貪青晚熟煙株鮮煙葉生理生化及其根際土壤養(yǎng)分特征分析

徐興陽(yáng)，劉忠華，劉 海，楊樹(shù)明，李 龍，田臨卿，張 敏，陳雅瓊*

(1.云南省煙草公司 昆明市公司，云南 昆明 650051；2.中國(guó)煙草總公司 云南省公司，云南 昆明 650011；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205)

近年來(lái)，在烤煙生產(chǎn)中，部分煙農(nóng)因?qū)ν寥拦┓誓芰Α⑵贩N需肥特性了解不深，或?yàn)樽非螽a(chǎn)量盲目過(guò)量施用氮肥等原因，導(dǎo)致烤煙成熟期煙葉氮素營(yíng)養(yǎng)代謝旺盛，貪青晚熟煙葉發(fā)生率高，煙葉品質(zhì)及工業(yè)可用性降低的情況，帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)損失.如何解決上述問(wèn)題，成為廣大學(xué)者及烤煙生產(chǎn)者的研究熱點(diǎn).

鮮煙葉采收成熟度與初烤煙葉外觀質(zhì)量、評(píng)吸及香氣質(zhì)量密切相關(guān)[1]，徐興陽(yáng)等[2]按正常成熟煙株的鮮煙葉外觀特征將煙葉成熟度劃分為5個(gè)等級(jí).其中，生青煙葉(M1)總N、色素、可溶性蛋白質(zhì)和硝酸還原酶活性較正常落黃煙葉(M3)高，但M1煙葉丙二醛及葉綠素酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶活性低于M3[3].影響煙葉成熟度的因素較多，氣候、土壤、栽培和烤煙品種遺傳等[4]，但在區(qū)域尺度下，土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀等主控肥力因子影響最大[5]，其次是水肥管理及土地利用類型[6].在烤煙生長(zhǎng)過(guò)程中，由于煙株根系分泌物的作用，根際pH值下降，土壤養(yǎng)分富集或有機(jī)物質(zhì)數(shù)量增多，微生物及酶活性變化，從而影響煙株生長(zhǎng)和根系對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收[7,8].根際土壤無(wú)機(jī)N含量顯著影響烤煙成熟度及葉片大小[9,10].當(dāng)前，在生產(chǎn)上采用多留葉和斷根[11]、噴乙烯利[12]、施復(fù)合鉀肥[13]等促進(jìn)貪青晚熟煙葉落黃，但依然難以奏效，田間整體落黃均勻性較差.盡管上述文獻(xiàn)研究了烤煙根際土壤特性、不同素質(zhì)煙葉成熟度的組織結(jié)構(gòu)和生理生化差異，但根際營(yíng)養(yǎng)對(duì)烤煙鮮煙葉生理特性及其關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí).本文從土壤學(xué)和烤煙生理學(xué)的角度，以紅花大金元品種為例，研究了貪青晚熟烤煙根際土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)及主要養(yǎng)分特征，以期通過(guò)預(yù)測(cè)土壤養(yǎng)分供應(yīng)水平評(píng)估煙株的營(yíng)養(yǎng)狀況，為適時(shí)調(diào)整栽培措施提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)域概況

試驗(yàn)于2020年在云南省昆明市宜良縣狗街鎮(zhèn)槽溝(東經(jīng)103°21′，北緯24°8′)進(jìn)行.取樣煙區(qū)面積 21.2 hm2，地勢(shì)較平，海拔 1 693 m，烤煙大田期4～9月平均降雨量 867.4 mm，平均氣溫 20.1 ℃，土壤類型為紅壤，重壤土，前茬大麥.烤煙移栽前在試驗(yàn)區(qū)采集10個(gè)耕作層土樣，其各指標(biāo)均值分別為：pH 5.57(5.1～7.2)，有機(jī)質(zhì) 30.82 g/kg(21.6～36.8 g/kg)， 水解性氮 117.30 mg/kg(90.2～166.9 mg/kg)， 有效磷 34.60 mg/kg(15.3～68.2 mg/kg)，速效鉀273.10 mg/kg(131.5～369.1 mg/kg).

