烤煙-綠肥輪作對(duì)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

趙文軍，薛開政，楊繼周，胡保文，付利波，尹 梅，陳檢鋒，王 偉，王志遠(yuǎn)，王應(yīng)學(xué)，李延潤(rùn)，陳 華

（1紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南玉溪 653100；2云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；3臨滄市煙草公司，云南臨滄 677000）

0 引言

烤煙是國(guó)內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，煙草產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。在煙草生產(chǎn)中，由于長(zhǎng)期過(guò)量和不合理施用化肥，引起了煙田土壤質(zhì)量下降、養(yǎng)分供應(yīng)失調(diào)等各種問(wèn)題[1-4]。隨著種植制度調(diào)整和綠肥農(nóng)業(yè)發(fā)展，以及對(duì)優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的需求，在烤煙種植區(qū)利用冬閑季節(jié)種植綠肥作物，形成了一種高效優(yōu)質(zhì)的輪作形式和可持續(xù)發(fā)展的種植制度[5-6]。種植綠肥已被大量研究證明是一種傳統(tǒng)、有效的培肥增產(chǎn)措施，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段，能有效保障作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，并具有不可替代的生態(tài)價(jià)值[7-9]。利用冬季休閑期種植綠肥能夠改善土壤肥力、減少化肥施用量[10]。綠肥輪作是調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)和提高土壤肥力的有效措施[11]。因此，在植煙土壤中，種植利用綠肥可緩解因大量不合理施用化肥引起的化肥利用率降低、環(huán)境污染加重等問(wèn)題。在煙草品質(zhì)的研究中，多數(shù)關(guān)于施肥量和不同肥料施用對(duì)烤煙產(chǎn)量、農(nóng)藝性狀和品質(zhì)的影響[12-13]，而對(duì)不同輪作體系下的煙草品質(zhì)研究較少。本研究基于田間定位試驗(yàn)，研究烤煙和不同的綠肥作物輪作模式下的烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值和品質(zhì)，及其對(duì)土壤性狀的影響，旨在為云南煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)和提升植煙地區(qū)土壤質(zhì)量、緩減面源污染、減量化肥施用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

不同煙草-綠肥輪作試驗(yàn)開始于2017年，試驗(yàn)設(shè)置云南省在昆明市嵩明縣小街鎮(zhèn)云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基地內(nèi)（25°21′11.21″N，103°6′47.24″E，海拔1910 m）。試驗(yàn)地氣候條件為亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均降雨987.1 mm，年平均氣溫14.2℃。試驗(yàn)地土壤為紅色石灰土，土壤質(zhì)地為粘壤，試驗(yàn)開始前各項(xiàng)理化性狀為：pH 7.1，0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量分別為16.96、1.28、1.70、9.43 g/kg，水解氮、有效磷、速效鉀含量分別為85.42、47.75、273.21 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為烤煙-冬閑(WF)、烤煙-光葉紫花苕子(SV)、烤煙-肥田蘿卜(RD)和烤煙-黑麥草(RG)。綠肥是小春作物，烤煙收獲后播種，第2年煙草移植前20天就地翻壓。烤煙季4個(gè)處理施肥量相同，均為 N 120 kg/hm2、P2O590 kg/hm2和 K2O 405 kg/hm2。試驗(yàn)地小區(qū)面積20 m2，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，根據(jù)當(dāng)?shù)乜緹煼N植習(xí)慣進(jìn)行日常管理。供試作物光葉紫花苕、黑麥草、肥田蘿卜及烤煙‘K326’均由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.3 樣品采集與測(cè)定

2019年烤煙收獲前，在每個(gè)小區(qū)選取3株煙株測(cè)定株高、莖圍、有效葉數(shù)、最大葉長(zhǎng)和葉寬?？緹煶墒旌螅中^(qū)采用掛牌編竿烘烤，烘烤結(jié)束后對(duì)各小區(qū)產(chǎn)量實(shí)測(cè)，并對(duì)各小區(qū)烤后煙葉按煙葉部位和等級(jí)取中部葉(C3F)2 kg進(jìn)行煙葉化學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)為淀粉、氯、鉀、煙堿、還原糖、總糖和總氮。

