煙稈還田對煙草生長、產(chǎn)量、質(zhì)量及病毒病發(fā)生的影響

閆 寧,郭東鋒,姚忠達(dá),竇玉青,張忠鋒,劉新民*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所,山東 青島 266101;2.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心,安徽 合肥 230088)

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煙稈還田對煙草生長、產(chǎn)量、質(zhì)量及病毒病發(fā)生的影響

閆 寧1,郭東鋒2,姚忠達(dá)2,竇玉青1,張忠鋒1,劉新民1*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 煙草研究所,山東 青島 266101;2.安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心,安徽 合肥 230088)

摘要：通過田間試驗研究了煙稈還田對煙草生長、產(chǎn)量、質(zhì)量及病毒病發(fā)生的影響。結(jié)果表明:與對照相比，煙草秸稈還田略微提高了煙草病毒病的發(fā)病率和病情指數(shù)，略微降低了煙草株高、莖圍、節(jié)距、葉數(shù)、葉長、葉寬、根鮮重、莖鮮重、葉鮮重、整株鮮重以及烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例、上中等煙比例和感官評吸質(zhì)量,略微降低了葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)、光飽和點(LSP)、表觀量子產(chǎn)量(AQY)、Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax),但略微提高了煙草葉片的胞間CO2濃度(Ci)和光補償點(LCP)。因此,煙草秸稈直接還田并不是一種恰當(dāng)?shù)姆绞?煙草秸稈必須經(jīng)過充分腐熟后再施入到煙田中。

關(guān)鍵詞：煙草；煙草秸稈還田;生長特性;光合作用;產(chǎn)量；質(zhì)量

煙草秸稈中含有大量的有機碳、纖維素、氨基酸以及豐富的P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Na和Zn等礦質(zhì)元素[1]。煙草秸稈腐熟后作為肥料施入煙田土壤中,可以增加土壤磷酸酶和脲酶的活性,促進(jìn)土壤中磷和氮的轉(zhuǎn)化和吸收;增加土壤細(xì)菌、放線菌、硝化細(xì)菌和氨化細(xì)菌的數(shù)量,改善土壤生物特性[2]。將腐熟小麥秸稈施入植煙土壤后,可以明顯提高土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、纖維素酶的活性及有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量[3]。在烤煙發(fā)育成熟期,施用腐熟秸稈肥對中部葉中的還原糖、總糖和淀粉含量影響顯著,并可促進(jìn)成熟期煙葉碳代謝的進(jìn)行,進(jìn)而提高煙葉品質(zhì)[4]。值得注意的是,煙草秸稈中含有大量的病原菌,尤其是引起煙草花葉病的病毒,張方[5]研究發(fā)現(xiàn)煙草秸稈中主要存在煙草普通花葉病毒(TMV)、黃瓜花葉病毒(CMV)、馬鈴薯X病毒(PVX)和馬鈴薯Y病毒(PVY)等病毒,且煙草秸稈直接還田會提高土壤中的煙草病毒含量[6-7]。煙草感染病毒后,其葉片葉綠素受破壞，光合作用減弱，葉片生長被抑制,葉小、畸形，株高降低,進(jìn)而煙葉品質(zhì)下降[8]。陳爽等[9]研究表明,在TMV脅迫下煙草葉片PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、PSII有效光化學(xué)量子產(chǎn)量(ΦPSII)和電子傳遞速率(ETR)等參數(shù)均下降,且隨著TMV脅迫程度加重這些參數(shù)均呈逐漸下降趨勢。

迄今,煙草秸稈直接還田后煙草病毒病發(fā)生，煙株生長和光合作用，以及烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、感官評吸質(zhì)量的變化規(guī)律尚不清楚。鑒于此,本試驗比較了不同量煙草秸稈直接還田處理對煙草生長、產(chǎn)量、質(zhì)量及病毒病發(fā)生的影響，以期為確立恰當(dāng)?shù)臒煵萁斩掃€田方式提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地點基本情況

