不同前作土壤对烤烟生长和化学成分影响的研究

刘优雄,周冀衡,*,邓小刚,刘 勇,李春林,张一杨,陈银建

(1湖南农业大学烟草科学与健康重点实验室,长沙 410128;2云南省烟草公司玉溪市公司,玉溪 652800)

烤烟作为一种不耐连作的作物,在种植的过程中,实行轮作成为烟草种植制度的最佳选择。生产实践证明,合理轮作可以改善土壤理化性状,提高土壤肥力和肥效,对提高烟叶产量和品质有重要作用[1]。在烟草的轮作中,如何选择好适宜的前作,是关系到烟叶产量和品质的一个重要问题[2]。研究表明,禾谷类作物是烟草的良好前作[2],而以玉米为前作则不利于烤烟生产[3],但对其中的原因揭示不多。目前对烟草的前茬作物的研究也主要集中在水稻等少数几种作物上,而对其它前作物的研究较少。本文通过盆栽试验研究了在相同条件下不同前作土壤种植烤烟对其生长发育和主要化学成分的影响,以期为烤烟轮作提供必要的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验土壤来源于湖南省长沙市东郊的湖南农业大学作物种植实习基地(耘园)内。该基地位于东经 113°07′～113°10′,北纬 28°18′～28°19′之间 ,占地约30 hm2,属于浏阳河冲积平原的一部分。试验供试土种为厚土层红土红壤。设5个土壤处理,各处理的土壤分别取自:抛荒地 (对照 )、烟草地 (烟草)、油菜地 (油菜 )、水稻田(水稻)和玉米地(玉米)。按照土壤取样方法[4],于3月 15日在上述前作地内取 0～20 cm耕层土壤作为供试材料,将取回的各前作土壤风干、混匀后过 1 mm筛,备用。在进行试验前对各前作土壤的基本化学性状进行分析(表1)。供试烤烟品种为 K326。

1.2 试验材料培养

试验于 2009年 1～7月在湖南农业大学烟草工程中心实验基地内进行。采取盆栽试验。试验用塑料盆钵为顶部直径 32 cm,底部直径 23 cm,高 27 cm。在每个试验盆钵内装入过1 mm筛的13 kg供试土壤,每个盆钵内施入 8-8-22烟草复混肥30 g作基肥,追肥 2次,分别在烟苗移栽后15和30 d各施10 g烟草专用追肥。于4月1日在每个盆钵内移栽一株生长一致的8叶期烟苗(供试烟苗为湖南农业大学烟草中心育苗基地提供的漂浮苗 ),每处理重复 30次,共 150盆。

1.3 数据和样品采集

分别在伸根期 (5月 9日)、旺长期 (5月 27日 )、成熟期(7月 6日)定株对各处理的 5株烟株进行株高、茎围、叶面积、叶片数等农艺性状测定。

待烟株进入成熟期,随机取各处理的10株烟进行相关指标测定。其余20株烟进行烘烤,取15片烤后烟叶制成分析样,进行化学成分分析。

1.4 测定方法及数据分析

土壤分析:有机质用重铬酸钾容量法,全氮用重铬酸钾-硫酸消化法,全磷用钼锑抗比色法,全钾用氢氧化钠碱熔法,水解氮用碱解扩散法,速效磷用碳酸氢钠法,速效钾用醋酸铵-火焰光度法[4]。

烟株农艺性状测定参照文献 [5],各部位干重测定见文献 [6]。

烟株根系活力和烟叶硝酸还原酶活力的测定方法参照文献 [7,8]。

烟叶化学成分分析:全氮采用改良凯氏法,钾采用火焰光度法,可溶性总糖和还原糖采用连续流动分析仪法,烟碱采用活性碳法[9]。

所有数据均用 SPSS数据分析软件分析。

2 结果与分析

2.1 不同前作土壤养分状况分析

从表1可以看出,在5个处理中,前茬作物为烟草、油菜、水稻和玉米的土壤的养分含量较对照土壤的养分含量明显偏高;前茬作物为烟草的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮含量均低于前茬作物为油菜、水稻和玉米的土壤,但其速效磷含量稍高于前茬作物为油菜和水稻的土壤,速效钾含量高于前茬作物为玉米的土壤;前茬作物为油菜和水稻的土壤其全磷和速效磷含量处于中等水平,但其有机质、全氮、全钾、水解氮和速效钾含量处于较高的水平;前茬作物为玉米的土壤速效钾含量明显偏低,其全钾的含量处于中等水平,但其全氮、水解氮、全磷和速效磷的含量较丰富。

