烤烟间作半夏对烤烟生长及产量和品质的影响

周文， 郭笑恒， 徐锐， 王晓丽， 牛慧伟， 韩丹， 邵惠芳

（1.河南农业大学烟草学院，郑州 450002； 2.湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北 襄阳 441003；3.中国烟草总公司职工进修学院，郑州 450003）

烤烟是禁忌连作的农作物，我国也一直提倡间作和轮作。然而，近年来，我国烤烟种植区域不断压缩，烤烟连作现象愈发严重[1‑2]，已成为制约我国烟草产业可持续发展的重要限制因素[2‑3]。

连作是指在同一块土地上一年或者多年连续种植同种作物的种植方式。连作后，即使正常的种植管理，植株仍然会出现长势变弱、产量和品质下降的现象，这一现象被称为连作障碍[4]。长期连作导致烟田内有害物质累积，土壤肥力下降，有效成分减少，土壤酶活性降低，影响作物正常生长[3]。连作使土壤环境不利于有益微生物生长，而一些有害微生物迅速繁殖，诱使病虫害发病率增高[5]，导致烤烟产量和品质降低，影响烟农经济收益[6]。在作物生长初期，连作障碍尤为明显，严重时会造成局部死苗、不发苗或者发苗不旺。连作导致土传病虫害发生严重，影响植物对土壤水分和有效养分的吸收利用，导致植株发育不良甚至死亡，严重影响产量和品质[7]。

近年来，连作障碍的修复已成为生产上亟待解决的热点问题之一。当前，在生产中主要采用合理的种植制度、生物防治、土壤改良等方法以达到减少农作物连作障碍的目的。研究表明，间作一方面可以充分利用水、气、热条件和土壤养分，还可以起到改善植物根际环境的作用[8]；另一方面，作物间作可以降解自毒物质，减轻土传病害，缓解作物连作障碍，以达到保护作物多样性、减少农药过量施用给生态环境造成污染的目的；合理间作还可提高主作物的营养抗性[9]，提高寄主作物的生理抗性[10]。

为解决烤烟种植中的连作问题，本研究设置半夏与烤烟不同比例间作处理，研究不同处理下烤烟的农艺性状和烟叶中化学成分、香气物质及产量等关键指标变化，为提高烟田复种指数和实现助农增收提供新途径。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验在湖北襄阳保康县马良镇（31°53′06″N、111°32′41″E）进行。该区属于亚热带季风气候，平均海拔900 m 以上，年平均气温9.1~17.8 ℃，年均降雨量900 mm以上，年均无霜期240 d。试验地地势平坦，土壤为黄棕壤，肥力均匀，前茬作物为烤烟，连作5年以上。土壤基本理化性状：有机质27.44 g·kg−1，碱解氮131.24 mg·kg−1，速效磷31.55 mg·kg−1，速效钾263.92 mg·kg−1，pH 7.3，能代表当地大部分烟田的肥力水平。

1.2 试验材料

供试烤烟品种为K326；半夏为旱半夏，均由湖北省襄阳市烟草公司提供。

1.3 试验设计

设置4 个不同种植模式处理，如图1 所示，分别为：烤烟单作（CK）；半夏与烤烟1∶2 间作，即种植2行烤烟间种1畦半夏（C1）；半夏与烤烟1∶3间作，即种植3 行烤烟间种1 畦半夏（C2）；半夏与烤烟1∶4 间作，即种植4 行烤烟间种1 畦半夏（C3）。每个处理3 次重复，每重复小区面积333.35 m2。各处理N、P、K 肥用量均按照当地常规施肥，保持各个小区土壤肥力一致。

图1 各处理种植模式示意图Fig. 1 Schematic diagram of different planting patterns

1.4 指标测定方法

1.4.1农艺性状 分别于烤烟成熟期（移栽后80 d）及采烤前按照 YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查方法》[10]测量烟株的株高、茎围、节间距和最大叶面积，计算叶面积指数，每个处理3 次重复，每重复调查10株。

1.4.2叶片SPAD 值 分别于烤烟移栽后7、14、21、28、35、42 和49 d，用叶绿素仪(SPAD-502)在9:00—11:00 阳光充足时测定叶片SPAD 值。每小区随机选取10 株，每株选取中上部有代表性的1 片烟叶进行测量，并选取鲜烟叶主脉对称两侧的叶尖、叶中、叶基 6 个点为测定位置，每个点重复测量3次。

1.4.3冠层形态指标 在烤烟成熟期（移栽后80 d）以及采烤前，选取生长一致、受光一致的烟株在自然条件下用LI-6400 便携式光合测定系统测定烟叶的净光合速率，测定时，光量子通量密度（photo flux density，PFD）为800 µmol·m−2·s−1，叶室中环境CO2浓度为 360 µmol·mol−1，叶室温度为28 ℃。用量角器测定茎叶夹角，并计算叶向值（leaf orientation value，LOV）。每小区3次重复，每重复5株。

