不同前作对烟田土壤养分、酶活性及烤烟生长的影响

禚其翠，宋文静，董建新，胡海洲，宋晓培，陈玉蓝，李磊磊，况 帅，芦伟龙，梁洪波*

我国农民长期以来形成了精耕细作的生产方式，复种指数高，种植模式多种多样，田块间土壤肥力的差异较大。研究表明，不同种植模式对土壤的肥力有显著影响[1-4]，不同前茬作物对后茬作物的生长、产量和品质也有较大影响[5-7]。

烤烟作为以收获叶片为主的经济作物，其产量和质量对土壤肥力较为敏感。研究表明，不同的前茬作物对烟叶生长和品质有不同的影响。徐照丽等[8]研究发现，在不施氮肥的条件下，烤烟总生物量由低到高的前作依次为大麦、洋葱、油菜和甜脆豌豆。刘优雄等[9]研究表明，前茬种植水稻和油菜能够促进烤烟生长、改善化学成分协调性，而玉米则抑制了烤烟生长且使其化学成分协调性变差。刘枫等[10]研究表明，油菜、小麦、大麦和绿肥等前茬作物对土壤氮素有效性、烟株生物量、氮磷钾养分吸收量、土壤氮磷钾养分残留以及氮素表观损失和磷钾表观盈余有显著的影响。

凉山是我国主产烟区之一，烤烟种植模式主要有冬闲→烤烟、绿肥→烤烟、油菜→烤烟、其他经济作物→烤烟等，导致烤烟平衡施肥和生产管理复杂化。本项研究选择冬闲→烤烟、绿肥→烤烟、大蒜→烤烟三种最为典型的种植模式，明确不同前作对土壤和烤烟生产影响，旨在进一步指导不同种植模式下的土壤保育和优质烤烟生产。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月—2017年9月在四川省西昌市大兴乡中国农业科学院西昌烟草资源与环境野外科学观测试验站进行。试验地块位于东经 102°21′49″，北纬 27°50′49″，海拔1700 m，供试土壤为水稻土，pH 7.63，有机质24.0 g/kg，可溶性有机碳9.61 mg/kg，铵态氮1.67 mg/kg，硝态氮13.20 mg/kg，有效磷 3.21 mg/kg，速效钾 190 mg/kg。

1.2 试验设计

大田试验设置3个处理，处理1为冬闲→烤烟，处理2为大蒜→烤烟，处理3为绿肥（光叶紫花苕）→烤烟。采用大田随机区组试验，设置 3次重复，共计9个小区，小区面积为100 m2。2016年10月1日分别播种大蒜和绿肥，其中大蒜地施肥量折合每公顷尿素300 kg、硫酸钾150 kg，绿肥地不施肥。2017年5月1日分别收获大蒜和绿肥压青还田。2017年5月7日移栽烤烟，品种为云烟87，施肥量折合每公顷农家肥（腐熟牛粪）1.5 t，复合肥（N、P2O5、K2O含量分别为15%、15%、15%）450 kg，硫酸钾（K2O含量为50%）225 kg。

1.3 取样时期及测定方法

在烤烟移栽时及烤烟采收结束时，每个小区随机确定3个点，采集0～20 cm耕层土壤充分混匀。铵态氮、硝态氮采用 1 mol/L KCL溶液浸提，Seal-AA3连动流动分析仪测定[11]；pH采用电位法（水土比为 2.5∶1），有效磷采用钼锑抗比色法，速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法[12]；可溶性有机碳参照陈安强等[13]方法，采用0.5 mol/L的K2SO4（水土比为5∶1）浸提，Muti N/C-3100型TOC分析仪测定。烤烟移栽第 0、30、60、90和 120天，每个小区随机确定3个点，采集0～20 cm耕层土壤混合为一份土壤，测定土壤蔗糖酶、土壤脲酶和土壤中性磷酸酶活性。土壤蔗糖酶活性用3,5-二硝基水杨酸比色法，土壤脲酶活性用靛酚蓝比色法，土壤中性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法[14]。

烤烟移栽后第30、60天，每个小区取5株有代表性的烟株，分根、茎、叶在105 ℃下杀青0.5 h，然后70 ℃烘干至恒重，称重并记录。经H2SO4-H2O2法消煮后，凯氏定氮法测定氮含量，火焰光度计法测定钾含量[14]。

