粉垄耕作深度对烤烟生长和物质积累及烟叶产质量的影响

邓小华，王新月，杨红武，刘勇军，邓永晟，周米良，张明发，赵炯平，李 奇，王卫民，陈 金，粟戈璇

（1.湖南农业大学农学院，长沙 410128；2.中国烟草中南农业试验站，长沙 410004；3.湖南省烟草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000；4.浙江中烟工业有限责任公司，杭州 310008）

合理耕作可调控土壤水、肥、气、热状况，使作物增产、增质和增效[1-2]。山地植烟土壤常采用小型拖拉机带旋耕机进行旋耕作业，容易在耕作层和心土层形成犁底层，阻碍耕作层和心土层之间的水、肥、气、热交换，致使土壤耕层变浅和蓄水保肥能力下降[3]，影响烤烟根系发育和下扎，导致烤烟早衰和产质量不稳定[4]。粉垄耕作（以下简称“粉垄”）作为一种垂直深旋耕方式，其特点是采用转轴垂直于被耕地面的立式螺旋形钻头切削、撞击、捶打、挤压土壤，实现深耕、深松、碎土等深旋耕作业[3,5]。粉垄栽培可提高甘蔗产量和改善甘蔗品质[6]，提高稻谷产量、改善稻米品质、增加纯收益[7]，增加马铃薯产量和提高商品薯的比例[8]，促进玉米根系生长发育和提高玉米产量[9]，增加小麦、玉米两季作物产量[10]，促进烟株活性根的生长[11]。粉垄耕作可增加土壤速效养分含量[12]、增加赤红壤的中团聚体含量[13]、提高岩溶区甘蔗田土壤的保肥蓄水能力[14]。但粉垄栽培对烤烟干物质和养分积累、产质量方面的研究还是空白。为充分发挥粉垄改良植烟土壤和提升烤烟产质量方面的效果，本研究分析了粉垄深度对烤烟生长、干物质和养分积累、烟叶经济性状和化学成分的影响，旨在为优质烟叶生产应用粉垄耕作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019 年在湖南省花垣县科技示范园（28.53° N，109.45° E）开展。试验地海拔530 m，年平均气温15.0 ℃，年降雨量1364 mm，无霜期279 d，全年日照时数1219 h，属亚热带季风山地湿润气候区[15]。试验田前茬为玉米，土壤为黄壤，pH 5.04，有机质16.70 g/kg，碱解氮57.46 mg/kg，有效磷14.71 mg/kg，速效钾90.87 mg/kg。烤烟品种为云烟87。石灰为市售熟石灰，施用量为1500 kg/hm2[15]。

1.2 试验设计

试验设粉垄耕作深度50 cm、40 cm、30 cm（T1、T2、T3，采用4 根垂直轴旋磨细碎土壤）和常规耕作（CK，用小型拖拉机旋耕，深度20 cm）4 个处理。3 个重复，小区面积100 m2。烤烟移栽前10 d，在土壤上均匀撒施石灰，然后按试验设计完成土壤翻耕。翻耕后用微型机械起垄，垄幅120 cm，垄高30 cm。烤烟种植密度为16650 株/hm2（1.2 m×0.5 m)。4 月下旬移栽，7 月上旬打顶，留叶16～18 片，其他栽培管理措施同湘西自治州优质烤烟生产技术规程。

1.3 主要检测指标及方法

1.3.1 根系形态指标测定 每个处理于烤烟移栽后30、60、90 和120 d 分别选择5 株长势均匀一致的烤烟样株。30 d 取样时，小心挖取全株根系，用水冲洗干净；60、90、120 d 取样时，采用植物根系取样器（直径10 cm，高度20 cm）在离烟株分别为5 cm、8 cm、10 cm 的垄体中部（垄脊）和垄体边（垄边）各取1 个土柱。用水浸泡根土并冲洗干净，用网筛承接根系。采用LA-2400 多参数根系分析系统[16]，测定根长、根表面积、根体积、根直径及根尖数。120 d 的根系形态数据是垄脊和垄边的平均值。

