不同连作年限对烤烟品质及经济效益的影响

李柘锦， 黄 坤， 张加研， 朱文桥， 王 成，尚志伟， 赵 涛， 陈俊鸿， 叶兴奎， 吕元泽， 潘义宏， 冀新威*

(1.云南省烟草公司 红河州公司， 云南 弥勒 652300； 2.西南林业大学， 云南 昆明 650214)

0 引言

【研究意义】烤烟属于茄科作物，忌连作。囿于适宜植烟环境条件及耕地面积有限性等因素，导致主要烟区存在烤烟连作现象[1]。云南是全国最大的烟区之一，由于地理位置和地形地貌的限制，烤烟生产中存在连作现象[1]，且连作年限呈现分布不一的规律。尤其近年来，蔬菜、花卉、药材及水果等产业不断发展壮大，基础设施配套好的基本烟田逐年被挤占，烤烟连作成为较普遍的现象[2-3]。【前人研究进展】烤烟连作造成连作障碍的发生，进而导致烟草的产量、品质及经济效益等受到不同程度的负面影响[3]；同时也增加烟草病虫的危害[4-5]，严重威胁我国烟草农业的可持续发展。目前，针对烤烟连作对烟叶品质的影响研究多集中在某一连作年限对烤烟部分品质指标的影响。晋艳等[6]对比研究轮作和连作对烟叶品质的影响。付仲毅等[7]研究连作5年和10年对烟叶化学成分和致香物质的影响。尤垂淮等[1]研究连作2年和5年对烟叶化学成分和经济效益的影响。【研究切入点】尚未见不同连作年限对烟叶外观质量、物理特性、化学成分、感官质量及经济效益影响的系统研究报道。【拟解决的关键问题】针对云南烟区连作现状，采用对比分析法系统研究主要连作年限及轮作对红河泸西烟区烤烟综合品质及经济效益的影响，以期为类似烟区烤烟的合理规划种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试烤烟品种为云烟87，种子资源来自中国烟草育种研究(南方中心)。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 根据连作年限试验设4个处理：T1，连作2年；T2，连作3年；T3，连作4年；T4，连作5年；以轮作作对照(CK)。每个处理3次重复，随机排列，每个小区种植1 100株烤烟。试验于2019年在泸西烟区开展，试验地植烟土壤为红壤，海拔1 803 m，轮作和不同连作年限植烟地块均选择肥力中等地块开展试验。各小区烤烟统一采用烤烟膜下小苗移栽技术，统一移栽时间，按105 kg/hm2纯氮进行施用，肥料为烟草专用肥(N∶P2O5∶K2O=12∶8∶25)，基肥和追肥用量比例为6∶4，烟叶成熟后进行挂牌烘烤，其他生产管理措施参照红河州优质烟叶生产技术进行。

1.2.2 材料预处理 样品采用YC/T 31—1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法[8]进行制备。

1.2.3 烟叶指标测定 烟叶烘烤回潮后，按照GB 2635—1992烤烟[9]进行分级测产，调查单叶重、均价、产量、中上等烟比例及产值等经济效益。分别选取各处理B2F和C3F烟叶3.0 kg作为烟叶样品用于综合品质的检测分析。烟叶物理特性、综合品质、外观质量及感官评吸质量均参照《中国烟草种植区划》采用赋值权重指数和法(1分制)进行评价[10]。

1) 常规化学成分。采用连续流动法测定烟叶钾离子[11]、总糖和还原糖[12]、总植物碱[13]、总氮[14]和氯离子[15]等6项常规化学成分指标的含量。烟叶常规化学成分采用模糊数学隶属函数的数据模型进行评价，烟叶常规化学成分的综合得分(I)划分为5个等级，即：高(I≥0.75)、较高(0.65≤I<0.75)、中(0.55≤I<0.65)、较低(0.45≤I<0.55)和低(I<0.45)[16]。

2) 感官评吸。将各处理烟叶切丝后卷制成单料烟，经过48 h水分平衡后，由7名持证评吸专家按照YC/T 138—1998标准中“九分制”的方法对烟气的刺激性、浓度、余味、燃烧性、香气质、香气量、灰色、杂气和劲头等指标进行打分。

