不同前作土壤對(duì)烤煙生長(zhǎng)和化學(xué)成分影響的研究

劉優(yōu)雄,周冀衡,*,鄧小剛,劉 勇,李春林,張一楊,陳銀建

(1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草科學(xué)與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)沙 410128;2云南省煙草公司玉溪市公司,玉溪 652800)

烤煙作為一種不耐連作的作物,在種植的過(guò)程中,實(shí)行輪作成為煙草種植制度的最佳選擇。生產(chǎn)實(shí)踐證明,合理輪作可以改善土壤理化性狀,提高土壤肥力和肥效,對(duì)提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)有重要作用[1]。在煙草的輪作中,如何選擇好適宜的前作,是關(guān)系到煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的一個(gè)重要問(wèn)題[2]。研究表明,禾谷類(lèi)作物是煙草的良好前作[2],而以玉米為前作則不利于烤煙生產(chǎn)[3],但對(duì)其中的原因揭示不多。目前對(duì)煙草的前茬作物的研究也主要集中在水稻等少數(shù)幾種作物上,而對(duì)其它前作物的研究較少。本文通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了在相同條件下不同前作土壤種植烤煙對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和主要化學(xué)成分的影響,以期為烤煙輪作提供必要的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)土壤來(lái)源于湖南省長(zhǎng)沙市東郊的湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物種植實(shí)習(xí)基地(耘園)內(nèi)。該基地位于東經(jīng) 113°07′～113°10′,北緯 28°18′～28°19′之間 ,占地約30 hm2,屬于瀏陽(yáng)河沖積平原的一部分。試驗(yàn)供試土種為厚土層紅土紅壤。設(shè)5個(gè)土壤處理,各處理的土壤分別取自:拋荒地 (對(duì)照 )、煙草地 (煙草)、油菜地 (油菜 )、水稻田(水稻)和玉米地(玉米)。按照土壤取樣方法[4],于3月 15日在上述前作地內(nèi)取 0～20 cm耕層土壤作為供試材料,將取回的各前作土壤風(fēng)干、混勻后過(guò) 1 mm篩,備用。在進(jìn)行試驗(yàn)前對(duì)各前作土壤的基本化學(xué)性狀進(jìn)行分析(表1)。供試烤煙品種為 K326。

1.2 試驗(yàn)材料培養(yǎng)

試驗(yàn)于 2009年 1～7月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草工程中心實(shí)驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行。采取盆栽試驗(yàn)。試驗(yàn)用塑料盆缽為頂部直徑 32 cm,底部直徑 23 cm,高 27 cm。在每個(gè)試驗(yàn)盆缽內(nèi)裝入過(guò)1 mm篩的13 kg供試土壤,每個(gè)盆缽內(nèi)施入 8-8-22煙草復(fù)混肥30 g作基肥,追肥 2次,分別在煙苗移栽后15和30 d各施10 g煙草專(zhuān)用追肥。于4月1日在每個(gè)盆缽內(nèi)移栽一株生長(zhǎng)一致的8葉期煙苗(供試煙苗為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草中心育苗基地提供的漂浮苗 ),每處理重復(fù) 30次,共 150盆。

1.3 數(shù)據(jù)和樣品采集

分別在伸根期 (5月 9日)、旺長(zhǎng)期 (5月 27日 )、成熟期(7月 6日)定株對(duì)各處理的 5株煙株進(jìn)行株高、莖圍、葉面積、葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀測(cè)定。

待煙株進(jìn)入成熟期,隨機(jī)取各處理的10株煙進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。其余20株煙進(jìn)行烘烤,取15片烤后煙葉制成分析樣,進(jìn)行化學(xué)成分分析。

1.4 測(cè)定方法及數(shù)據(jù)分析

土壤分析:有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀容量法,全氮用重鉻酸鉀-硫酸消化法,全磷用鉬銻抗比色法,全鉀用氫氧化鈉堿熔法,水解氮用堿解擴(kuò)散法,速效磷用碳酸氫鈉法,速效鉀用醋酸銨-火焰光度法[4]。

煙株農(nóng)藝性狀測(cè)定參照文獻(xiàn) [5],各部位干重測(cè)定見(jiàn)文獻(xiàn) [6]。

煙株根系活力和煙葉硝酸還原酶活力的測(cè)定方法參照文獻(xiàn) [7,8]。

煙葉化學(xué)成分分析:全氮采用改良凱氏法,鉀采用火焰光度法,可溶性總糖和還原糖采用連續(xù)流動(dòng)分析儀法,煙堿采用活性碳法[9]。

所有數(shù)據(jù)均用 SPSS數(shù)據(jù)分析軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前作土壤養(yǎng)分狀況分析