試驗地點選擇在安徽省宣城市宣州區(qū)黃渡鄉(xiāng)的安徽中煙黃山焦甜香皖南科技示范園內(nèi),位于北緯30°47′、東經(jīng)118°50′,海拔高度55 m。試驗地點的土壤為砂壤土,土壤pH值5.76,有機質(zhì)含量27.14 g/kg,全氮含量1.41 g/kg,全磷含量0.50 g/kg,全鉀含量7.53 g/kg,堿解氮含量110.98 mg/kg,有效磷含量26.61 mg/kg,速效鉀含量105.58 mg/kg。

1.2試驗材料與試驗設(shè)計

供試的烤煙品種為云煙97。試驗共設(shè)3個處理,即煙草秸稈未還田(CK)、1倍煙草秸稈還田(TSR1)和2倍煙草秸稈還田(TSR2)；其中處理TSR1的煙草秸稈還田量為18000株/hm2,處理TSR2的煙草秸稈還田量為36000株/hm2。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,每個處理3次重復(fù),小區(qū)面積450 m2,每個小區(qū)9行,行距120 cm,株距50 cm?？緹煵墒蘸?灌水泡田,利用翻耕機將煙草秸稈直接打入水田中,隨即播種水稻,水稻收獲后暫不種植其它作物;第2年3月10日前完成煙田起壟覆膜工作,3月15日進(jìn)行煙苗移栽。

1.3煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)調(diào)查

參照《GB/T 23222─2008 煙草病蟲害分級及調(diào)查方法》[10],調(diào)查并計算各處理煙草病毒病的發(fā)病率和病情指數(shù)。其中,發(fā)病率(%)=(發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100；病情指數(shù)=[∑(各級病株或葉數(shù)×該病級值)/(調(diào)查總株數(shù)或葉數(shù)×最高級值)]×100。

1.4農(nóng)藝性狀、煙株干重調(diào)查與產(chǎn)量產(chǎn)值測定

在5月20日,分別選擇對照和各處理的代表性植株10株,調(diào)查記載其株高、葉數(shù)、莖圍、節(jié)距以及上部葉、中部葉和下部葉的葉長與葉寬等農(nóng)藝性狀,具體方法參照《YC/T 142─2010 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》[11]。在5月16日,挖取對照和處理植株各5株,洗凈煙株上的泥土等雜物,將其分為根、莖和葉3部分,用天平稱取根、莖、葉的鮮重,并計算整個煙株的鮮重。在煙葉成熟后,各處理單獨綁竿，單獨烘烤、存放,烤后統(tǒng)計各處理等級煙葉的比例、重量;計算各處理煙葉的單位面積產(chǎn)量、單位面積產(chǎn)值、均價、上等煙比例和上中等煙比例。

1.5光合氣體交換測定

用便攜式光合儀LI-6400XT(LI-COR, Lincoln, USA)在25 ℃、1200 μmol/(m2·s)人工光源、45%相對濕度和350 mg/L CO2濃度下測定各處理植株上部葉、中部葉和下部葉的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)等參數(shù)。測定時間段為晴天上午9:00～11:00。光合儀葉室在24～26 ℃條件下平衡至少15 min,以在測量前達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[12]。

測定各處理植株中部葉在0～2000 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)的Pn。光反應(yīng)曲線(Pn-PPFD)是通過以下公式進(jìn)行擬合的: Pn=Pmax[1-ek(Qc-Q)],其中Pmax是光飽和的凈光合速率,Qc是光補償點(LCP),k是調(diào)整常數(shù)。利用光量子通量密度(PPFD)中低于300 μmol/(m2·s)的值經(jīng)線性回歸從dPn/dPPFD的初始斜率中計算得到表觀量子產(chǎn)量(AQY)；Pn達(dá)到Pmax時的PPFD作為光飽和點(LSP)[13]。

測定各處理植株中部葉CO2濃度0～1200 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)的Pn。CO2反應(yīng)曲線是按照以下公式進(jìn)行擬合的: Pn=Pmax[1-e-bCi]+R,其中Pmax是光飽和的凈光合速率(Pn),b是調(diào)整系數(shù),Ci是胞間CO2濃度,R是呼吸速率。Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP最大再生速率(Jmax)是通過Pn-Ci曲線彎曲處的上方和下方的最大似然回歸擬合進(jìn)行估算的[14]。

