烟秆还田对烟草生长、产量、质量及病毒病发生的影响

闫 宁,郭东锋,姚忠达,窦玉青,张忠锋,刘新民*

(1.中国农业科学院 烟草研究所,山东 青岛 266101;2.安徽中烟工业有限责任公司 技术中心,安徽 合肥 230088)



烟秆还田对烟草生长、产量、质量及病毒病发生的影响

闫 宁1,郭东锋2,姚忠达2,窦玉青1,张忠锋1,刘新民1*

(1.中国农业科学院 烟草研究所,山东 青岛 266101;2.安徽中烟工业有限责任公司 技术中心,安徽 合肥 230088)

摘要：通过田间试验研究了烟秆还田对烟草生长、产量、质量及病毒病发生的影响。结果表明:与对照相比，烟草秸秆还田略微提高了烟草病毒病的发病率和病情指数，略微降低了烟草株高、茎围、节距、叶数、叶长、叶宽、根鲜重、茎鲜重、叶鲜重、整株鲜重以及烤烟的产量、产值、均价、上等烟比例、上中等烟比例和感官评吸质量,略微降低了叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、光饱和点(LSP)、表观量子产量(AQY)、Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax),但略微提高了烟草叶片的胞间CO2浓度(Ci)和光补偿点(LCP)。因此,烟草秸秆直接还田并不是一种恰当的方式,烟草秸秆必须经过充分腐熟后再施入到烟田中。

关键词：烟草；烟草秸秆还田;生长特性;光合作用;产量；质量

烟草秸秆中含有大量的有机碳、纤维素、氨基酸以及丰富的P、K、Ca、Mg、B、Cu、Fe、Mn、Na和Zn等矿质元素[1]。烟草秸秆腐熟后作为肥料施入烟田土壤中,可以增加土壤磷酸酶和脲酶的活性,促进土壤中磷和氮的转化和吸收;增加土壤细菌、放线菌、硝化细菌和氨化细菌的数量,改善土壤生物特性[2]。将腐熟小麦秸秆施入植烟土壤后,可以明显提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、纤维素酶的活性及有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量[3]。在烤烟发育成熟期,施用腐熟秸秆肥对中部叶中的还原糖、总糖和淀粉含量影响显著,并可促进成熟期烟叶碳代谢的进行,进而提高烟叶品质[4]。值得注意的是,烟草秸秆中含有大量的病原菌,尤其是引起烟草花叶病的病毒,张方[5]研究发现烟草秸秆中主要存在烟草普通花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、马铃薯X病毒(PVX)和马铃薯Y病毒(PVY)等病毒,且烟草秸秆直接还田会提高土壤中的烟草病毒含量[6-7]。烟草感染病毒后,其叶片叶绿素受破坏，光合作用减弱，叶片生长被抑制,叶小、畸形，株高降低,进而烟叶品质下降[8]。陈爽等[9]研究表明,在TMV胁迫下烟草叶片PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSII有效光化学量子产量(ΦPSII)和电子传递速率(ETR)等参数均下降,且随着TMV胁迫程度加重这些参数均呈逐渐下降趋势。

迄今,烟草秸秆直接还田后烟草病毒病发生，烟株生长和光合作用，以及烤烟产量、产值、感官评吸质量的变化规律尚不清楚。鉴于此,本试验比较了不同量烟草秸秆直接还田处理对烟草生长、产量、质量及病毒病发生的影响，以期为确立恰当的烟草秸秆还田方式提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验地点基本情况

试验地点选择在安徽省宣城市宣州区黄渡乡的安徽中烟黄山焦甜香皖南科技示范园内,位于北纬30°47′、东经118°50′,海拔高度55 m。试验地点的土壤为砂壤土,土壤pH值5.76,有机质含量27.14 g/kg,全氮含量1.41 g/kg,全磷含量0.50 g/kg,全钾含量7.53 g/kg,碱解氮含量110.98 mg/kg,有效磷含量26.61 mg/kg,速效钾含量105.58 mg/kg。

