 恒， 況勝劍， 王文華， 張 欽， 張愛華， 崔宏浩， 姚單君

(貴州省土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所， 貴州 貴陽 550006)

烤煙作為我國重要的經(jīng)濟作物之一，在我國南北部均有大面積種植，面積約為150萬hm2，主要集中在云南、貴州、廣西、四川、山東、河南等省(區(qū))?？緹煹漠a(chǎn)量和品質(zhì)直接影響當?shù)刎斦约稗r(nóng)民收入，受區(qū)域經(jīng)濟限制以及其他因素制約，烤煙大面積連作以及化肥的大量施用，使得傳統(tǒng)煙區(qū)土壤退化、烤煙病蟲害加劇、產(chǎn)值下降，嚴重制約烤煙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，修復(fù)植煙土壤肥力、改善土壤生態(tài)環(huán)境、消除連作障礙是打破當前困局的關(guān)鍵和難點。綠肥種植、翻壓是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中長期經(jīng)驗積累形成的一種重要的肥田手段，我國烤煙生產(chǎn)期大多在每年4—9月，利用冬閑茬口種植綠肥，可有效提高土地利用率，改善植煙土壤微生物環(huán)境，在來年烤煙移栽前將綠肥翻壓，還可改良土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤有機質(zhì)含量，富集、活化土壤磷、鉀等養(yǎng)分元素，提高植煙土壤的肥力狀況和煙葉的產(chǎn)質(zhì)量，可在當前我國傳統(tǒng)煙區(qū)土壤肥力改良、消除連作障礙等方面開展應(yīng)用，保障烤煙生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。為綠肥在烤煙生產(chǎn)中的應(yīng)用推廣提供參考，從我國烤煙綠肥的發(fā)展狀況、綠肥對植煙土壤和烤煙的影響等方面對我國烤煙綠肥的相關(guān)研究進行綜述。

1 我國烤煙綠肥的研究

綠肥種類繁多，我國現(xiàn)有綠肥品種約1 000余個，其中以豆科、禾本科、十字花科、菊科4科500多個品種的應(yīng)用最為廣泛[1]。根據(jù)烤煙自身養(yǎng)分供給特點，結(jié)合當?shù)赝寥赖念愋鸵约梆B(yǎng)分條件，合理選擇綠肥十分重要。根據(jù)近年來我國各地烤煙綠肥試驗種類的選擇來看，大多為豆科(光葉苕子、紫云英、紫花苜蓿、黃花苜蓿、草木犀、箭筈豌豆等)、禾本科(黑麥草、冬牧70、小麥、燕麥、高丹草等)和十字花科(肥田蘿卜、芥菜、油菜、蕪菁等)?？緹熅G肥在我國南北植煙區(qū)域均有應(yīng)用，通過輪作、間作、套作、翻壓還田等種植方式進入烤煙生產(chǎn)體系，不同方式對烤煙的影響也各有不同，當前主要以綠肥翻壓還田為主，輪作、間套作等研究相對較少(表1)，主要集中在我國云南、貴州、四川、湖南、重慶、河南、福建、黑龍江等傳統(tǒng)烤煙產(chǎn)區(qū)(表2)，與我國烤煙生產(chǎn)狀況呈現(xiàn)相同的南多北少發(fā)展趨勢，一定程度上也是應(yīng)對當前我國傳統(tǒng)煙區(qū)土地不合理使用、土壤退化、烤煙產(chǎn)質(zhì)量下降等問題的一種方案。大量研究表明，在烤煙生產(chǎn)體系中應(yīng)用綠肥是打破當前烤煙生產(chǎn)瓶頸的一種行之有效的方法。

