间作生姜对烤烟产质量、土壤细菌数量及理化性质的影响

景艺卓 郭笑恒 王晓丽 牛慧伟 韩丹 许自成

摘要：本试验以烤烟K326和小黄姜为材料，设置烤烟单作（CK）和烤烟与生姜1∶2间作（B1）、1∶3间作（B2）、1∶4间作（B3）共4个处理，研究其对烤烟产质量、植烟土壤养分和土壤微生物的影响。结果表明，相比烤烟单作，烤烟间作生姜可显著促进烤烟生长，显著改善烟叶冠层形态;减少烟草病害尤其是赤星病害的发生，B1、B2、B3处理病情指数分别减少60.0%、17.6%和13.3%;上部叶、中部叶中性致香物质总量显著提高，且烟叶化学成分更加协调;提高根际土与非根际土肥力和土壤微生物多样性，且土壤中细菌群落OTUs数和α多样性显著优于烤烟单作。处理B2（烤烟/生姜1∶3间作）烤烟产质量和经济效益（比单作提高13.7%）最好，为最佳处理。

关键词：烤烟;生姜;间作;产质量;土壤微生物

中图分类号：S572.047 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2022）01-0086-09

我国是烟叶生产大国[1]。由于烤烟轮作种植难度较高，大部分烤烟种植仍以单作为主，连作问题相对突出，这不仅影响烤烟的产量和质量，还导致土壤問题不断[2]。连作障碍主要由土壤中自毒物质积累和土壤微生物群落结构改变两个因素引起[3，4]。且襄阳市烟区大多分布在山区坡地，加上农业产业结构调整，优质烟田进一步被压缩[5]。因此，解决连作障碍、进一步提高当地烟区土壤肥力及烤烟产质量尤为重要。

为解决烤烟种植中包括连作障碍在内的种种问题，探究出多种解决问题途径，包括生物炭配施化肥[6]、物理防控或施加外源化学试剂[7]、改善施肥模式[8，9]和生物防治[10，11]等。此外，改变种植模式也是解决连作对烟草产质量影响的一种有效途径。间作模式下，通过影响根系发育和地上部光合利用等方式[12]直接或者间接改善其生长环境，促进作物生长，从而保证作物产量和质量[13]。不同作物间作能提高植物抵御病虫害能力[14]。烤烟间作其它香料作物，能提高植烟土壤中微生物群落多样性，提高植物抗性和缓解连作障碍[15]。烤烟间作模式能促进烟株生长，减少病虫害，显著改善烟叶质量，最终显著提高烟草农业综合经济效益[16，17]。

已有研究表明，生姜与烤烟间作，生姜有利于改善连作作物根际微生态环境[18]，且利用烟草为生姜遮阴、防涝等有利条件，保障生姜产量，实现互利互补，从而提高综合效益和烟叶的持续高质量。另外，细菌群落结构、土壤微生物丰度等都与土壤病害有着较为直接的联系[19]。据此，本试验以烤烟品种K326为材料，设置不同烤烟/生姜间作模式，研究其对烤烟农艺性状、化学成分、香气物质及土壤理化性质、土壤微生物群落等的影响，以期为连作烟区优质烟叶生产、提高综合经济效益和作物种植结构调整提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地

供试烤烟品种为K326，生姜品种为小黄姜。

试验于2019—2020年在保康县马良镇云旗山村（海拔1000m）进行，其地形为山地。试验地块平坦，面积0.4hm2，黄棕壤，肥力均匀。其有机质含量为29.79g/kg、碱解氮110.13mg/kg、速效磷30.81mg/kg、速效钾354.00mg/kg，pH值7.4。前茬作物为烤烟。

1.2 试验设计

设置4个种植模式处理，分别为：CK（烤烟单作）、B1（生姜/烤烟1∶2间作，即两行烤烟间种一畦生姜）、B2（生姜/烤烟1∶3间作，即三行烤烟间种一畦生姜）、B3（生姜/烤烟1∶4间作，即四行烤烟间种一畦生姜）。采用大区对比试验，即不同处理与对照相邻种植进行对比，每处理重复3次。

烤烟行距和株距分别为120cm和55cm。间作垄行距1.6m。每处理面积0.033hm2。试验地施纯氮97.5kg/hm2，氮磷钾肥为N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2.5。施用肥料包括烟草专用复合肥（N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2）、过磷酸钙（P2O5 14%）、硫酸钾（K2O45%）和饼肥（N3%），其中60%氮肥、全部饼肥和磷肥、50%钾肥作为基肥在起垄前条施，其余氮、钾肥于移栽后20d左右追施，保持各小区土壤肥力一致。生姜采用畦作，宽幅40cm，畦高25cm，双行种植，株距25cm。烤烟与生姜于5月28日同时栽种。其它田间管理措施同大田。