1.2 試驗(yàn)材料及種植

供試烤煙品種為紅花大金元.供試肥料：煙草專用復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=12%∶10%∶24%)、過(guò)磷酸鈣(含P2O516%)和硫酸鉀(含K2O 50%).整個(gè)試驗(yàn)區(qū)采用統(tǒng)一種植方案，采用漂浮育苗，2020年4月20～23日移栽，株行距 0.6 m×1.2 m，栽后覆蓋地膜至煙株團(tuán)棵期揭膜、培土.整個(gè)大田生育期，對(duì)烤煙施純N,P2O5,K2O分別為45.0,90.0,135.0 kg/hm2.肥料全部作基肥一次性中層環(huán)施.其他措施與當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)管理相同.

1.3 田間調(diào)查及確定采集點(diǎn)

于2020年7月18日在研究區(qū)對(duì)“紅花大金元”大田煙株進(jìn)行長(zhǎng)勢(shì)、落黃情況調(diào)查.選擇8組煙株(即，正常落黃煙株和貪青晚熟煙株的地塊各8塊)，每塊地掛牌固定煙株20株，7月23打頂，每株留葉數(shù)均為18片.分別于正常落黃煙株的下二棚葉(2020年8月4日)、腰葉(2020年8月11日)、上二棚葉(2020年8月20日)成熟的3個(gè)生育時(shí)期，分3次同步取樣.各取樣點(diǎn)隨機(jī)選擇10株烤煙(靶標(biāo)煙株)，并測(cè)量其農(nóng)藝性狀.煙株農(nóng)藝性狀按YC/T 142—2010方法[14]測(cè)定，包括株高、莖圍、最大腰葉長(zhǎng)和寬，計(jì)算煙葉的葉面積.

1.4 土壤樣品的采集與測(cè)定

采集靶標(biāo)煙株周?chē)鷻M向5～25 cm、縱向0～20 cm 的耕層土壤充分混勻，風(fēng)干磨細(xì)作為根際土樣；同時(shí)采集周?chē)鷻M向25～30 cm、縱向0～20 cm 的耕層土壤充分混勻，風(fēng)干制成非根際土樣.參照鮑士旦[15]的方法測(cè)定土壤含水量、pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、碳氮比、水解性氮、有效磷、速效鉀含量.

1.5 鮮煙葉樣品的采集與測(cè)定

與上述土樣對(duì)應(yīng)，各樣點(diǎn)每次取5棵煙株的倒4葉(即，從上往下數(shù)第4葉，靠葉片中部的1/3片部分)鮮煙葉進(jìn)行“葉片定位”跟蹤，5點(diǎn)打孔取樣，觀察同一葉位在不同生育期的生理生化指標(biāo)差異.測(cè)定的生理生化指標(biāo)如下：全氮含量采用YC/T 160—2002連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定[16]，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、丙二醛、可溶性蛋白、硝酸還原酶活性采用分光光度法測(cè)定[17]，淀粉酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定[18].其他煙葉正常采烤，各次采收葉片數(shù)基本一致.

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)，使用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行成對(duì)數(shù)據(jù)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 貪青晚熟煙株農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

由表1可知，在3個(gè)采樣時(shí)期，貪青晚熟煙株的莖圍、最大腰葉長(zhǎng)、最大腰葉寬、葉面積均高于對(duì)照，且二者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；貪青晚熟烤煙株高大于對(duì)照，但僅在第2個(gè)采樣時(shí)期差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

表1 貪青晚熟煙株與正常落黃煙株農(nóng)藝性狀比較

2.2 不同處理烤煙根際與非根際土壤特性

由表2可知，貪青晚熟煙株根際土壤水解性氮、有效磷含量顯著高于CK，而土壤速效鉀含量則較CK低，二者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；貪青晚熟煙株根際土壤的水分、pH、有機(jī)質(zhì)和碳氮比略高于CK，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.從非根際土壤特性看，土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量均以貪青晚熟煙株較高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而貪青晚熟煙株非根際土壤的水分、pH值、有機(jī)質(zhì)、碳氮比雖高于CK，但二者差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.上述結(jié)果表明，烤煙貪青晚熟與根際、非根際土壤水解性氮、有效磷含量過(guò)高密切相關(guān).就相同處理烤煙根際與非根際土壤特性比較而言，呈現(xiàn)烤煙根際pH值明顯下降，有機(jī)質(zhì)顯著積累，有效氮、磷、鉀含量增加，積累順序?yàn)椋簑(K)>w(P)>w(N).

