烤烟-绿肥轮作对烤烟产量和品质的影响

赵文军，薛开政，杨继周，胡保文，付利波，尹 梅，陈检锋，王 伟，王志远，王应学，李延润，陈 华

（1红塔烟草（集团）有限责任公司，云南玉溪 653100；2云南省农业科学院农业环境资源研究所，昆明 650205；3临沧市烟草公司，云南临沧 677000）

0 引言

烤烟是国内重要的经济作物之一，烟草产业在经济发展中具有重要作用。在烟草生产中，由于长期过量和不合理施用化肥，引起了烟田土壤质量下降、养分供应失调等各种问题[1-4]。随着种植制度调整和绿肥农业发展，以及对优质烟叶生产的需求，在烤烟种植区利用冬闲季节种植绿肥作物，形成了一种高效优质的轮作形式和可持续发展的种植制度[5-6]。种植绿肥已被大量研究证明是一种传统、有效的培肥增产措施，是实现农业可持续发展的重要手段，能有效保障作物高产稳产，并具有不可替代的生态价值[7-9]。利用冬季休闲期种植绿肥能够改善土壤肥力、减少化肥施用量[10]。绿肥轮作是调节作物生长和提高土壤肥力的有效措施[11]。因此，在植烟土壤中，种植利用绿肥可缓解因大量不合理施用化肥引起的化肥利用率降低、环境污染加重等问题。在烟草品质的研究中，多数关于施肥量和不同肥料施用对烤烟产量、农艺性状和品质的影响[12-13]，而对不同轮作体系下的烟草品质研究较少。本研究基于田间定位试验，研究烤烟和不同的绿肥作物轮作模式下的烤烟产量、产值和品质，及其对土壤性状的影响，旨在为云南烟区优质烟叶生产和提升植烟地区土壤质量、缓减面源污染、减量化肥施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

不同烟草-绿肥轮作试验开始于2017年，试验设置云南省在昆明市嵩明县小街镇云南省农业科学院基地内（25°21′11.21″N，103°6′47.24″E，海拔1910 m）。试验地气候条件为亚热带高原季风气候，年平均降雨987.1 mm，年平均气温14.2℃。试验地土壤为红色石灰土，土壤质地为粘壤，试验开始前各项理化性状为：pH 7.1，0～20 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为16.96、1.28、1.70、9.43 g/kg，水解氮、有效磷、速效钾含量分别为85.42、47.75、273.21 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分别为烤烟-冬闲(WF)、烤烟-光叶紫花苕子(SV)、烤烟-肥田萝卜(RD)和烤烟-黑麦草(RG)。绿肥是小春作物，烤烟收获后播种，第2年烟草移植前20天就地翻压。烤烟季4个处理施肥量相同，均为 N 120 kg/hm2、P2O590 kg/hm2和 K2O 405 kg/hm2。试验地小区面积20 m2，每个处理设3个重复，随机区组排列，根据当地烤烟种植习惯进行日常管理。供试作物光叶紫花苕、黑麦草、肥田萝卜及烤烟‘K326’均由云南省农业科学院提供。

1.3 样品采集与测定

2019年烤烟收获前，在每个小区选取3株烟株测定株高、茎围、有效叶数、最大叶长和叶宽。烤烟成熟后，分小区采用挂牌编竿烘烤，烘烤结束后对各小区产量实测，并对各小区烤后烟叶按烟叶部位和等级取中部叶(C3F)2 kg进行烟叶化学成分检测，检测指标为淀粉、氯、钾、烟碱、还原糖、总糖和总氮。

2019年9月在烤烟收获后，采用五点取样法采集各小区土壤样品，样品采集后风干磨碎分别过2 mm和0.149 mm筛，参照《土壤农化分析》[14]中的方法进行土壤理化性状测定。其中，土壤有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，土壤全氮采用凯氏定氮法测定，土壤全磷和全钾采用高氯酸-硫酸法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，土壤有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼蓝比色法测定，土壤速效钾采用pH 7.0醋酸铵浸提-火焰光度计法测定。

1.4 数据分析

根据各项测定的烟叶化学品质，进一步分析两糖差、糖碱比、氮碱比和非烟碱氮/总氮等指标，计算如式(1)～(4)。

试验数据采用SAS 8.1软件进行整理和统计分析，方差分析多重比较采用最小显著差异法(LSD)，在P＜0.05水平下检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同烤烟-绿肥轮作模式对烟叶经济性状的影响

不同绿肥轮作模式下，烟草产量无显著差异，各轮作处理间产量光叶紫花苕最大，其次分别是肥田萝卜和黑麦草（表1）。不同绿肥轮作显著提升了烟叶均价和产值，其中光叶紫花苕、肥田萝卜和黑麦草轮作处理的烟叶均价相比冬闲对照分别提高了15.37%、20.04%和17.72%，产值分别提高了23.6%、24.1%和18.3%（表1）。上等烟比例各轮作处理间无显著差异，光叶紫花苕处理增加了中上等烟比例，相比冬闲对照提高了11.9个百分比（表1）。