表2 我國各地植煙區(qū)綠肥還田試驗狀況

2 綠肥對植煙土壤的影響

當前植煙土壤生態(tài)環(huán)境面臨巨大威脅，出現(xiàn)土壤板結(jié)、孔隙度下降、土壤pH下降、土傳病害加劇等問題，嚴重影響土壤養(yǎng)分的供給能力、土壤的緩沖能力和土壤的離子平衡能力，嚴重制約煙草產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。翻壓綠肥有利于改良土壤的理化性質(zhì)，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，增加土壤的孔隙度，進而調(diào)節(jié)土壤的肥力狀況，也為土壤提供一定的有機物料和養(yǎng)分元素，為烤煙創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。

2.1 對植煙土壤微生物以及酶活性的影響

土壤微生物與土壤酶直接參與土壤中的硝化、氧化、固氮等作用，促進土壤有機質(zhì)的分解、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和富集。趙冬雪等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥可提高植煙土壤細菌OTUs、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)、chao1指數(shù)和ACE指數(shù)，同時提高土壤細菌各分類水平豐度，與不翻壓處理相比均超過30%，即綠肥翻壓可增加植煙土壤微生物的多樣性，且烤煙團棵期植煙土壤微生物最為活躍。林葉春等[14]利用貴陽市開陽縣龍崗植煙區(qū)0～20 cm耕作土壤進行盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，燕麥、黑麥草、紫云英和光葉紫花苕4種冬綠肥壓青后，根際土壤中放線菌門的豐富度分別提高49.8%～114.95%，厚壁菌門的豐富度降低20.05%～66.83%，疣微菌門的豐富度減少25.34%～83.49%，說明綠肥壓青對不同門類土壤微生物存在不同的影響。

綠肥對土壤酶活性的相關(guān)研究表明，綠肥壓青有利于促進植煙土壤酶活性，其中土壤脲酶、酸性磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶較CK相比分別提高13.23%～24.05%、13.05%～29.67%、76.10%～236.86%、29.46%～37.45%[18]。李正等[11,19-20]也得出相似的研究結(jié)果。陳曉波等[21]對云南曲靖紅壤植煙區(qū)進行綠肥輪作試驗發(fā)現(xiàn)，綠肥輪作根茬翻壓及豆科作物輪作對提高土壤SEA、SMBC與 SOC質(zhì)量分數(shù)具有顯著的促進作用，其數(shù)值顯著均高于冬閑地，即綠肥輪作也會對植煙土壤酶活性存在一定的促進作用。

2.2 對植煙土壤理化性質(zhì)的影響

土壤理化性質(zhì)直接決定土壤肥力狀況以及烤煙的生長環(huán)境。綠肥翻壓有助于促進植煙土壤養(yǎng)分元素的富集和活化，同時綠肥翻壓后被土壤微生物快速腐解，此過程會釋放大量的綠肥養(yǎng)分，在0～30 d腐解速率最快，30 d時綠肥在土壤中腐解率達54.17%～65.57%[2]。和七紅等[22]研究發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥可顯著提高植煙土壤各項全效、速效養(yǎng)分。曹海蓮[23]研究發(fā)現(xiàn)，豆科綠肥、禾本科綠肥翻壓后，土壤容重分別降低3.42%、11.97%，土壤全氮分別提高2.68%、1.40%，與豆科植物的固氮能力有關(guān)。土壤全磷和全鉀也在一定程度上有所增加，趙炯平[24]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)含量較翻壓前提高0.90～2.03 g/kg,提高比例達3.73%～8.76%，說明翻壓綠肥可提高植煙土壤養(yǎng)分含量、降低容重，改善植煙土壤的理化性質(zhì)，另外，不同種類綠肥對植煙土壤的影響也存在一定差異。