1.2试验材料与试验设计

供试的烤烟品种为云烟97。试验共设3个处理,即烟草秸秆未还田(CK)、1倍烟草秸秆还田(TSR1)和2倍烟草秸秆还田(TSR2)；其中处理TSR1的烟草秸秆还田量为18000株/hm2,处理TSR2的烟草秸秆还田量为36000株/hm2。试验采用随机区组设计,每个处理3次重复,小区面积450 m2,每个小区9行,行距120 cm,株距50 cm。烤烟采收后,灌水泡田,利用翻耕机将烟草秸秆直接打入水田中,随即播种水稻,水稻收获后暂不种植其它作物;第2年3月10日前完成烟田起垄覆膜工作,3月15日进行烟苗移栽。

1.3烟草病毒病发病率和病情指数调查

参照《GB/T 23222─2008 烟草病虫害分级及调查方法》[10],调查并计算各处理烟草病毒病的发病率和病情指数。其中,发病率(%)=(发病株数/调查总株数)×100；病情指数=[∑(各级病株或叶数×该病级值)/(调查总株数或叶数×最高级值)]×100。

1.4农艺性状、烟株干重调查与产量产值测定

在5月20日,分别选择对照和各处理的代表性植株10株,调查记载其株高、叶数、茎围、节距以及上部叶、中部叶和下部叶的叶长与叶宽等农艺性状,具体方法参照《YC/T 142─2010 烟草农艺性状调查测量方法》[11]。在5月16日,挖取对照和处理植株各5株,洗净烟株上的泥土等杂物,将其分为根、茎和叶3部分,用天平称取根、茎、叶的鲜重,并计算整个烟株的鲜重。在烟叶成熟后,各处理单独绑竿，单独烘烤、存放,烤后统计各处理等级烟叶的比例、重量;计算各处理烟叶的单位面积产量、单位面积产值、均价、上等烟比例和上中等烟比例。

1.5光合气体交换测定

用便携式光合仪LI-6400XT(LI-COR, Lincoln, USA)在25 ℃、1200 μmol/(m2·s)人工光源、45%相对湿度和350 mg/L CO2浓度下测定各处理植株上部叶、中部叶和下部叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)等参数。测定时间段为晴天上午9:00～11:00。光合仪叶室在24～26 ℃条件下平衡至少15 min,以在测量前达到稳定状态[12]。

测定各处理植株中部叶在0～2000 μmol/(m2·s)范围内的Pn。光反应曲线(Pn-PPFD)是通过以下公式进行拟合的: Pn=Pmax[1-ek(Qc-Q)],其中Pmax是光饱和的净光合速率,Qc是光补偿点(LCP),k是调整常数。利用光量子通量密度(PPFD)中低于300 μmol/(m2·s)的值经线性回归从dPn/dPPFD的初始斜率中计算得到表观量子产量(AQY)；Pn达到Pmax时的PPFD作为光饱和点(LSP)[13]。

测定各处理植株中部叶CO2浓度0～1200 μmol/(m2·s)范围内的Pn。CO2反应曲线是按照以下公式进行拟合的: Pn=Pmax[1-e-bCi]+R,其中Pmax是光饱和的净光合速率(Pn),b是调整系数,Ci是胞间CO2浓度,R是呼吸速率。Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP最大再生速率(Jmax)是通过Pn-Ci曲线弯曲处的上方和下方的最大似然回归拟合进行估算的[14]。

1.6常规化学成分测定和感官质量评价

每个处理选取C3F等级烟叶2.0 kg。由农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心按照相关烟草行业标准(YC/T 159─2002、YC/T 160─2002、YC/T 161─2002、YC/T 162─2002和YC/T 173─2002)测定常规化学成分,按照YC/T 138─1998《烟草及烟草制品感官评价方法》进行感官质量评价。

1.7统计分析

用Excel整理试验结果,对所有数据在0.05水平下进行Tukey多重比较。试验中所有的分析在SPSS 18.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)统计分析软件中完成。

