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(xué) 煙草學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)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(dǎo)致煙株生長發(fā)育變差、病蟲害發(fā)生嚴(yán)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(dǎo)致pH值降低、有效養(yǎng)分非均衡變化等進(jìn)而導(dǎo)致土壤理化性狀惡化[8-9]；二是連作導(dǎo)致土壤酶活性改變，抑制土壤有機(jī)物的礦化和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，最終導(dǎo)致植株對礦質(zhì)元素的吸收和利用受阻[10]；三是連作導(dǎo)致植煙土壤中化感物質(zhì)積累，進(jìn)而影響煙株的生長發(fā)育進(jìn)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(jī)質(zhì)的分解等過程受到阻礙，導(dǎo)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(dǎo)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(xué)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(diǎn)，通過研究連作年限對不同類型植煙土壤的化學(xué)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(jì)指標(biāo)和煙葉化學(xué)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(jī)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(jìn)行，兩地?zé)熖锿寥蕾|(zhì)地均為沙壤，土壤基礎(chǔ)化學(xué)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(fù)種連作模式；輪作采用“烤煙—小麥→玉米—小麥”的復(fù)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(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

表1 土壤基礎(chǔ)化學(xué)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(fù)，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(diǎn)取樣法隨機(jī)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(xué)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(diǎn)取樣法每小區(qū)隨機(jī)選取煙株10株，參照國標(biāo) YCT 142—2010[12]測定農(nóng)藝性狀。

1.3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)調(diào)查和統(tǒng)計

以小區(qū)為單位單獨(dú)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(jì)指標(biāo)。

1.3.3 煙葉化學(xué)成分指標(biāo)測定

選取各處理的C3F等級煙葉1 kg進(jìn)行化學(xué)成分測定，測定指標(biāo)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(xué)成分及分析》[13]進(jìn)行。

1.3.4 土壤化學(xué)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(jī)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(kuò)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(jìn)行處理和作圖，用 SPSS 24統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)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(jì)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(xué)成分的影響

由表2可知：連作導(dǎo)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(xué)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(xué)性狀的影響

由圖3可知：連作導(dǎo)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(jī)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(xué)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(dǎo)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(biāo)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(xué)成分指標(biāo)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(dǎo)致烤煙生長發(fā)育水平和經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的明顯變化。煙葉化學(xué)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(fēng)格特色的主導(dǎo)因素之一[16]，本研究也證明了這一點(diǎn)。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(jìn)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(dǎo)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(fēng)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(fēng)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(qiáng)，紫色土相對較弱。這可能與土壤的機(jī)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(qiáng)。紅壤質(zhì)地相對黏重，保水保肥能力強(qiáng)，養(yǎng)分的持續(xù)供應(yīng)能力也強(qiáng)；紫色土潛在性基礎(chǔ)養(yǎng)分雖較高，但土層淺薄，有機(jī)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(qiáng)[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(biāo)、產(chǎn)量、均價和產(chǎn)值等經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)以及煙葉總糖和還原糖含量等煙葉化學(xué)性狀指標(biāo)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(jī)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。總體而言，隨著連作年限增加，連作對烤煙生長發(fā)育和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的負(fù)向效應(yīng)逐漸顯現(xiàn)。連作改變了不同植煙土壤的化學(xué)特性，但紫色土對連作年限的響應(yīng)滯后于紅壤。