從表1可以看出,在5個(gè)處理中,前茬作物為煙草、油菜、水稻和玉米的土壤的養(yǎng)分含量較對(duì)照土壤的養(yǎng)分含量明顯偏高;前茬作物為煙草的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、水解氮含量均低于前茬作物為油菜、水稻和玉米的土壤,但其速效磷含量稍高于前茬作物為油菜和水稻的土壤,速效鉀含量高于前茬作物為玉米的土壤;前茬作物為油菜和水稻的土壤其全磷和速效磷含量處于中等水平,但其有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、水解氮和速效鉀含量處于較高的水平;前茬作物為玉米的土壤速效鉀含量明顯偏低,其全鉀的含量處于中等水平,但其全氮、水解氮、全磷和速效磷的含量較豐富。

表1 供試土壤基本化學(xué)性狀

2.2 不同處理對(duì)烤煙各生育期農(nóng)藝性狀的影響

從表2可以看出,前茬作物為玉米的煙株在整個(gè)生育期間長(zhǎng)勢(shì)較差。團(tuán)棵期以前,前茬作物為煙草的煙株生長(zhǎng)速度較快,長(zhǎng)勢(shì)較好,農(nóng)藝性狀要明顯好于其他4個(gè)處理;對(duì)照、前茬作物為油菜的煙株的農(nóng)藝性狀又要好于前茬作物為水稻和玉米的煙株。進(jìn)入旺長(zhǎng)期以后,前茬作物為煙草的煙株的生長(zhǎng)速度逐漸減慢;而前茬作物為水稻的煙株生長(zhǎng)迅速,和對(duì)照、前茬作物為煙草和油菜的煙株的農(nóng)藝性狀差異逐漸縮小。從 5月 27日的調(diào)查數(shù)據(jù)看,前茬作物為水稻的煙株各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)均超過(guò)了其他4個(gè)處理;對(duì)照、前茬作物為煙草和油菜的煙株長(zhǎng)勢(shì)差異不大,但均明顯好于前茬作物為玉米的煙株。從7月6日的調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)看,前茬作物為水稻的煙株各項(xiàng)農(nóng)藝性狀均明顯好于其他 4個(gè)處理;在5個(gè)處理中,前茬作物為玉米的煙株長(zhǎng)勢(shì)明顯差于其他4個(gè)處理;而前茬作物為煙草和油菜的煙株的各項(xiàng)農(nóng)藝性狀與對(duì)照比較,除前兩者的最大葉面積極顯著大于對(duì)照外,株高、有效葉片數(shù)和莖圍與對(duì)照大體相當(dāng)。

2.3 不同處理對(duì)烤煙各部位生物量的影響

不同處理對(duì)烤煙各部位生物干重的影響差異顯著。由表3可知,在 5個(gè)處理中,前茬作物為煙草、油菜和水稻的煙株各部位生物量均大于對(duì)照。其中前茬作物為烤煙、油菜和水稻的煙株單株干重分別比對(duì)照高4.19%,12.15%和15.09%;而前茬作物為玉米的煙株單株干重比對(duì)照低6.70%。從表3的結(jié)果來(lái)看,各處理的煙株葉干重、莖干重和根干重表現(xiàn)出與單株干重相同的趨勢(shì),其中以葉干重表現(xiàn)的更為明顯。前茬作物為煙草、油菜和水稻的煙株葉干重極顯著的高于對(duì)照,分別比對(duì)照高出5.11%,15.47%和18.26%;而前茬作物為玉米的煙株葉干重比對(duì)照低7.10%。

表2 不同處理烤煙各生育期的農(nóng)藝性狀比較

表3 不同處理烤煙各部位干物質(zhì)積累比較

2.4 不同處理對(duì)烤煙單葉重的影響

由于烤煙是一種葉用經(jīng)濟(jì)作物,所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人們更加關(guān)注的是烤煙煙葉的重量[10],尤其是烤后單葉重。從表4的數(shù)據(jù)分析,前茬作物為煙草、油菜和水稻的煙株烤后單葉重分別比對(duì)照高 15.78%,18.62%和 21.81%,表明這 3種前作土壤均顯著的提高了烤后單葉重,其中又以前茬作物為水稻的效果最好,前茬作物為油菜的效果次之,前茬作物為煙草的效果最差。各處理中,只有前茬作物為玉米的煙株烤后單葉重比對(duì)照降低了 7.45%。