2结果与分析

2.1烟草秸秆还田对烟草病毒病发病率和病情指数的影响

从表1中可以看出,烟草秸秆还田处理的烟草病毒病发病率和病情指数略微高于对照的,但差异不显著(P>0.05)。其中,1倍、2倍烟草秸秆还田的烟草病毒病发病率分别比对照高出4.16、6.00个百分点,病情指数分别比对照高出13.17%、17.32%。因此,烟草秸秆还田后烟草病毒病发病率和病情指数略微提高,并且2倍烟草秸秆还田的病毒病发病率和病情指数略微高于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05)。

表1　烟草秸秆还田对烟草病毒病发生的影响

2.2烟草秸秆还田对烟草农艺性状的影响

从表2中可以看出,烟草秸秆还田的烟草株高、茎围、节距、叶数以及上部叶、中部叶和下部叶的长和宽略微低于对照的,但差异不显著。具体而言，与对照相比,1倍、2倍烟草秸秆还田的烟草株高分别降低0.94%、1.30%,茎围分别降低1.24%、1.66%,节距分别降低1.53%、2.09%,叶片数分别降低2.17%、3.62%,上部叶长分别降低3.24%、4.32%,上部叶宽分别降低2.62%、4.19%,中部叶长分别降低1.64%、2.73%,中部叶宽分别降低0.91%、1.22%,下部叶长分别降低1.44%、2.02%,下部叶宽分别降低2.54%、3.66%。因此,烟草秸秆还田后烟草株高、茎围、节距、叶数以及上部叶、中部叶和下部叶的长和宽等农艺性状略微降低,并且2倍烟草秸秆还田的烟草农艺性状略微低于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05)。

表2　烟草秸秆还田对烟草农艺性状的影响 cm

2.3烟草秸秆还田对烟株鲜重的影响

从表3中可以看出,烟草秸秆还田的烟草根、茎、叶和整株鲜重略微低于对照的,但差异不显著。具体来说,1倍、2倍烟草秸秆还田的烟草根鲜重分别比对照降低2.09%、3.14%,茎鲜重分别比对照降低2.97%、4.12%,叶鲜重分别比对照降低2.08%、2.84%,整株鲜重分别比对照降低2.38%、3.32%。因此,烟草秸秆还田后烟草根、茎、叶和整株鲜重略微降低,并且2倍烟草秸秆还田的烟草根、茎、叶和整株鲜重略微低于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05)。

表3　烟草秸秆还田对烟株鲜重的影响 kg

2.4烟草秸秆还田对烟草叶片光合气体交换参数的影响

从表4中可以看出,烟草秸秆还田的烟草上部、中部和下部叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均略微低于对照的,但其胞间CO2浓度(Ci)均略微高于对照的(P>0.05)。其中,1倍烟草秸秆还田的烟草上部、中部和下部叶片的Pn分别比对照降低3.34%、3.95%、3.73%, Gs分别比对照降低4.20%、2.30%、4.16%, Tr分别比对照降低0.70%、1.51%、1.72%,但Ci分别比对照高出3.92%、4.34%、3.93%。同时,2倍烟草秸秆还田的烟草叶片的Pn、Gs、Tr略微低于1倍烟草秸秆还田的,但其Ci略微高于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05) 。

表4　烟草秸秆还田对烟草叶片光合气体交换参数的影响

从表5中可以看出,烟草秸秆还田的烟草叶片的光饱和点(LSP)、表观量子产量(AQY)略微低于对照的,但其光补偿点(LCP)略微高于对照的(P>0.05)。其中,1倍、2倍烟草秸秆还田烟草叶片的LSP分别比对照降低1.38%、2.08%,AQY分别比对照降低5.17%、6.90%,但LCP分别比对照高出3.43%、4.58%。因此,烟草秸秆还田后烟草叶片的LSP、AQY略微降低,并且2倍烟草秸秆还田的烟草叶片的LSP、AQY略微低于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05);烟草秸秆还田后烟草叶片的LCP略微升高,并且2倍烟草秸秆还田的烟草叶片的LCP略微高于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05) 。