3) 外观质量评价。包括烟叶的身份、颜色、色度、成熟度、油分、组织结构等6项指标，依据GB 2635—92标准进行打分评价。

4) 物理特性。包括烟叶抗张力、厚度、平衡含水率、叶面密度和含梗率等5项指标，依据GB/T 12914—2008、GB/T 451.3—2002和YC/T 142—2010标准进行测定。

5) 经济性状。依据GB 2635—1992，分别调查和统计各处理烟叶的等级，计算等级结构。同时统计单叶重、均价和产值。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 21.0和Excel 2010进行数据的统计处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理烟叶物理特性

从表1看出，不同连作年限处理在一定程度上影响上部和中部烟叶的物理特性，综合得分呈先降后升趋势。

表1 不同处理烟叶的物理特性

2.1.1 C3F 各处理叶面密度为54.23～60.57 g/m2，均低于CK(62.52 g/m2)；抗张力为1.04～1.48 N，T1和T4高于CK(1.08 N)，其余处理较CK低；平衡含水率为15.64%～16.14%，均较CK(13.55%)高；含梗率为34.05%～36.15%，除T3外均较CK(34.41%)高；烟叶厚度为0.18～0.22 mm，均较CK(0.23 mm)薄；物理特性综合得分为0.74～0.78分，T2和T3较CK(0.77分)低，其余处理较CK高；但各处理间差异不显著。

2.1.2 B2F 各处理叶面密度为56.22～62.31 g/m2，均低于CK(72.27 g/m2)；抗张力为1.12～1.58 N，T4高于CK(1.57 N)，其余处理较CK低；平衡含水率为16.04%～16.89%，均较CK(15.39%)高；含梗率为33.86%～36.78%，均较CK(33.38%)高；烟叶厚度均为0.20 mm，均较CK(0.24 mm)薄；物理特性综合得分为0.76～0.79分，均较CK(0.85分)低，T3显著低于CK，较CK下降10.6%；其余各处理间差异不显著。

2.2 不同处理烟叶外观质量

从表2看出，不同连作年限处理在一定程度上影响上部和中部烟叶的外观质量，综合得分随连作年限增加呈下降趋势。

表2 不同处理烟叶的外观质量

2.2.1 C3F 各处理颜色得分为6.5～7.5分，除T1外均较CK(7.5分)低；成熟度得分为6.5～7.0分，均较CK(7.5分)低；叶片结构得分为6.5～7.0分，除T3外均较CK(7.0分)低；身份得分为6.5～7.0分，除T4较CK(6.5分)高外，其余处理均与CK相等；油份得分为6.5～7.0分，T3和T4均低于CK(7.0分)，其余处理与CK相等；色度得分为6.5～7.0分，除T4较CK(6.5分)高外，其余处理均与CK相等；综合得分为0.66～0.70分，均低于CK(0.72分)，T3和T4显著低于CK，较CK均下降8.3%，其余处理间差异不显著。

2.2.2 B2F 各处理颜色和成熟度得分均较CK(8.0分)低，分别均为6.5～7.0分；叶片结构和身份得分分别为6.5～7.0分和6.0～7.0分，均除T1与CK(7.0分)相等外，其余处理均较CK低；油份得分为6.0～6.5分，除T4与CK(6.0分)相等外，其余处理均较CK高；色度得分为6.0～6.5分，除T1和T4较CK(6.5分)低外，其余处理均与CK相等；综合得分为0.63～0.69分，均低于CK(0.74分)，其中，T2、T3和T4显著低于CK，分别较CK下降10.8%、10.8%和14.9%，其余处理间差异不显著。

2.3 不同处理烟叶常规化学成分含量

从表3看出，烤烟连作导致烟叶化学成分产生差异。

表3 不同处理烟叶的常规化学成分含量及综合得分

2.3.1 C3F 各处理总糖和还原糖含量分别为22.66%～34.00%和17.25%～28.28%，均表现为T1和T3低于CK(29.40%和24.73%)，其余处理较CK高；总氮含量2.22%～3.23%，除T1外均低于CK(2.95%)；烟碱含量2.31%～3.78%，除T2外均高于CK(3.00%)；K+含量1.56%～2.28%，T3和T4低于CK(1.85%)，其余处理较CK高；Cl-含量0.10%～0.47%，除T2外均低于CK(0.28%)；糖碱比和氮碱比分别为6.14～14.13和0.59～1.11，二者均表现为除T2外均低于CK(9.79和0.98)；钾氯比为4.83～19.60，除T2外均高于CK(6.58)；综合得分为0.48～0.66分，均较CK(0.72分)低，CK显著高于其余处理，T4显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。就中部叶而言，轮作CK的中部烟叶化学成分综合得分为0.72，为“较高”水平，而T1、T2、T3和T4烟叶综合得分分别为0.62分、0.66分、0.59分和0.62分，为“中等”水平。