1.3.2 烤烟生长指标调查 每个处理标记固定5 株烟进行观察，于移栽后30、60、90 d，按照《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T142—2010）测定株高、茎围、叶片数、叶长、叶宽等。叶面积=叶长×叶宽×0.6345。30 d 时测定最大叶；60 d 时测定下部、中部、上部烟叶分别是从下往上数第2～4 叶、第6～9叶、第11～13 叶；90 d 时测定上部和中部烟叶，为从上往下数第2～4 叶、第8～9 叶。

1.3.3 烤烟干物质及全氮、全磷、全钾、烟碱、氯含量测定 于移栽后70 d，每个处理选择5 株长势均匀一致的植株，分为根、茎、叶片，在105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重后测定干物质量。植株用H2SO4-H2O2法消煮，全氮采用凯氏定氮法测定，全磷采用钼锑抗比色法测定，全钾采用火焰光度法测定[17]，烟碱、氯含量采用荷兰SKALAR San++流动分析仪测定[18]。氮(磷、钾、烟碱、氯)积累量(mg/株)=移栽后70 d 烟株某器官干物质量(g)×烟株某器官含氮(磷、钾、烟碱、氯)量(%)×10。干物质（氮、磷、钾、烟碱、氯）分配率（%）=某器官干物质（氮、磷、钾、烟碱、氯）量/植株干物质（氮、磷、钾、烟碱、氯）总量×100。

1.3.4 烤烟经济性状 每个处理单采、单烤，由分级专家分级后，考查上等烟比例、中等烟比例、均价、产量、产值等烟叶经济性状。

1.3.5 烟叶化学成分测定 各处理选取具有代表性的B2F、C3F 等级烟叶，采用荷兰SKALAR San++间隔流动分析仪[18]测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯含量，火焰光度法测定烟叶钾含量。

1.4 统计分析方法

采用Microsoft Excel 2003 和 SPSS 17.0 进行数据处理和统计分析。采用Duncan 法在p=0.05 水平下检验显著性。

2 结果

2.1 对烤烟生长的影响

2.1.1 对烤烟地下部根系生长的影响 由表1 可知移栽后30 d，粉垄处理的根系长度、表面积、体积，根尖数均显著大于常规耕作。移栽后60 d，从垄脊的根系看，T1、T2 的根长度、根表面积、根尖数均显著大于T3、CK；从垄边的根系看，T3 根系生长指标表现最好，其次是CK，T1 和T2 相对要差；这有可能是T3、CK 的根系分布较T1、T2 浅有关。移栽后90 d，从垄脊看，T1、T2 根系生长指标表现较好，其次是T3，CK 相对要差；从垄边看，T3 根系生长指标表现较好，其次是T2，T1、CK 相对要差。移栽后120 d，T1 有利于提高根系长度、根尖数，T3 有利于提高根系平均直径、根表面积、根体积。表明粉垄有利于烤烟根系生长发育，粉垄深度增加有利于根系下扎。

2.1.2 对烟株地上部生长的影响 由表2 可知，移栽后30 d，烤烟株高、茎围、叶片数、最大叶面积大小排序为：T1＞T2＞T3＞CK，总体上看，粉垄的烤烟生长优于常规耕作。移栽后60 d，T1、T2 株高、茎围、叶片数显著大于T3、CK。移栽后90 d，T1、T2 的烤烟生长要优于T3、CK。可见，粉垄有利于烤烟生长，以粉垄深度40～50 cm 的烤烟农艺性状较好。

2.2 对烤烟物质积累与分配的影响

2.2.1 对烤烟干物质积累与分配的影响 由图1A可知，T1、T2、T3 的干物质总量分别较CK 多47.65%、21.33%、17.37%。T1、T2、T3 的根干物质量分别较CK 多96.09%、42.79%、19.04%；T1、T2、T3的茎、叶干物质量显著大于CK。从图1B 看，烤烟干物质主要分配给烟叶，T1、T2 的干物质量分配给根的比例明显大于T3、CK，T1、T2 的根干物质分配量较T3、CK 分别多8 和4 百分点。表明粉垄有利于烤烟干物质积累，深度40～50 cm 有利于干物质向根系分配。

