粉壟耕作深度對烤煙生長和物質積累及煙葉產質量的影響

鄧小華，王新月，楊紅武，劉勇軍，鄧永晟，周米良，張明發，趙炯平，李 奇，王衛民，陳 金，粟戈璇

（1.湖南農業大學農學院，長沙 410128；2.中國煙草中南農業試驗站，長沙 410004；3.湖南省煙草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000；4.浙江中煙工業有限責任公司，杭州 310008）

合理耕作可調控土壤水、肥、氣、熱狀況，使作物增產、增質和增效[1-2]。山地植煙土壤常采用小型拖拉機帶旋耕機進行旋耕作業，容易在耕作層和心土層形成犁底層，阻礙耕作層和心土層之間的水、肥、氣、熱交換，致使土壤耕層變淺和蓄水保肥能力下降[3]，影響烤煙根系發育和下扎，導致烤煙早衰和產質量不穩定[4]。粉壟耕作（以下簡稱“粉壟”）作為一種垂直深旋耕方式，其特點是采用轉軸垂直于被耕地面的立式螺旋形鉆頭切削、撞擊、捶打、擠壓土壤，實現深耕、深松、碎土等深旋耕作業[3,5]。粉壟栽培可提高甘蔗產量和改善甘蔗品質[6]，提高稻谷產量、改善稻米品質、增加純收益[7]，增加馬鈴薯產量和提高商品薯的比例[8]，促進玉米根系生長發育和提高玉米產量[9]，增加小麥、玉米兩季作物產量[10]，促進煙株活性根的生長[11]。粉壟耕作可增加土壤速效養分含量[12]、增加赤紅壤的中團聚體含量[13]、提高巖溶區甘蔗田土壤的保肥蓄水能力[14]。但粉壟栽培對烤煙干物質和養分積累、產質量方面的研究還是空白。為充分發揮粉壟改良植煙土壤和提升烤煙產質量方面的效果，本研究分析了粉壟深度對烤煙生長、干物質和養分積累、煙葉經濟性狀和化學成分的影響，旨在為優質煙葉生產應用粉壟耕作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2019 年在湖南省花垣縣科技示范園（28.53° N，109.45° E）開展。試驗地海拔530 m，年平均氣溫15.0 ℃，年降雨量1364 mm，無霜期279 d，全年日照時數1219 h，屬亞熱帶季風山地濕潤氣候區[15]。試驗田前茬為玉米，土壤為黃壤，pH 5.04，有機質16.70 g/kg，堿解氮57.46 mg/kg，有效磷14.71 mg/kg，速效鉀90.87 mg/kg。烤煙品種為云煙87。石灰為市售熟石灰，施用量為1500 kg/hm2[15]。

1.2 試驗設計

試驗設粉壟耕作深度50 cm、40 cm、30 cm（T1、T2、T3，采用4 根垂直軸旋磨細碎土壤）和常規耕作（CK，用小型拖拉機旋耕，深度20 cm）4 個處理。3 個重復，小區面積100 m2。烤煙移栽前10 d，在土壤上均勻撒施石灰，然后按試驗設計完成土壤翻耕。翻耕后用微型機械起壟，壟幅120 cm，壟高30 cm。烤煙種植密度為16650 株/hm2（1.2 m×0.5 m)。4 月下旬移栽，7 月上旬打頂，留葉16～18 片，其他栽培管理措施同湘西自治州優質烤煙生產技術規程。

1.3 主要檢測指標及方法

1.3.1 根系形態指標測定 每個處理于烤煙移栽后30、60、90 和120 d 分別選擇5 株長勢均勻一致的烤煙樣株。30 d 取樣時，小心挖取全株根系，用水沖洗干凈；60、90、120 d 取樣時，采用植物根系取樣器（直徑10 cm，高度20 cm）在離煙株分別為5 cm、8 cm、10 cm 的壟體中部（壟脊）和壟體邊（壟邊）各取1 個土柱。用水浸泡根土并沖洗干凈，用網篩承接根系。采用LA-2400 多參數根系分析系統[16]，測定根長、根表面積、根體積、根直徑及根尖數。120 d 的根系形態數據是壟脊和壟邊的平均值。