2.3.2 B2F 各处理总糖含量为22.68%～27.18%，T3和T4低于CK(24.08%)，其余处理较CK高；还原糖含量为16.89%～22.73%，除T3外均高于CK(17.62%)；总氮含量2.73%～3.86%，T2和T4低于CK(3.76%)，其余处理较CK高；烟碱含量3.54%～4.23%，除T2外均高于CK(3.94%)；K+含量1.42%～1.82%，均低于CK(2.38%)；Cl-含量0.06%～0.50%，除T4外均低于CK(0.47%)；糖碱比为5.36～7.18，除T1和T2均高于CK(6.11)，其余处理较CK低；氮碱比为0.77～0.92，均低于CK(0.95)；钾氯比为3.45～28.47，除T4外均高于CK(5.08)；综合得分为0.54～0.61分，均较CK(0.69分)低，CK显著高于其余处理，其余处理间差异不显著。就上部叶而言，CK烟叶化学协调性显著优于其他处理，其中，CK烟叶在“较高”水平，T3烟叶在“较低”水平，其他处理上部烟叶在“中等水平”。

综上看，烤烟连作导致各处理烟叶化学成分综合得分均显著低于轮作对照，化学协调性变差。

2.4 不同处理烟叶的感官质量评价

从表4看出，不同处理C3F和B2F烟叶的感官质量指标与CK存在差异，不同连作年限处理使烟叶香气质、香气量、余味、燃烧性和劲头变差。

表4 不同处理烟叶的感官质量得分

2.4.1 C3F 各处理香气质、香气量、浓度、刺激性、杂气、余味和劲头的得分均较CK低，依次为6.3～6.8分，6.0～6.5分，6.0～6.3分，6.3～6.5分，6.3～6.5分，均6.3分和6.0～6.3分；燃烧性得分为6.3～6.5分，T3和T4与CK(6.5分)相等，其余处理均低于CK；灰色得分为6.5～7.0分，T3和T4均为7.0分，高于CK(6.5分)，T1和T2与CK相等；各处理总得分为57.1～57.7分，均低于CK(61.3分)；综合得分为0.69～0.73分，均显著低于CK(0.78分)，T4显著低于其余处理，其余处理间差异不显著。

2.4.2 B2F 各处理香气质得分除T4为5.8分外，其余处理和CK均为6.5分；香气量得分为6.3～7.0分，除T1外其余处理均低于CK(6.8分)；浓度得分为6.3～6.8分，仅T3低于CK(6.5分)；刺激性得分均为6.5分，低于CK(6.8分)；杂气得分均为6.5分，与CK相等；余味得分为6.0～6.5分，除T1外其余处理均低于CK(6.5分)；燃烧性得分为6.0～6.5分，T2和T4与CK(6.5分)相等，其余处理均低于CK；灰色得分为6.0～7.0分，T3和T4均为7.0分，高于CK(6.5分)，T1与CK相等，T2低于CK；劲头得分为6.0～6.3分，T2和T3与CK(6.3分)相等，其余处理均低于CK；各处理总得分为57.1～58.0分，均低于CK(58.9分)；综合得分为0.68～0.74分，T4显著低于CK和其余处理，其余处理间差异不显著。就总分和综合得分而言，二者均随连作年限增加呈下降趋势。