采集C3F等级初烤烟叶，送农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心测定总氮[15]、总植物碱[16]、总糖[17]、还原糖[17]、钾[18]及氯[19]含量，并进行烤烟感官质量评吸。评吸专家来自农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心，共计7人。烟感官质量评吸赋分方法参照标准YC/T 138—1998 烟草及烟草制品 感官评价方法，并进行修订：（1）劲头：大、较大、适中、较小、小；（2）浓度：浓、较浓、中等、较淡、淡；（3）香气质：好 15～13、较好12～10、中等 9～7、较差＜7；（4）香气量：足 20～18、较足 17～15、尚足14～12、有 11～9、较少＜9；（5）余味：舒适25～22、较舒适21～18、尚舒适17～14、欠适 13～10、差＜10；（6）杂气：微有 18～16、较轻 15～13、有 12～10、略重 9～7、重＜7；（7）刺激性：轻 12～11、微有 10～9、有 8～7、略大6～5、大＜5；（8）燃烧性：强5、较强4、中等3、较差2、熄火0；（9）灰色：白色5、灰白3、黑灰＜2。

1.4 统计分析

数据采用Microsoft Excel 2007和SAS 9.2统计软件进行分析。

2 结 果

2.1 不同前作处理对烟田土壤的影响

2.1.1 不同前作处理对烟田土壤养分的影响 由表1可知，烤烟移栽前，与冬闲处理相比较，大蒜与绿肥处理均能显著降低土壤pH；大蒜与绿肥处理的土壤硝态氮、有效磷、速效钾和可溶性有机碳均有不同幅度的提高，其中绿肥处理的提高幅度高于大蒜处理；绿肥处理的土壤硝态氮、速效钾和可溶性有机碳含量均有大幅提高，增幅分别为50.66、217.39和1.81 mg/kg；大蒜处理的土壤速效钾含量显著提高，增幅为108.80 mg/kg。

烤烟采收结束后，大蒜处理土壤有效磷、速效钾和可溶性有机碳含量显著高于冬闲，分别为0.63、66.34和1.87 mg/kg；pH、铵态氮和硝态氮差异不显著。绿肥处理pH显著低于冬闲处理，降低了0.15个单位；绿肥处理硝态氮、有效磷、速效钾和可溶性有机碳显著高于冬闲处理，分别增加了8.66、1.03、172.67和4.62 mg/kg；二者铵态氮无显著差异。烤烟采收结束后与烤烟移栽前相比，3个处理的土壤pH、硝态氮、速效钾均下降，而土壤铵态氮、有效磷、有机碳含量均升高。

2.1.2 不同前作处理对土壤酶活性的影响 由图1a可知，在烤烟种植期间，土壤蔗糖酶活性总体表现为绿肥＞大蒜＞冬闲，且前期差异显著。总体来看，随着时间的变化，冬闲处理烤烟生长过程中土壤蔗糖酶活性呈缓慢上升趋势；大蒜处理土壤蔗糖酶活性呈下降趋势；除第 90天之外，绿肥处理土壤蔗糖酶活性呈下降趋势。在烤烟采收结束后，各处理土壤蔗糖酶活性趋于一致。由图 1b可知，在烤烟整个生长过程中，除烤烟移栽后90 d外，土壤中脲酶活性为绿肥＞大蒜＞冬闲。总体来看，随着时间的变化，各处理土壤脲酶活性均表现出先下降（0～60 d）后上升（60～90 d）再下降（90～120 d）趋势。烤烟采收结束后，与冬闲处理相比，大蒜和绿肥处理的烟田土壤脲酶活性分别提高 17.57%和31.50%。由图 1c可知，总体来看各处理烟田土壤磷酸酶活性均表现出先升高后降低趋势。大蒜处理的土壤磷酸酶活性变化曲线相对较平缓，起始时土壤磷酸酶活性是绿肥＞大蒜＞冬闲，第 90天是大蒜＞绿肥＞冬闲，第 120天是绿肥＞大蒜＞冬闲。而绿肥处理的土壤磷酸酶活性始终高于冬闲处理。

表1 不同前作处理对耕层土壤主要养分的影响Table 1 Effects of different preceding-crops on pH and nutrient contents of plough soil of tobacco-planting field mg/kg

图1 不同前作对烟田表层土壤酶活性的影响Fig. 1 Effects of different preceding-crops on enzyme activities in plough soil of tobacco-field

