不同前作對煙田土壤養分、酶活性及烤煙生長的影響

禚其翠，宋文靜，董建新，胡海洲，宋曉培，陳玉藍，李磊磊，況 帥，蘆偉龍，梁洪波*

我國農民長期以來形成了精耕細作的生產方式，復種指數高，種植模式多種多樣，田塊間土壤肥力的差異較大。研究表明，不同種植模式對土壤的肥力有顯著影響[1-4]，不同前茬作物對后茬作物的生長、產量和品質也有較大影響[5-7]。

烤煙作為以收獲葉片為主的經濟作物，其產量和質量對土壤肥力較為敏感。研究表明，不同的前茬作物對煙葉生長和品質有不同的影響。徐照麗等[8]研究發現，在不施氮肥的條件下，烤煙總生物量由低到高的前作依次為大麥、洋蔥、油菜和甜脆豌豆。劉優雄等[9]研究表明，前茬種植水稻和油菜能夠促進烤煙生長、改善化學成分協調性，而玉米則抑制了烤煙生長且使其化學成分協調性變差。劉楓等[10]研究表明，油菜、小麥、大麥和綠肥等前茬作物對土壤氮素有效性、煙株生物量、氮磷鉀養分吸收量、土壤氮磷鉀養分殘留以及氮素表觀損失和磷鉀表觀盈余有顯著的影響。

涼山是我國主產煙區之一，烤煙種植模式主要有冬閑→烤煙、綠肥→烤煙、油菜→烤煙、其他經濟作物→烤煙等，導致烤煙平衡施肥和生產管理復雜化。本項研究選擇冬閑→烤煙、綠肥→烤煙、大蒜→烤煙三種最為典型的種植模式，明確不同前作對土壤和烤煙生產影響，旨在進一步指導不同種植模式下的土壤保育和優質烤煙生產。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年10月—2017年9月在四川省西昌市大興鄉中國農業科學院西昌煙草資源與環境野外科學觀測試驗站進行。試驗地塊位于東經 102°21′49″，北緯 27°50′49″，海拔1700 m，供試土壤為水稻土，pH 7.63，有機質24.0 g/kg，可溶性有機碳9.61 mg/kg，銨態氮1.67 mg/kg，硝態氮13.20 mg/kg，有效磷 3.21 mg/kg，速效鉀 190 mg/kg。

1.2 試驗設計

大田試驗設置3個處理，處理1為冬閑→烤煙，處理2為大蒜→烤煙，處理3為綠肥（光葉紫花苕）→烤煙。采用大田隨機區組試驗，設置 3次重復，共計9個小區，小區面積為100 m2。2016年10月1日分別播種大蒜和綠肥，其中大蒜地施肥量折合每公頃尿素300 kg、硫酸鉀150 kg，綠肥地不施肥。2017年5月1日分別收獲大蒜和綠肥壓青還田。2017年5月7日移栽烤煙，品種為云煙87，施肥量折合每公頃農家肥（腐熟牛糞）1.5 t，復合肥（N、P2O5、K2O含量分別為15%、15%、15%）450 kg，硫酸鉀（K2O含量為50%）225 kg。

1.3 取樣時期及測定方法

在烤煙移栽時及烤煙采收結束時，每個小區隨機確定3個點，采集0～20 cm耕層土壤充分混勻。銨態氮、硝態氮采用 1 mol/L KCL溶液浸提，Seal-AA3連動流動分析儀測定[11]；pH采用電位法（水土比為 2.5∶1），有效磷采用鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法[12]；可溶性有機碳參照陳安強等[13]方法，采用0.5 mol/L的K2SO4（水土比為5∶1）浸提，Muti N/C-3100型TOC分析儀測定。烤煙移栽第 0、30、60、90和 120天，每個小區隨機確定3個點，采集0～20 cm耕層土壤混合為一份土壤，測定土壤蔗糖酶、土壤脲酶和土壤中性磷酸酶活性。土壤蔗糖酶活性用3,5-二硝基水楊酸比色法，土壤脲酶活性用靛酚藍比色法，土壤中性磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法[14]。

烤煙移栽后第30、60天，每個小區取5株有代表性的煙株，分根、莖、葉在105 ℃下殺青0.5 h，然后70 ℃烘干至恒重，稱重并記錄。經H2SO4-H2O2法消煮后，凱氏定氮法測定氮含量，火焰光度計法測定鉀含量[14]。