綠肥的不同翻壓量也會對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生一定影響。張少搏[25]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質(zhì)含量隨著黑麥草翻壓量的增加而增加，在75～90 d時達最大值，當翻壓量較大時(>15 t/hm2)，則在60 d時達最大值，較大翻壓量處理與不足量或不翻壓處理相比，土壤容重降低，土壤堿解氮、速效鉀含量隨著翻壓量增加而增加。王修忠等[26]在煙草生長后期(下部葉采烤完畢后)套作高丹草，其中播種量為67.5 kg/hm2時，土壤全氮、堿解氮、速效鉀和有機質(zhì)比對照分別降低6.9%、6.2%、5.2%和6.1%。說明適宜的綠肥翻壓量可顯著提高土壤的養(yǎng)分狀況，在烤煙生長后期套作綠肥可在一定程度降低土壤養(yǎng)分含量，對土壤中后期氮素養(yǎng)分過多而導(dǎo)致煙葉貪青、不落黃，成熟期拖后等問題有一定的緩解作用。

3 綠肥對烤煙的影響

綠肥通過翻壓，間作、套作、輪作等方式進入煙田生態(tài)系統(tǒng)，由于不同綠肥品種的特性各異，以及不同處理方式使烤煙對土壤養(yǎng)分的吸收以及轉(zhuǎn)運也存在一定差異，進而影響烤煙的生長發(fā)育、化學(xué)成分含量及其協(xié)調(diào)性，直接影響烤煙的品質(zhì)和產(chǎn)量，因此通過探究其影響可為烤煙生產(chǎn)提供一定的指導(dǎo)依據(jù)。

3.1 對烤煙農(nóng)藝性狀和生長特性的影響

烤煙的農(nóng)藝性狀一定程度上反映了大田烤煙的生長狀況以及土壤養(yǎng)分的供給能力。王飛[9]研究發(fā)現(xiàn)，綠肥翻壓還田后，可顯著提高烤煙，株高、節(jié)距、葉片大小、葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀指標，翻壓綠肥光葉紫花苕后，烤煙團棵期莖圍、有效葉數(shù)、最大葉面積，較常規(guī)處理提高2.94%、14.94%、52.09%。李河霖等[6,8]也得出相似的研究結(jié)果，即翻壓綠肥有利于烤煙養(yǎng)分的吸收，可促進煙株的生長。此外，豆科綠肥、禾本科綠肥以及十字花科蕓薹屬綠肥翻壓均可提高烤煙葉片的光合特性，與對照處理相比，綠肥施用均可顯著增加烤煙各生育時期的Pn、Tr、Gs以及煙葉葉綠素含量[2,5]，即綠肥翻壓有助于提高各時期烤煙光合性能，促進煙株的生長。

3.2 對煙葉化學(xué)成分的影響

烤煙的化學(xué)成分以及組分間的協(xié)調(diào)性決定了烤煙的品質(zhì)和分級標準，直接影響烤煙的經(jīng)濟效益和工業(yè)加工。大量研究發(fā)現(xiàn)，綠肥翻壓對烤煙化學(xué)品質(zhì)有積極的影響，可促進優(yōu)質(zhì)煙葉的形成。翻壓綠肥光葉苕子后，可降低煙葉煙堿和全氮的含量，其中上部葉分別降低27.18%和10.68%，同時增加煙葉鉀離子含量，符合當前煙草生產(chǎn)所倡導(dǎo)的烤煙上部葉降堿的要求，也有利于上部煙葉糖類物質(zhì)的積累，翻壓綠肥黑麥草可使上部煙葉還原糖含量提高16.67%[9]。綠肥翻壓還可在一定程度上降低烤煙水溶性氯離子含量，說明翻壓綠肥有助于各部位煙葉減氮、降堿、提糖，促使煙葉糖堿比趨向優(yōu)質(zhì)煙葉區(qū)間(糖堿比:8～12)，煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)[13]。還有研究發(fā)現(xiàn)，翻壓黑麥草有利于提高烤后煙葉中的石油醚浸提物含量，且隨著黑麥草翻壓量的增加而增加，當翻壓量達到30 000 kg/hm2時，烤煙上部葉中石油醚浸提物含量達到最大值9.17%；翻壓量為22 500 kg/hm2時，中部葉和下部葉石油醚浸提物含量分別為9.44%和8.68%[10]。說明綠肥翻壓有利于烤煙油分物質(zhì)、芳香類物質(zhì)、揮發(fā)性有機酸的形成。因此，綠肥翻壓促使煙葉減氮、降堿、提糖，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)，同時促進烤煙油分、芳香類物質(zhì)和揮發(fā)性有機酸的積累，對于烤煙的品質(zhì)提升和風(fēng)格塑造都有一定的促進作用。