表1 不同烤烟-绿肥轮作模式下的烟叶产量和经济性状

2.2 不同烤烟-绿肥轮作模式对烤烟主要农艺性状的影响

烟草的株高、茎围、有效叶、最大叶长和叶宽是表征烤烟生长情况的重要农艺性状。烤烟-肥田萝卜轮作处理的株高最高，为114.22 cm，其次为烤烟-光叶紫花苕、烤烟-黑麦草和烤烟-冬闲，各处理间无显著差异（图1）。各处理的茎围为9.11～9.78 cm，处理间无显著差异。冬闲、光叶紫花苕、肥田萝卜和黑麦草轮作处理的平均有效叶个数分别为20.9、20.3、21.0和19.6片，处理间无显著差异。各处理间最大叶长和叶宽也无显著差异，最大叶长范围为60.11～62.44 cm，叶宽在26.56～28.78 cm之间。

图1 不同烤烟-绿肥轮作模式下的烤烟主要农艺性状

2.3 不同烤烟-绿肥轮作模式下的烟叶化学品质

不同轮作模式下的上部叶烟叶的淀粉含量变化范围为3.70%～5.70%，其中冬闲处理淀粉含量最大，肥田萝卜最低（图2）。各处理的氯含量在0.13%～0.19%之间，均满足优质烟叶的标准(＜0.8%)；各处理的钾含量在2.01%～2.21%之间，3种绿肥轮作处理均小幅提高了钾含量。冬闲、光叶紫花苕、肥田萝卜和黑麦草轮作处理的烟碱含量分别为2.41%、2.56%、2.62%和2.51%，均达到了优质烟叶的标准（烟碱含量2.0%～3.0%）。各轮作处理的还原糖和总糖含量均无差异，分别在20.62%～21.20%之间和29.34%～31.26%之间。总氮含量在2.14%～2.42%之间，处理间无差异（图2）。

图2 不同烤烟-绿肥轮作模式下上部叶的烟叶化学品质

上部叶各项化学品质的结果表明光叶紫花苕和黑麦草轮作处理小幅降低了两糖差（表2）。结果表明光叶紫花苕和黑麦草轮作处理小幅降低了两糖差（表2）。各处理氮碱比在0.89～0.92之间，处理间无显著差异。所有处理的非烟碱氮/总氮为0.80～0.81，均达到了优质烟叶的标准。

表2 不同烤烟-绿肥轮作模式下上部叶的烟叶化学品质分析

表3显示了烤烟各项化学品质之间的相关关系。烟叶总糖与还原糖之间极显著正相关(P＜0.01)，还原糖与钾含量显著正相关(P＜0.05)。烟碱含量与大部分化学品质显著相关，与氯和总氮含量显著正相关，与钾含量显著负相关(P＜0.05)，烟碱含量同时与糖碱比、氮碱比、非烟碱氮/总氮极显著负相关(P＜0.01)。氯含量与总氮显著正相关，与糖碱比显著负相关(P＜0.05)。总氮含量与钾和糖碱比含量显著负相关(P＜0.05)。总钾含量与两糖差极显著负相关(P＜0.01)，与糖碱比(P＜0.01)、氮碱比(P＜0.05)均显著正相关。糖碱比、氮碱比和非烟碱氮/总氮之间均极显著正相关(P＜0.01)。

表3 烟叶化学品质间相关关系

2.4 不同烤烟-绿肥轮作模式下的土壤化学性状

不同轮作处理的土壤有机质含量在17.03～18.32 g/kg之间，全氮含量在1.15～1.26 g/kg之间，全磷在1.54～1.64 g/kg之间，全钾在9.01～9.64 g/kg之间，土壤pH 6.79～6.94，处理间均无显著差异（图3）。各处理化肥施用量相同，2年绿肥轮作尚不能明显改变土壤pH和全量养分。土壤水解氮含量在89.25～97.61 mg/kg之间，黑麦草轮作处理小幅降低了水解氮含量。土壤有效磷含量在32.56～36.16 mg/kg之间，肥田萝卜小幅增加有效磷含量；土壤速效钾含量在128.18～152.20 mg/kg之间，处理间无显著差异。

图3 不同烤烟-绿肥轮作模式下的土壤性状

3 结论

在云南的烤烟种植模式中，不同绿肥与烤烟轮作显著提升了烟叶均价和产值，其中光叶紫花苕和肥田萝卜轮作处理对烟叶产值的提升作用最强，相对冬闲分别提高了23.6%和24.1%，光叶紫花苕处理增加了中上等烟比例。光叶紫花苕和肥田萝卜轮作处理烟叶的烟碱含量、两糖差和非烟碱氮/总氮均达到了优质烟叶的水平。光叶紫花苕和肥田萝卜是云南烟区值得推广的冬季绿肥品种。

