連作年限對植煙土壤化學特性及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響*

馬文富，鄧小鵬，杜杏蓉，代方秀，李軍營，趙正雄，王 娜

(1.云南農(nóng)業(yè)大學 煙草學院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學研究院，云南 昆明 650021)

云南煙區(qū)的植煙土壤類型多樣，煙葉種植面積廣、品質(zhì)優(yōu)越。但隨著煙葉種植向山區(qū)、半山區(qū)轉(zhuǎn)移，宜煙土地面積有限，土地流轉(zhuǎn)困難，煙葉生產(chǎn)中不可避免地存在著連作現(xiàn)象。煙草是忌連作作物[1-3]，連作會導致煙株生長發(fā)育變差、病蟲害發(fā)生嚴重，從而引起煙葉產(chǎn)量降低和品質(zhì)變差[4-5]，解決連作障礙是煙草原料可持續(xù)供應(yīng)和核心煙區(qū)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵問題[6]。煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)是由遺傳因子和環(huán)境因素共同決定的，其中土壤條件是影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量的首要環(huán)境因素[7]。連作對土壤環(huán)境的影響主要包括4個方面：一是連作導致pH值降低、有效養(yǎng)分非均衡變化等進而導致土壤理化性狀惡化[8-9]；二是連作導致土壤酶活性改變，抑制土壤有機物的礦化和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，最終導致植株對礦質(zhì)元素的吸收和利用受阻[10]；三是連作導致植煙土壤中化感物質(zhì)積累，進而影響煙株的生長發(fā)育進程[4]；四是連作會引起土壤微生物區(qū)系發(fā)生改變，使得土壤中有機質(zhì)的分解等過程受到阻礙，導致土壤可耕性下降，最終影響烤煙產(chǎn)質(zhì)量[11]。關(guān)于連作引起土壤環(huán)境惡化，從而導致烤煙產(chǎn)量品質(zhì)下降的相關(guān)研究報道較多，但以不同類型植煙土壤為研究對象，探討隨著連作年限增加不同類型植煙土壤的化學特性與煙葉產(chǎn)質(zhì)量表現(xiàn)差異，目前鮮見報道。本研究以不同類型植煙土壤為切入點，通過研究連作年限對不同類型植煙土壤的化學性狀和酶活性的影響，以及連作所引起的烤煙農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟指標和煙葉化學成分等產(chǎn)質(zhì)量性狀的變化，探討不同類型植煙土壤對連作的響應(yīng)情況，為煙草連作障礙機理研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年在云南省昆明市尋甸縣河口鎮(zhèn)的紅壤煙田(N25°41′19″，E103°26′13″，海拔2 020 m)和云南省昆明市石林縣鹿阜鎮(zhèn)的紫色土煙田(N25°17′48″，E103°21′51″，1 970 m)進行，兩地煙田土壤質(zhì)地均為沙壤，土壤基礎(chǔ)化學性狀見表1。種植烤煙品種為云煙87，連作采用“烤煙—小麥→烤煙—小麥”的復種連作模式；輪作采用“烤煙—小麥→玉米—小麥”的復種輪作模式。紅壤煙田烤煙施純氮75 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶2，每株施農(nóng)家肥500 g；紫色土煙田烤煙施純氮75 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)：m(K2O)=1∶1∶2.5。兩地烤煙的栽培管理方法均按照當?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進行。

表1 土壤基礎(chǔ)化學性狀Tab.1 Basic chemical properties of different soil

1.2 試驗設(shè)計和土壤樣品采集

1.2.1 試驗設(shè)計

2種類型的植煙土壤分別設(shè)置輪作(CK)以及連作1、3和5 年共8個處理，每個處理3次重復，小區(qū)面積為0.067 hm2。

1.2.2 土樣采集

于煙葉成熟采烤期，采用五點取樣法隨機在每小區(qū)選取煙株10株，分別在煙株根部采集0～20 cm的土樣2 kg，充分混勻，經(jīng)預(yù)處理后用于土壤化學性狀和酶活性的測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定

于煙葉成熟采烤期，采用五點取樣法每小區(qū)隨機選取煙株10株，參照國標 YCT 142—2010[12]測定農(nóng)藝性狀。

1.3.2 經(jīng)濟指標調(diào)查和統(tǒng)計

以小區(qū)為單位單獨采收烘烤、分級計產(chǎn)，統(tǒng)計各處理產(chǎn)量、均價和產(chǎn)值等經(jīng)濟指標。

1.3.3 煙葉化學成分指標測定

選取各處理的C3F等級煙葉1 kg進行化學成分測定，測定指標包括煙堿、總氮、總糖、還原糖、鉀和氯的含量，并計算施木克值和氮堿比。測定方法參照《煙葉化學成分及分析》[13]進行。