1.3.2 烤煙生長指標調查 每個處理標記固定5 株煙進行觀察，于移栽后30、60、90 d，按照《煙草農藝性狀調查測量方法》（YC/T142—2010）測定株高、莖圍、葉片數、葉長、葉寬等。葉面積=葉長×葉寬×0.6345。30 d 時測定最大葉；60 d 時測定下部、中部、上部煙葉分別是從下往上數第2～4 葉、第6～9葉、第11～13 葉；90 d 時測定上部和中部煙葉，為從上往下數第2～4 葉、第8～9 葉。

1.3.3 烤煙干物質及全氮、全磷、全鉀、煙堿、氯含量測定 于移栽后70 d，每個處理選擇5 株長勢均勻一致的植株，分為根、莖、葉片，在105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重后測定干物質量。植株用H2SO4-H2O2法消煮，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用鉬銻抗比色法測定，全鉀采用火焰光度法測定[17]，煙堿、氯含量采用荷蘭SKALAR San++流動分析儀測定[18]。氮(磷、鉀、煙堿、氯)積累量(mg/株)=移栽后70 d 煙株某器官干物質量(g)×煙株某器官含氮(磷、鉀、煙堿、氯)量(%)×10。干物質（氮、磷、鉀、煙堿、氯）分配率（%）=某器官干物質（氮、磷、鉀、煙堿、氯）量/植株干物質（氮、磷、鉀、煙堿、氯）總量×100。

1.3.4 烤煙經濟性狀 每個處理單采、單烤，由分級專家分級后，考查上等煙比例、中等煙比例、均價、產量、產值等煙葉經濟性狀。

1.3.5 煙葉化學成分測定 各處理選取具有代表性的B2F、C3F 等級煙葉，采用荷蘭SKALAR San++間隔流動分析儀[18]測定總糖、還原糖、總氮、煙堿、氯含量，火焰光度法測定煙葉鉀含量。

1.4 統計分析方法

采用Microsoft Excel 2003 和 SPSS 17.0 進行數據處理和統計分析。采用Duncan 法在p=0.05 水平下檢驗顯著性。

2 結果

2.1 對烤煙生長的影響

2.1.1 對烤煙地下部根系生長的影響 由表1 可知移栽后30 d，粉壟處理的根系長度、表面積、體積，根尖數均顯著大于常規耕作。移栽后60 d，從壟脊的根系看，T1、T2 的根長度、根表面積、根尖數均顯著大于T3、CK；從壟邊的根系看，T3 根系生長指標表現最好，其次是CK，T1 和T2 相對要差；這有可能是T3、CK 的根系分布較T1、T2 淺有關。移栽后90 d，從壟脊看，T1、T2 根系生長指標表現較好，其次是T3，CK 相對要差；從壟邊看，T3 根系生長指標表現較好，其次是T2，T1、CK 相對要差。移栽后120 d，T1 有利于提高根系長度、根尖數，T3 有利于提高根系平均直徑、根表面積、根體積。表明粉壟有利于烤煙根系生長發育，粉壟深度增加有利于根系下扎。

2.1.2 對煙株地上部生長的影響 由表2 可知，移栽后30 d，烤煙株高、莖圍、葉片數、最大葉面積大小排序為：T1＞T2＞T3＞CK，總體上看，粉壟的烤煙生長優于常規耕作。移栽后60 d，T1、T2 株高、莖圍、葉片數顯著大于T3、CK。移栽后90 d，T1、T2 的烤煙生長要優于T3、CK。可見，粉壟有利于烤煙生長，以粉壟深度40～50 cm 的烤煙農藝性狀較好。

2.2 對烤煙物質積累與分配的影響

2.2.1 對烤煙干物質積累與分配的影響 由圖1A可知，T1、T2、T3 的干物質總量分別較CK 多47.65%、21.33%、17.37%。T1、T2、T3 的根干物質量分別較CK 多96.09%、42.79%、19.04%；T1、T2、T3的莖、葉干物質量顯著大于CK。從圖1B 看，烤煙干物質主要分配給煙葉，T1、T2 的干物質量分配給根的比例明顯大于T3、CK，T1、T2 的根干物質分配量較T3、CK 分別多8 和4 百分點。表明粉壟有利于烤煙干物質積累，深度40～50 cm 有利于干物質向根系分配。