式中，θ为叶倾角（°），Lf为叶基部到叶片最高处的长度（cm），L为叶片全长（cm），n为叶片数。

1.4.4品质性状 烟叶成熟采收后，每小区分别随机选取B2F、C3F 和X2F 共3个等级烤后烟叶样品各1 kg，65 ℃烘箱烘至恒重后研磨成粉，过60目筛处理后于自封袋阴凉通风处常温保存，用于烤烟理化性质及其香味物质含量的测定。

采用连续流动化学分析仪（AA Ⅲ 型，德国BRAN+LUEBBE 公司），按照YC/Z 240—2008 烟草及烟草制品标准体系[12]测定烤后烟叶总糖、还原糖、钾、氯及烟碱含量，并计算两糖比和糖碱比。

采用内标法测定中性致香物质含量，以硝基苯为内标，仪器为HP 5890-5972 气质联用仪（美国Agilent 公司），前处理及GC/MS 分析条件参照韦凤杰等[13]的方法进行，由GC/MS 鉴定结果和NIST库检索定性。

1.4.5病害情况 于烟苗移栽后45、60 和75 d，按照《烟草病虫害分级及调查方法》[12]调查各小区烤烟赤星病的发生情况（病株株数及每病株病级），并计算病情指数和防治效果。

1.4.6经济效益 按照湖北省烤烟收购价格为标准，由湖北襄阳烟草公司采集统计。

1.5 数据分析

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 统计软件进行数据的整理和分析。

2 结果与分析

2.1 间作半夏对烤烟农艺性状的影响

由表1可知，与CK 相比，C1和C2处理显著提高了烤烟的株高和最大叶面积，但对茎围和节间距无显著影响，C1和C2处理间无显著差异；C3处理的株高、茎围、节间距和最大叶面积与对照和C1、C2 处理均无显著差异。由此表明，C1 处理和C2 处理可显著提高烤烟农艺性状，促进烤烟生长，而C3处理则无明显促进作用。

表1 不同处理下烤烟成熟期田间农艺性状指标Table 1 Field agronomic traits of flue‑cured tobacco at maturity stage under different treatments

2.2 间作半夏对烤烟叶片SPAD值的影响

由图2 可知，随着移栽天数的增加，烤烟叶片SPAD值呈现上升趋势。烤烟移栽后7~49 d，在同一时间，间作半夏处理的烤烟叶片SPAD 值均显著高于烤烟单作（P<0.05）。由此表明，烤烟间作半夏可提高烤烟叶片的SPAD 值，对烤烟叶片光合性能有显著促进作用。

图2 不同处理下烤烟移栽后叶片的SPAD值Fig. 2 SPAD value of tobacco leaves after transplanting under different treatments

2.3 间作半夏对烤烟冠层形态指标的影响

由表2 可知，C2 和C3 处理烤烟的茎叶夹角、叶向值和净光合速率显著大于CK；而C1 处理与CK差异不显著。C1和C2处理烤烟的叶面积指数显著低于CK，C3 处理与CK 差异不显著。由此表明，间作半夏提高了烤烟茎叶夹角、叶向值和净光合速率，改善了烤烟冠层形态，以C2（半夏和烤烟1∶3间作）处理效果最优。

表2 不同处理下成熟期烤烟的冠状形态指标Table 2 Coronal morphology indexes of flue‑cured tobacco at maturity under different treatments

2.4 间作半夏对烤烟赤星病害的影响

由表3 可知， C1、C2 和C3 处理烤烟的发病率均较CK 显著降低，表现为CK>C2>C3>C1，其中，C1处理的发病率又显著低于C2和C3处理；与CK相比，C1 处理的发病率降低49.9%。C1、C2 和C3处理烤烟的病情指数也较CK 显著降低，表现为CK>C2>C3>C1，其中，C1处理的病情指数最低，较CK 显著降低45.02%。间作半夏对烤烟赤星病害的相对防治效果为45.02%（C1）、30.72%（C2）和38.12%（C3）。综上所述，烤烟间作半夏可显著减少赤星病害的发生，且C1处理的防治效果最好。

表3 不同处理下成熟期烤烟田间赤星病害情况Table 3 Situation of red star disease in flue‑cured tobacco at mature stage under different treatments