1.3.4 土壤化學性狀測定

土壤pH采用電位計法(水土比為2.5∶1)測定，土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀—硫酸外加熱法測定，土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定，土壤有效磷含量采用鉬銻抗顯色法測定，土壤速效鉀含量采用火焰光度法測定[14]。

1.3.5 土壤酶活性測定

土壤酶活性參照《土壤酶及其研究法》[15]測定。土壤過氧化氫酶活性采用KMnO4滴定法測定；土壤蔗糖酶活性采用葡萄糖3,5-二硝基水楊酸比色法測定；土壤脲酶活性采用苯酚—次氯酸鈉比色法測定；土壤酸性磷酸酶活性采用對硝基苯磷酸二鈉比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010 軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，用 SPSS 24統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗及相應(yīng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同連作年限對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由圖1可知：與輪作相比，紅壤各處理的煙株株高無明顯變化，而紫色土處理的煙株株高隨連作年限增加而降低，連作3年內(nèi)降幅不明顯，連作5年顯著下降(P<0.05)；各處理的莖圍隨連作年限增加呈下降趨勢，但降幅較小，與輪作相比差異均不顯著；2種土壤的有效葉數(shù)和葉面積指數(shù)隨連作年限增加，連作3年內(nèi)降幅不明顯，連作5年顯著下降(P<0.05)。

圖1 不同連作年限對烤煙農(nóng)藝性狀的影響Fig.1 Effects of different continuous cropping years on the agronomic traits of flue-cured tobacco

2.2 不同連作年限對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

由圖2可知：與輪作相比，2種土壤各處理的煙葉產(chǎn)量、均價和產(chǎn)值均隨連作年限增加呈下降趨勢，其中，產(chǎn)量在連作5年時顯著下降，產(chǎn)值則在連作3年時顯著下降；紅壤的煙葉均價在連作3年時顯著下降，紫色土在連作5年時顯著下降。

圖2 不同連作年限對烤煙經(jīng)濟性狀的影響Fig.2 Effects of different continuous cropping years on the economic traits of flue-cured tobacco leaves

2.3 不同連作年限對煙葉化學成分的影響

由表2可知：連作導致2種土壤的煙葉總糖和還原糖含量呈下降趨勢，但各處理總糖和還原糖含量基本都在云南優(yōu)質(zhì)煙葉適宜范圍(總糖29.00%～33.00%，還原糖25.00%～28.00%[16])內(nèi)；紅壤的煙葉總氮和煙堿含量隨連作年限增加而下降；2種土壤的煙葉蛋白質(zhì)含量以輪作處理最高；紅壤的煙葉鉀含量以連作3年最高，紫色土以輪作處理最高；紫色土的煙葉氯含量隨連作年限增加而下降；2種土壤的煙葉施木克值和糖堿比基本都在優(yōu)質(zhì)煙葉范圍(施木克值2.00～2.50，糖堿比6.00～15.00[17])內(nèi)。

表2 不同連作年限對煙葉化學成分的影響Tab.2 Effects of different continuous cropping years on the chemical components of flue-cured tobacco leaves

2.4 不同連作年限對植煙土壤化學性狀的影響

由圖3可知：連作導致2種土壤的pH值下降，紅壤在連作1年時顯著下降，連作5年顯著下降了0.54；紫色土從連作3年開始顯著下降，連作5年顯著下降了0.43；紅壤各處理的pH值均在酸性范圍(pH<7.0)，紫色土各處理均在堿性范圍(pH>7.0)。與輪作相比，隨著連作年限的增加，2種土壤的有機質(zhì)含量呈不同程度地增加，紅壤從連作3年開始顯著增加，連作5年時最高(53.59 mg/kg)，紫色土則增加不顯著；紅壤堿解氮含量從連作1年開始顯著增加，以連作5年最高(209.20 mg/kg)，紫色土堿解氮含量呈先升后降趨勢；紅壤有效磷含量增加不顯著，紫色土有效磷含量在連作3年時顯著增加；紅壤速效鉀含量從連作1年開始顯著增加，連作5年時最高(37.15 mg/kg)，紫色土速效鉀含量雖有所增加，但增加不顯著。

圖3 不同連作年限對植煙土壤化學性狀的影響Fig.3 Effects of different continuous cropping years on chemical properties of tobacco-planted soil