1.3 指标测定及方法

1.3.1 农艺性状 成熟期（烟苗移栽后80d），各小区选取有代表性烟株30株，测量株高、茎围、节距和最大叶长、叶宽，重复3次。叶面积=长×宽×0.6345。群体叶面积指数（LAI）=单株叶面积×单位土地面积上株数/土地面积。

1.3.2 SPAD值 使用SPAD-502叶绿素仪通过测量叶片在两种波长（650nm和940nm）范围内的透光系数来确定叶片叶绿素相对含量。

1.3.3 烤烟冠层形态指标 每处理随机选取5株生长一致、受光一致植株挂牌标记，于成熟期晴朗无风天气用LI-6400便携式光合测定系统测定烟叶净光合速率;用量角器测定茎叶夹角（即茎秆与叶脉的上方夹角），并计算叶向值（LOV）：

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

1.3.4 烟叶化学成分含量 烟叶成熟采收后，每处理分别随机选取B2F、C3F和X2F共3个等级各1kg样品，65℃烘干粉碎并过筛处理后保存于自封袋，用于测定其化学成分及中性致香物质含量。采用AAⅢ型连续流动化学分析仪（德国BRAN+LUEBBE公司），按照YC/Z240—2008烟草及烟草制品标准体系[28]测定烤后烟叶总糖、还原糖、钾、氯及烟碱含量，并计算糖碱比和两糖比，每处理重复3次。采用内标法测定中性致香物质含量，以硝基苯为内标，用HP5890-5972气质联用仪（美国Agilent公司）测定，前处理及GC/MS分析条件参照韦凤杰等[29]的方法进行，由GC/MS鉴定结果和NIST库检索定性，每处理重复3次。

1.3.5 土壤理化性质 土壤耕翻前利用多点采样法，采集各处理0～30cm土层根际与非根际土壤样本，立即带回实验室，一部分样品经风干、过筛处理，测定土壤有机质（重铬酸钾容量法-外加热法）、碱解氮（碱解扩散法）、有效磷（0.5mol/LNaHCO3法）、速效钾（NH4OAc浸提-火焰光度法）、pH值（酸度计法）;另一部分土壤样品置于4℃保存，用于测定土壤微生物指标（由上海欧易生物医学科技有限公司测定）。

1.3.6 烤烟病害 于烟苗移栽后第45、60、75d，按照《烤烟病虫害分级及调查方法》调查各小区烤烟病毒病、气候性斑点病、黑胫病、青枯病、赤星病、根结线虫病等发生情况（病株株数及每病株病级），并计算病情指数和防治效果。

发病率（%）=（发病株数/调查总株数）×100;

病情指数=Σ（各级病株数×该病级值/总株数×最高病级值）×100 ;

防治效果（%） =（对照区病情指数-处理区病情指数）/对照区病情指数×100 。

1.4 数据统计与分析

采用MicrosoftExcel、SPSS19.0软件进行试验数据处理、作图和分析。采用LSD法进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 间作生姜对烤烟农艺性状的影响

由表1可知，与CK相比，间作生姜模式可提高烤烟最大叶面积，依次为B3>B2>B1>CK，处理B3较CK增加13.3%，差异显著。不同间作模式株高依次为B3>B2>B1>CK，B3较CK增加18.7%，差异显著。株高、节距、最大叶面积均以B3（生姜/烤烟1∶4）最高。茎围和节距，各间作模式与CK无显著差异。

2.2 间作生姜对烤烟叶片SPAD值的影响

由图1可知，在同一种植模式下，随着移栽后天数的增加烤烟叶片SPAD值呈现上升趋势。移栽28～49d，在同一时间，间作生姜处理烤烟叶片SPAD值显著高于烤烟单作。表明间作生姜可提高烤烟叶片SPAD值，对烤烟叶片光合性能有显著促进作用。

2.3 间作生姜对烤烟冠层形态指标的影响

由表2可知，相比CK，间作生姜可显著提高烤烟茎叶夹角、叶向值和净光合速率。各处理烤烟茎叶夹角、叶向值和净光合速率均表现为B2>B1>B3;叶面积指数表现为CK>B3>B2>B1，说明间作生姜降低烤烟叶面积指数。总体来说，间作生姜可改善烤烟冠层形态，以B2（生姜/烤烟1∶3）效果最优。