1.6常規(guī)化學(xué)成分測定和感官質(zhì)量評價

每個處理選取C3F等級煙葉2.0 kg。由農(nóng)業(yè)部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心按照相關(guān)煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YC/T 159─2002、YC/T 160─2002、YC/T 161─2002、YC/T 162─2002和YC/T 173─2002)測定常規(guī)化學(xué)成分,按照YC/T 138─1998《煙草及煙草制品感官評價方法》進(jìn)行感官質(zhì)量評價。

1.7統(tǒng)計分析

用Excel整理試驗結(jié)果,對所有數(shù)據(jù)在0.05水平下進(jìn)行Tukey多重比較。試驗中所有的分析在SPSS 18.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)統(tǒng)計分析軟件中完成。

2結(jié)果與分析

2.1煙草秸稈還田對煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)的影響

從表1中可以看出,煙草秸稈還田處理的煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)略微高于對照的,但差異不顯著(P>0.05)。其中,1倍、2倍煙草秸稈還田的煙草病毒病發(fā)病率分別比對照高出4.16、6.00個百分點,病情指數(shù)分別比對照高出13.17%、17.32%。因此,煙草秸稈還田后煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)略微提高,并且2倍煙草秸稈還田的病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)略微高于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05)。

表1　煙草秸稈還田對煙草病毒病發(fā)生的影響

2.2煙草秸稈還田對煙草農(nóng)藝性狀的影響

從表2中可以看出,煙草秸稈還田的煙草株高、莖圍、節(jié)距、葉數(shù)以及上部葉、中部葉和下部葉的長和寬略微低于對照的,但差異不顯著。具體而言，與對照相比,1倍、2倍煙草秸稈還田的煙草株高分別降低0.94%、1.30%,莖圍分別降低1.24%、1.66%,節(jié)距分別降低1.53%、2.09%,葉片數(shù)分別降低2.17%、3.62%,上部葉長分別降低3.24%、4.32%,上部葉寬分別降低2.62%、4.19%,中部葉長分別降低1.64%、2.73%,中部葉寬分別降低0.91%、1.22%,下部葉長分別降低1.44%、2.02%,下部葉寬分別降低2.54%、3.66%。因此,煙草秸稈還田后煙草株高、莖圍、節(jié)距、葉數(shù)以及上部葉、中部葉和下部葉的長和寬等農(nóng)藝性狀略微降低,并且2倍煙草秸稈還田的煙草農(nóng)藝性狀略微低于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05)。

表2　煙草秸稈還田對煙草農(nóng)藝性狀的影響 cm

2.3煙草秸稈還田對煙株鮮重的影響

從表3中可以看出,煙草秸稈還田的煙草根、莖、葉和整株鮮重略微低于對照的,但差異不顯著。具體來說,1倍、2倍煙草秸稈還田的煙草根鮮重分別比對照降低2.09%、3.14%,莖鮮重分別比對照降低2.97%、4.12%,葉鮮重分別比對照降低2.08%、2.84%,整株鮮重分別比對照降低2.38%、3.32%。因此,煙草秸稈還田后煙草根、莖、葉和整株鮮重略微降低,并且2倍煙草秸稈還田的煙草根、莖、葉和整株鮮重略微低于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05)。

表3　煙草秸稈還田對煙株鮮重的影響 kg

2.4煙草秸稈還田對煙草葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

從表4中可以看出,煙草秸稈還田的煙草上部、中部和下部葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)均略微低于對照的,但其胞間CO2濃度(Ci)均略微高于對照的(P>0.05)。其中,1倍煙草秸稈還田的煙草上部、中部和下部葉片的Pn分別比對照降低3.34%、3.95%、3.73%, Gs分別比對照降低4.20%、2.30%、4.16%, Tr分別比對照降低0.70%、1.51%、1.72%,但Ci分別比對照高出3.92%、4.34%、3.93%。同時,2倍煙草秸稈還田的煙草葉片的Pn、Gs、Tr略微低于1倍煙草秸稈還田的,但其Ci略微高于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05) 。

