烤煙間作半夏對(duì)烤煙生長(zhǎng)及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

周文， 郭笑恒， 徐銳， 王曉麗， ?；蹅ィ?韓丹， 邵惠芳

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002； 2.湖北省煙草公司襄陽(yáng)市公司，湖北 襄陽(yáng) 441003；3.中國(guó)煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，鄭州 450003）

烤煙是禁忌連作的農(nóng)作物，我國(guó)也一直提倡間作和輪作。然而，近年來(lái)，我國(guó)烤煙種植區(qū)域不斷壓縮，烤煙連作現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重[1?2]，已成為制約我國(guó)煙草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素[2?3]。

連作是指在同一塊土地上一年或者多年連續(xù)種植同種作物的種植方式。連作后，即使正常的種植管理，植株仍然會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)?、產(chǎn)量和品質(zhì)下降的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱為連作障礙[4]。長(zhǎng)期連作導(dǎo)致煙田內(nèi)有害物質(zhì)累積，土壤肥力下降，有效成分減少，土壤酶活性降低，影響作物正常生長(zhǎng)[3]。連作使土壤環(huán)境不利于有益微生物生長(zhǎng)，而一些有害微生物迅速繁殖，誘使病蟲(chóng)害發(fā)病率增高[5]，導(dǎo)致烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)降低，影響煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)收益[6]。在作物生長(zhǎng)初期，連作障礙尤為明顯，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部死苗、不發(fā)苗或者發(fā)苗不旺。連作導(dǎo)致土傳病蟲(chóng)害發(fā)生嚴(yán)重，影響植物對(duì)土壤水分和有效養(yǎng)分的吸收利用，導(dǎo)致植株發(fā)育不良甚至死亡，嚴(yán)重影響產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。

近年來(lái)，連作障礙的修復(fù)已成為生產(chǎn)上亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。當(dāng)前，在生產(chǎn)中主要采用合理的種植制度、生物防治、土壤改良等方法以達(dá)到減少農(nóng)作物連作障礙的目的。研究表明，間作一方面可以充分利用水、氣、熱條件和土壤養(yǎng)分，還可以起到改善植物根際環(huán)境的作用[8]；另一方面，作物間作可以降解自毒物質(zhì)，減輕土傳病害，緩解作物連作障礙，以達(dá)到保護(hù)作物多樣性、減少農(nóng)藥過(guò)量施用給生態(tài)環(huán)境造成污染的目的；合理間作還可提高主作物的營(yíng)養(yǎng)抗性[9]，提高寄主作物的生理抗性[10]。

為解決烤煙種植中的連作問(wèn)題，本研究設(shè)置半夏與烤煙不同比例間作處理，研究不同處理下烤煙的農(nóng)藝性狀和煙葉中化學(xué)成分、香氣物質(zhì)及產(chǎn)量等關(guān)鍵指標(biāo)變化，為提高煙田復(fù)種指數(shù)和實(shí)現(xiàn)助農(nóng)增收提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

本試驗(yàn)在湖北襄陽(yáng)?？悼h馬良鎮(zhèn)（31°53′06″N、111°32′41″E）進(jìn)行。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，平均海拔900 m 以上，年平均氣溫9.1~17.8 ℃，年均降雨量900 mm以上，年均無(wú)霜期240 d。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，土壤為黃棕壤，肥力均勻，前茬作物為烤煙，連作5年以上。土壤基本理化性狀：有機(jī)質(zhì)27.44 g·kg?1，堿解氮131.24 mg·kg?1，速效磷31.55 mg·kg?1，速效鉀263.92 mg·kg?1，pH 7.3，能代表當(dāng)?shù)卮蟛糠譄熖锏姆柿λ健?/p>

1.2 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為K326；半夏為旱半夏，均由湖北省襄陽(yáng)市煙草公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4 個(gè)不同種植模式處理，如圖1 所示，分別為：烤煙單作（CK）；半夏與烤煙1∶2 間作，即種植2行烤煙間種1畦半夏（C1）；半夏與烤煙1∶3間作，即種植3 行烤煙間種1 畦半夏（C2）；半夏與烤煙1∶4 間作，即種植4 行烤煙間種1 畦半夏（C3）。每個(gè)處理3 次重復(fù)，每重復(fù)小區(qū)面積333.35 m2。各處理N、P、K 肥用量均按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，保持各個(gè)小區(qū)土壤肥力一致。