2.2 不同前作处理对烤烟生长的影响

2.2.1 不同前作处理对烤烟生物量的影响 由表 2可知，烤烟移栽后30 d，与冬闲处理相比，大蒜处理烤烟根、茎和叶干物质积累量均有所提高，但未达到显著差异水平；绿肥处理烤烟根、茎、叶干物质积累量降低，降幅分别为 38.55%、15.09%和40.23%，其中根和叶达到显著差异，可能的原因是绿肥在土壤中快速腐解对烤烟生长造成不利影响。移栽后 60 d，与冬闲处理相比，大蒜处理烤烟根、茎、叶干物质积累量均显著提高，增幅分别为91.58%、89.64%和93.39%；绿肥处理烤烟根、茎、叶干物质积累量均显著提高，增幅分别为71.88%、65.63%和110.11%。大蒜和绿肥处理之间无显著差异。可见，与冬闲处理相比，在烤烟生长旺长期，大蒜与绿肥处理均能在一定程度上提高烤烟干物质积累量，有利于烤烟生长。

表2 前作对烤烟干物质积累量的影响 g/株Table 2 Effects of preceding crops on dry matter accumulation in flue-cured tobacco g/plant

2.2.2 不同前作对烤烟氮素吸收的影响 由表3可知，烤烟移栽30 d后，与冬闲处理相比，大蒜处理的烤烟根、茎、叶中氮积累量升高，增幅分别为4.59%、2.37%和0.35%，但未达到显著水平；绿肥处理的烤烟根、茎、叶中氮积累量均显著降低，降幅分别为38.04%、20.51%和38.10%。烤烟移栽后60 d，与冬闲处理相比，大蒜处理的烤烟根和茎中氮积累量显著提高，增幅分别为83.61%和99.95%，但叶中氮积累量无显著差异；绿肥处理的烤烟根、茎和叶中氮积累量均显著增高，增幅分别为55.31%、104.16%和98.86%。总体来说，与冬闲处理相比，大蒜与绿肥处理在烤烟旺长期均一定程度上增加了烟株对氮素的吸收量。

2.2.3 不同前作对烤烟钾含量的影响 由表4可知，烤烟移栽后30 d，与冬闲处理相比，大蒜处理的烤烟根、茎、叶中钾积累量升高，增幅分别为3.76%、3.13%和3.23%，但均未达到显著差异水平；绿肥处理的烤烟根、茎、叶中钾积累量均显著降低，降低幅度分别为41.06%、17.56%和41.34%。烤烟移栽60 d后，与冬闲处理相比，大蒜和绿肥处理均能提高烤烟根、茎、叶中钾积累量，增幅分别为109.24%、125.57%、22.54%和 61.66%、62.22%、140.38%。总体来说，与冬闲处理相比，大蒜与绿肥处理促进了烤烟旺长期对钾的吸收。

表3 不同前作处理对烤烟氮积累量的影响 mg/株Table 3 Effects of preceding crops on nitrogen accumulation in roots, stems and leaves of flue-cured tobacco mg/plant

2.3 不同前作处理对烤烟产质量的影响

2.3.1 不同前作处理对烤烟经济性状的影响 由表5可知，与冬闲处理相比，大蒜和绿肥处理烤烟上等烟比例、中上等烟比例、产量、产值和均价分别提高了28.20%、5.49%、14.88%、24.14%、7.75%和44.00%、11.31%、24.89%、46.09%、16.69%。3个处理均是绿肥＞大蒜＞冬闲。这表明大蒜和绿肥处理可以提高烟叶的产量和产值，且绿肥处理效果更为明显。

2.3.2 不同前作处理对烟叶化学成分的影响 由表6可知，与冬闲处理相比，大蒜处理烟叶还原糖、总糖、总植物碱、总氮、钾、氯和糖碱比无显著差异；绿肥处理总氮含量有显著增加，还原糖、总糖含量和糖碱比有所降低，总植物碱和钾含量小幅增加，但未达到显著差异水平。

表4 不同前作处理对烤烟钾积累量的影响 mg/株Table 4 Effects of preceding crops on potassium accumulation in roots, stems and leaves of flue-cured tobacco mg/plant

表5 不同前作处理对烤烟经济性状的影响Table 5 Effects of preceding crops on economic characters of flue-cured tobacco

表6 不同前作处理对烟叶化学成分的影响Table 6 Effects of preceding crops on chemical components of tobacco leaves