2.2.2 對烤煙氮積累與分配的影響 由圖2A 可知，T1、T2、T3 的烤煙氮積累量分別較CK 高48.70%、19.91%、33.40%；同時，T1 氮積累量高于T2、T3。在不同器官，根以T1 氮積累量相對較高，其次是T2、T3；莖以T1 氮積累量相對較高；煙葉以T1、T3 氮積累量相對較高。從圖2B 看，烤煙氮主要分配給煙葉，粉壟的根系氮積累比例明顯高于常規耕作（高3～5 個百分點）。表明粉壟有利于烤煙氮積累，也有利于烤煙的根系氮積累。

表1 不同粉壟深度的煙草根系形態指標Table 1 Root morphological index of tobacco in different depth of smashing ridge tillage

表2 不同粉壟深度的煙草地上部生長Table 2 Growth of above ground parts of tobacco in different depth of smashing ridge tillage

圖1 不同粉壟深度的煙草干物質積累與分配Fig.1 Tobacco dry matter accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

圖2 不同粉壟深度的煙草氮積累與分配Fig.2 Tobacco N accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

2.2.3 對烤煙磷積累與分配的影響 由圖3A 可知，T1、T2、T3 的烤煙磷積累量分別較CK 高52.61%、39.05%、31.50%。在煙株不同器官，T1 的根磷積累量最高，其次是T2、T3；T1、T2 莖的磷積累量相對較高；T3 的葉磷積累量最高，其次是T1、T2。從圖3B 看，烤煙磷主要分配給煙葉，T1、T2 的根磷積累比例明顯高于其他處理。表明隨粉壟深度增加，烤煙磷積累量增加；粉壟40～50 cm 有利于磷向根系分配。

2.2.4 對烤煙鉀積累與分配的影響 由圖4A 可知，烤煙鉀積累表現為T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2、T3的烤煙鉀積累量分別較CK 高49.94%、35.34%、25.16%。在不同器官，不同處理的根鉀積累量差異顯著；T1、T2、T3 莖和葉的鉀積累量顯著高于CK。從圖4B 看，烤煙鉀主要分配給煙葉，T1、T2 的根鉀積累比例明顯高于其他處理。表明隨粉壟深度增加，烤煙鉀積累量增加；粉壟40～50 cm 有利于鉀向根系分配。

2.2.5 對烤煙煙堿積累與分配的影響 由圖5A 可知，烤煙的煙堿積累量以T1 最高，其次是CK，T2和T3 相對較低。在不同器官，根和煙葉以T1、CK的煙堿積累量相對較高；莖以T1 的煙堿積累量相對較高。從圖5B 看，烤煙積累煙堿主要分配給煙葉，其次是根，這與根是煙堿合成器官有關；T2、T3、CK 的煙葉分配比例較高，莖分配比例較低。可見，粉壟50 cm 的烤煙，由于根系發達，合成的煙堿多，煙葉積累煙堿也多。

圖3 不同粉壟深度的煙草磷積累與分配Fig.3 Tobacco P accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

圖4 不同粉壟深度的煙草鉀積累與分配Fig.4 Tobacco K accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

圖5 不同粉壟深度的煙草煙堿積累與分配Fig.5 Tobacco nicotine accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

2.2.6 對煙株氯積累與分配的影響 由圖6A 可知，T1 的氯積累量最高，其次是T2。在不同器官，根以T1、T2 的氯積累量相對較高；莖以CK 的氯積累量相對較高；煙葉以T1 的氯積累量相對較高。從圖6B 看，烤煙氯主要分配給煙葉；T2、T3、CK的莖中氯分配比例較高。T1 煙株氯積累量多與煙株生物量大、根系發達有關。

2.3 對烤煙經濟性狀的影響

由表3 可知，不同處理煙葉產量和產值排序為T2＞T3＞CK＞T1；上等煙比例以T2 最高，其次是T3；不同處理的中等煙和均價差異不顯著。T1 處理的烤煙雖鮮煙葉產量高，但由于其后勁足，煙葉落黃晚于其他處理，烘烤后等外煙多于其他處理，導致產量和產值低。可見，適當的粉壟深度有利于提高煙葉產量和產值。