圖1 各處理種植模式示意圖Fig. 1 Schematic diagram of different planting patterns

1.4 指標(biāo)測(cè)定方法

1.4.1農(nóng)藝性狀 分別于烤煙成熟期（移栽后80 d）及采烤前按照 YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》[10]測(cè)量煙株的株高、莖圍、節(jié)間距和最大葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)，每個(gè)處理3 次重復(fù)，每重復(fù)調(diào)查10株。

1.4.2葉片SPAD 值 分別于烤煙移栽后7、14、21、28、35、42 和49 d，用葉綠素儀(SPAD-502)在9:00—11:00 陽(yáng)光充足時(shí)測(cè)定葉片SPAD 值。每小區(qū)隨機(jī)選取10 株，每株選取中上部有代表性的1 片煙葉進(jìn)行測(cè)量，并選取鮮煙葉主脈對(duì)稱兩側(cè)的葉尖、葉中、葉基 6 個(gè)點(diǎn)為測(cè)定位置，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次。

1.4.3冠層形態(tài)指標(biāo) 在烤煙成熟期（移栽后80 d）以及采烤前，選取生長(zhǎng)一致、受光一致的煙株在自然條件下用LI-6400 便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定煙葉的凈光合速率，測(cè)定時(shí)，光量子通量密度（photo flux density，PFD）為800 μmol·m?2·s?1，葉室中環(huán)境CO2濃度為 360 μmol·mol?1，葉室溫度為28 ℃。用量角器測(cè)定莖葉夾角，并計(jì)算葉向值（leaf orientation value，LOV）。每小區(qū)3次重復(fù)，每重復(fù)5株。

式中，θ為葉傾角（°），Lf為葉基部到葉片最高處的長(zhǎng)度（cm），L為葉片全長(zhǎng)（cm），n為葉片數(shù)。

1.4.4品質(zhì)性狀 煙葉成熟采收后，每小區(qū)分別隨機(jī)選取B2F、C3F 和X2F 共3個(gè)等級(jí)烤后煙葉樣品各1 kg，65 ℃烘箱烘至恒重后研磨成粉，過(guò)60目篩處理后于自封袋陰涼通風(fēng)處常溫保存，用于烤煙理化性質(zhì)及其香味物質(zhì)含量的測(cè)定。

采用連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀（AA Ⅲ 型，德國(guó)BRAN+LUEBBE 公司），按照YC/Z 240—2008 煙草及煙草制品標(biāo)準(zhǔn)體系[12]測(cè)定烤后煙葉總糖、還原糖、鉀、氯及煙堿含量，并計(jì)算兩糖比和糖堿比。

采用內(nèi)標(biāo)法測(cè)定中性致香物質(zhì)含量，以硝基苯為內(nèi)標(biāo)，儀器為HP 5890-5972 氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent 公司），前處理及GC/MS 分析條件參照韋鳳杰等[13]的方法進(jìn)行，由GC/MS 鑒定結(jié)果和NIST庫(kù)檢索定性。

1.4.5病害情況 于煙苗移栽后45、60 和75 d，按照《煙草病蟲(chóng)害分級(jí)及調(diào)查方法》[12]調(diào)查各小區(qū)烤煙赤星病的發(fā)生情況（病株株數(shù)及每病株病級(jí)），并計(jì)算病情指數(shù)和防治效果。

1.4.6經(jīng)濟(jì)效益 按照湖北省烤煙收購(gòu)價(jià)格為標(biāo)準(zhǔn)，由湖北襄陽(yáng)煙草公司采集統(tǒng)計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作半夏對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，與CK 相比，C1和C2處理顯著提高了烤煙的株高和最大葉面積，但對(duì)莖圍和節(jié)間距無(wú)顯著影響，C1和C2處理間無(wú)顯著差異；C3處理的株高、莖圍、節(jié)間距和最大葉面積與對(duì)照和C1、C2 處理均無(wú)顯著差異。由此表明，C1 處理和C2 處理可顯著提高烤煙農(nóng)藝性狀，促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，而C3處理則無(wú)明顯促進(jìn)作用。

表1 不同處理下烤煙成熟期田間農(nóng)藝性狀指標(biāo)Table 1 Field agronomic traits of flue?cured tobacco at maturity stage under different treatments

