不同植煙模式對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量、土壤養(yǎng)分和酶活性的影響

張科,袁 玲*,施 嫻,梁永江

(1西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶400716;2貴州省遵義市煙草公司,遵義563000)

烤煙連作現(xiàn)象十分普遍。由于長(zhǎng)期連作,導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量降低,病蟲(chóng)害嚴(yán)重、土壤養(yǎng)分失調(diào)、微生物種群結(jié)構(gòu)改變、土壤生物化學(xué)反應(yīng)受到抑制等[1-3]。在我國(guó)西南煙區(qū),烤煙連作后煙苗的生長(zhǎng)、產(chǎn)量、產(chǎn)值和煙葉的化學(xué)成分均發(fā)生了較大變化,逐漸失去原有的風(fēng)味[4]。王連君[5]研究表明,黑龍江白漿土連作年限越長(zhǎng),植煙土壤的全氮含量降低,有效養(yǎng)分卻出現(xiàn)積累,養(yǎng)分比例明顯失調(diào)。

貴州是我國(guó)主產(chǎn)煙區(qū),烤煙長(zhǎng)期連作。連作條件下對(duì)烤煙產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分影響的研究較多[6-7],但關(guān)于連作對(duì)煙葉化學(xué)成分和土壤酶的報(bào)道較少。煙葉化學(xué)成分是烤煙品質(zhì)的關(guān)鍵,土壤酶參與土壤中的各種生物化學(xué)反應(yīng),對(duì)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)、轉(zhuǎn)化和吸收極為重要[8]。為此,在黔北遵義縣的黃壤煙區(qū),進(jìn)行了6年的田間試驗(yàn),研究了烤煙連作,烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作三種種植方式對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量,土壤養(yǎng)分和酶活性的影響,旨在探索烤煙連作障礙的發(fā)生機(jī)理,并為減輕烤煙連作障礙尋找有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在貴州省遵義縣中心煙草科技示范園進(jìn)行。供試品種為西南煙區(qū)廣泛種植的K326,供試土壤為貴州煙區(qū)具有代表性的第四紀(jì)黃壤,前作小麥,其土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì) 28.9 g/kg,全氮1.7 g/kg,全磷 0.4 g/kg,全鉀 18.0 g/kg,堿解氮 150.0 mg/kg,有效磷14.7 mg/kg,速效鉀271.8 mg/kg。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理,即:烤煙連作;烤煙-玉米輪作(烤煙-玉米-烤煙);玉米-烤煙-烤煙輪作,3次重復(fù)。小區(qū)面積72 m2,小區(qū)內(nèi)種煙6行,每行21株,行距×窩距為110 cm×60 cm。試驗(yàn)于2002年開(kāi)始2007年結(jié)束,共計(jì)6年2個(gè)輪作周期。

煙苗移栽前基施煙草專用肥(10-10-25)750 kg/hm2,煙苗移栽后第9天和第19天分別追施煙草專用肥(15-0-30)75和150 kg/hm2。栽后40 d左右打腳葉,50%的煙株中心花開(kāi)放后打頂,采用化學(xué)抑芽劑抹杈,七月上旬開(kāi)始采收,共5次,按當(dāng)?shù)毓に嚭婵?。玉米施肥和管理同?dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2 采樣與測(cè)定

分別于移栽前、旺長(zhǎng)期、收獲后在靠近植株根部10 cm處,采集0—20 cm的耕層土壤。土壤全氮、全磷、全鉀、緩效鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和pH按常規(guī)方法[9]。過(guò)氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法測(cè)定,以20 min后每克土消耗的0.1 mol/L高錳酸鉀的毫升數(shù)表示;脲酶用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定,以24 h后每克土壤的NH3-N的毫克數(shù)表示;蔗糖酶用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,以24 h每克土壤的葡萄糖毫克數(shù)表示[10]。

煙葉初烤后,按照國(guó)家42級(jí)烤煙分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[11],分為上等、中等、下等三個(gè)大等級(jí)。其中,上等煙包括 C1F 、C2F 、C3F 、C1L 、C2L 、B1F 、B2F 、B1L、B1R 、H1F 、X1F;中等煙包括 C3L、C4L 、C4F、X2F 、X3F、X1L、X2L、B3F、B4F、B2L、B3L、B2R、B3R、H2F、X2V、C3V 、B2V、B3V 、S1;下等煙包括 B4L、X3L、X4L、X4F、S2、CX1K、CX2K、B1K、B2K、B3K 、GY1、GY2。 分處理 稱重,計(jì)算產(chǎn)量和中上等煙比例。分處理取等級(jí)C2F煙葉,測(cè)定化學(xué)成分,測(cè)定方法為:總氮用過(guò)氧化氫-硫酸消化法;總糖用蒽酮比色法;還原糖用沸水浸提—銅還原—直接滴定法;煙堿用紫外分光光度法[12]。