2.5 不同處理對(duì)烤煙根系活力和硝酸還原酶活性的影響

從圖1看,前茬作物為水稻的煙株根系活力最大;前茬作物為煙草、油菜和玉米的煙株根系活力要明顯高于對(duì)照,其中前茬作物為煙草和玉米的煙株根系活力大體相當(dāng),但均明顯低于前茬作物為油菜的煙株;5個(gè)處理中,對(duì)照的根系活力最弱。圖1表明,前茬作物為煙草、油菜、水稻和玉米的煙株根系活力比對(duì)照明顯提高,這可以加強(qiáng)烤煙根系吸收水分、養(yǎng)分和合成自身物質(zhì)的能力。

表4 不同處理烤煙單葉重比較

圖1 成熟期各處理煙株的根系活力

圖2 成熟期各處理煙株的硝酸還原酶活力

從圖2看,前茬作物為水稻的煙株硝酸還原酶活性最大;前茬作物為煙草和油菜的硝酸還原酶活力大體相當(dāng),但顯著高于對(duì)照;前茬作物為玉米的煙株硝酸還原酶活性最弱?？偟膩?lái)說(shuō),前茬作物為煙草、油菜和水稻的煙株硝酸還原酶活力比對(duì)照明顯提高,這可以增強(qiáng)烤煙氮代謝水平;而前茬作物為玉米的煙株硝酸還原酶活力比對(duì)照降低,這不利于烤煙體內(nèi)硝態(tài)氮的同化,會(huì)降低煙株吸收和利用氮素的能力。

2.6 不同處理對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響

從表5煙葉的內(nèi)在化學(xué)成分分析結(jié)果來(lái)看,前茬作物為油菜和水稻的煙株可溶性總糖和還原糖的含量均比對(duì)照高,而總氮和煙堿的含量均比對(duì)照低,所以其糖堿比和糖氮比要高于對(duì)照。在5個(gè)處理中,前茬作物為煙草的煙葉中煙堿含量最高,前茬作物為水稻的煙葉中煙堿含量最低。不同前茬作物的煙葉鉀含量高低順序依次為:水稻>油菜>玉米>煙草>對(duì)照。從糖堿比和糖氮比的數(shù)據(jù)來(lái)看,對(duì)照、前茬作物為油菜和水稻的煙葉的糖堿比和糖氮比較協(xié)調(diào),而前茬作物為煙草和玉米的煙葉的糖堿比偏低,比例不協(xié)調(diào)。

表5 不同處理煙葉化學(xué)成分比較

3 結(jié)論與討論

有研究表明,影響煙草生長(zhǎng)的土壤因素有很多,土壤養(yǎng)分狀態(tài)是其中之一。從本試驗(yàn)的不同供試土壤養(yǎng)分狀況來(lái)看,前茬作物為煙草、油菜和水稻的土壤的養(yǎng)分含量較對(duì)照高,其后作烤煙的生長(zhǎng)也相應(yīng)的要比對(duì)照好,但前茬作物為水稻的煙株生長(zhǎng)最好,前茬作物為油菜的煙株生長(zhǎng)次之,前茬作物為煙草的煙株生長(zhǎng)最差。前茬作物為玉米的土壤養(yǎng)分含量雖比對(duì)照高,但其后作烤煙的生長(zhǎng)卻不如對(duì)照。分析其中原因可能是:第一,水稻茬水旱輪作不僅可以減少后作烤煙病害的發(fā)生,還改善了土壤結(jié)構(gòu)和土壤的通氣條件,使土壤的氧化還原狀況和有機(jī)質(zhì)的積累和分解都得到比較適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),從而提高了土壤肥力[2],利于后作烤煙生長(zhǎng);第二,油菜與烤煙基本沒(méi)有同源的病害[1],前茬作物為油菜的土壤中各養(yǎng)分含量較為豐富,另外有研究表明[11],油菜的根系分泌物對(duì)煙株生長(zhǎng)也有促進(jìn)作用;第三,本次試驗(yàn)所取用的前茬作物為煙草的土壤養(yǎng)分較豐富,利于烤煙生長(zhǎng),且是一年連作土壤,多年連作所引起的病害嚴(yán)重和影響煙株生長(zhǎng)的現(xiàn)象,在一年連作中尚未明顯表現(xiàn)出來(lái);第四,雖然本試驗(yàn)前茬作物為玉米的土壤的養(yǎng)分含量并不低,但后作烤煙的生長(zhǎng)還是受到抑制,這可能是由于玉米根系分泌物對(duì)烤煙的生長(zhǎng)可能產(chǎn)生抑制作用[12],也可能是由于土壤結(jié)構(gòu)或者是土壤微生物的影響,對(duì)此尚需進(jìn)一步研究。