2.5 间作半夏对烤烟化学成分的影响

比较不同处理烤后烟叶化学物质含量，结果（表4）表明，间作半夏影响烤后烟叶化学成分含量。对于上部叶，C1处理较CK显著提高了总糖含量，降低了氯含量；C2处理较CK 显著提高了总糖和还原糖含量及两糖比和糖碱比，降低了氯含量；C3 处理显著提高了还原糖含量和糖碱比。C1 和C2 处理上部叶总糖含量分别较CK 显著增加18.0%和8.4%；氯含量分别较CK 显著减少54.2%和43.4%。对于中部叶，C1、C2 和C3 处理均较CK显著提高了总糖和钾含量及糖碱比；C1处理较CK显著提高了还原糖含量；C1 和C2 处理均较CK 显著降低了烟碱和氯含量；C2和C3处理的烟碱和氯含量显著降低，较CK分别降低了15.7%、27.6%和27.4%和47.6%。对于下部叶，C1 处理的总糖、烟碱、氯和还原糖含量较CK 显著降低；C2处理的钾含量较CK 显著提高，氯含量显著降低；C3处理的烟碱含量较CK显著提高，两糖比显著降低。综上所述，烤烟间作半夏提高了烤烟上部叶和中部叶的总糖、还原糖含量以及下部叶的钾含量，降低了全株叶中的氯含量，提高了烤烟中上部叶片中化学成分的协调性，从而改善了烟叶的品质，其中C1（半夏与烤烟1∶2间作）处理效果最好。

表4 不同处理下烤烟各部位烟叶的化学成分Table 4 Chemical composition indexes of flue-cured tobacco leaves under different treatments

2.6 间作半夏对烤烟香气物质的影响

烟叶的品质与叶片中性致香物质的含量、种类和组成等因素密切相关。分析不同处理上、中、下部叶中性致香物质含量，结果（表5）表明，不同处理叶片中性致香物质含量存在差异。上、中和下部叶片中均以新植二烯在不同处理中占比最高，类胡萝卜素降解产物含量次之。对于上部叶，新植二烯含量由高到低依次为C2>C1>C3>CK；C2处理叶片中类胡萝卜素降解产物含量显著高于C3和CK 处理，其他处理间差异不显著；C1、C2 和C3处理叶片中香气物质总量显著高于CK，其中，C1和C2处理又显著高于C3处理。对于中部叶，各处理间叶片新植二烯含量均存在显著差异，表现为C3>C2>C1>CK；且不同处理叶片类胡萝卜素降解产物含量也存在显著差异，表现为C3>C1>CK>C2；间作半夏处理叶片中香气物质总量显著高于CK，其中，C1、C2 和C3 处理叶片中香气物质总量分别为701.66、856.97和910.00 µg·g−1。对于下部叶，C1、C2 和C3 处理叶片中新植二烯含量显著高于CK，其中，C1和C2处理又显著高于C3处理；且C1 和C2 处理的香气物质总量显著高于C3 和CK处理。由此表明，间作半夏有利于提高烤烟上、中和下部叶片中性致香物质含量，改善烟叶品质。

表5 不同处理下烤烟不同部位叶片中性致香物质的含量Table 5 Content of neutral aromatic substances in leaves of different positions under different treatments （µg·g−1）

2.7 间作半夏对经济性状和综合效益的影响

由表6 可知，与烤烟单作相比，烤烟间作半夏提高了上等烟比例，其中，C2 处理上等烟比例最高，较CK 提高9.41%。间作降低了烤烟种植密度，因此，间作半夏的烤烟产量随着烤烟比例的减少而降低。但间作作物半夏的市场价格较高，因此，C1 和C2 处理的综合效益较CK 显著提高，其中，C1 处理的综合效益最高，较CK 显著增加6.36%。C3 处理的综合效益显著低于CK，可能是由于C3 处理的半夏产量较低，而管理成本较高，影响了综合效益。

表6 烤烟间作半夏的经济性状Table 6 Economic characters of intercropping pinellia in flue‑cured tobacco

3 讨论

本研究表明，相比于烤烟单作，间作半夏对烤烟生长发育有一定影响。半夏与烤烟按1∶2 和1∶3 间作显著提高了烤烟的株高和最大叶面积，促进了烤烟的生长，与张宗锦等[15]研究结果一致。间作半夏改善了烤烟的冠层形态，其中，以半夏与烤烟按1∶3 间作处理的效果最优。烤烟间作半夏的种植模式改善了茎叶夹角和叶向值，显著提高了烤烟叶片的净光合速率。间作可有效减轻田间病害对烤烟的危害。间作模式中适当的作物丰富度增加了农田生态系统的生物控害功能[16]，本研究中，烤烟间作半夏显著降低了烤烟赤星病的发病率和病情指数，与张宗锦等[15]和薛超群等[17]的研究结果一致。不同间作处理相比，半夏与烤烟按1∶2 间作对赤星病的防治效果最好，病情指数降低45.0%，可能是较高比例的半夏改善了烟株的生长空间，提高了光能利用率，且对田间小气候起到了一定的改善作用，与彭晟等[18]的研究结论一致。与间作草木犀[19]相比，烤烟间作半夏的上等烟比例较高，且烟叶中总糖和还原糖含量及糖碱比等均优于间作草木犀。烤烟间作半夏还可提高了农民当年的经济收入。并且，半夏为多年生植物，次年可减少成本，综合效益将明显增加，与小麦间作半夏的研究结果[20]一致。综上所述，半夏与烤烟间作不仅促进了植株发育，还可增强植株对病虫害的抗性，提高烤烟产量和品质，增加烟农经济效益，其中，半夏与烤烟按1∶2 比例种植效果最佳。