2.2.2 对烤烟氮积累与分配的影响 由图2A 可知，T1、T2、T3 的烤烟氮积累量分别较CK 高48.70%、19.91%、33.40%；同时，T1 氮积累量高于T2、T3。在不同器官，根以T1 氮积累量相对较高，其次是T2、T3；茎以T1 氮积累量相对较高；烟叶以T1、T3 氮积累量相对较高。从图2B 看，烤烟氮主要分配给烟叶，粉垄的根系氮积累比例明显高于常规耕作（高3～5 个百分点）。表明粉垄有利于烤烟氮积累，也有利于烤烟的根系氮积累。

表1 不同粉垄深度的烟草根系形态指标Table 1 Root morphological index of tobacco in different depth of smashing ridge tillage

表2 不同粉垄深度的烟草地上部生长Table 2 Growth of above ground parts of tobacco in different depth of smashing ridge tillage

图1 不同粉垄深度的烟草干物质积累与分配Fig.1 Tobacco dry matter accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

图2 不同粉垄深度的烟草氮积累与分配Fig.2 Tobacco N accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

2.2.3 对烤烟磷积累与分配的影响 由图3A 可知，T1、T2、T3 的烤烟磷积累量分别较CK 高52.61%、39.05%、31.50%。在烟株不同器官，T1 的根磷积累量最高，其次是T2、T3；T1、T2 茎的磷积累量相对较高；T3 的叶磷积累量最高，其次是T1、T2。从图3B 看，烤烟磷主要分配给烟叶，T1、T2 的根磷积累比例明显高于其他处理。表明随粉垄深度增加，烤烟磷积累量增加；粉垄40～50 cm 有利于磷向根系分配。

2.2.4 对烤烟钾积累与分配的影响 由图4A 可知，烤烟钾积累表现为T1＞T2＞T3＞CK，T1、T2、T3的烤烟钾积累量分别较CK 高49.94%、35.34%、25.16%。在不同器官，不同处理的根钾积累量差异显著；T1、T2、T3 茎和叶的钾积累量显著高于CK。从图4B 看，烤烟钾主要分配给烟叶，T1、T2 的根钾积累比例明显高于其他处理。表明随粉垄深度增加，烤烟钾积累量增加；粉垄40～50 cm 有利于钾向根系分配。

2.2.5 对烤烟烟碱积累与分配的影响 由图5A 可知，烤烟的烟碱积累量以T1 最高，其次是CK，T2和T3 相对较低。在不同器官，根和烟叶以T1、CK的烟碱积累量相对较高；茎以T1 的烟碱积累量相对较高。从图5B 看，烤烟积累烟碱主要分配给烟叶，其次是根，这与根是烟碱合成器官有关；T2、T3、CK 的烟叶分配比例较高，茎分配比例较低。可见，粉垄50 cm 的烤烟，由于根系发达，合成的烟碱多，烟叶积累烟碱也多。

图3 不同粉垄深度的烟草磷积累与分配Fig.3 Tobacco P accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

图4 不同粉垄深度的烟草钾积累与分配Fig.4 Tobacco K accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

图5 不同粉垄深度的烟草烟碱积累与分配Fig.5 Tobacco nicotine accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

2.2.6 对烟株氯积累与分配的影响 由图6A 可知，T1 的氯积累量最高，其次是T2。在不同器官，根以T1、T2 的氯积累量相对较高；茎以CK 的氯积累量相对较高；烟叶以T1 的氯积累量相对较高。从图6B 看，烤烟氯主要分配给烟叶；T2、T3、CK的茎中氯分配比例较高。T1 烟株氯积累量多与烟株生物量大、根系发达有关。

2.3 对烤烟经济性状的影响

由表3 可知，不同处理烟叶产量和产值排序为T2＞T3＞CK＞T1；上等烟比例以T2 最高，其次是T3；不同处理的中等烟和均价差异不显著。T1 处理的烤烟虽鲜烟叶产量高，但由于其后劲足，烟叶落黄晚于其他处理，烘烤后等外烟多于其他处理，导致产量和产值低。可见，适当的粉垄深度有利于提高烟叶产量和产值。

2.4 对烤后烟叶化学成分的影响

由表4 可知，粉垄（T1、T2、T3）有利于提高烟叶钾含量。粉垄40～50cm（T1、T2）的烟叶氯含量较高。粉垄30～40 cm（T2、T3）的B2F 等级烟叶的烟碱含量较高；但在C3F 等级，T1 和CK 烟叶的烟碱含量较高。可见，粉垄栽培，由于烟株根系发达，不仅可提高烟叶钾含量，而且烟叶氯和烟碱含量也会提高。