表4　煙草秸稈還田對煙草葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

從表5中可以看出,煙草秸稈還田的煙草葉片的光飽和點(LSP)、表觀量子產(chǎn)量(AQY)略微低于對照的,但其光補償點(LCP)略微高于對照的(P>0.05)。其中,1倍、2倍煙草秸稈還田煙草葉片的LSP分別比對照降低1.38%、2.08%,AQY分別比對照降低5.17%、6.90%,但LCP分別比對照高出3.43%、4.58%。因此,煙草秸稈還田后煙草葉片的LSP、AQY略微降低,并且2倍煙草秸稈還田的煙草葉片的LSP、AQY略微低于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05);煙草秸稈還田后煙草葉片的LCP略微升高,并且2倍煙草秸稈還田的煙草葉片的LCP略微高于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05) 。

表5　煙草秸稈還田對煙草葉片光飽和點(LSP)、

從表6中可以看出,煙草秸稈還田的煙草葉片的Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax)略微低于對照的,但差異不顯著。其中,1倍、2倍煙草秸稈還田的煙草葉片的Vcmax分別比對照降低3.90%、5.37%, Jmax分別比對照降低3.06%、4.87%。因此,煙草秸稈還田后煙草葉片的Vcmax和Jmax略微降低,并且2倍煙草秸稈還田的煙草葉片的Vcmax和Jmax略微低于1倍煙草秸稈還田的(P>0.05)。

表6　煙草秸稈還田對煙草葉片Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax)的影響 μmol/(m2·s)

2.5煙草秸稈還田對煙草產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響

從表7中可以看出,煙草秸稈還田處理烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值略微低于對照的,但差異不顯著。1倍、2倍煙草秸稈還田的烤煙單位面積產(chǎn)量分別比對照降低了3.03%、4.39%,單位面積產(chǎn)值分別比對照降低了3.47%、5.71%。可見,隨著煙草秸稈還田數(shù)量的增加,煙草的產(chǎn)量和產(chǎn)值均逐漸下降。同時,煙草秸稈還田后,烤煙的均價、上等煙比例和上中等煙比例均略微降低,但與對照間的差異不顯著。

表7　煙草秸稈還田對烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值的影響

2.6煙草秸稈還田對烤煙常規(guī)化學(xué)成分和感官評吸質(zhì)量的影響

從表8中可以看出：煙草秸稈還田后,初烤煙葉的總植物堿、總氮、鉀、氯含量升高,總糖含量降低,還原糖含量基本無變化；與1倍煙草秸稈還田相比,2倍煙草秸稈還田處理初烤煙葉常規(guī)化學(xué)成分的變化更顯著;與對照相比,2倍煙草秸稈還田處理初烤煙葉的總植物堿、總氮含量顯著升高(P<0.05)。

表8　煙草秸稈還田對烤煙常規(guī)化學(xué)成分含量的影響 %

從表9中可以看出： CK、TSR1、TSR2的香型均為“中偏濃”,勁頭均為“適中”,且其香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性、灰色和總得分無顯著差異; CK、TSR1的濃度為“中等+”,TSR2的濃度為“中等”。結(jié)合感官評吸質(zhì)量得分,認(rèn)為CK的感官評吸質(zhì)量最高,但CK、TSR1、TSR2之間的感官評吸質(zhì)量差異不顯著。因此,煙草秸稈還田后煙葉感官評吸質(zhì)量略微降低,但與對照間差異不顯著;與1倍煙草秸稈還田相比,2倍煙草秸稈還田對烤煙感官評吸質(zhì)量的降低作用更強。

表9　煙草秸稈還田對烤煙感官評吸質(zhì)量的影響

3討論與結(jié)論

本試驗研究表明,煙草秸稈還田導(dǎo)致煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)升高,并因此降低了煙草的農(nóng)藝性狀和植株鮮重。煙草秸稈中含有TMV、CMV、PVX、PVY等病毒,且煙草秸稈還田能夠提高土壤中的煙草病毒含量[5-7]。煙草病毒侵染降低了煙草葉片的葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率[15]，以及PSII活性[16]、ΦPSII和ETR[9],并因此抑制了植株生長[17];而且病毒侵染寄主植物后,葉片細(xì)胞葉綠體結(jié)構(gòu)和功能遭到破壞,葉綠素含量和光合速率降低[18]。在本試驗中,煙草秸稈還田導(dǎo)致葉片Gs和Pn下降,表明煙草葉片氣孔擴散阻力增加[17-18];同時,煙草秸稈還田處理葉片的LSP、AQY低于對照的,這主要與病毒病發(fā)病加重導(dǎo)致光合速率降低有關(guān)[13]。煙草秸稈還田處理葉片的Rubisco最大羧化速率和RuBP再生最大速率低于對照的,這主要與煙草病毒病發(fā)病加重降低Rubisco羧化和RuBP再生有關(guān)[13,19]。綜上可見,煙草秸稈還田導(dǎo)致煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)升高以及光合作用降低,并因此降低了煙草的農(nóng)藝性狀和植株鮮重。