2.5 不同連作年限對植煙土壤酶活性的影響

由圖4可知：與輪作相比，隨著連作年限增加，紫色土的過氧化氫酶活性有所下降，以連作3年降幅最大，下降19.43%；紅壤各處理的過氧化氫酶活性沒有表現(xiàn)出明顯的變化趨勢；2種土壤的蔗糖酶活性呈先升后降趨勢，紅壤在連作1年時顯著升高，連作3年開始顯著下降，連作5年顯著下降13.34%；紫色土的蔗糖酶活性在連作3年時顯著升高，連作5年又顯著下降；連作導致2種土壤的脲酶和磷酸酶活性有所升高，其中紅壤的脲酶活性從連作3年時開始顯著升高，紫色土在連作5年時顯著升高；2種土壤的磷酸酶活性均在連作3年時顯著升高。

圖4 不同連作年限對植煙土壤酶活性的影響Fig.4 Effects of different continuous cropping years on the enzyme activities of tobacco-planted soil

3 討論

在本研究中，2種土壤處理后烤煙的有效葉數(shù)、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量等指標隨連作年限增加呈一定程度的降低，連作3年內(nèi)下降不明顯，連作5年則顯著下降；煙葉的總糖和還原糖含量、施木克值以及糖堿比等化學成分指標基本都在優(yōu)質(zhì)煙葉的適宜范圍[16-17]，這與張長華等[18]、鄧陽春等[19]和向鵬華等[9]的研究結(jié)果一致，即短期連作不會導致烤煙生長發(fā)育水平和經(jīng)濟性狀指標的明顯變化。煙葉化學成分是衡量煙葉質(zhì)量的主要依據(jù)之一，并受遺傳因素、生態(tài)環(huán)境和栽培技術(shù)的共同影響[7]。前人研究發(fā)現(xiàn)：云南烤煙糖含量較高，是煙葉具有清香型風格特色的主導因素之一[16]，本研究也證明了這一點。2種土壤上的煙葉均呈現(xiàn)出總氮和煙堿含量相對偏低的現(xiàn)象，這是近年來云南部分煙區(qū)呈現(xiàn)的問題[20]。就氯離子含量而言，植煙紅壤連作3年后，煙葉氯離子含量超出優(yōu)質(zhì)煙葉的下限值，這與周敏等[21]和思昱等[22]的研究結(jié)果一致。2種植煙土壤各處理的鉀元素含量均在2.00%以上，可能是由于紅壤和紫色土均能促進鉀素的轉(zhuǎn)移與再利用，增加葉片對鉀素的吸收。

本研究顯示：紅壤和紫色土的pH值隨連作年限增加呈下降趨勢，尤其是連作3年后，pH值明顯下降，這與張科等[23]和白羽祥等[2]的研究結(jié)果一致，即連作導致土壤pH值呈不同程度地下降。紅壤各處理pH值在酸性范圍，而紫色土各處理的pH值在堿性范圍。紅壤為中度脫硅富鋁風化土壤，交換性氫和交換性鋁含量較高，故土壤整體偏酸；而紫色土為紫紅色巖層直接風化而成，母質(zhì)富含礦質(zhì)養(yǎng)分?？傮w而言，2種土壤的脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均以紅壤較強，紫色土相對較弱。這可能與土壤的機械組成有關(guān)，土壤酶活性與土壤黏粒含量呈正相關(guān)[24]，即土壤質(zhì)地越粘重，其土壤酶的活性越強。紅壤質(zhì)地相對黏重，保水保肥能力強，養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng)能力也強；紫色土潛在性基礎(chǔ)養(yǎng)分雖較高，但土層淺薄，有機質(zhì)含量低，氮素相對缺乏[24-26]；還可能與紅壤施用農(nóng)家肥使其土壤酶活性增強[23]有關(guān)。

4 結(jié)論

隨著連作年限增加，2種土壤上的烤煙有效葉數(shù)和葉面積指數(shù)等農(nóng)藝性狀指標、產(chǎn)量、均價和產(chǎn)值等經(jīng)濟性狀指標以及煙葉總糖和還原糖含量等煙葉化學性狀指標均呈下降趨勢。隨著連作年限增加，2種土壤的pH值下降，紅壤從連作1年開始顯著下降，紫色土在連作3年時顯著下降；有機質(zhì)、速效鉀含量和脲酶活性呈不同程度地增加，但紫色土各處理的響應(yīng)滯后于紅壤的對應(yīng)處理?？傮w而言，隨著連作年限增加，連作對烤煙生長發(fā)育和經(jīng)濟指標的負向效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。連作改變了不同植煙土壤的化學特性，但紫色土對連作年限的響應(yīng)滯后于紅壤。