2.5 不同处理烟叶的综合品质评价

从表5可见，不同处理C3F和B2F各品质指标存在一定差异。

表5 不同处理烟叶的综合品质得分

2.5.1 C3F 各处理化学成分得分为0.48～0.66分，感官质量得分为0.69～0.73分，均低于CK(0.72分和0.78分)，二者均表现为CK显著高于其余处理，T4显著低于其余处理，其余处理差异不显著。外观质量得分为0.66～0.70分，均低于CK(0.72分)，其中，CK和T1显著高于T3和T4，其余处理间差异不显著。物理特性得分为0.74～0.78分，其中，CK(0.77分)和T1高于T2和T3，各处理间差异不显著。烟叶品质综合得分为0.65～0.71，均较CK(0.76分)低，CK显著高于T3和T4，其余处理间差异不显著。

2.5.2 B2F 各处理化学成分得分为0.54～0.61分，均低于CK(0.69分)，其中，CK显著高于各处理，各处理间差异不显著。感官质量得分为0.68～0.74分，除T1外均低于CK(0.73分)，T4显著低于CK及其余处理，其余处理与CK无显著差异。外观质量得分为0.63～0.69分，均低于CK(0.74分)，CK显著高于除T1外的其余处理，各处理间差异不显著。物理特性得分为0.76～0.79分，均低于CK(0.85分)，其中，CK显著高于T3，其余处理间差异不显著。烟叶品质综合得分为0.67～0.71，均低于CK(0.73分)，CK显著高于T3和T4，其余处理间差异不显著。

综上说明，不同连作年限处理均在一定程度上降低烟叶的综合质量，随着连作年限的增加，烟叶质量综合得分呈下降趋势，基本至连作第4年达显著水平。

2.6 不同处理烟叶的经济效益

从表6可见，不同处理烤烟各项经济指标均低于CK，均以CK表现最优，其次为T1、T4和T2，T3处理烟叶表现最差。

表6 不同处理烟叶的主要经济性状

2.6.1 上等烟比例 各处理上等烟比例为45.97%～51.56%，依次为T1>T4>T2>T3，较CK下降2.35%～12.94%；其中，CK与除T1外的其余处理差异显著，T1与其余处理差异不显著。

2.6.2 中上等烟比例 各处理中上等烟比例为65.10%～73.82%，依次为T1>T2>T4>T3，较CK下降2.51%～14.03%；其中，CK与T1差异不显著，二者均与其余处理差异显著，其余处理间差异不显著。

2.6.3 产量 各处理产量为2 083.5～2 221.5 kg/hm2，依次为T1>T4>T2>T3，较CK下降6.68%～12.48%；其中，CK与除T1外的其余处理差异显著，T1与其余处理差异不显著。

2.6.4 单叶重 各处理单叶重为7.93～8.50 g，依次为T1>T2>T4>T3，较CK下降4.49%～10.90%；其中，CK与T3差异显著，与其余处理差异不显著；T3与除T4外的其余处理差异显著；其余处理差异不显著。

2.6.5 均价 各处理均价为27.49～29.27元/kg，依次为T1>T4>T2>T3，较CK下降3.94%～9.78%；各处理间、CK与各处理差异不显著。

2.6.6 产值 各处理产值为57 282.3～65 024.85元/hm2，依次为T1>T4>T2>T3，较CK下降10.35%～21.02%；其中，CK与除T1外的其余处理差异显著，T1与其余处理差异不显著。

3 讨论

不同质量指标在同一连作年限下的表现存在差异。烟叶物理特性在连作第4年显著降低；外观质量在连作第3年显著降低；化学成分综合得分和感官质量均在连作第2年显著降低；综合化学成分、感官质量、外观质量和物理特性4项指标看，烤烟综合品质在连作第4年开始显著降低，而经济效益在连作第3年显著降低。因此，假设第3年为连作障碍发生的临界年限，在第3年之前，连作对烤烟产质量影响较小，临界年限之后，连作障碍开始显著影响烤烟产质量，对连作4～5年烤烟产质量的影响极为突出。说明，研究区烤烟连作不宜超过3年。赵凯等[17]对辽宁连作烟区进行调查研究认为，当连作年限在3年以上时即会对烤烟中上等烟比例和内在质量等产生显著不良影响。与该研究结果较为一致。目前，连续设置连作年限的研究较为少见，鲜有对连作临界年限的报道，而对此的深入研究有利于合理设置烤烟轮作周期，在当前烟田被逐年挤占、连作现象普遍的背景下具有重要意义。