表1 供试土壤基本化学性状

2.2 不同处理对烤烟各生育期农艺性状的影响

从表2可以看出,前茬作物为玉米的烟株在整个生育期间长势较差。团棵期以前,前茬作物为烟草的烟株生长速度较快,长势较好,农艺性状要明显好于其他4个处理;对照、前茬作物为油菜的烟株的农艺性状又要好于前茬作物为水稻和玉米的烟株。进入旺长期以后,前茬作物为烟草的烟株的生长速度逐渐减慢;而前茬作物为水稻的烟株生长迅速,和对照、前茬作物为烟草和油菜的烟株的农艺性状差异逐渐缩小。从 5月 27日的调查数据看,前茬作物为水稻的烟株各项农艺性状指标均超过了其他4个处理;对照、前茬作物为烟草和油菜的烟株长势差异不大,但均明显好于前茬作物为玉米的烟株。从7月6日的调查数据来看,前茬作物为水稻的烟株各项农艺性状均明显好于其他 4个处理;在5个处理中,前茬作物为玉米的烟株长势明显差于其他4个处理;而前茬作物为烟草和油菜的烟株的各项农艺性状与对照比较,除前两者的最大叶面积极显著大于对照外,株高、有效叶片数和茎围与对照大体相当。

2.3 不同处理对烤烟各部位生物量的影响

不同处理对烤烟各部位生物干重的影响差异显著。由表3可知,在 5个处理中,前茬作物为烟草、油菜和水稻的烟株各部位生物量均大于对照。其中前茬作物为烤烟、油菜和水稻的烟株单株干重分别比对照高4.19%,12.15%和15.09%;而前茬作物为玉米的烟株单株干重比对照低6.70%。从表3的结果来看,各处理的烟株叶干重、茎干重和根干重表现出与单株干重相同的趋势,其中以叶干重表现的更为明显。前茬作物为烟草、油菜和水稻的烟株叶干重极显著的高于对照,分别比对照高出5.11%,15.47%和18.26%;而前茬作物为玉米的烟株叶干重比对照低7.10%。

表2 不同处理烤烟各生育期的农艺性状比较

表3 不同处理烤烟各部位干物质积累比较

2.4 不同处理对烤烟单叶重的影响

由于烤烟是一种叶用经济作物,所以在农业生产中人们更加关注的是烤烟烟叶的重量[10],尤其是烤后单叶重。从表4的数据分析,前茬作物为烟草、油菜和水稻的烟株烤后单叶重分别比对照高 15.78%,18.62%和 21.81%,表明这 3种前作土壤均显著的提高了烤后单叶重,其中又以前茬作物为水稻的效果最好,前茬作物为油菜的效果次之,前茬作物为烟草的效果最差。各处理中,只有前茬作物为玉米的烟株烤后单叶重比对照降低了 7.45%。

2.5 不同处理对烤烟根系活力和硝酸还原酶活性的影响

从图1看,前茬作物为水稻的烟株根系活力最大;前茬作物为烟草、油菜和玉米的烟株根系活力要明显高于对照,其中前茬作物为烟草和玉米的烟株根系活力大体相当,但均明显低于前茬作物为油菜的烟株;5个处理中,对照的根系活力最弱。图1表明,前茬作物为烟草、油菜、水稻和玉米的烟株根系活力比对照明显提高,这可以加强烤烟根系吸收水分、养分和合成自身物质的能力。