本論文數(shù)據(jù)為2007年的試驗(yàn)結(jié)果,該年度三個(gè)處理皆種植烤煙。采用Excel和DPS v3.01進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植煙模式對(duì)烤煙產(chǎn)量和中上等煙比例的影響

圖1可見(jiàn),烤煙連作、烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作的產(chǎn)量分別為 1611.2、2134.6和2196.6 kg/hm2,前者顯著低于后兩者;中上等煙比例連作為72.01%,也顯著低于烤煙-玉米輪作(84.45%)和玉米-烤煙-烤煙輪作(86.69%)。

圖1 不同植煙模式對(duì)烤煙產(chǎn)量和中上等煙比例的影響Fig.1 Effects of different tobacco cropping modals on yield and proportion of high and middle class leaf of flue-cured tobacco

2.2 不同植煙模式對(duì)烤煙煙葉化學(xué)成分的影響

連作處理,煙葉總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量最高,烤煙-玉米輪作次之,玉米-烤煙-烤煙輪作最低。相反,連作煙葉中的總糖、還原糖含量、施木克值和糖堿比最低,烤煙-玉米輪作次之,玉米-烤煙-烤煙輪作最高(表1)。

施木克值是可溶性總糖和蛋白質(zhì)含量的比值。卷煙產(chǎn)品中可溶性糖量隨等級(jí)提高而增加,而蛋白質(zhì)量隨等級(jí)提高而減少,因此,施木克值較大,煙質(zhì)較好。糖堿比是可溶性總糖與煙堿含量的比值,用于反應(yīng)煙葉的酸堿協(xié)調(diào)性。一般煙葉的糖堿比在6～10的范圍內(nèi)較佳。表1看出,玉米-烤煙-烤煙輪作的施木克值和糖堿比分別為2.49和7.85,烤煙-玉米輪作為2.09和7.05,烤煙連作為1.73和5.52,輪作處理顯著高于烤煙連作?？梢?jiàn),烤煙連作后,煙葉不僅產(chǎn)量和外觀等級(jí)較低,其化學(xué)品質(zhì)也不好;實(shí)施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作既有益于提高烤煙產(chǎn)量,又能顯著改善烤煙品質(zhì),生產(chǎn)中可以考慮推廣。

表1 不同植煙模式對(duì)烤煙煙葉化學(xué)成分的影響Table 1 Effects of different tobacco cropping models on chemical contents in flue-cured tobacco

2.3 不同植煙模式對(duì)土壤pH和養(yǎng)分的影響

烤煙收獲后,連作土壤pH從5.81降至5.23;而烤煙-玉米和玉米-烤煙-烤煙輪作pH無(wú)顯著變化(表2)。說(shuō)明土壤長(zhǎng)期連作烤煙之后,pH緩沖能力降低?？緹熯m宜生長(zhǎng)的土壤pH范圍在5.5～ 6.5之間[13],經(jīng)過(guò)6年連作,土壤pH已低于適宜范圍。

土壤pH與土壤化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng),以及微生物活動(dòng)密切相關(guān),進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和生物有效性[14]。因此,烤煙連作降低土壤pH緩沖能力,不利于土壤養(yǎng)分供應(yīng)和煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收,從而影響了其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量形成。

表2還看出,無(wú)論是烤煙連作還是輪作,栽前收后土壤有機(jī)質(zhì)和全量養(yǎng)分含量無(wú)顯著差異。但是,無(wú)論是烤煙連作還是輪作,土壤堿解氮含量均出現(xiàn)栽前～旺長(zhǎng)期增加,旺長(zhǎng)期～收獲后降低的趨勢(shì)。兩種輪作處理中,烤煙各生育期土壤有效磷、鉀無(wú)顯著變化,但在烤煙連作處理,有效磷、鉀在生育期后期有所增加,即:有效磷從栽前的13.33 mg/kg增至收后的17.54 mg/kg;速效鉀從栽前的233.09 mg/kg增至收后的285.19 mg/kg。本試驗(yàn)烤煙的施肥量相同,連作烤煙產(chǎn)量顯著低于輪作,因而其吸收磷、鉀的量也少,可能導(dǎo)致土壤有效磷,速效鉀累積,造成土壤養(yǎng)分失衡。

土壤養(yǎng)分失衡是導(dǎo)致連作障礙的重要因素,合理輪作是緩解養(yǎng)分失衡的有效手段。作物不同,吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類和數(shù)量就不同,收獲后土壤中殘留的有效養(yǎng)分也不同?？緹熒L(zhǎng)早期需要大量氮素供應(yīng),打頂后需氮量減少,過(guò)高的氮肥供應(yīng)量會(huì)延長(zhǎng)氮代謝過(guò)程,使?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)期拖長(zhǎng),葉片落黃延遲,煙葉煙堿含量過(guò)高、還原糖及糖堿比低,降低煙葉品質(zhì)[15]。因此,選擇與烤煙的輪作作物應(yīng)是需氮量較多,氮素殘留少,而消耗磷、鉀較少,且與烤煙沒(méi)有同源病害的旱作物。