水稻和小麥腐熟秸稈還田可以提高烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和感官評吸質(zhì)量[20-22]。與水稻和小麥腐熟秸稈還田不同,煙草秸稈直接還田略微降低了烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和感官評吸質(zhì)量,這主要與煙草秸稈中含有TMV和CMV等煙草病毒、煙草秸稈還田提高了土壤中的煙草病毒含量有關(guān)[5-7]。小麥秸稈還田后,煙葉總糖含量升高,總植物堿、總氮含量降低,煙葉香氣質(zhì)、香氣量、雜氣、勁頭和刺激性等得到一定程度的改善[23];而在本試驗中,煙草秸稈直接還田后,煙葉的總糖含量降低,總植物堿、總氮含量升高,煙葉香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性降低,這主要與煙草秸稈直接還田導(dǎo)致煙草病毒病發(fā)病率和病情指數(shù)升高有關(guān)。因此,煙草秸稈直接還田會加重?zé)煵莶《静〉陌l(fā)病,抵制煙草的生長和光合作用，并降低烤煙的產(chǎn)量、產(chǎn)值和感官評吸質(zhì)量。值得注意的是,施用腐熟秸稈能夠明顯提高烤煙的產(chǎn)量、上等煙比例,增加煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀,改善烤后煙葉的物理特性,協(xié)調(diào)化學(xué)成分,提高石油醚提取物含量及中性致香物質(zhì)含量,改善評吸質(zhì)量[22]。煙草秸稈中含有TMV和CMV等病毒[5],厭氧發(fā)酵可以降低煙草秸稈中的TMV和CMV等病毒含量[24]。因此,煙草秸稈直接還田并不是一種恰當(dāng)?shù)姆绞?煙草秸稈宜經(jīng)過充分腐熟后再將其施入到煙田中。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

收稿日期：2015-12-27

基金項目：中國煙草總公司科技重點項目“烤煙生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化效應(yīng)及關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”(110201402007);安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技計劃項目“皖南煙葉生產(chǎn)GAP管理模式研究”(2014124)、“皖南煙葉生產(chǎn)等級結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究”(2014125)。

作者簡介：閆寧(1987─),男,助理研究員,博士,主要從事煙草功能成分與綜合利用研究。*通訊作者:劉新民。

中圖分類號：S572.05

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)07-0068-05

Effects of Tobacco Stalk Returning on Growth, Yield,Quality and Virus Disease Occurrence of Tobacco

YAN Ning1, GUO Dong-feng2, YAO Zhong-da2, DOU Yu-qing1, ZHANG Zhong-feng1, LIU Xin-min1*

(1. Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China;2. Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Limited Company, Hefei 230088, China)

Abstract：The effects of tobacco stalk returning on the growth, yield, quality and virus disease occurrence of tobacco were studied through a field test. The results showed that: in comparison with the check (CK), tobacco stalk returning slightly increased the incidence and disease index of tobacco virus disease, slightly decreased the plant height, stem girth, knob distance, leaf number, leaf length, leaf width, fresh root weight, fresh stem weight, fresh leaf weight and total plant fresh weight of tobacco, slightly reduced the yield, output value, average price, first-class proportion, both first-class and medium-class proportion, and sensory quality of flue-cured tobacco, and slightly lowered the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), transpiration rate (Tr), light saturation point (LSP), apparent quantum yield (AQY), maximum carboxylation rate of Rubisco (Vcmax) and maximum rate of RuBP regeneration (Jmax), but slightly increased the intercellular CO2 concentration (Ci) and light compensation point (LCP) of tobacco leaves. Thus, directly returning tobacco stalk to field is not a proper way, and tobacco stalk shall not be returned to field until they are decomposed thoroughly.

Key words：Tobacco; Tobacco stalk returning; Growth characteristics; Photosynthesis; Yield; Quality