2.2 間作半夏對(duì)烤煙葉片SPAD值的影響

由圖2 可知，隨著移栽天數(shù)的增加，烤煙葉片SPAD值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)?？緹熞圃院?~49 d，在同一時(shí)間，間作半夏處理的烤煙葉片SPAD 值均顯著高于烤煙單作（P<0.05）。由此表明，烤煙間作半夏可提高烤煙葉片的SPAD 值，對(duì)烤煙葉片光合性能有顯著促進(jìn)作用。

圖2 不同處理下烤煙移栽后葉片的SPAD值Fig. 2 SPAD value of tobacco leaves after transplanting under different treatments

2.3 間作半夏對(duì)烤煙冠層形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2 可知，C2 和C3 處理烤煙的莖葉夾角、葉向值和凈光合速率顯著大于CK；而C1 處理與CK差異不顯著。C1和C2處理烤煙的葉面積指數(shù)顯著低于CK，C3 處理與CK 差異不顯著。由此表明，間作半夏提高了烤煙莖葉夾角、葉向值和凈光合速率，改善了烤煙冠層形態(tài)，以C2（半夏和烤煙1∶3間作）處理效果最優(yōu)。

表2 不同處理下成熟期烤煙的冠狀形態(tài)指標(biāo)Table 2 Coronal morphology indexes of flue?cured tobacco at maturity under different treatments

2.4 間作半夏對(duì)烤煙赤星病害的影響

由表3 可知， C1、C2 和C3 處理烤煙的發(fā)病率均較CK 顯著降低，表現(xiàn)為CK>C2>C3>C1，其中，C1處理的發(fā)病率又顯著低于C2和C3處理；與CK相比，C1 處理的發(fā)病率降低49.9%。C1、C2 和C3處理烤煙的病情指數(shù)也較CK 顯著降低，表現(xiàn)為CK>C2>C3>C1，其中，C1處理的病情指數(shù)最低，較CK 顯著降低45.02%。間作半夏對(duì)烤煙赤星病害的相對(duì)防治效果為45.02%（C1）、30.72%（C2）和38.12%（C3）。綜上所述，烤煙間作半夏可顯著減少赤星病害的發(fā)生，且C1處理的防治效果最好。

表3 不同處理下成熟期烤煙田間赤星病害情況Table 3 Situation of red star disease in flue?cured tobacco at mature stage under different treatments

2.5 間作半夏對(duì)烤煙化學(xué)成分的影響

比較不同處理烤后煙葉化學(xué)物質(zhì)含量，結(jié)果（表4）表明，間作半夏影響烤后煙葉化學(xué)成分含量。對(duì)于上部葉，C1處理較CK顯著提高了總糖含量，降低了氯含量；C2處理較CK 顯著提高了總糖和還原糖含量及兩糖比和糖堿比，降低了氯含量；C3 處理顯著提高了還原糖含量和糖堿比。C1 和C2 處理上部葉總糖含量分別較CK 顯著增加18.0%和8.4%；氯含量分別較CK 顯著減少54.2%和43.4%。對(duì)于中部葉，C1、C2 和C3 處理均較CK顯著提高了總糖和鉀含量及糖堿比；C1處理較CK顯著提高了還原糖含量；C1 和C2 處理均較CK 顯著降低了煙堿和氯含量；C2和C3處理的煙堿和氯含量顯著降低，較CK分別降低了15.7%、27.6%和27.4%和47.6%。對(duì)于下部葉，C1 處理的總糖、煙堿、氯和還原糖含量較CK 顯著降低；C2處理的鉀含量較CK 顯著提高，氯含量顯著降低；C3處理的煙堿含量較CK顯著提高，兩糖比顯著降低。綜上所述，烤煙間作半夏提高了烤煙上部葉和中部葉的總糖、還原糖含量以及下部葉的鉀含量，降低了全株葉中的氯含量，提高了烤煙中上部葉片中化學(xué)成分的協(xié)調(diào)性，從而改善了煙葉的品質(zhì)，其中C1（半夏與烤煙1∶2間作）處理效果最好。

表4 不同處理下烤煙各部位煙葉的化學(xué)成分Table 4 Chemical composition indexes of flue-cured tobacco leaves under different treatments