3.3 對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

烤煙的經(jīng)濟性狀直接影響種植烤煙的收入，大量研究表明，大部分綠肥翻壓有利于烤煙各項經(jīng)濟性狀指標的提升，促進烤煙增產(chǎn)、增收、提質(zhì)。齊耀程等[4]研究發(fā)現(xiàn)，翻壓綠肥紫云英、冬牧70有利于提升烤煙產(chǎn)量、中上等煙比例、產(chǎn)值、均價分別提高3.53%～9.67%、2.17%～4.97%、10.75%～17.59%、6.98%～7.26%，與和七紅等[22]的研究結(jié)果相似。覃勇等[27]在湖南湘西煙區(qū)通過翻壓不同箭筈豌豆量發(fā)現(xiàn)，隨著翻壓量的增加烤煙相關(guān)經(jīng)濟性狀指標呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，在箭筈豌豆翻壓量為15 000 kg/hm2時，各項經(jīng)濟性狀指標表現(xiàn)最佳。說明適宜的綠肥壓青量是促進烤煙產(chǎn)值量提升的重要因素。另外，隨著綠肥翻壓年份逐漸增加，烤煙上等煙比例、均價、產(chǎn)量、產(chǎn)值等指標逐年遞增，說明植煙地長期翻壓綠肥有利于提高烤煙的經(jīng)濟效益[8]。

4 展望

在當前我國提倡減施化肥，創(chuàng)建綠色高效農(nóng)業(yè)的大背景下，針對烤煙生產(chǎn)存在的諸多問題，將綠肥納入烤煙生產(chǎn)體系中，可改善植煙區(qū)土壤肥力狀況、消除連作障礙，提高烤煙品質(zhì)、產(chǎn)量，保障烤煙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。綠肥作為我國傳統(tǒng)的一種培肥地力的重要手段，其綠色生態(tài)、安全可靠，是當前解決烤煙生產(chǎn)瓶頸的一種具有大量研究基礎(chǔ)且綠色高效的應(yīng)對方案，符合我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的需要。目前雖已有大量關(guān)于烤煙綠肥的基礎(chǔ)研究，但是依舊存在一些制約烤煙綠肥發(fā)展的問題。首先，綠肥種質(zhì)資源匱乏。我國各植煙區(qū)氣候條件、環(huán)境條件差異較大，適宜不同植煙區(qū)綠肥品種的篩選以及推廣缺乏相應(yīng)的體系支撐，部分煙區(qū)的綠肥品種選擇面較小，亟待挖掘適宜不同植煙區(qū)的綠肥種質(zhì)資源。其次，管理水平較低，煙農(nóng)在綠肥生產(chǎn)中疏于管理，任其自然生長，使綠肥生產(chǎn)水平也相對較低，大大降低綠肥在烤煙生產(chǎn)中的應(yīng)用及實際效果。第三，缺乏技術(shù)支持。各植煙區(qū)對于適宜當?shù)乜緹熒a(chǎn)的綠肥配套技術(shù)的相關(guān)研究較少，缺乏相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，導(dǎo)致烤煙綠肥的推廣及應(yīng)用受到嚴重限制。綜上所述，對于烤煙綠肥的相關(guān)研究還需進一步深入和優(yōu)化，另外也急需整合各方資源，建立相應(yīng)的生產(chǎn)體系，保障烤煙綠肥的高效、有序發(fā)展，推動烤煙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。