表4 不同处理烤烟单叶重比较

图1 成熟期各处理烟株的根系活力

图2 成熟期各处理烟株的硝酸还原酶活力

从图2看,前茬作物为水稻的烟株硝酸还原酶活性最大;前茬作物为烟草和油菜的硝酸还原酶活力大体相当,但显著高于对照;前茬作物为玉米的烟株硝酸还原酶活性最弱。总的来说,前茬作物为烟草、油菜和水稻的烟株硝酸还原酶活力比对照明显提高,这可以增强烤烟氮代谢水平;而前茬作物为玉米的烟株硝酸还原酶活力比对照降低,这不利于烤烟体内硝态氮的同化,会降低烟株吸收和利用氮素的能力。

2.6 不同处理对烤烟化学成分的影响

从表5烟叶的内在化学成分分析结果来看,前茬作物为油菜和水稻的烟株可溶性总糖和还原糖的含量均比对照高,而总氮和烟碱的含量均比对照低,所以其糖碱比和糖氮比要高于对照。在5个处理中,前茬作物为烟草的烟叶中烟碱含量最高,前茬作物为水稻的烟叶中烟碱含量最低。不同前茬作物的烟叶钾含量高低顺序依次为:水稻>油菜>玉米>烟草>对照。从糖碱比和糖氮比的数据来看,对照、前茬作物为油菜和水稻的烟叶的糖碱比和糖氮比较协调,而前茬作物为烟草和玉米的烟叶的糖碱比偏低,比例不协调。

表5 不同处理烟叶化学成分比较

3 结论与讨论

有研究表明,影响烟草生长的土壤因素有很多,土壤养分状态是其中之一。从本试验的不同供试土壤养分状况来看,前茬作物为烟草、油菜和水稻的土壤的养分含量较对照高,其后作烤烟的生长也相应的要比对照好,但前茬作物为水稻的烟株生长最好,前茬作物为油菜的烟株生长次之,前茬作物为烟草的烟株生长最差。前茬作物为玉米的土壤养分含量虽比对照高,但其后作烤烟的生长却不如对照。分析其中原因可能是:第一,水稻茬水旱轮作不仅可以减少后作烤烟病害的发生,还改善了土壤结构和土壤的通气条件,使土壤的氧化还原状况和有机质的积累和分解都得到比较适当的调节,从而提高了土壤肥力[2],利于后作烤烟生长;第二,油菜与烤烟基本没有同源的病害[1],前茬作物为油菜的土壤中各养分含量较为丰富,另外有研究表明[11],油菜的根系分泌物对烟株生长也有促进作用;第三,本次试验所取用的前茬作物为烟草的土壤养分较丰富,利于烤烟生长,且是一年连作土壤,多年连作所引起的病害严重和影响烟株生长的现象,在一年连作中尚未明显表现出来;第四,虽然本试验前茬作物为玉米的土壤的养分含量并不低,但后作烤烟的生长还是受到抑制,这可能是由于玉米根系分泌物对烤烟的生长可能产生抑制作用[12],也可能是由于土壤结构或者是土壤微生物的影响,对此尚需进一步研究。

另外,有研究表明,烟叶中的总氮和烟碱会随植烟土壤中水解氮含量的增加而升高[13],烟叶中钾含量会随植烟土壤中速效钾含量的增加而升高。烟叶中总氮和烟碱含量偏高,而钾含量偏低会对烟叶品质产生不利影响。从本试验来看,对照、前茬作物为油菜和水稻的土壤中各养分(尤其是水解氮和速效钾)的比例适宜,其烟叶中各化学成分也相应的较为协同。而前茬作物为烟草和玉米的土壤中各养分含量之间的比例失衡,进而对烟叶化学成分的协同性产生了不良影响。

从本试验的结果看,前茬作物为水稻和油菜可明显促进烤烟生长,改善烟叶化学成分的协同性,这有利于提高烟叶的产量和化学品质。对于烤烟连作,虽然本试验中烟株的生长并未受到明显抑制,但烟叶化学成分指标明显变差,同时有研究表明[14,15],长期连作会引起土壤有效养分的比列发生变化,导致土壤养分失调,进而影响烟株生长和烟叶品质,所以,从长远来看,有轮作条件的烟区应尽量避免连作。而以玉米为前茬,其后作烤烟生长受到了明显抑制,烟叶的内在化学成分之间的比例失衡,这会降低烟叶的产量和品质。

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