2.4 间作生姜对烟草病害的影响

由表3可知，与CK相比，B1、B2和B3处理均降低烤烟的发病率和病情指数，发病率分别降低52.5%、20.7%和18.1%，病情指数依次减少60.0%、17.6%和13.3%，相对防治效果依次为B1>B2>B3。间作生姜能显著减轻其它部分病害发生，但这些病害发病过少，参考价值较低，因此仍以赤星病为主要研究目标。可知，烤烟间作生姜可显著减少赤星病发生，并且以生姜/烤烟1∶2间作防治效果最好，生姜/烤烟1∶3间作次之。

2.5 间作生姜对烤烟化学成分的影响

由表4可知，与CK相比，B1、B2和B3处理均可显著提高烤烟上部叶总糖和烟碱含量，降低氯含量，B3处理还显著提高钾含量。总糖含量依次为B1>B3>B2>CK，分别比CK增加26.2%、14.2%和14.6%。烟碱含量依次为B3>B2>B1>CK。氯含量依次为CK>B3>B2>B1，3个处理分别比CK减少16.3%、46.3%和48.8%。

由表5可知，与CK相比，B1、B2和B3处理均显著提高烤烟中部叶钾含量，降低烟碱含量，B2处理还可显著提高总糖、还原糖含量，降低氯含量。烤烟中部叶总糖含量依次为B1>B2>B3>CK。烟碱含量依次为CK>B3>B1>B2，B1、B2和B3处理分别比CK降低17.7%、29.2%和12.1%。氯含量依次为CK>B3>B1>B2，B2处理比CK降低29.1%，差异显著。还原糖含量依次为B1>B2>B3>CK，B1比CK增加38.4%，差异显著。糖碱比依次为B1>B2>B3>CK

2.6 间作生姜对烤烟香气物质的影响

烟叶品质与烤烟中性致香物质的含量、种类和组成比例等因素有着密切关系，且这些因素决定烟叶的香气质量和香型种类。由表6可知，不同处理间中部叶香气成分含量不同。其中新植二烯在各处理中占比最大，依次为B3>B2>B1>CK;类胡萝卜素降解产物含量次之，依次为B1>B3>B2>CK，类胡萝卜素降解产物中β-大马酮占比最高，其含量依次为B1>B2>B3>CK。间作生姜烤烟中性致香物质总量依次为B3>B2>B1>CK。由此可见，间作生姜可提高烤烟中部叶中性致香物質总量，B3处理（生姜/烤烟1∶4）为最优。

由表7可知，不同处理烤烟上部叶香气成分含量不同。其中新植二烯在各处理中占比最大，总量依次为B2>B3>B1>CK;类胡萝卜素降解产物含量次之，总量依次为B2>B1>B3>CK，类胡萝卜素降解产物中β-大马酮占比最高，其含量依次为B2>B1>B3>CK。间作生姜烤烟中性致香物质总量依次为B2>B3>B1>CK。由此可见，间作生姜可提高烤烟上部叶中性致香物质总量，B2处理（生姜/烤烟1∶3）为最优。

2.7 间作生姜对植烟土壤肥力的影响

由表8可知，间作生姜烤烟根际土（A1）碱解氮含量增加最显著，比烤烟单作和生姜根际土（a1）增加23.0%和59.0%;有效磷含量依次为CK>A1>a1，三者差异不显著;速效钾含量依次为a1>A1>CK1，三者间差异显著;有机质含量依次为a1>A1>CK1，相比烤烟单作A1、a1显著提高;与CK1相比，A1土壤pH值略微升高。由此可知，烤烟间作生姜可显著提高烤烟根际土壤肥力。

由表9可知，非根际土碱解氮含量依次为CK2>A2>a2，三者间差异显著;有效磷含量依次为A2>CK2>a2;速效钾含量依次为a2>A2>CK2;有机质含量依次为A2>CK2>a2;与CK2相比，A2、a2的pH值略微升高。由此可知，烤烟间作生姜可提高烤烟非根际土有效磷、速效钾和有机质含量。

2.8 间作生姜对植烟土壤微生物的影响

2.8.1 对植烟土壤中细菌群落OTUs数的影响

试样共获得685242条有效序列，单样本平均序列数为38069条。由图2可以看出，样品统一抽齐后检测到的OTUs总数为6758，所有样本中共有的OTUs总数为280。烤烟单作土壤中所特有的OTUs总数分别为1423、1571;烤烟间作生姜土壤中所特有的OTUs总数分别为1151、1734种植生姜土壤中所特有的OTUs总数分别为1359、1587。说明间作生姜提高了烟株非根际土壤中的微生物群落多样性。

2.8.2 对植烟土壤中细菌群落α多样性的影响

Simpson指数和Shannon指数用来评价细菌群落的多样性，Chao1指数用来反映细菌群落的丰富度，Coverage指数反映细菌群落覆盖度。由表10可知，间作生姜烤烟根际土（A1）Chao1指数大于CK1，高低为a1>A1>CK1;A1的Shannon指数大于CK1，高低为a1>A1>CK1。综上，根际土Chao1指数和Shannon指数各处理趋势一致，均为a1最高，A1次之，CK1最低。由此说明间作生姜可提高烤烟根际土壤微生物群落多样性和丰富度。