采集C3F等級初烤煙葉，送農業部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心測定總氮[15]、總植物堿[16]、總糖[17]、還原糖[17]、鉀[18]及氯[19]含量，并進行烤煙感官質量評吸。評吸專家來自農業部煙草產業產品質量監督檢驗測試中心，共計7人。煙感官質量評吸賦分方法參照標準YC/T 138—1998 煙草及煙草制品 感官評價方法，并進行修訂：（1）勁頭：大、較大、適中、較小、小；（2）濃度：濃、較濃、中等、較淡、淡；（3）香氣質：好 15～13、較好12～10、中等 9～7、較差＜7；（4）香氣量：足 20～18、較足 17～15、尚足14～12、有 11～9、較少＜9；（5）余味：舒適25～22、較舒適21～18、尚舒適17～14、欠適 13～10、差＜10；（6）雜氣：微有 18～16、較輕 15～13、有 12～10、略重 9～7、重＜7；（7）刺激性：輕 12～11、微有 10～9、有 8～7、略大6～5、大＜5；（8）燃燒性：強5、較強4、中等3、較差2、熄火0；（9）灰色：白色5、灰白3、黑灰＜2。

1.4 統計分析

數據采用Microsoft Excel 2007和SAS 9.2統計軟件進行分析。

2 結 果

2.1 不同前作處理對煙田土壤的影響

2.1.1 不同前作處理對煙田土壤養分的影響 由表1可知，烤煙移栽前，與冬閑處理相比較，大蒜與綠肥處理均能顯著降低土壤pH；大蒜與綠肥處理的土壤硝態氮、有效磷、速效鉀和可溶性有機碳均有不同幅度的提高，其中綠肥處理的提高幅度高于大蒜處理；綠肥處理的土壤硝態氮、速效鉀和可溶性有機碳含量均有大幅提高，增幅分別為50.66、217.39和1.81 mg/kg；大蒜處理的土壤速效鉀含量顯著提高，增幅為108.80 mg/kg。

烤煙采收結束后，大蒜處理土壤有效磷、速效鉀和可溶性有機碳含量顯著高于冬閑，分別為0.63、66.34和1.87 mg/kg；pH、銨態氮和硝態氮差異不顯著。綠肥處理pH顯著低于冬閑處理，降低了0.15個單位；綠肥處理硝態氮、有效磷、速效鉀和可溶性有機碳顯著高于冬閑處理，分別增加了8.66、1.03、172.67和4.62 mg/kg；二者銨態氮無顯著差異。烤煙采收結束后與烤煙移栽前相比，3個處理的土壤pH、硝態氮、速效鉀均下降，而土壤銨態氮、有效磷、有機碳含量均升高。

2.1.2 不同前作處理對土壤酶活性的影響 由圖1a可知，在烤煙種植期間，土壤蔗糖酶活性總體表現為綠肥＞大蒜＞冬閑，且前期差異顯著。總體來看，隨著時間的變化，冬閑處理烤煙生長過程中土壤蔗糖酶活性呈緩慢上升趨勢；大蒜處理土壤蔗糖酶活性呈下降趨勢；除第 90天之外，綠肥處理土壤蔗糖酶活性呈下降趨勢。在烤煙采收結束后，各處理土壤蔗糖酶活性趨于一致。由圖 1b可知，在烤煙整個生長過程中，除烤煙移栽后90 d外，土壤中脲酶活性為綠肥＞大蒜＞冬閑。總體來看，隨著時間的變化，各處理土壤脲酶活性均表現出先下降（0～60 d）后上升（60～90 d）再下降（90～120 d）趨勢。烤煙采收結束后，與冬閑處理相比，大蒜和綠肥處理的煙田土壤脲酶活性分別提高 17.57%和31.50%。由圖 1c可知，總體來看各處理煙田土壤磷酸酶活性均表現出先升高后降低趨勢。大蒜處理的土壤磷酸酶活性變化曲線相對較平緩，起始時土壤磷酸酶活性是綠肥＞大蒜＞冬閑，第 90天是大蒜＞綠肥＞冬閑，第 120天是綠肥＞大蒜＞冬閑。而綠肥處理的土壤磷酸酶活性始終高于冬閑處理。

表1 不同前作處理對耕層土壤主要養分的影響Table 1 Effects of different preceding-crops on pH and nutrient contents of plough soil of tobacco-planting field mg/kg

圖1 不同前作對煙田表層土壤酶活性的影響Fig. 1 Effects of different preceding-crops on enzyme activities in plough soil of tobacco-field