2.3 貪青晚熟煙葉生理生化特性

由表3可知，貪青晚熟烤煙煙葉全氮、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量等4項(xiàng)指標(biāo)均高于CK，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而貪青晚熟煙葉丙二醛含量則低于CK，二者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；在可溶性蛋白、淀粉酶、硝酸還原酶等方面，二者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

表2 不同處理烤煙根際與非根際土壤化學(xué)性質(zhì)比較

表3 貪青晚熟鮮煙葉與正常落黃煙葉生理生化指標(biāo)比較

2.4 烤煙根際土壤養(yǎng)分與煙葉生理生化指標(biāo)的回歸分析

由表4可知，烤煙根際土壤養(yǎng)分與煙葉生理生化指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，其中煙葉全氮與土壤碳氮比、水解性氮、有效磷呈顯著或極顯著正相關(guān)；烤煙葉綠素a、葉綠素b含量與土壤有機(jī)質(zhì)、土壤碳氮比顯著正相關(guān)，而與土壤水解性氮、有效磷呈極顯著正相關(guān).煙葉類胡蘿卜素含量與土壤pH、速效鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；煙葉丙二醛與土壤碳氮比、水解性氮、有效磷呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)；可溶性蛋白、硝酸還原酶與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)；淀粉酶與土壤pH呈顯著正相關(guān)，但與速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān).從表5可以看出，建立煙葉生理生化指標(biāo)與根際土壤養(yǎng)分間的8個(gè)回歸方程，經(jīng)F測(cè)驗(yàn)均達(dá)到極顯著水平.

表4 烤煙根際土壤養(yǎng)分與煙葉生理生化指標(biāo)間的相關(guān)性

表5 煙葉生理生化指標(biāo)與烤煙根際土壤養(yǎng)分的回歸分析

3 討論

3.1 烤煙根際與非根際土壤特性差異

本研究表明，貪青晚熟與正常落黃煙株農(nóng)藝性狀差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與以往施氮水平對(duì)烤煙的影響結(jié)果相似，即施肥水平越高，烤煙葉片越肥大，煙株貪青晚熟越突出[19].有關(guān)土壤養(yǎng)分對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響報(bào)道[20]較多.土壤中有效氮含量、有機(jī)氮組分與平衡施肥是影響煙草生育和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的重要因素，供氮做到“少時(shí)富、老來(lái)窮”正是烤煙對(duì)氮素需求的客觀反映；土壤有機(jī)質(zhì)含量適中，富含磷、鉀及微量元素是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙的重要條件.以往關(guān)于植煙土壤養(yǎng)分對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育及煙葉落黃成熟研究主要集中在烤煙移栽前耕層土壤進(jìn)行取樣，然后采取不同的肥料種類、施肥量及施肥措施研究[21-23]，而就貪青晚熟煙田土壤養(yǎng)分僅見(jiàn)崔學(xué)林[24]有報(bào)道.本研究發(fā)現(xiàn)，貪青晚熟煙株根際土壤水解性氮含量顯著高于正常落黃煙株，這與前人[24]認(rèn)為烤煙整個(gè)生育期土壤硝態(tài)氮較高，特別是成熟期土壤氮素含量較高導(dǎo)致煙株貪青晚熟的觀點(diǎn)基本一致.其次，紅花大金元品種的肥料利用率較高[25]，且對(duì)氮肥十分敏感[26]，土壤中氮素過(guò)高不利于煙葉落黃.本研究中，貪青晚熟煙株根際土壤有效磷含量明顯高于正常落黃煙株，這可能是土壤有效磷能提高烤煙根系活力、促進(jìn)其發(fā)育[27]，而發(fā)達(dá)的烤煙根系致使成熟期更容易吸收各種養(yǎng)分，進(jìn)而導(dǎo)致煙葉不能及時(shí)落黃.本研究發(fā)現(xiàn)，貪青晚熟煙田土壤速效鉀含量呈現(xiàn)2種不同的情況，與正常落黃煙株相比，貪青晚熟煙株根際土壤速效鉀含量顯著低，而非根際土壤則顯著高，這可能與土壤速效鉀對(duì)烤煙落黃程度影響較小[10]有一定關(guān)系，但具體影響程度尚需進(jìn)一步研究.本研究中，烤煙根際土壤化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生較大變化，根際pH值明顯下降，有機(jī)質(zhì)及有效氮、磷、鉀含量增加，這可能是由于煙株根系表面離子吸附、根系分泌物和土壤酶活性的影響，致使根際土壤N、P、K的數(shù)量多于非根際土壤.而烤煙根際有效養(yǎng)分積累順序?yàn)椋簑(K)>w(P)>w(N)，這于土壤氮、磷復(fù)雜的形態(tài)轉(zhuǎn)化、根系和微生物的吸收利用，以及土壤非交換性鉀的釋放受到根系分泌質(zhì)子的影響有關(guān)[28].

