重慶優(yōu)質烤煙關鍵栽培措施與內在品質的調研初探

委亞慶陳益銀張世浩楊超王紅鋒陳海濤江厚龍嚴寧珍習向銀

(1.西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400715；2.中國煙草總公司重慶市公司重慶煙草科學研究所，重慶 400715)

煙草屬于茄科煙草屬，在中國已有近400a的栽培歷史。煙草主要分布在西南、華南、長江流域、黃淮海、東北部的幾個省(區(qū))，在我國國民經(jīng)濟中占據(jù)著十分重要的地位?？緹熓菬煵蓊愋椭蟹浅Ｗ⒅刭|量的一類葉用經(jīng)濟作物，其產(chǎn)量質量共同決定了經(jīng)濟價值高低?？緹煙熑~質量是包括外觀質量、內在化學成分、感官質量和工業(yè)可用性等方面的統(tǒng)一體。影響烤煙產(chǎn)質量主要因素有品種、栽培技術和生態(tài)因子等。影響烤煙生長發(fā)育和煙葉品質的生態(tài)條件有土壤、地理屬性和氣候等[1]。前人研究表明，烤煙質量與田間施肥管理及區(qū)域生態(tài)環(huán)境有密切關系[2]。生態(tài)條件的差異不僅會影響烤煙外部形態(tài)特征和農(nóng)藝性狀，而且還能直接影響煙葉內在的化學成分和質量。在烤煙關鍵栽培措施中，移栽方式和施肥量差異也能顯著影響煙葉質量和產(chǎn)量[3]。優(yōu)質烤煙不僅要具有良好的外觀長勢，還要具有適宜的煙葉化學成分含量。煙葉化學成分是烤煙內在質量的重要表征指標，也是決定煙葉品質的內在因素之一，其直接影響了煙葉品質和卷煙制造過程中的產(chǎn)品風格與成本及其它經(jīng)濟指標。

重慶是我國的烤煙主產(chǎn)區(qū)之一，常年種植面積約有40020hm2?？緹熥鳛橹貞c一種重要的經(jīng)濟作物，為地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作出了顯著貢獻。目前，重慶煙區(qū)向中高海拔轉移，且由于煙葉成熟度差導致煙葉質量低下，亟需對當?shù)貎?yōu)質烤煙種植條件及煙葉成分進行深入調研，從而為重慶煙區(qū)培育高產(chǎn)優(yōu)質煙葉和提高煙農(nóng)收益奠定科學基礎。關于重慶優(yōu)質烤煙研究主要集中于植煙土壤養(yǎng)分[4]或煙葉內在化學成分的評價[5]，對于重慶優(yōu)質烤煙生長發(fā)育所需要的栽培手段等研究報道尚少。本文通過對重慶典型地區(qū)優(yōu)質烤煙與非優(yōu)質烤煙的栽培措施、養(yǎng)分供應與土壤細菌多樣性、農(nóng)藝性狀與化學成分等調查分析，旨為重慶優(yōu)質烤煙生產(chǎn)和煙葉質量提升提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調查地點

調查地點位于中國西南地區(qū)重慶市彭水、武隆、巫山和巫溪(1000～1400m)，該調查區(qū)域屬于亞熱帶氣候，年平均最高和最低溫度分別為17.1℃和8.1℃，平均年降雨量約為1100mm，無霜期約為230d。

1.2 樣品采集

2018年7—8月從重慶煙區(qū)篩選了彭水、武隆、巫山、巫溪4個種植面積較大的區(qū)縣，基于煙農(nóng)多年田間烤煙長勢及經(jīng)濟效益，最終確定了25戶煙農(nóng)48個田塊樣點，包括優(yōu)質烤煙樣點25個，非優(yōu)質烤煙樣點23個。不同煙田樣點選擇原則如下。樣點烤煙品種均為“云煙87”，且每個種植大戶種煙面積3.34hm2以上，種植年限10a以上。在每個農(nóng)戶煙田里挑出具有代表性的優(yōu)質烤煙田塊以及非優(yōu)質烤煙田塊。優(yōu)質烤煙田塊判斷標準：具備以下田間長勢標準。株高120cm左右，有效留葉(打掉底部2～3片不烤、頂部發(fā)育不好的1～2片不采)17片以上，煙株莖圍8.5cm以上，節(jié)距6～6.5cm，株型呈腰鼓型或桶型，煙葉分層落黃且各葉位具有明顯成熟特征，總體上外觀質量較好；該烤煙田塊往年經(jīng)濟效益高于該區(qū)縣平均值。符合優(yōu)質烤煙田塊的烤煙記作優(yōu)質烤煙處理，反之記作非優(yōu)質烤煙處理。優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙必須是生長在統(tǒng)一的生態(tài)環(huán)境中(包括地質地形和氣候因素及土壤因子等)，即同類田塊。

1.3 田間調查與樣品采集

1.3.1 田間調查

通過調查問卷的形式向煙農(nóng)調查每個樣點的施肥情況和移栽方式。在圓頂期對每個樣點進行5株烤煙外觀長勢指標的測量(株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長與葉寬)，然后取平均值。

1.3.2 土壤樣品采集

每個樣點在圓頂期用5點取樣法采集土樣。用土鉆采集0～20cm深度土壤，揀出礫石和植物根系等雜物，混勻過2mm篩，將混合樣品分成2份，1份放在-20℃無菌冰柜中保存，用于測定細菌多樣性，另1份放在自封中風干保存，用于測量土壤養(yǎng)分含量。

1.3.3 烤后煙葉樣品采集

每個樣點在煙葉成熟采烤后進行分級，按照烤煙國家分級標準(GB2635—1992)取C3F、B2F級別煙葉1kg帶回實驗室制備樣品并測量化學成分及計算協(xié)調性。

1.4 測量指標與方法

1.4.1 土壤化學性質的測定

土壤化學指標的測定，按照鮑士旦[6]主編的《土壤農(nóng)化分析》進行。采用電位法測定土壤pH(水土比2.5∶1)，采用堿解擴散法測定堿解氮含量，采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用NH4OAc浸提—火焰光度法測定速效鉀含量，采用半微量凱氏法測定全氮含量，采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定有機質含量。

1.4.2 土壤細菌多樣性的測定

1.4.2.1 DNA抽提和PCR擴增

煙草根際土壤總DNA的抽提使用Magnetic Soil And Stool DNA Kit試劑盒(TIANGEN BIOTECH(BEIJING)CO,LTD)，該試劑盒可快速(60min內可處理1g土壤)可靠地從各種土壤樣本中分離出高質量的基因組DNA。用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取質量后，使用NanoDrop 2000測定DNA濃度和純度；使用515FmodF(5’-GTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3’)和806RmodR(5’-GGACTACNVGGGTWTCTAAT-3’)對16S rRNA基因V4可變區(qū)進行PCR擴增，擴增程序如下：95℃預變性3min，27個循環(huán)(95℃變性30s，55℃退火30s，72℃延伸45s)，然后72℃穩(wěn)定延伸10min，最后在4℃進行保存(PCR儀：ABI GeneAmp? 9700型)。

1.4.2.2 Illumina Miseq測序

使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物，純化后洗脫檢測。根據(jù)Illumina MiSeq平臺(Illumina,San Diego，美國)標準操作規(guī)程構建文庫，利用Illumina公司的Miseq PE 300平臺進行測序(上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司)。Miseq測序得到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過拼接質控后得到優(yōu)化數(shù)據(jù)，區(qū)分樣本后進行OTU(Operational taxonomic unit，操作分類單元)聚類分析和物種分類學分析，以及在各個分類水平上進行群落結構的統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗等一系列深入的統(tǒng)計學和可視化分析。

1.4.3 煙葉化學成分的測定

煙葉化學成分按照行業(yè)標準來測定，采用YC/T 159-2002測定總糖、還原糖含量，采用YC/T 217-2007測定鉀含量，采用YC/T 162-2002測定氯含量，采用YC/T 161-2002測定總氮含量，采用提取脫色法測定煙堿含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0和ArcGIS 10.2進行數(shù)據(jù)處理分析與作圖，不同處理之間的顯著性比較采用LSD法(P<0.05)。

2 結果分析

2.1 烤煙施肥總量及氮肥與鉀肥基追比

表1為重慶優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙的施肥總量及基追比統(tǒng)計分析表。優(yōu)質烤煙處理的土壤中磷肥和鉀肥施用總量顯著低于非優(yōu)質烤煙處理，且分別下降了15.32%和17.73%(P<0.05)。氮肥總量較非優(yōu)質烤煙處理下降了11.13%，但沒有達到顯著水平。對于氮肥和鉀肥在基肥中的比率而言，優(yōu)質烤煙處理比非優(yōu)質烤煙處理分別降低了2.04%和4.10%，同時追肥中氮肥和鉀肥有同等比率增加。因此，為獲得更多優(yōu)質煙葉，重慶“云煙87”應嚴格控制氮磷鉀肥總量，且維持氮磷鉀比例為1∶0.9∶2.5，同時氮肥和鉀肥的基追比下調。

表1 重慶優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙的施肥總量及氮肥與鉀肥基追比

2.2 烤煙移栽密度與起壟方式

移栽方式對烤煙產(chǎn)量和質量有著密切的關系。移栽時深栽能夠增加上中等煙比例和煙葉品質。由表2可知，優(yōu)質烤煙處理與非優(yōu)質烤煙處理相比，壟寬和行距都顯著增加，分別增加了5.90%和2.87%(P<0.05)。這意味著優(yōu)質烤煙具有良好的光照和通風及土壤條件，更有利于煙葉內在物質轉化與生長。而2個處理的壟高和株距雖然有差異但不顯著。

2.3 烤煙農(nóng)藝性狀

烤煙農(nóng)藝性狀與經(jīng)濟產(chǎn)量有著直接關系，也是在田間生產(chǎn)過程中能夠反映烤煙質量的重要指標。由表3可知，與非優(yōu)質烤煙處理相比，優(yōu)質烤煙處理圓頂期的農(nóng)藝性狀都顯著增加，株高、莖圍、節(jié)距和有效葉數(shù)依次分別增加了16.6%、11.9%、10.7%和12.5%(P<0.05)，最大葉長、最大葉寬分別增加了9.14%和12.8%(P<0.05)。從圓頂期農(nóng)藝性狀指標來看，優(yōu)質烤煙處理田間外觀長勢均優(yōu)于非優(yōu)質烤煙處理，這為烤煙成熟落黃和煙葉質量增加提供了重要保障。

表2 重慶優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙的移栽密度與起壟方式

表3 重慶優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙農(nóng)藝性狀比較(圓頂期)

2.4 圓頂期煙田土壤養(yǎng)分供應及細菌多樣性

根據(jù)圖1可知，與非優(yōu)質烤煙處理相比，優(yōu)質烤煙處理圓頂期煙田酸堿度、堿解氮含量和有機質含量顯著降低，分別較非優(yōu)質烤煙處理降低了10.23%、13.66%和11.01%(P<0.05)，而速效磷、速效鉀和全氮差異不明顯。這意味著優(yōu)質烤煙在圓頂期具有較低的酸堿度(5.39±0.66)、堿解氮含量(127.87±27.8mg·kg-1)和有機質含量(28.33±4.48g·kg-1)。

圖1 優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙土壤養(yǎng)分供應(圓頂期)

土壤微生物與土壤養(yǎng)分供應和烤煙根系養(yǎng)分吸收有密切關系，其中細菌是微生物多樣性最為豐富的一類。由表4和圖2可知，與非優(yōu)質烤煙相比，優(yōu)質烤煙處理煙田細菌多樣性更為豐富，并在門、綱、目、科、屬水平上均明顯高于前者，具體表現(xiàn)為增加了1個門、2個綱、1個目、4個科、6個屬和3個種。根據(jù)屬水平進一步結果可知，非優(yōu)質烤煙處理與優(yōu)質烤煙處理煙田共有的屬有773個，而且優(yōu)質烤煙煙田含有21個特有屬，非優(yōu)質烤煙煙田含有15個特有屬，見表4。

圖2 優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙圓頂期土壤細菌多樣性比較(屬)

從圖3可知，對于非優(yōu)質烤煙煙田而言，Proteobacteria變形菌門、Actinobacteria放線菌門、Gemmatimonadetes芽單胞菌門占的比例比較高。對于優(yōu)質烤煙煙田而言，Acidobacteria酸桿菌門、Chloroflexi綠彎菌門、Plnctomycetes浮霉菌門、裝甲菌門Armatimonadetes等細菌的多樣性更為豐富些，其中裝甲菌門Armatimonadetes豐富度達到了顯著差異。

表4 優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙圓頂期土壤細菌多樣性比較

圖3 優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙圓頂期土壤細菌多樣性比較(門)

2.5 烤煙化學成分

一般認為,優(yōu)質烤煙中部葉化學成分的適宜質量分數(shù)范圍為[7]還原糖20%～23%，總糖20%～29%，煙堿2.0%～3.0%，總氮1.4%～2.2%，氯0.3%～0.6%，鉀離子大于或等于2.0%，氮堿比0.7～1.0，糖堿比8.5～13.5，兩糖比大于或等于0.75，鉀氯比大于或等于4。適宜的化學成分含量和協(xié)調的比例往往能較好地反映煙葉質量水平。由圖4可知，與非優(yōu)質烤煙相比，優(yōu)質烤煙C3F的總糖和還原糖分別顯著降低了7.55%和7.79%(P<0.05)。就烤煙中部葉化學成分適宜含量和協(xié)調性而言，優(yōu)質烤煙處理與非優(yōu)質烤煙處理的煙堿、鉀含量、鉀氯比、糖堿比均在適宜范圍內，而氯含量較低，總糖、還原糖較高。

一般認為,優(yōu)質烤煙上部葉化學成分的適宜質量分數(shù)范圍為[7]還原糖16%～21%，總糖20%～25%，煙堿3.0%～3.5%，總氮1.6%～2.8%，氯0.3%～0.6%，鉀離子大于或等于2.0%，氮堿比0.6～0.8，糖堿比6.0～10.0，兩糖比大于或等于0.75，鉀氯比大于或等于4。由圖4還可知，與非優(yōu)質烤煙處理相比，優(yōu)質烤煙處理B2F的總糖、還原糖和糖堿比分別顯著降低了7.55%、7.8%和27.26%，而煙堿含量顯著上升了21.29%(P<0.05)。就烤煙上部葉化學成分適宜含量和協(xié)調性而言，優(yōu)質烤煙處理與非優(yōu)質烤煙處理的鉀氯比、氮堿比都在適宜范圍內，但煙葉鉀含量較低。

綜上，重慶優(yōu)質烤煙的C3F和B2F，其總糖和還原糖含量分別保持在31.72%、25.47%，24.52%、20.20%，且糖堿比保持在12.18和6.74左右。與優(yōu)質煙葉化學成分的適宜含量及協(xié)調性標準相比，重慶優(yōu)質烤煙C3F和B2F的總糖和還原糖比較偏高，鉀含量和氯離子含量較低。

圖4 重慶優(yōu)質烤煙和非優(yōu)質烤煙化學成分比較

3 討論

栽培措施是影響優(yōu)質烤煙的重要因素，如移栽方式和施肥措施[3]。張敏[8]研究表明，壟高40cm的烤煙中部葉總糖和還原糖含量均明顯低于30cm和20cm，農(nóng)藝性狀以30cm壟高表現(xiàn)最好。陳彬等人研究表明[9]，重慶煙葉中上部總糖和還原糖整體偏高?？梢姡瑥埫舻慕Y果為重慶煙葉總糖和還原糖含量降低提供了可能。本研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質烤煙具有較大的壟體寬度(36.10±3.57cm)和行距(117.32±5.34cm)，同時具有較低的總糖和還原糖含量，這與管賽賽等[10]研究結果類似。這主要是因為適宜行距和壟體為烤煙生長創(chuàng)造良好的通風條件和土壤養(yǎng)分供應。施肥是提高烤煙產(chǎn)量和品質的主要措施，也是維持土壤養(yǎng)分平衡的主要手段之一。氮、磷、鉀作為烤煙必需的3大營養(yǎng)元素，其用量和配比不僅影響烤煙對養(yǎng)分的吸收，而且影響其體內的代謝過程，進而影響到烤煙的品質[11]。這在本文結果中也得到證實。