4 讨论

烟草干物质累积在一定程度上与养分吸收相协调才能更好实现烟草生产优质适产的目的。研究表明，烟叶产量随施氮量的增加逐渐提升，但当施氮水平达到一定程度后，过量氮肥施用反而会降低产量，也限制了产值的进一步增加[1]。烟草种植中，分次施肥是保证烟草质量和提高养分利用率的重要措施[2]。但是在实践操作中，部分烟农为节省劳动成本，会将肥料作基肥一次性施入，由于肥料供应不均匀，难以满足烟株后期的正常生长，也难以保证烟叶品质[2]。在烟草种植中引入绿肥轮作，绿肥的生长过程和翻压后的腐解过程都能为土壤提供大量有机养分，能够在烟草季均衡供应，并且改善植烟土壤的肥力和性状。研究表明，绿肥压青可以提高植烟土壤的有机质、水解氮和速效钾含量，并可以通过改变土壤中主要细菌门的相对丰度调节细菌群落结构[15]。

种植利用绿肥能够有效改善土壤质量，提高土壤酶活性[16-17]，绿肥品种、绿肥翻压量及种植模式对土壤环境的影响有一定差异。不同绿肥作物，特别是不同科的绿肥作物，其自身生长特点及植株体特征有很大差异，因此对土壤性状的影响也有较大差异[18]。在几种常见科属的绿肥品种中，豆科绿肥因具有生物固氮作用，可以为土壤固定大量氮素，对土壤肥力的提升作用明显，能够有效改良土壤结构并具有更强的培育土壤氮库的能力[19]。十字花科绿肥因强大的根系，根系与土壤互作产生的根系分泌物会促使土壤中难溶的磷、钾转化为作物可吸收利用有效磷和速效钾，提高土壤磷钾的有效性[20-22]，禾本科绿肥的特点是生物量更大、生长迅速，能够迅速累积大量土壤养分，并在翻压还田后供后茬主作物利用，尤其适用于土壤养分含量较高、易引起养分流失风险的地区[23]。在云南旱地，光叶紫花苕是一种常见的豆科绿肥，因具有较强的耐旱和耐贫瘠能力，在烟草及农作物的轮作中应用较多。有研究表明，种植光叶苕子可有效降低土壤容重、改善土壤肥力、增强土壤酶活性，进而促进主作物对土壤养分的利用，增强土壤供氮能力[24-25]，可以为农作物的生长发育创造良好的土壤环境。本研究中冬种绿肥对植烟土壤养分的影响尚未显现，可能是绿肥利用年限较短，绿肥的培肥作用尚无法充分显现。

利用烟田的冬闲季节种植绿肥，并在植烟前将绿肥翻压入土，是一种提高烟叶品质同时改良土壤的有效措施[26]。大量研究表明，种植利用绿肥会对烤烟产量、品质和经济性状产生较大影响[27-28]，利用绿肥可以改善烤烟最大叶长、叶宽和有效叶等农艺性状，能够有效促进烟叶生长，提高烟叶产量[29-30]，与本研究结果相似。不同绿肥品种配施减量化肥能够提高烟叶产量和品质，并改善植烟土壤的养分性状[6]。烟叶含量与土壤有机质等养分含量有极显著相关关系，绿肥翻压后烤烟的化学成分与土壤物理特性有良好的相关性[6]。种植翻压绿肥有改善烟叶品质的作用，特别对降低中、上部叶片烟碱和氯含量，提高钾含量有明显效果，但不同绿肥品种对烤烟化学成分的影响有较大差异，光叶紫花苕能使烟叶化学性质更协调[31]。种植利用苜蓿能够提高上部烟叶中烟碱含量，但降低烟叶中总糖和还原糖含量，而黑麦草可降低烟叶中烟碱含量且总糖和还原糖含量适中[32]。本研究中种植利用光叶紫花苕和肥田萝卜能够提高烤烟的均价和产值，并能使烟叶的化学品质更加协调，多项化学品质达到优质烟叶的标准，是云南烟区值得推广的冬季绿肥品种。

在国内烟草生产中，长期过量施用化肥导致烟田土壤质量下降、养分供应失调，但是土壤改良是一个长期的过程，冬种绿肥并翻压还田是一种维持土壤质量的重要方式，解决旱地烟区有机肥源缺乏问题的重要措施，但是需要长期种植利用绿肥才能达到对土壤质量和烟叶品质同步提升的优良效果。在本研究中，由于绿肥种植年限较短，种植不同品种绿肥提高了烤烟产值，但是对烤烟农艺性状和化学品质的影响较小，对植烟土壤养分状态的改善也尚未显现。因此，必须连续种植翻压绿肥才能使土壤质量和烟叶品质有效提升，实现烟叶生产的可持续发展。下一步将针对不同绿肥品种对烟草产量和品质影响的机制进行深入探讨，并进一步明确在云南烟区最适宜的绿肥品种。