2.4 對烤后煙葉化學成分的影響

由表4 可知，粉壟（T1、T2、T3）有利于提高煙葉鉀含量。粉壟40～50cm（T1、T2）的煙葉氯含量較高。粉壟30～40 cm（T2、T3）的B2F 等級煙葉的煙堿含量較高；但在C3F 等級，T1 和CK 煙葉的煙堿含量較高。可見，粉壟栽培，由于煙株根系發達，不僅可提高煙葉鉀含量，而且煙葉氯和煙堿含量也會提高。

圖6 不同粉壟深度的煙草氯積累與分配Fig.6 Tobacco Cl accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

表3 粉壟對烤煙經濟性狀的影響Table 3 Effects of smashing ridge tillage on economic characters of flue-cured tobacco

表4 粉壟對煙葉化學成分的影響Table 4 Effects of smashing ridge tillage on chemical components of flue-cured tobacco leaf %

3 討 論

粉壟機械是通過4 根垂直安裝的立式螺旋形鉆頭作業（鉆頭轉軸垂直于被耕地面），達到深耕、深松、碎土效果[3,5]，傳統耕作機械是通過水平安裝的臥式旋耕機作業（刀輥轉軸與被耕地面平行）。韋本輝等[12]研究認為，粉壟旱地土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀的增加量分別為3.02%～35.16%、6.80%～39.54%、2.81%～44.46%、7.72%～53.71%。由于粉壟土壤耕層質量改善[12-13]，作物的根系數量增多、長度增長、垂直分布下移、水平分布拓寬[19]；促進作物活性根的生長和增加干物質積累量[11]；玉米產量可提高25.60%，花生產量可提高13.78%，大豆產量可提高10.00%，甘蔗產量可提高21.91%，桑樹產量可提高54.81%，可增加大豆蛋白質12%，增加甘蔗蔗糖分3.81%[19]。本研究認為，粉壟有利于提高根系平均直徑、根表面積、根體積，促進烤煙根系生長發育和根系下扎，改善烤煙農藝性狀，有利于烤煙干物質積累；相應地，增加烤煙產量和產值，改善化學成分協調性。

粉壟細碎植煙土壤，有激發土壤有效養分的效應[5]，促進烤煙根系生長，有利于烤煙干物質、氮、磷、鉀、煙堿、氯的積累，但不同粉壟深度的效應有差異。本研究結果表明，不同粉壟深度影響烤煙物質在根、莖、葉等器官的分配，深度40～50 cm 有利于干物質、氮、磷、鉀向根系分配，深度50 cm有利于煙堿、氯向根系分配，其主要原因是粉壟深度增加更有利于根系下扎，吸收較深層土壤的養分和氯離子；根系發育好也有利于烤煙根系合成煙堿。粉壟30～40 cm 可提高煙葉產量7.08%～12.50%，提高煙葉產值11.08%～19.89%，但粉壟50 cm 的煙葉產量與產值反而比常規耕作低，上等煙比例和均價也低于常規耕作，分析其原因是煙葉落黃略遲。由于不同處理是同房烘烤，導致烘烤后粉壟50 cm 處理的等外煙略多，致使產量和產值低。可見，烤煙粉壟栽培深度要適當。

賴洪敏等[11]在廣西百色的酸性植煙土壤上研究認為，粉壟烤煙大田前期地上部分生長較為緩慢，這與本研究結果有出入，是否與本研究撒施石灰改良酸性土壤[20-21]有關，還有待進一步研究。粉壟烤煙中后期生長發育較快，有利于提高煙葉鉀含量，但是也提高了煙葉煙堿和氯含量，這是烤煙生產應用該技術需注意的地方。

4 結 論

粉壟耕作通過深耕、深松、碎土，可促進烤煙根系和地上部生長，隨粉壟深度增加更有利于根系下扎。粉壟有利于烤煙干物質、氮、磷、鉀、煙堿、氯的積累；烤煙物質積累主要分配給煙葉，但不同粉壟深度的烤煙物質積累與分配存在差異，粉壟深度40～50 cm 有利于干物質、氮、磷、鉀向根系分配，粉壟深度50 cm 有利于煙堿、氯向根系分配。適當的粉壟深度有利于提高煙葉產量和產值，以粉壟深度40 cm 為佳。粉壟可提高煙葉鉀含量，但是也提高了煙葉煙堿和氯含量。如何在烤煙生產中發揮粉壟改良土壤、增加煙葉產量和質量的優勢，避免其劣勢，還有待進一步研究。