2.6 間作半夏對(duì)烤煙香氣物質(zhì)的影響

煙葉的品質(zhì)與葉片中性致香物質(zhì)的含量、種類和組成等因素密切相關(guān)。分析不同處理上、中、下部葉中性致香物質(zhì)含量，結(jié)果（表5）表明，不同處理葉片中性致香物質(zhì)含量存在差異。上、中和下部葉片中均以新植二烯在不同處理中占比最高，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量次之。對(duì)于上部葉，新植二烯含量由高到低依次為C2>C1>C3>CK；C2處理葉片中類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量顯著高于C3和CK 處理，其他處理間差異不顯著；C1、C2 和C3處理葉片中香氣物質(zhì)總量顯著高于CK，其中，C1和C2處理又顯著高于C3處理。對(duì)于中部葉，各處理間葉片新植二烯含量均存在顯著差異，表現(xiàn)為C3>C2>C1>CK；且不同處理葉片類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量也存在顯著差異，表現(xiàn)為C3>C1>CK>C2；間作半夏處理葉片中香氣物質(zhì)總量顯著高于CK，其中，C1、C2 和C3 處理葉片中香氣物質(zhì)總量分別為701.66、856.97和910.00 μg·g?1。對(duì)于下部葉，C1、C2 和C3 處理葉片中新植二烯含量顯著高于CK，其中，C1和C2處理又顯著高于C3處理；且C1 和C2 處理的香氣物質(zhì)總量顯著高于C3 和CK處理。由此表明，間作半夏有利于提高烤煙上、中和下部葉片中性致香物質(zhì)含量，改善煙葉品質(zhì)。

表5 不同處理下烤煙不同部位葉片中性致香物質(zhì)的含量Table 5 Content of neutral aromatic substances in leaves of different positions under different treatments （μg·g?1）

2.7 間作半夏對(duì)經(jīng)濟(jì)性狀和綜合效益的影響

由表6 可知，與烤煙單作相比，烤煙間作半夏提高了上等煙比例，其中，C2 處理上等煙比例最高，較CK 提高9.41%。間作降低了烤煙種植密度，因此，間作半夏的烤煙產(chǎn)量隨著烤煙比例的減少而降低。但間作作物半夏的市場(chǎng)價(jià)格較高，因此，C1 和C2 處理的綜合效益較CK 顯著提高，其中，C1 處理的綜合效益最高，較CK 顯著增加6.36%。C3 處理的綜合效益顯著低于CK，可能是由于C3 處理的半夏產(chǎn)量較低，而管理成本較高，影響了綜合效益。

表6 烤煙間作半夏的經(jīng)濟(jì)性狀Table 6 Economic characters of intercropping pinellia in flue?cured tobacco

3 討論

本研究表明，相比于烤煙單作，間作半夏對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育有一定影響。半夏與烤煙按1∶2 和1∶3 間作顯著提高了烤煙的株高和最大葉面積，促進(jìn)了烤煙的生長(zhǎng)，與張宗錦等[15]研究結(jié)果一致。間作半夏改善了烤煙的冠層形態(tài)，其中，以半夏與烤煙按1∶3 間作處理的效果最優(yōu)。烤煙間作半夏的種植模式改善了莖葉夾角和葉向值，顯著提高了烤煙葉片的凈光合速率。間作可有效減輕田間病害對(duì)烤煙的危害。間作模式中適當(dāng)?shù)淖魑镓S富度增加了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生物控害功能[16]，本研究中，烤煙間作半夏顯著降低了烤煙赤星病的發(fā)病率和病情指數(shù)，與張宗錦等[15]和薛超群等[17]的研究結(jié)果一致。不同間作處理相比，半夏與烤煙按1∶2 間作對(duì)赤星病的防治效果最好，病情指數(shù)降低45.0%，可能是較高比例的半夏改善了煙株的生長(zhǎng)空間，提高了光能利用率，且對(duì)田間小氣候起到了一定的改善作用，與彭晟等[18]的研究結(jié)論一致。與間作草木犀[19]相比，烤煙間作半夏的上等煙比例較高，且煙葉中總糖和還原糖含量及糖堿比等均優(yōu)于間作草木犀?？緹熼g作半夏還可提高了農(nóng)民當(dāng)年的經(jīng)濟(jì)收入。并且，半夏為多年生植物，次年可減少成本，綜合效益將明顯增加，與小麥間作半夏的研究結(jié)果[20]一致。綜上所述，半夏與烤煙間作不僅促進(jìn)了植株發(fā)育，還可增強(qiáng)植株對(duì)病蟲(chóng)害的抗性，提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)，增加煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益，其中，半夏與烤煙按1∶2 比例種植效果最佳。