图6 不同粉垄深度的烟草氯积累与分配Fig.6 Tobacco Cl accumulation and allocation in different depth of smashing ridge tillage

表3 粉垄对烤烟经济性状的影响Table 3 Effects of smashing ridge tillage on economic characters of flue-cured tobacco

表4 粉垄对烟叶化学成分的影响Table 4 Effects of smashing ridge tillage on chemical components of flue-cured tobacco leaf %

3 讨 论

粉垄机械是通过4 根垂直安装的立式螺旋形钻头作业（钻头转轴垂直于被耕地面），达到深耕、深松、碎土效果[3,5]，传统耕作机械是通过水平安装的卧式旋耕机作业（刀辊转轴与被耕地面平行）。韦本辉等[12]研究认为，粉垄旱地土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾的增加量分别为3.02%～35.16%、6.80%～39.54%、2.81%～44.46%、7.72%～53.71%。由于粉垄土壤耕层质量改善[12-13]，作物的根系数量增多、长度增长、垂直分布下移、水平分布拓宽[19]；促进作物活性根的生长和增加干物质积累量[11]；玉米产量可提高25.60%，花生产量可提高13.78%，大豆产量可提高10.00%，甘蔗产量可提高21.91%，桑树产量可提高54.81%，可增加大豆蛋白质12%，增加甘蔗蔗糖分3.81%[19]。本研究认为，粉垄有利于提高根系平均直径、根表面积、根体积，促进烤烟根系生长发育和根系下扎，改善烤烟农艺性状，有利于烤烟干物质积累；相应地，增加烤烟产量和产值，改善化学成分协调性。

粉垄细碎植烟土壤，有激发土壤有效养分的效应[5]，促进烤烟根系生长，有利于烤烟干物质、氮、磷、钾、烟碱、氯的积累，但不同粉垄深度的效应有差异。本研究结果表明，不同粉垄深度影响烤烟物质在根、茎、叶等器官的分配，深度40～50 cm 有利于干物质、氮、磷、钾向根系分配，深度50 cm有利于烟碱、氯向根系分配，其主要原因是粉垄深度增加更有利于根系下扎，吸收较深层土壤的养分和氯离子；根系发育好也有利于烤烟根系合成烟碱。粉垄30～40 cm 可提高烟叶产量7.08%～12.50%，提高烟叶产值11.08%～19.89%，但粉垄50 cm 的烟叶产量与产值反而比常规耕作低，上等烟比例和均价也低于常规耕作，分析其原因是烟叶落黄略迟。由于不同处理是同房烘烤，导致烘烤后粉垄50 cm 处理的等外烟略多，致使产量和产值低。可见，烤烟粉垄栽培深度要适当。

赖洪敏等[11]在广西百色的酸性植烟土壤上研究认为，粉垄烤烟大田前期地上部分生长较为缓慢，这与本研究结果有出入，是否与本研究撒施石灰改良酸性土壤[20-21]有关，还有待进一步研究。粉垄烤烟中后期生长发育较快，有利于提高烟叶钾含量，但是也提高了烟叶烟碱和氯含量，这是烤烟生产应用该技术需注意的地方。

4 结 论

粉垄耕作通过深耕、深松、碎土，可促进烤烟根系和地上部生长，随粉垄深度增加更有利于根系下扎。粉垄有利于烤烟干物质、氮、磷、钾、烟碱、氯的积累；烤烟物质积累主要分配给烟叶，但不同粉垄深度的烤烟物质积累与分配存在差异，粉垄深度40～50 cm 有利于干物质、氮、磷、钾向根系分配，粉垄深度50 cm 有利于烟碱、氯向根系分配。适当的粉垄深度有利于提高烟叶产量和产值，以粉垄深度40 cm 为佳。粉垄可提高烟叶钾含量，但是也提高了烟叶烟碱和氯含量。如何在烤烟生产中发挥粉垄改良土壤、增加烟叶产量和质量的优势，避免其劣势，还有待进一步研究。