3.2 貪青晚熟煙葉生理生化特性

以往對(duì)正常落黃烤煙不同成熟度煙葉生理生化研究報(bào)道[2,29，30]較多，但貪青晚熟煙葉生理生化指標(biāo)研究鮮見(jiàn)相關(guān)報(bào)道.本研究表明，貪青晚熟煙葉的全氮、葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均顯著或極顯著高于對(duì)照，有理由推測(cè)，這4種指標(biāo)與成熟度有密切關(guān)系.指標(biāo)含量高則成熟期煙葉不能褪色落黃；而與之相對(duì)的，隨著煙葉成熟度提高，上述4種指標(biāo)含量則不斷減少[2].換言之，貪青晚熟煙葉相當(dāng)于成熟度低的生青煙葉(M1)[2].而貪青晚熟煙葉中丙二醛含量則顯著或極顯著低于對(duì)照，一方面可以推測(cè)，該指標(biāo)代表抗逆性強(qiáng)弱，煙葉丙二醛含量高則煙株抗逆性會(huì)增強(qiáng)[31]，而貪青晚熟的煙株抗逆性則較弱；另一方面，隨著煙葉成熟度提高，煙葉丙二醛含量不斷增加[2].因此，可考慮將全氮、葉綠素a、葉綠素b和丙二醛作為衡量煙葉成熟度的指標(biāo).

4 結(jié)論

成熟期紅花大金元貪青晚熟與其根際土壤水解性氮、有效磷含量及碳氮比過(guò)高，速效鉀含量過(guò)低最為密切相關(guān)，其次是與非根際土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量較高相關(guān).貪青晚熟煙葉在植株表型上呈現(xiàn)莖稈粗壯、葉片寬大的特征；而在鮮煙葉生理生化指標(biāo)方面，則相當(dāng)于成熟度低的生青煙葉(M1)，反映出全氮、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量明顯較高，丙二醛含量較低的特征.同時(shí)，這些生理生化指標(biāo)與根際土壤養(yǎng)分顯著關(guān)聯(lián)，呈現(xiàn)烤煙根際土壤水解性氮、有效磷和碳氮比過(guò)高導(dǎo)致鮮煙葉全氮、色素(葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素)及淀粉酶活性偏高，從而引起烤煙貪青晚熟.綜上所述，烤煙成熟期測(cè)定其煙株根際土壤水解性氮、有效磷、速效鉀及鮮煙葉全氮、葉綠素含量，可預(yù)測(cè)養(yǎng)分供應(yīng)水平，并及時(shí)合理調(diào)整栽培措施(如覆膜或揭膜、增加鉀肥比例、調(diào)節(jié)氮磷肥功能等)是有效提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑.