连作年限对植烟土壤化学特性及烟叶产质量的影响*

马文富，邓小鹏，杜杏蓉，代方秀，李军营，赵正雄，王 娜

(1.云南农业大学 烟草学院，云南 昆明 650201；2.云南省烟草农业科学研究院，云南 昆明 650021)

云南烟区的植烟土壤类型多样，烟叶种植面积广、品质优越。但随着烟叶种植向山区、半山区转移，宜烟土地面积有限，土地流转困难，烟叶生产中不可避免地存在着连作现象。烟草是忌连作作物[1-3]，连作会导致烟株生长发育变差、病虫害发生严重，从而引起烟叶产量降低和品质变差[4-5]，解决连作障碍是烟草原料可持续供应和核心烟区稳定发展的关键问题[6]。烟叶产量与品质是由遗传因子和环境因素共同决定的，其中土壤条件是影响烟叶产质量的首要环境因素[7]。连作对土壤环境的影响主要包括4个方面：一是连作导致pH值降低、有效养分非均衡变化等进而导致土壤理化性状恶化[8-9]；二是连作导致土壤酶活性改变，抑制土壤有机物的矿化和养分转化，最终导致植株对矿质元素的吸收和利用受阻[10]；三是连作导致植烟土壤中化感物质积累，进而影响烟株的生长发育进程[4]；四是连作会引起土壤微生物区系发生改变，使得土壤中有机质的分解等过程受到阻碍，导致土壤可耕性下降，最终影响烤烟产质量[11]。关于连作引起土壤环境恶化，从而导致烤烟产量品质下降的相关研究报道较多，但以不同类型植烟土壤为研究对象，探讨随着连作年限增加不同类型植烟土壤的化学特性与烟叶产质量表现差异，目前鲜见报道。本研究以不同类型植烟土壤为切入点，通过研究连作年限对不同类型植烟土壤的化学性状和酶活性的影响，以及连作所引起的烤烟农艺性状、经济指标和烟叶化学成分等产质量性状的变化，探讨不同类型植烟土壤对连作的响应情况，为烟草连作障碍机理研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年在云南省昆明市寻甸县河口镇的红壤烟田(N25°41′19″，E103°26′13″，海拔2 020 m)和云南省昆明市石林县鹿阜镇的紫色土烟田(N25°17′48″，E103°21′51″，1 970 m)进行，两地烟田土壤质地均为沙壤，土壤基础化学性状见表1。种植烤烟品种为云烟87，连作采用“烤烟—小麦→烤烟—小麦”的复种连作模式；轮作采用“烤烟—小麦→玉米—小麦”的复种轮作模式。红壤烟田烤烟施纯氮75 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)∶m(K2O)=1∶2∶2，每株施农家肥500 g；紫色土烟田烤烟施纯氮75 kg/hm2，m(N)∶m(P2O5)：m(K2O)=1∶1∶2.5。两地烤烟的栽培管理方法均按照当地优质烟叶生产技术规程进行。

表1 土壤基础化学性状Tab.1 Basic chemical properties of different soil

1.2 试验设计和土壤样品采集

1.2.1 试验设计

2种类型的植烟土壤分别设置轮作(CK)以及连作1、3和5 年共8个处理，每个处理3次重复，小区面积为0.067 hm2。

1.2.2 土样采集

于烟叶成熟采烤期，采用五点取样法随机在每小区选取烟株10株，分别在烟株根部采集0～20 cm的土样2 kg，充分混匀，经预处理后用于土壤化学性状和酶活性的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状测定

于烟叶成熟采烤期，采用五点取样法每小区随机选取烟株10株，参照国标 YCT 142—2010[12]测定农艺性状。

1.3.2 经济指标调查和统计

以小区为单位单独采收烘烤、分级计产，统计各处理产量、均价和产值等经济指标。

1.3.3 烟叶化学成分指标测定

选取各处理的C3F等级烟叶1 kg进行化学成分测定，测定指标包括烟碱、总氮、总糖、还原糖、钾和氯的含量，并计算施木克值和氮碱比。测定方法参照《烟叶化学成分及分析》[13]进行。