由表11可知，间作生姜处理（A2）非根际土Chao1指数显著高于CK2，依次为a2>A2>CK2;从Shannon指数看，A2显著高于CK2，并且a2增长最为明显。由此可知，间作生姜可提高烤烟非根际土壤微生物群落多样性和丰富度。

2.8.3 对土壤中细菌群落结构的影响 由图3可知，变形菌门（Proteobacteria）相对丰度大小为：a1>CK1>A1，A1比CK1相对丰度下降2.99%;放线菌门（Actinobacteria）相对丰度以A1最高，比CK1提高7.75%;酸杆菌门（Acidobacteria）以A1最高，比CK1提高34.66%，说明间作生姜可显著提高烤烟根际土壤酸杆菌门（Acidobacteria）丰度;芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）相对丰度大小为：a1>CK1>A1，A1比CK1相对丰度下降0.97%，差异不显著;拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度大小为：CK1>A1>a1，A1比CK1相对丰度降低1.29%。

由图4可以看出，变形菌门（Proteobacteria）相对丰度大小为：a2>A2>CK2，a2比A2、CK2相对丰度分别提高5.66%和5.84%，A2和CK2间相对丰度无明显差异;放线菌门（Actinobacteria）相对丰度大小为：CK2>A2>a2，A2和CK2间相对丰度无明显差异;酸杆菌门（Acidobacteria）相对丰度大小为：CK2>A2>a2，A2比CK2相对丰度降低1.38%;芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）相對丰度各处理间无明显差异;拟杆菌门（Bacteroidetes） 相对丰度以A2最高，比CK2提高16.42%。

2.9 间作生姜对烤烟经济性状及综合效益的影响

由表12可知，与烤烟单作相比，烤烟间作生姜提高烤烟的上等烟比例、均价，但是间作降低了烤烟的种植密度，产量略微降低。从平均综合效益看，烤烟间作生姜显著提高综合效益，B1、B2、B3处理较CK分别提高12.9%、13.7%和8.4%，其中以B2处理（生姜/烤烟1∶3）增加最多。

3 讨论

本试验条件下，与烤烟单作相比，烤烟间作生姜显著提高最大叶面积、叶向值和净光合速率，增进烤烟生长后期SPAD值，明显改善烤烟连作障碍问题，并且生姜体型小，高效利用田间空间，有利于维持烤烟田间小气候，这与赵新梅[20]的研究结果相似。相比烤烟单作，烤烟间作生姜还减少赤星病等病害的发生，这与刘丽芳等[21]的研究结果相似。其降低病害的原因可能与烤烟间作生姜改变土壤中病原菌的数量[22]以及改变土壤环境[23]有关。间作生姜还可提高烤烟上中部叶总糖、还原糖和钾含量，降低氯含量，增加新植二烯和胡萝卜素降解产物等香气物质含量;增加土壤碱解氮、速效钾和有机质含量，这与陈国军[24]、王全贞[25]的研究结果相似。烤烟间作生姜，还显著增加土壤微生物细菌群落OTUs数，提高烤烟根际土和非根际土肥力，以及微生物多样性和细菌群落结构丰度，这与张东艳[26]的研究结果相似。烤烟间作生姜还可提高烤烟的上等烟比例、均价和产值，从而增加综合经济效益。

各间作处理相比，生姜/烤烟1∶2间作防治赤星病效果最好，病情指数减少60.0%，可能是因为在3个间作处理中，生姜密度最大，因此烤烟生长的空间环境最大，利于兼顾两种作物的生长空间以及减少两作物间的生长竞争，一定程度上有利于光能利用率和田间小气候的改善，这与彭晟等[27]的研究结论相似。生姜/烤烟1∶4间作在促进烤烟生长方面效果好，但其上部叶化学成分协调性及中性致香物质含量稍逊于生姜/烤烟1∶3间作，可能是因为该间作处理生姜密度最小且烤烟生长空间相对其它两组处理较为密集，一定程度上影响了自身生长发育。

4 结论

综合来看，处理B2（生姜/烤烟1∶3）在促进烤烟净光合速率和叶向值等方面效果最好，还可提高烤烟中上部叶总糖、钾、可溶性糖含量，降低氯含量，提高香气物质含量，且综合效益提高最多，即整体表现优异。因此，烤烟间作生姜能明显提高烤烟的产量和质量，三种间作处理下处理B2（生姜/烤烟1∶3）效果最佳。