表5　烟草秸秆还田对烟草叶片光饱和点(LSP)、

从表6中可以看出,烟草秸秆还田的烟草叶片的Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax)略微低于对照的,但差异不显著。其中,1倍、2倍烟草秸秆还田的烟草叶片的Vcmax分别比对照降低3.90%、5.37%, Jmax分别比对照降低3.06%、4.87%。因此,烟草秸秆还田后烟草叶片的Vcmax和Jmax略微降低,并且2倍烟草秸秆还田的烟草叶片的Vcmax和Jmax略微低于1倍烟草秸秆还田的(P>0.05)。

表6　烟草秸秆还田对烟草叶片Rubisco最大羧化速率(Vcmax)和RuBP再生最大速率(Jmax)的影响 μmol/(m2·s)

2.5烟草秸秆还田对烟草产量和产值的影响

从表7中可以看出,烟草秸秆还田处理烤烟的产量和产值略微低于对照的,但差异不显著。1倍、2倍烟草秸秆还田的烤烟单位面积产量分别比对照降低了3.03%、4.39%,单位面积产值分别比对照降低了3.47%、5.71%。可见,随着烟草秸秆还田数量的增加,烟草的产量和产值均逐渐下降。同时,烟草秸秆还田后,烤烟的均价、上等烟比例和上中等烟比例均略微降低,但与对照间的差异不显著。

表7　烟草秸秆还田对烤烟产量和产值的影响

2.6烟草秸秆还田对烤烟常规化学成分和感官评吸质量的影响

从表8中可以看出：烟草秸秆还田后,初烤烟叶的总植物碱、总氮、钾、氯含量升高,总糖含量降低,还原糖含量基本无变化；与1倍烟草秸秆还田相比,2倍烟草秸秆还田处理初烤烟叶常规化学成分的变化更显著;与对照相比,2倍烟草秸秆还田处理初烤烟叶的总植物碱、总氮含量显著升高(P<0.05)。

表8　烟草秸秆还田对烤烟常规化学成分含量的影响 %

从表9中可以看出： CK、TSR1、TSR2的香型均为“中偏浓”,劲头均为“适中”,且其香气质、香气量、余味、杂气、刺激性、燃烧性、灰色和总得分无显著差异; CK、TSR1的浓度为“中等+”,TSR2的浓度为“中等”。结合感官评吸质量得分,认为CK的感官评吸质量最高,但CK、TSR1、TSR2之间的感官评吸质量差异不显著。因此,烟草秸秆还田后烟叶感官评吸质量略微降低,但与对照间差异不显著;与1倍烟草秸秆还田相比,2倍烟草秸秆还田对烤烟感官评吸质量的降低作用更强。

表9　烟草秸秆还田对烤烟感官评吸质量的影响

3讨论与结论

本试验研究表明,烟草秸秆还田导致烟草病毒病发病率和病情指数升高,并因此降低了烟草的农艺性状和植株鲜重。烟草秸秆中含有TMV、CMV、PVX、PVY等病毒,且烟草秸秆还田能够提高土壤中的烟草病毒含量[5-7]。烟草病毒侵染降低了烟草叶片的叶绿素含量、气孔导度和净光合速率[15]，以及PSII活性[16]、ΦPSII和ETR[9],并因此抑制了植株生长[17];而且病毒侵染寄主植物后,叶片细胞叶绿体结构和功能遭到破坏,叶绿素含量和光合速率降低[18]。在本试验中,烟草秸秆还田导致叶片Gs和Pn下降,表明烟草叶片气孔扩散阻力增加[17-18];同时,烟草秸秆还田处理叶片的LSP、AQY低于对照的,这主要与病毒病发病加重导致光合速率降低有关[13]。烟草秸秆还田处理叶片的Rubisco最大羧化速率和RuBP再生最大速率低于对照的,这主要与烟草病毒病发病加重降低Rubisco羧化和RuBP再生有关[13,19]。综上可见,烟草秸秆还田导致烟草病毒病发病率和病情指数升高以及光合作用降低,并因此降低了烟草的农艺性状和植株鲜重。

水稻和小麦腐熟秸秆还田可以提高烤烟的产量、产值和感官评吸质量[20-22]。与水稻和小麦腐熟秸秆还田不同,烟草秸秆直接还田略微降低了烤烟的产量、产值和感官评吸质量,这主要与烟草秸秆中含有TMV和CMV等烟草病毒、烟草秸秆还田提高了土壤中的烟草病毒含量有关[5-7]。小麦秸秆还田后,烟叶总糖含量升高,总植物碱、总氮含量降低,烟叶香气质、香气量、杂气、劲头和刺激性等得到一定程度的改善[23];而在本试验中,烟草秸秆直接还田后,烟叶的总糖含量降低,总植物碱、总氮含量升高,烟叶香气质、香气量、余味、杂气、刺激性降低,这主要与烟草秸秆直接还田导致烟草病毒病发病率和病情指数升高有关。因此,烟草秸秆直接还田会加重烟草病毒病的发病,抵制烟草的生长和光合作用，并降低烤烟的产量、产值和感官评吸质量。值得注意的是,施用腐熟秸秆能够明显提高烤烟的产量、上等烟比例,增加烟叶的经济性状,改善烤后烟叶的物理特性,协调化学成分,提高石油醚提取物含量及中性致香物质含量,改善评吸质量[22]。烟草秸秆中含有TMV和CMV等病毒[5],厌氧发酵可以降低烟草秸秆中的TMV和CMV等病毒含量[24]。因此,烟草秸秆直接还田并不是一种恰当的方式,烟草秸秆宜经过充分腐熟后再将其施入到烟田中。

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(责任编辑:黄荣华)

收稿日期：2015-12-27

基金项目：中国烟草总公司科技重点项目“烤烟生产结构优化效应及关键技术研究与应用”(110201402007);安徽中烟工业有限责任公司科技计划项目“皖南烟叶生产GAP管理模式研究”(2014124)、“皖南烟叶生产等级结构优化技术研究”(2014125)。

作者简介：闫宁(1987─),男,助理研究员,博士,主要从事烟草功能成分与综合利用研究。*通讯作者:刘新民。

中图分类号：S572.05

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)07-0068-05

Effects of Tobacco Stalk Returning on Growth, Yield,Quality and Virus Disease Occurrence of Tobacco

YAN Ning1, GUO Dong-feng2, YAO Zhong-da2, DOU Yu-qing1, ZHANG Zhong-feng1, LIU Xin-min1*

(1. Tobacco Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China;2. Technology Center, China Tobacco Anhui Industrial Limited Company, Hefei 230088, China)

Abstract：The effects of tobacco stalk returning on the growth, yield, quality and virus disease occurrence of tobacco were studied through a field test. The results showed that: in comparison with the check (CK), tobacco stalk returning slightly increased the incidence and disease index of tobacco virus disease, slightly decreased the plant height, stem girth, knob distance, leaf number, leaf length, leaf width, fresh root weight, fresh stem weight, fresh leaf weight and total plant fresh weight of tobacco, slightly reduced the yield, output value, average price, first-class proportion, both first-class and medium-class proportion, and sensory quality of flue-cured tobacco, and slightly lowered the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (Gs), transpiration rate (Tr), light saturation point (LSP), apparent quantum yield (AQY), maximum carboxylation rate of Rubisco (Vcmax) and maximum rate of RuBP regeneration (Jmax), but slightly increased the intercellular CO2 concentration (Ci) and light compensation point (LCP) of tobacco leaves. Thus, directly returning tobacco stalk to field is not a proper way, and tobacco stalk shall not be returned to field until they are decomposed thoroughly.

Key words：Tobacco; Tobacco stalk returning; Growth characteristics; Photosynthesis; Yield; Quality