1.3.4 土壤化学性状测定

土壤pH采用电位计法(水土比为2.5∶1)测定，土壤有机质含量采用重铬酸钾—硫酸外加热法测定，土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定，土壤有效磷含量采用钼锑抗显色法测定，土壤速效钾含量采用火焰光度法测定[14]。

1.3.5 土壤酶活性测定

土壤酶活性参照《土壤酶及其研究法》[15]测定。土壤过氧化氢酶活性采用KMnO4滴定法测定；土壤蔗糖酶活性采用葡萄糖3,5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤脲酶活性采用苯酚—次氯酸钠比色法测定；土壤酸性磷酸酶活性采用对硝基苯磷酸二钠比色法测定。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010 软件对数据进行处理和作图，用 SPSS 24统计分析软件对数据进行差异显著性检验及相应分析。

2 结果与分析

2.1 不同连作年限对烤烟农艺性状的影响

由图1可知：与轮作相比，红壤各处理的烟株株高无明显变化，而紫色土处理的烟株株高随连作年限增加而降低，连作3年内降幅不明显，连作5年显著下降(P<0.05)；各处理的茎围随连作年限增加呈下降趋势，但降幅较小，与轮作相比差异均不显著；2种土壤的有效叶数和叶面积指数随连作年限增加，连作3年内降幅不明显，连作5年显著下降(P<0.05)。

图1 不同连作年限对烤烟农艺性状的影响Fig.1 Effects of different continuous cropping years on the agronomic traits of flue-cured tobacco

2.2 不同连作年限对烤烟经济性状的影响

由图2可知：与轮作相比，2种土壤各处理的烟叶产量、均价和产值均随连作年限增加呈下降趋势，其中，产量在连作5年时显著下降，产值则在连作3年时显著下降；红壤的烟叶均价在连作3年时显著下降，紫色土在连作5年时显著下降。

图2 不同连作年限对烤烟经济性状的影响Fig.2 Effects of different continuous cropping years on the economic traits of flue-cured tobacco leaves

2.3 不同连作年限对烟叶化学成分的影响

由表2可知：连作导致2种土壤的烟叶总糖和还原糖含量呈下降趋势，但各处理总糖和还原糖含量基本都在云南优质烟叶适宜范围(总糖29.00%～33.00%，还原糖25.00%～28.00%[16])内；红壤的烟叶总氮和烟碱含量随连作年限增加而下降；2种土壤的烟叶蛋白质含量以轮作处理最高；红壤的烟叶钾含量以连作3年最高，紫色土以轮作处理最高；紫色土的烟叶氯含量随连作年限增加而下降；2种土壤的烟叶施木克值和糖碱比基本都在优质烟叶范围(施木克值2.00～2.50，糖碱比6.00～15.00[17])内。

表2 不同连作年限对烟叶化学成分的影响Tab.2 Effects of different continuous cropping years on the chemical components of flue-cured tobacco leaves

2.4 不同连作年限对植烟土壤化学性状的影响

由图3可知：连作导致2种土壤的pH值下降，红壤在连作1年时显著下降，连作5年显著下降了0.54；紫色土从连作3年开始显著下降，连作5年显著下降了0.43；红壤各处理的pH值均在酸性范围(pH<7.0)，紫色土各处理均在碱性范围(pH>7.0)。与轮作相比，随着连作年限的增加，2种土壤的有机质含量呈不同程度地增加，红壤从连作3年开始显著增加，连作5年时最高(53.59 mg/kg)，紫色土则增加不显著；红壤碱解氮含量从连作1年开始显著增加，以连作5年最高(209.20 mg/kg)，紫色土碱解氮含量呈先升后降趋势；红壤有效磷含量增加不显著，紫色土有效磷含量在连作3年时显著增加；红壤速效钾含量从连作1年开始显著增加，连作5年时最高(37.15 mg/kg)，紫色土速效钾含量虽有所增加，但增加不显著。