另外,有研究表明,煙葉中的總氮和煙堿會(huì)隨植煙土壤中水解氮含量的增加而升高[13],煙葉中鉀含量會(huì)隨植煙土壤中速效鉀含量的增加而升高。煙葉中總氮和煙堿含量偏高,而鉀含量偏低會(huì)對(duì)煙葉品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。從本試驗(yàn)來(lái)看,對(duì)照、前茬作物為油菜和水稻的土壤中各養(yǎng)分(尤其是水解氮和速效鉀)的比例適宜,其煙葉中各化學(xué)成分也相應(yīng)的較為協(xié)同。而前茬作物為煙草和玉米的土壤中各養(yǎng)分含量之間的比例失衡,進(jìn)而對(duì)煙葉化學(xué)成分的協(xié)同性產(chǎn)生了不良影響。

從本試驗(yàn)的結(jié)果看,前茬作物為水稻和油菜可明顯促進(jìn)烤煙生長(zhǎng),改善煙葉化學(xué)成分的協(xié)同性,這有利于提高煙葉的產(chǎn)量和化學(xué)品質(zhì)。對(duì)于烤煙連作,雖然本試驗(yàn)中煙株的生長(zhǎng)并未受到明顯抑制,但煙葉化學(xué)成分指標(biāo)明顯變差,同時(shí)有研究表明[14,15],長(zhǎng)期連作會(huì)引起土壤有效養(yǎng)分的比列發(fā)生變化,導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失調(diào),進(jìn)而影響煙株生長(zhǎng)和煙葉品質(zhì),所以,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,有輪作條件的煙區(qū)應(yīng)盡量避免連作。而以玉米為前茬,其后作烤煙生長(zhǎng)受到了明顯抑制,煙葉的內(nèi)在化學(xué)成分之間的比例失衡,這會(huì)降低煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

[1]劉國(guó)順,王耀富,楊煥文,等.煙草栽培學(xué) [M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003.85-87.

[2]陳瑞泰.中國(guó)煙草栽培學(xué) [M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1987.153.

[3]王欣英,李文慶,張興海,等.前茬作物營(yíng)養(yǎng)對(duì)煙草生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué):2006,(2):42-46.

[4]中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1983.

[5]周冀衡,王彥亭,余佳斌,等.氮肥形態(tài)與干旱脅迫對(duì)不同基因型烤煙生長(zhǎng)的影響 [J].煙草科技,1999,(5):39-41.

[6]劉永賢,李伏生,農(nóng)夢(mèng)玲,等.不同生育時(shí)期分根區(qū)交替灌溉對(duì)烤煙生長(zhǎng)和氮鉀含量的影響 [J].灌溉排水學(xué)報(bào),2007,(6):102-105.

[7]岳彩鵬.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) [M].鄭州:鄭州大學(xué)出版社,2007.178-180.

[8]鄭炳松.現(xiàn)代植物生理生化研究技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2006.26-28.

[9]文樹(shù)基.基礎(chǔ)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) [M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1985.28-35.

[10]王瑞新.煙草化學(xué) [M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003.1-5.

[11]毛倪壽.前作的根際物質(zhì)及根際微生物對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響研究 [J].煙草科技,2002,(5):38-39.

[12]周冀衡,李永平,楊虹琦,等.不同基因型煙草根系分泌物對(duì)難溶性磷鉀的活化效應(yīng) [J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2005,31:276-280.

[13]曹志洪.烤煙干物質(zhì)的積累及土壤環(huán)境對(duì)煙堿含量的影響 [J].煙草科技,1989,(5):29-33.

[14]劉 方.連作烤煙土壤養(yǎng)分變化分析[J].貴州農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1997,16(2):1-4.

[15]劉 方.長(zhǎng)期連作黃壤煙茬養(yǎng)分變化及施肥效應(yīng)分析[J].煙草科技,2002,(6):30-33.