根据中国烟草种植区划研究中对烤烟化学成分指标赋值方法，较好的烤烟中部烟叶总植物碱含量应为2.2%～2.8%左右，总氮含量2.0%～2.5%，还原糖含量18%～22%，钾离子2.5%以上，还原糖和烟碱比值 8～10左右[20]。对比上述优质烟指标，大蒜和冬闲处理烟叶化学成分协调性较好，但是烟碱和总氮含量较低；绿肥处理总植物碱较为符合，但还原糖含量和还原糖/总植物碱比值较低。

2.3.3 不同前作处理对烤烟感官评吸质量的影响由表7可知，烤烟感官评吸质量得分为大蒜＞冬闲＞绿肥。与冬闲处理相比，大蒜处理烤烟香气量及余味均有提高，而绿肥处理烤烟香气质、香气量、余味均有降低。

表7 不同前作处理对烤烟感官评吸质量的影响Table 7 Effects of preceding crops on sensory evaluation quality of flue-cured tobacco

3 讨 论

本研究表明，与冬闲相比较，前作大蒜和绿肥降低了土壤 pH，提高了土壤有效磷、速效钾和可溶性有机碳含量，以种植绿肥提高幅度较大，其中种植绿肥还可大幅提高土壤硝态氮含量；土壤酶活性总体趋势为绿肥＞大蒜＞冬闲。前作种植大蒜可以有效提高旺长期（移栽后60 d）的生物产量；而绿肥在生育前期（移栽后30 d）生物产量显著低于冬闲和种植大蒜处理，主要原因是前期绿肥在土壤中快速腐解对烤烟生长造成不利影响。不同前作对烤烟氮素和钾素吸收的影响与对生物产量影响的趋势相一致。前作种植大蒜和绿肥可以提高烟叶产量产值，绿肥效果高于大蒜，但是种植绿肥导致烟叶氮含量增加，烟叶感官评吸质量明显下降。

土地利用方式作为人类生产生活对土地利用的综合反映，会直接而深刻的影响土壤肥力[21-22]。已有研究表明，土地利用方式及管理措施的差异易导致土壤养分、土壤酶活性及土壤pH等重要土壤肥力评价指标的变化[23]，且对土壤理化指标的影响显著性程度存在差异。王振平等[24]研究指出土壤化学性质受到气候、成土母质、地质等非生物因素和人类、生物活动等生物因素的共同影响，说明前作对于土壤肥力指标的影响又因生态环境和管理方式的不同而存在差异，进一步表明了土壤肥力受前作影响的复杂性。本研究结果表明，与冬闲相比，前作种植绿肥处理烤烟前期生长较慢，后期生长较快，烟碱含量高，这与彭云等[25]的研究结果一致；前作种植大蒜可以增加烟叶产量产值，且对烟叶质量没有负面作用，与黄光荣[26]、赖荣泉[27]的研究结果一致。综上可以看出，大蒜→烤烟种植模式可以有效促进烟叶产值和产量，是综合效益较好的种植模式；同时前作种植大蒜对烟草黑胫病具有较好的防控效果[28]。本研究中，种植绿肥虽然影响到当季烤烟前期生长和烟叶质量，但是绿肥还田是当前我国培肥地力的重要措施，其功能不仅仅是供氮，更重要是通过提升土壤有机质含量，促进土壤大团聚体形成，从而改善土壤结构。本研究中，绿肥于烟草移栽前1周还田，在烟草生长前期绿肥快速腐解过程中微生物繁殖需要大量的氮、磷等元素，存在和烟株竞争养分的可能，同时绿肥在微生物腐解过程中产生的某些中间代谢产物对植物根系有抑制作用，因此绿肥还田的土壤烟株一般前期生长较为缓慢；加之本研究在前茬种植绿肥的情况下没有适当调减后茬烤烟的施肥量，从而造成烟叶氮含量较高，品质有所下降，在以后的研究中应注意绿肥的还田时期和烤烟合理施肥量方面的运筹。

4 结 论

与冬闲相比较，烤烟前茬种植大蒜和绿肥均可以提高土壤养分含量和土壤酶活性，绿肥效果显著大于大蒜；同时土壤pH有所下降。前茬种植大蒜和绿肥均显著增加了烟叶产量和产值，绿肥的效果显著高于大蒜。烟叶质量方面，与冬闲相比较，前茬种植大蒜有利于烟叶品质的提高，而绿肥处理由于烟叶氮含量增加，烟叶感官评吸质量明显下降，因此绿肥还田后烤烟要适当减少施肥量。

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