表2 不同植煙模式對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Effects of different tobacco cropping models on soil nutrients

2.4 不同植煙模式對(duì)土壤酶活性的影響

圖2可見(jiàn),無(wú)論是烤煙連作還是輪作,過(guò)氧化氫酶和脲酶活性都出現(xiàn)栽煙前～旺長(zhǎng)期增強(qiáng),旺長(zhǎng)期～收獲后減弱的趨勢(shì)。其中,收獲后連作土壤過(guò)氧化氫酶活性最高,分別比玉米-烤煙-烤煙輪作和烤煙-玉米輪作高出9.08%、17.42%;但土壤脲酶活性最低,顯著低于兩輪作處理,分別比玉米-烤煙-烤煙輪作和烤煙-玉米輪作下降36.81%、29.04%。在各處理中,土壤蔗糖酶活性從栽煙前到收獲后不斷增強(qiáng),收獲后連作土壤蔗糖酶活性最低,分別比兩種輪作處理低17.89%和8.94%。

圖2 不同植煙模式對(duì)土壤酶活性的影響Fig.2 Effects of different tobacco cropping modals on activities of soil enzymes

連作土壤的過(guò)氧化氫酶活性較高說(shuō)明其土壤中氧化作用較強(qiáng),根際微生物代謝活躍,過(guò)氧化氫分解較快,對(duì)根系的毒害作用較弱,這在一定程度上可以緩解烤煙連作障礙[16]。脲酶是土壤中唯一對(duì)尿素水解起重要作用的酶類,脲酶的酶促反應(yīng)產(chǎn)物氨是烤煙重要的氮素來(lái)源,其活性可表示烤煙土壤中氮素的供給狀況[17]。在烤煙連作的土壤中,脲酶活性降低,說(shuō)明土壤中的氮素轉(zhuǎn)化強(qiáng)度有所變化,改變了土壤對(duì)煙苗氮素的供應(yīng)狀況,可能不利于煙株吸收氮素,影響烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量。蔗糖酶是參與土壤有機(jī)碳循環(huán)的酶,對(duì)增加土壤中易溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用。在烤煙連作的土壤中,蔗糖酶活性較低,表明土壤有機(jī)碳分解與合成可能也發(fā)生了障礙。

土壤酶主要來(lái)自微生物細(xì)胞和動(dòng)植物殘?bào)w,土壤酶的活性與土壤健康及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等有很大的關(guān)系,其活性大小可以敏感地反映出土壤中生化反應(yīng)的方向和強(qiáng)度,是土壤肥力和生產(chǎn)力的重要指標(biāo)[18]。據(jù)報(bào)道,土壤pH與土壤脲酶、蔗糖酶的活性呈顯著正相關(guān)[14];褐潮土長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明,有機(jī)質(zhì)、速效磷鉀等養(yǎng)分的高低與土壤酶活性呈正相關(guān)[19];據(jù)萬(wàn)忠梅、吳景貴[20]研究看出,土壤微生物、根系分泌物和土壤酸堿度等也是酶活性變化的影響因子。在烤煙連作的土壤中,蔗糖酶和脲酶活性下降的原因可能是烤煙根系分泌物積累,改變了微生物的種群結(jié)構(gòu),細(xì)菌減少而真菌增加,從而抑制了它們的活性。此外,烤煙連作使土壤pH的緩沖性降低,也可能進(jìn)一步降低它們的活性,進(jìn)而影響它們參與的生化反應(yīng)[21]。相反,土壤的過(guò)氧化氫酶活性可能受根系分泌物和土壤pH影響較小,其原因有待進(jìn)一步研究。連作作物產(chǎn)生的自毒物質(zhì)也抑制了自身的生長(zhǎng)[22-23]?？梢?jiàn)連作障礙的產(chǎn)生機(jī)理十分復(fù)雜,后續(xù)的研究應(yīng)該從更廣闊的角度,綜合性地探索其發(fā)生機(jī)理,才能為貴州黃壤煙區(qū)緩解連作障礙找到合適的植煙模式。

3 結(jié)論

烤煙連作顯著降低煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì);相反,實(shí)施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作既有益于提高烤煙產(chǎn)量,又能顯著改善烤煙品質(zhì)。

在烤煙連作的土壤中,pH降低,有效磷、速效鉀累積,過(guò)氧化氫酶活性提高,脲酶活性和蔗糖酶活性受到抑制;相反,實(shí)施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作,土壤pH、有效磷、速效鉀變化不大。在烤煙生長(zhǎng)過(guò)程中,土壤酶的變化趨勢(shì)連作與輪作相似。

綜上所述,烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作煙葉的產(chǎn)量、品質(zhì)較好,煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào),也較好地保持了土壤農(nóng)化和酶學(xué)性質(zhì),值得推廣應(yīng)用。

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