2019年9月在烤煙收獲后，采用五點(diǎn)取樣法采集各小區(qū)土壤樣品，樣品采集后風(fēng)干磨碎分別過(guò)2 mm和0.149 mm篩，參照《土壤農(nóng)化分析》[14]中的方法進(jìn)行土壤理化性狀測(cè)定。其中，土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定，土壤全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，土壤全磷和全鉀采用高氯酸-硫酸法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定，土壤速效鉀采用pH 7.0醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)各項(xiàng)測(cè)定的煙葉化學(xué)品質(zhì)，進(jìn)一步分析兩糖差、糖堿比、氮堿比和非煙堿氮/總氮等指標(biāo)，計(jì)算如式(1)～(4)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.1軟件進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，方差分析多重比較采用最小顯著差異法(LSD)，在P＜0.05水平下檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同烤煙-綠肥輪作模式對(duì)煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

不同綠肥輪作模式下，煙草產(chǎn)量無(wú)顯著差異，各輪作處理間產(chǎn)量光葉紫花苕最大，其次分別是肥田蘿卜和黑麥草（表1）。不同綠肥輪作顯著提升了煙葉均價(jià)和產(chǎn)值，其中光葉紫花苕、肥田蘿卜和黑麥草輪作處理的煙葉均價(jià)相比冬閑對(duì)照分別提高了15.37%、20.04%和17.72%，產(chǎn)值分別提高了23.6%、24.1%和18.3%（表1）。上等煙比例各輪作處理間無(wú)顯著差異，光葉紫花苕處理增加了中上等煙比例，相比冬閑對(duì)照提高了11.9個(gè)百分比（表1）。

表1 不同烤煙-綠肥輪作模式下的煙葉產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀

2.2 不同烤煙-綠肥輪作模式對(duì)烤煙主要農(nóng)藝性狀的影響

煙草的株高、莖圍、有效葉、最大葉長(zhǎng)和葉寬是表征烤煙生長(zhǎng)情況的重要農(nóng)藝性狀?？緹?肥田蘿卜輪作處理的株高最高，為114.22 cm，其次為烤煙-光葉紫花苕、烤煙-黑麥草和烤煙-冬閑，各處理間無(wú)顯著差異（圖1）。各處理的莖圍為9.11～9.78 cm，處理間無(wú)顯著差異。冬閑、光葉紫花苕、肥田蘿卜和黑麥草輪作處理的平均有效葉個(gè)數(shù)分別為20.9、20.3、21.0和19.6片，處理間無(wú)顯著差異。各處理間最大葉長(zhǎng)和葉寬也無(wú)顯著差異，最大葉長(zhǎng)范圍為60.11～62.44 cm，葉寬在26.56～28.78 cm之間。

圖1 不同烤煙-綠肥輪作模式下的烤煙主要農(nóng)藝性狀

2.3 不同烤煙-綠肥輪作模式下的煙葉化學(xué)品質(zhì)

不同輪作模式下的上部葉煙葉的淀粉含量變化范圍為3.70%～5.70%，其中冬閑處理淀粉含量最大，肥田蘿卜最低（圖2）。各處理的氯含量在0.13%～0.19%之間，均滿足優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)(＜0.8%)；各處理的鉀含量在2.01%～2.21%之間，3種綠肥輪作處理均小幅提高了鉀含量。冬閑、光葉紫花苕、肥田蘿卜和黑麥草輪作處理的煙堿含量分別為2.41%、2.56%、2.62%和2.51%，均達(dá)到了優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)（煙堿含量2.0%～3.0%）。各輪作處理的還原糖和總糖含量均無(wú)差異，分別在20.62%～21.20%之間和29.34%～31.26%之間。總氮含量在2.14%～2.42%之間，處理間無(wú)差異（圖2）。

圖2 不同烤煙-綠肥輪作模式下上部葉的煙葉化學(xué)品質(zhì)

上部葉各項(xiàng)化學(xué)品質(zhì)的結(jié)果表明光葉紫花苕和黑麥草輪作處理小幅降低了兩糖差（表2）。結(jié)果表明光葉紫花苕和黑麥草輪作處理小幅降低了兩糖差（表2）。各處理氮堿比在0.89～0.92之間，處理間無(wú)顯著差異。所有處理的非煙堿氮/總氮為0.80～0.81，均達(dá)到了優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同烤煙-綠肥輪作模式下上部葉的煙葉化學(xué)品質(zhì)分析

表3顯示了烤煙各項(xiàng)化學(xué)品質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。煙葉總糖與還原糖之間極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，還原糖與鉀含量顯著正相關(guān)(P＜0.05)。煙堿含量與大部分化學(xué)品質(zhì)顯著相關(guān)，與氯和總氮含量顯著正相關(guān)，與鉀含量顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)，煙堿含量同時(shí)與糖堿比、氮堿比、非煙堿氮/總氮極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)。氯含量與總氮顯著正相關(guān)，與糖堿比顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)?？偟颗c鉀和糖堿比含量顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)?？傗浐颗c兩糖差極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，與糖堿比(P＜0.01)、氮堿比(P＜0.05)均顯著正相關(guān)。糖堿比、氮堿比和非煙堿氮/總氮之間均極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。

表3 煙葉化學(xué)品質(zhì)間相關(guān)關(guān)系

2.4 不同烤煙-綠肥輪作模式下的土壤化學(xué)性狀

不同輪作處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量在17.03～18.32 g/kg之間，全氮含量在1.15～1.26 g/kg之間，全磷在1.54～1.64 g/kg之間，全鉀在9.01～9.64 g/kg之間，土壤pH 6.79～6.94，處理間均無(wú)顯著差異（圖3）。各處理化肥施用量相同，2年綠肥輪作尚不能明顯改變土壤pH和全量養(yǎng)分。土壤水解氮含量在89.25～97.61 mg/kg之間，黑麥草輪作處理小幅降低了水解氮含量。土壤有效磷含量在32.56～36.16 mg/kg之間，肥田蘿卜小幅增加有效磷含量；土壤速效鉀含量在128.18～152.20 mg/kg之間，處理間無(wú)顯著差異。

圖3 不同烤煙-綠肥輪作模式下的土壤性狀

3 結(jié)論

在云南的烤煙種植模式中，不同綠肥與烤煙輪作顯著提升了煙葉均價(jià)和產(chǎn)值，其中光葉紫花苕和肥田蘿卜輪作處理對(duì)煙葉產(chǎn)值的提升作用最強(qiáng)，相對(duì)冬閑分別提高了23.6%和24.1%，光葉紫花苕處理增加了中上等煙比例。光葉紫花苕和肥田蘿卜輪作處理煙葉的煙堿含量、兩糖差和非煙堿氮/總氮均達(dá)到了優(yōu)質(zhì)煙葉的水平。光葉紫花苕和肥田蘿卜是云南煙區(qū)值得推廣的冬季綠肥品種。

4 討論

煙草干物質(zhì)累積在一定程度上與養(yǎng)分吸收相協(xié)調(diào)才能更好實(shí)現(xiàn)煙草生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的目的。研究表明，煙葉產(chǎn)量隨施氮量的增加逐漸提升，但當(dāng)施氮水平達(dá)到一定程度后，過(guò)量氮肥施用反而會(huì)降低產(chǎn)量，也限制了產(chǎn)值的進(jìn)一步增加[1]。煙草種植中，分次施肥是保證煙草質(zhì)量和提高養(yǎng)分利用率的重要措施[2]。但是在實(shí)踐操作中，部分煙農(nóng)為節(jié)省勞動(dòng)成本，會(huì)將肥料作基肥一次性施入，由于肥料供應(yīng)不均勻，難以滿足煙株后期的正常生長(zhǎng)，也難以保證煙葉品質(zhì)[2]。在煙草種植中引入綠肥輪作，綠肥的生長(zhǎng)過(guò)程和翻壓后的腐解過(guò)程都能為土壤提供大量有機(jī)養(yǎng)分，能夠在煙草季均衡供應(yīng)，并且改善植煙土壤的肥力和性狀。研究表明，綠肥壓青可以提高植煙土壤的有機(jī)質(zhì)、水解氮和速效鉀含量，并可以通過(guò)改變土壤中主要細(xì)菌門的相對(duì)豐度調(diào)節(jié)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)[15]。

種植利用綠肥能夠有效改善土壤質(zhì)量，提高土壤酶活性[16-17]，綠肥品種、綠肥翻壓量及種植模式對(duì)土壤環(huán)境的影響有一定差異。不同綠肥作物，特別是不同科的綠肥作物，其自身生長(zhǎng)特點(diǎn)及植株體特征有很大差異，因此對(duì)土壤性狀的影響也有較大差異[18]。在幾種常見(jiàn)科屬的綠肥品種中，豆科綠肥因具有生物固氮作用，可以為土壤固定大量氮素，對(duì)土壤肥力的提升作用明顯，能夠有效改良土壤結(jié)構(gòu)并具有更強(qiáng)的培育土壤氮庫(kù)的能力[19]。十字花科綠肥因強(qiáng)大的根系，根系與土壤互作產(chǎn)生的根系分泌物會(huì)促使土壤中難溶的磷、鉀轉(zhuǎn)化為作物可吸收利用有效磷和速效鉀，提高土壤磷鉀的有效性[20-22]，禾本科綠肥的特點(diǎn)是生物量更大、生長(zhǎng)迅速，能夠迅速累積大量土壤養(yǎng)分，并在翻壓還田后供后茬主作物利用，尤其適用于土壤養(yǎng)分含量較高、易引起養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)[23]。在云南旱地，光葉紫花苕是一種常見(jiàn)的豆科綠肥，因具有較強(qiáng)的耐旱和耐貧瘠能力，在煙草及農(nóng)作物的輪作中應(yīng)用較多。有研究表明，種植光葉苕子可有效降低土壤容重、改善土壤肥力、增強(qiáng)土壤酶活性，進(jìn)而促進(jìn)主作物對(duì)土壤養(yǎng)分的利用，增強(qiáng)土壤供氮能力[24-25]，可以為農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。本研究中冬種綠肥對(duì)植煙土壤養(yǎng)分的影響尚未顯現(xiàn)，可能是綠肥利用年限較短，綠肥的培肥作用尚無(wú)法充分顯現(xiàn)。

利用煙田的冬閑季節(jié)種植綠肥，并在植煙前將綠肥翻壓入土，是一種提高煙葉品質(zhì)同時(shí)改良土壤的有效措施[26]。大量研究表明，種植利用綠肥會(huì)對(duì)烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生較大影響[27-28]，利用綠肥可以改善烤煙最大葉長(zhǎng)、葉寬和有效葉等農(nóng)藝性狀，能夠有效促進(jìn)煙葉生長(zhǎng)，提高煙葉產(chǎn)量[29-30]，與本研究結(jié)果相似。不同綠肥品種配施減量化肥能夠提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)，并改善植煙土壤的養(yǎng)分性狀[6]。煙葉含量與土壤有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量有極顯著相關(guān)關(guān)系，綠肥翻壓后烤煙的化學(xué)成分與土壤物理特性有良好的相關(guān)性[6]。種植翻壓綠肥有改善煙葉品質(zhì)的作用，特別對(duì)降低中、上部葉片煙堿和氯含量，提高鉀含量有明顯效果，但不同綠肥品種對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響有較大差異，光葉紫花苕能使煙葉化學(xué)性質(zhì)更協(xié)調(diào)[31]。種植利用苜蓿能夠提高上部煙葉中煙堿含量，但降低煙葉中總糖和還原糖含量，而黑麥草可降低煙葉中煙堿含量且總糖和還原糖含量適中[32]。本研究中種植利用光葉紫花苕和肥田蘿卜能夠提高烤煙的均價(jià)和產(chǎn)值，并能使煙葉的化學(xué)品質(zhì)更加協(xié)調(diào)，多項(xiàng)化學(xué)品質(zhì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)煙葉的標(biāo)準(zhǔn)，是云南煙區(qū)值得推廣的冬季綠肥品種。

在國(guó)內(nèi)煙草生產(chǎn)中，長(zhǎng)期過(guò)量施用化肥導(dǎo)致煙田土壤質(zhì)量下降、養(yǎng)分供應(yīng)失調(diào)，但是土壤改良是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，冬種綠肥并翻壓還田是一種維持土壤質(zhì)量的重要方式，解決旱地?zé)焻^(qū)有機(jī)肥源缺乏問(wèn)題的重要措施，但是需要長(zhǎng)期種植利用綠肥才能達(dá)到對(duì)土壤質(zhì)量和煙葉品質(zhì)同步提升的優(yōu)良效果。在本研究中，由于綠肥種植年限較短，種植不同品種綠肥提高了烤煙產(chǎn)值，但是對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀和化學(xué)品質(zhì)的影響較小，對(duì)植煙土壤養(yǎng)分狀態(tài)的改善也尚未顯現(xiàn)。因此，必須連續(xù)種植翻壓綠肥才能使土壤質(zhì)量和煙葉品質(zhì)有效提升，實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。下一步將針對(duì)不同綠肥品種對(duì)煙草產(chǎn)量和品質(zhì)影響的機(jī)制進(jìn)行深入探討，并進(jìn)一步明確在云南煙區(qū)最適宜的綠肥品種。