相比其他质量指标，该研究中化学成分的协调性变化最为突出。化学成分是形成烟叶风格及品质的物质基础[18]。大量研究表明，烟叶中的总氮、总糖、还原糖、烟碱、钾及氯等化学指标与生理强度及燃烧性等呈显著相关性[19-21]，可见化学成分的协调性最能直观体现烟叶的综合品质。烤烟化学成分的影响因素众多，其中，土壤作为农业生产的基本资料和作物生长的重要环境条件[22]，与烟叶化学协调性密切相关。在连作下，土壤板结、酸化、养分比例失调和微生物群落失衡，致使烟株对养分的吸收和积累受到影响[23]，进而导致烟株生长发育受阻。目前该课题组正在开展连作与土壤养分、微环境间的关系研究，期望为制定削减连作障碍的调控措施提供参考。

植烟土壤是烟株赖以生存的环境，对植烟土壤的研究有利于从本质上探究连作障碍发生的诱因。王峰吉等[24]研究发现，随着连作年限增加，硝酸还原酶和过氧化氢酶活性均降低，进而影响烟株正常生长，导致化学成分失调，品质降低。硝酸还原酶参与烟株的氮代谢，氮代谢是烟草重要的代谢途径之一[25]，对烟碱的合成极为重要。该研究包括轮作在内的所有处理上部叶烟碱含量均高于优质烟叶标准[26]，与目前国内烟叶上部叶烟碱含量普遍过高的基本情况一致，连作4～5年的中部叶烟碱含量明显高于优质烟叶标准。有研究认为，增施钾肥可以提高硝酸还原酶活性，磷素营养通过影响生物碱合成酶的活性和根系发育进而影响硝酸还原过程[27]，从而改善烟碱含量过高的问题。但关于磷、钾元素对烟碱合成机制的研究众说纷纭，尚未统一，可能是由于各地自然条件、栽培品种及栽培措施的差异造成，因此，探索适宜当地的水肥调控措施对消减连作障碍具有一定的可行性。

目前，在不同连作年限下对烤烟的研究多侧重于对植烟土壤微生物群落变化、土壤酶活性变化及养分含量等方面的分析。许自成等[28]通过高通量测序从分子层面揭示连作对于烤烟根际土壤真菌群落结构的影响，且认为连作年限越长对群落结构的影响越大。岳冰冰等[29]认为，烤烟连作影响微生物种群多样性及功能多样性，且随着年限增加种群多样性更趋于单一，碳源利用能力下降。由此势必造成代谢紊乱、化学成分失调的结果，在该试验中也得以体现，中部烤烟连作至第5年，化学协调性下降33.3%，远高于其他质量指标。陈继峰等[30-32]对连作年限下烟田土壤酶活性及养分含量的研究表明，随着连作年限的增加，养分含量总体呈下降趋势，土壤酸性磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶等的活性表现不尽相同。总之，不同连作年限下土壤酶活性的变化是一个复杂的过程，也导致了连作障碍的发生较为复杂，有待于进一步的探索。

4 结论

研究通过对轮作及不同连作年限下中、上部烤烟的物理特性、外观质量、感官评吸质量、烟叶常规化学成分及经济效益进行对比分析，结果表明，连作处理对烟叶物理特性的影响相对不突出，但随着连作年限的增加，烟叶外观质量、感官质量和化学成分协调性均呈下降趋势。其中，连作对烟叶化学成分的影响最为突出，各连作处理烟叶化学成分综合得分均显著低于对照，其中连作5年中部烟叶化学协调性最差，较对照下降33.3%。感官质量综合得分以连作5年处理最差，显著低于对照和其他处理，较对照中部叶下降11.54%，上部叶下降6.85%。比较烟叶质量综合得分可知，与轮作烟叶相比，从连作4年开始，随着连作年限增加，烤烟质量综合得分显著变差，至连作第5年，中部烟叶综合得分较对照下降14.47%，上部烟叶综合得分下降8.22%；同时，连作年限增加使烤烟经济效益显著降低，连作3年、4年和5年处理上等烟比例、中上等烟比例、产量和产值均显著低于对照。因此，应合理规划烤烟种植，实施轮作、间套作，合理开发利用微生物菌肥、土壤调理剂等措施削减连作障碍，同时加大对连作障碍机理的研究、寻找连作障碍削减措施，促进烟草农业的可持续发展。