2.2 不同前作處理對烤煙生長的影響

2.2.1 不同前作處理對烤煙生物量的影響 由表 2可知，烤煙移栽后30 d，與冬閑處理相比，大蒜處理烤煙根、莖和葉干物質積累量均有所提高，但未達到顯著差異水平；綠肥處理烤煙根、莖、葉干物質積累量降低，降幅分別為 38.55%、15.09%和40.23%，其中根和葉達到顯著差異，可能的原因是綠肥在土壤中快速腐解對烤煙生長造成不利影響。移栽后 60 d，與冬閑處理相比，大蒜處理烤煙根、莖、葉干物質積累量均顯著提高，增幅分別為91.58%、89.64%和93.39%；綠肥處理烤煙根、莖、葉干物質積累量均顯著提高，增幅分別為71.88%、65.63%和110.11%。大蒜和綠肥處理之間無顯著差異。可見，與冬閑處理相比，在烤煙生長旺長期，大蒜與綠肥處理均能在一定程度上提高烤煙干物質積累量，有利于烤煙生長。

表2 前作對烤煙干物質積累量的影響 g/株Table 2 Effects of preceding crops on dry matter accumulation in flue-cured tobacco g/plant

2.2.2 不同前作對烤煙氮素吸收的影響 由表3可知，烤煙移栽30 d后，與冬閑處理相比，大蒜處理的烤煙根、莖、葉中氮積累量升高，增幅分別為4.59%、2.37%和0.35%，但未達到顯著水平；綠肥處理的烤煙根、莖、葉中氮積累量均顯著降低，降幅分別為38.04%、20.51%和38.10%。烤煙移栽后60 d，與冬閑處理相比，大蒜處理的烤煙根和莖中氮積累量顯著提高，增幅分別為83.61%和99.95%，但葉中氮積累量無顯著差異；綠肥處理的烤煙根、莖和葉中氮積累量均顯著增高，增幅分別為55.31%、104.16%和98.86%。總體來說，與冬閑處理相比，大蒜與綠肥處理在烤煙旺長期均一定程度上增加了煙株對氮素的吸收量。

2.2.3 不同前作對烤煙鉀含量的影響 由表4可知，烤煙移栽后30 d，與冬閑處理相比，大蒜處理的烤煙根、莖、葉中鉀積累量升高，增幅分別為3.76%、3.13%和3.23%，但均未達到顯著差異水平；綠肥處理的烤煙根、莖、葉中鉀積累量均顯著降低，降低幅度分別為41.06%、17.56%和41.34%。烤煙移栽60 d后，與冬閑處理相比，大蒜和綠肥處理均能提高烤煙根、莖、葉中鉀積累量，增幅分別為109.24%、125.57%、22.54%和 61.66%、62.22%、140.38%。總體來說，與冬閑處理相比，大蒜與綠肥處理促進了烤煙旺長期對鉀的吸收。

表3 不同前作處理對烤煙氮積累量的影響 mg/株Table 3 Effects of preceding crops on nitrogen accumulation in roots, stems and leaves of flue-cured tobacco mg/plant

2.3 不同前作處理對烤煙產質量的影響

2.3.1 不同前作處理對烤煙經濟性狀的影響 由表5可知，與冬閑處理相比，大蒜和綠肥處理烤煙上等煙比例、中上等煙比例、產量、產值和均價分別提高了28.20%、5.49%、14.88%、24.14%、7.75%和44.00%、11.31%、24.89%、46.09%、16.69%。3個處理均是綠肥＞大蒜＞冬閑。這表明大蒜和綠肥處理可以提高煙葉的產量和產值，且綠肥處理效果更為明顯。

2.3.2 不同前作處理對煙葉化學成分的影響 由表6可知，與冬閑處理相比，大蒜處理煙葉還原糖、總糖、總植物堿、總氮、鉀、氯和糖堿比無顯著差異；綠肥處理總氮含量有顯著增加，還原糖、總糖含量和糖堿比有所降低，總植物堿和鉀含量小幅增加，但未達到顯著差異水平。

表4 不同前作處理對烤煙鉀積累量的影響 mg/株Table 4 Effects of preceding crops on potassium accumulation in roots, stems and leaves of flue-cured tobacco mg/plant

表5 不同前作處理對烤煙經濟性狀的影響Table 5 Effects of preceding crops on economic characters of flue-cured tobacco

表6 不同前作處理對煙葉化學成分的影響Table 6 Effects of preceding crops on chemical components of tobacco leaves