農(nóng)藝性狀和化學成分是煙葉質量形成的重要基礎。因此，農(nóng)藝性狀和化學成分也是表征優(yōu)質烤煙的重要指標。張勝等[12]對永順煙區(qū)石提鎮(zhèn)農(nóng)藝性狀與化學成分的相關性研究發(fā)現(xiàn)，煙葉的株高、最大葉長、最大葉寬與總糖、還原糖呈現(xiàn)負相關關系，這在本研究中得到了驗證。本研究還表明，重慶烤后煙葉化學成分的氯離子含量均較低，這與江厚龍[4]研究結果一致。這主要是因為烤煙生長期間南方降雨比較頻繁而且氯離子容易淋失所致。重慶烤煙的總糖、還原糖都普遍偏高，降低了煙葉內在品質，這與陳彬等人研究結果一致[9]。

微生物是地球最早出現(xiàn)的生命形式，其生命活動促進了土壤發(fā)育，豐富了土壤中的有機物質，維持著土壤生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性。細菌是微生物中的重要類群，其參與了土壤養(yǎng)分轉化和植物生長的過程。細菌多樣性和土壤養(yǎng)分為烤煙產(chǎn)量和質量奠定了重要的物質基礎。本研究顯示，重慶“云煙87”優(yōu)質烤煙圓頂期具有較低的酸堿度、堿解氮含量和有機質含量，這與優(yōu)質煙葉對養(yǎng)分需求相吻合[13]。本研究還發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質烤煙圓頂期土壤的酸桿菌門、綠彎菌門、浮霉菌門、裝甲菌門等細菌的多樣性更豐富，其中裝甲菌門豐富度達到了顯著差異，而非優(yōu)質烤煙處理土壤中變形菌門、放線菌門、芽單胞菌門更豐富。這是因為放線菌門和變形菌門屬于富營養(yǎng)微生物類群，在富營養(yǎng)環(huán)境下生長速率加快，進而相對豐度增加，而酸桿菌門和綠彎菌門屬于寡營養(yǎng)微生物類群，在富營養(yǎng)環(huán)境下生長速率受到抑制，進而相對豐度降低。同時，這也支撐了本研究中非優(yōu)質烤煙植煙土壤的堿解氮和有機質含量顯著高于優(yōu)質烤煙。惠珊[14]研究表明，綠彎菌門與土壤有機質和全氮呈負相關，這在本文中也得到了印證。Nemergut等[15]研究認為，芽單胞菌的相對豐度隨施氮量的增加而增大，這與本文結果相吻合。放線菌與土壤有機質和pH含量呈正相關[16]，這在本文研究中也得到了驗證。

4 結論

在相同的生態(tài)因子和遺傳因子下，重慶“云煙87”優(yōu)質烤煙的化肥平均施用量為N 95.84kg·hm-2、P2O584.53kg·hm-2、K2O239.36kg·hm-2，氮肥的基肥與追肥比例為73.8%∶26.2%，鉀肥的基肥與追肥比為61.68%∶38.32%，且烤煙移栽的平均壟寬為36.10cm，平均行距為117.32cm，其中磷肥和鉀肥總量顯著低于非優(yōu)質烤煙，壟寬和行距顯著高于非優(yōu)質烤煙。

重慶“云煙87”優(yōu)質烤煙在圓頂期具有較低的酸堿度(5.39±0.66)、堿解氮含量(127.87±27.8mg·kg-1)和有機質含量(28.33±4.48g·kg-1)，以及豐富的酸桿菌門、綠彎菌門、浮霉菌門、裝甲菌門，其中裝甲菌門豐富度達到了顯著水平，同時具有良好的外觀長勢(P<0.05)和較低的總糖和還原糖含量(P<0.05)。

重慶煙區(qū)可通過控制化肥氮磷鉀總量和降低氮鉀肥的基追比、適度增加行距和壟寬來提高烤煙外觀長勢，進而改善煙葉內在質量。