图3 不同连作年限对植烟土壤化学性状的影响Fig.3 Effects of different continuous cropping years on chemical properties of tobacco-planted soil

2.5 不同连作年限对植烟土壤酶活性的影响

由图4可知：与轮作相比，随着连作年限增加，紫色土的过氧化氢酶活性有所下降，以连作3年降幅最大，下降19.43%；红壤各处理的过氧化氢酶活性没有表现出明显的变化趋势；2种土壤的蔗糖酶活性呈先升后降趋势，红壤在连作1年时显著升高，连作3年开始显著下降，连作5年显著下降13.34%；紫色土的蔗糖酶活性在连作3年时显著升高，连作5年又显著下降；连作导致2种土壤的脲酶和磷酸酶活性有所升高，其中红壤的脲酶活性从连作3年时开始显著升高，紫色土在连作5年时显著升高；2种土壤的磷酸酶活性均在连作3年时显著升高。

图4 不同连作年限对植烟土壤酶活性的影响Fig.4 Effects of different continuous cropping years on the enzyme activities of tobacco-planted soil

3 讨论

在本研究中，2种土壤处理后烤烟的有效叶数、叶面积指数和产量等指标随连作年限增加呈一定程度的降低，连作3年内下降不明显，连作5年则显著下降；烟叶的总糖和还原糖含量、施木克值以及糖碱比等化学成分指标基本都在优质烟叶的适宜范围[16-17]，这与张长华等[18]、邓阳春等[19]和向鹏华等[9]的研究结果一致，即短期连作不会导致烤烟生长发育水平和经济性状指标的明显变化。烟叶化学成分是衡量烟叶质量的主要依据之一，并受遗传因素、生态环境和栽培技术的共同影响[7]。前人研究发现：云南烤烟糖含量较高，是烟叶具有清香型风格特色的主导因素之一[16]，本研究也证明了这一点。2种土壤上的烟叶均呈现出总氮和烟碱含量相对偏低的现象，这是近年来云南部分烟区呈现的问题[20]。就氯离子含量而言，植烟红壤连作3年后，烟叶氯离子含量超出优质烟叶的下限值，这与周敏等[21]和思昱等[22]的研究结果一致。2种植烟土壤各处理的钾元素含量均在2.00%以上，可能是由于红壤和紫色土均能促进钾素的转移与再利用，增加叶片对钾素的吸收。

本研究显示：红壤和紫色土的pH值随连作年限增加呈下降趋势，尤其是连作3年后，pH值明显下降，这与张科等[23]和白羽祥等[2]的研究结果一致，即连作导致土壤pH值呈不同程度地下降。红壤各处理pH值在酸性范围，而紫色土各处理的pH值在碱性范围。红壤为中度脱硅富铝风化土壤，交换性氢和交换性铝含量较高，故土壤整体偏酸；而紫色土为紫红色岩层直接风化而成，母质富含矿质养分。总体而言，2种土壤的脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性均以红壤较强，紫色土相对较弱。这可能与土壤的机械组成有关，土壤酶活性与土壤黏粒含量呈正相关[24]，即土壤质地越粘重，其土壤酶的活性越强。红壤质地相对黏重，保水保肥能力强，养分的持续供应能力也强；紫色土潜在性基础养分虽较高，但土层浅薄，有机质含量低，氮素相对缺乏[24-26]；还可能与红壤施用农家肥使其土壤酶活性增强[23]有关。

4 结论

随着连作年限增加，2种土壤上的烤烟有效叶数和叶面积指数等农艺性状指标、产量、均价和产值等经济性状指标以及烟叶总糖和还原糖含量等烟叶化学性状指标均呈下降趋势。随着连作年限增加，2种土壤的pH值下降，红壤从连作1年开始显著下降，紫色土在连作3年时显著下降；有机质、速效钾含量和脲酶活性呈不同程度地增加，但紫色土各处理的响应滞后于红壤的对应处理。总体而言，随着连作年限增加，连作对烤烟生长发育和经济指标的负向效应逐渐显现。连作改变了不同植烟土壤的化学特性，但紫色土对连作年限的响应滞后于红壤。