根據中國煙草種植區劃研究中對烤煙化學成分指標賦值方法，較好的烤煙中部煙葉總植物堿含量應為2.2%～2.8%左右，總氮含量2.0%～2.5%，還原糖含量18%～22%，鉀離子2.5%以上，還原糖和煙堿比值 8～10左右[20]。對比上述優質煙指標，大蒜和冬閑處理煙葉化學成分協調性較好，但是煙堿和總氮含量較低；綠肥處理總植物堿較為符合，但還原糖含量和還原糖/總植物堿比值較低。

2.3.3 不同前作處理對烤煙感官評吸質量的影響由表7可知，烤煙感官評吸質量得分為大蒜＞冬閑＞綠肥。與冬閑處理相比，大蒜處理烤煙香氣量及余味均有提高，而綠肥處理烤煙香氣質、香氣量、余味均有降低。

表7 不同前作處理對烤煙感官評吸質量的影響Table 7 Effects of preceding crops on sensory evaluation quality of flue-cured tobacco

3 討 論

本研究表明，與冬閑相比較，前作大蒜和綠肥降低了土壤 pH，提高了土壤有效磷、速效鉀和可溶性有機碳含量，以種植綠肥提高幅度較大，其中種植綠肥還可大幅提高土壤硝態氮含量；土壤酶活性總體趨勢為綠肥＞大蒜＞冬閑。前作種植大蒜可以有效提高旺長期（移栽后60 d）的生物產量；而綠肥在生育前期（移栽后30 d）生物產量顯著低于冬閑和種植大蒜處理，主要原因是前期綠肥在土壤中快速腐解對烤煙生長造成不利影響。不同前作對烤煙氮素和鉀素吸收的影響與對生物產量影響的趨勢相一致。前作種植大蒜和綠肥可以提高煙葉產量產值，綠肥效果高于大蒜，但是種植綠肥導致煙葉氮含量增加，煙葉感官評吸質量明顯下降。

土地利用方式作為人類生產生活對土地利用的綜合反映，會直接而深刻的影響土壤肥力[21-22]。已有研究表明，土地利用方式及管理措施的差異易導致土壤養分、土壤酶活性及土壤pH等重要土壤肥力評價指標的變化[23]，且對土壤理化指標的影響顯著性程度存在差異。王振平等[24]研究指出土壤化學性質受到氣候、成土母質、地質等非生物因素和人類、生物活動等生物因素的共同影響，說明前作對于土壤肥力指標的影響又因生態環境和管理方式的不同而存在差異，進一步表明了土壤肥力受前作影響的復雜性。本研究結果表明，與冬閑相比，前作種植綠肥處理烤煙前期生長較慢，后期生長較快，煙堿含量高，這與彭云等[25]的研究結果一致；前作種植大蒜可以增加煙葉產量產值，且對煙葉質量沒有負面作用，與黃光榮[26]、賴榮泉[27]的研究結果一致。綜上可以看出，大蒜→烤煙種植模式可以有效促進煙葉產值和產量，是綜合效益較好的種植模式；同時前作種植大蒜對煙草黑脛病具有較好的防控效果[28]。本研究中，種植綠肥雖然影響到當季烤煙前期生長和煙葉質量，但是綠肥還田是當前我國培肥地力的重要措施，其功能不僅僅是供氮，更重要是通過提升土壤有機質含量，促進土壤大團聚體形成，從而改善土壤結構。本研究中，綠肥于煙草移栽前1周還田，在煙草生長前期綠肥快速腐解過程中微生物繁殖需要大量的氮、磷等元素，存在和煙株競爭養分的可能，同時綠肥在微生物腐解過程中產生的某些中間代謝產物對植物根系有抑制作用，因此綠肥還田的土壤煙株一般前期生長較為緩慢；加之本研究在前茬種植綠肥的情況下沒有適當調減后茬烤煙的施肥量，從而造成煙葉氮含量較高，品質有所下降，在以后的研究中應注意綠肥的還田時期和烤煙合理施肥量方面的運籌。

4 結 論

與冬閑相比較，烤煙前茬種植大蒜和綠肥均可以提高土壤養分含量和土壤酶活性，綠肥效果顯著大于大蒜；同時土壤pH有所下降。前茬種植大蒜和綠肥均顯著增加了煙葉產量和產值，綠肥的效果顯著高于大蒜。煙葉質量方面，與冬閑相比較，前茬種植大蒜有利于煙葉品質的提高，而綠肥處理由于煙葉氮含量增加，煙葉感官評吸質量明顯下降，因此綠肥還田后烤煙要適當減少施肥量。

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