重庆优质烤烟关键栽培措施与内在品质的调研初探

委亚庆陈益银张世浩杨超王红锋陈海涛江厚龙严宁珍习向银

(1.西南大学资源环境学院，重庆 400715；2.中国烟草总公司重庆市公司重庆烟草科学研究所，重庆 400715)

烟草属于茄科烟草属，在中国已有近400a的栽培历史。烟草主要分布在西南、华南、长江流域、黄淮海、东北部的几个省(区)，在我国国民经济中占据着十分重要的地位。烤烟是烟草类型中非常注重质量的一类叶用经济作物，其产量质量共同决定了经济价值高低。烤烟烟叶质量是包括外观质量、内在化学成分、感官质量和工业可用性等方面的统一体。影响烤烟产质量主要因素有品种、栽培技术和生态因子等。影响烤烟生长发育和烟叶品质的生态条件有土壤、地理属性和气候等[1]。前人研究表明，烤烟质量与田间施肥管理及区域生态环境有密切关系[2]。生态条件的差异不仅会影响烤烟外部形态特征和农艺性状，而且还能直接影响烟叶内在的化学成分和质量。在烤烟关键栽培措施中，移栽方式和施肥量差异也能显著影响烟叶质量和产量[3]。优质烤烟不仅要具有良好的外观长势，还要具有适宜的烟叶化学成分含量。烟叶化学成分是烤烟内在质量的重要表征指标，也是决定烟叶品质的内在因素之一，其直接影响了烟叶品质和卷烟制造过程中的产品风格与成本及其它经济指标。

重庆是我国的烤烟主产区之一，常年种植面积约有40020hm2。烤烟作为重庆一种重要的经济作物，为地方农业经济作出了显著贡献。目前，重庆烟区向中高海拔转移，且由于烟叶成熟度差导致烟叶质量低下，亟需对当地优质烤烟种植条件及烟叶成分进行深入调研，从而为重庆烟区培育高产优质烟叶和提高烟农收益奠定科学基础。关于重庆优质烤烟研究主要集中于植烟土壤养分[4]或烟叶内在化学成分的评价[5]，对于重庆优质烤烟生长发育所需要的栽培手段等研究报道尚少。本文通过对重庆典型地区优质烤烟与非优质烤烟的栽培措施、养分供应与土壤细菌多样性、农艺性状与化学成分等调查分析，旨为重庆优质烤烟生产和烟叶质量提升提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查地点

调查地点位于中国西南地区重庆市彭水、武隆、巫山和巫溪(1000～1400m)，该调查区域属于亚热带气候，年平均最高和最低温度分别为17.1℃和8.1℃，平均年降雨量约为1100mm，无霜期约为230d。

1.2 样品采集

2018年7—8月从重庆烟区筛选了彭水、武隆、巫山、巫溪4个种植面积较大的区县，基于烟农多年田间烤烟长势及经济效益，最终确定了25户烟农48个田块样点，包括优质烤烟样点25个，非优质烤烟样点23个。不同烟田样点选择原则如下。样点烤烟品种均为“云烟87”，且每个种植大户种烟面积3.34hm2以上，种植年限10a以上。在每个农户烟田里挑出具有代表性的优质烤烟田块以及非优质烤烟田块。优质烤烟田块判断标准：具备以下田间长势标准。株高120cm左右，有效留叶(打掉底部2～3片不烤、顶部发育不好的1～2片不采)17片以上，烟株茎围8.5cm以上，节距6～6.5cm，株型呈腰鼓型或桶型，烟叶分层落黄且各叶位具有明显成熟特征，总体上外观质量较好；该烤烟田块往年经济效益高于该区县平均值。符合优质烤烟田块的烤烟记作优质烤烟处理，反之记作非优质烤烟处理。优质烤烟和非优质烤烟必须是生长在统一的生态环境中(包括地质地形和气候因素及土壤因子等)，即同类田块。

1.3 田间调查与样品采集

1.3.1 田间调查

通过调查问卷的形式向烟农调查每个样点的施肥情况和移栽方式。在圆顶期对每个样点进行5株烤烟外观长势指标的测量(株高、茎围、叶片数、最大叶长与叶宽)，然后取平均值。

1.3.2 土壤样品采集

每个样点在圆顶期用5点取样法采集土样。用土钻采集0～20cm深度土壤，拣出砾石和植物根系等杂物，混匀过2mm筛，将混合样品分成2份，1份放在-20℃无菌冰柜中保存，用于测定细菌多样性，另1份放在自封中风干保存，用于测量土壤养分含量。

1.3.3 烤后烟叶样品采集

每个样点在烟叶成熟采烤后进行分级，按照烤烟国家分级标准(GB2635—1992)取C3F、B2F级别烟叶1kg带回实验室制备样品并测量化学成分及计算协调性。

1.4 测量指标与方法

1.4.1 土壤化学性质的测定

土壤化学指标的测定，按照鲍士旦[6]主编的《土壤农化分析》进行。采用电位法测定土壤pH(水土比2.5∶1)，采用碱解扩散法测定碱解氮含量，采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定有效磷含量，采用NH4OAc浸提—火焰光度法测定速效钾含量，采用半微量凯氏法测定全氮含量，采用重铬酸钾容量法—外加热法测定有机质含量。

1.4.2 土壤细菌多样性的测定

1.4.2.1 DNA抽提和PCR扩增

烟草根际土壤总DNA的抽提使用Magnetic Soil And Stool DNA Kit试剂盒(TIANGEN BIOTECH(BEIJING)CO,LTD)，该试剂盒可快速(60min内可处理1g土壤)可靠地从各种土壤样本中分离出高质量的基因组DNA。用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA提取质量后，使用NanoDrop 2000测定DNA浓度和纯度；使用515FmodF(5’-GTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3’)和806RmodR(5’-GGACTACNVGGGTWTCTAAT-3’)对16S rRNA基因V4可变区进行PCR扩增，扩增程序如下：95℃预变性3min，27个循环(95℃变性30s，55℃退火30s，72℃延伸45s)，然后72℃稳定延伸10min，最后在4℃进行保存(PCR仪：ABI GeneAmp© 9700型)。

1.4.2.2 Illumina Miseq测序

使用2%琼脂糖凝胶回收PCR产物，纯化后洗脱检测。根据Illumina MiSeq平台(Illumina,San Diego，美国)标准操作规程构建文库，利用Illumina公司的Miseq PE 300平台进行测序(上海美吉生物医药科技有限公司)。Miseq测序得到的原始数据经过拼接质控后得到优化数据，区分样本后进行OTU(Operational taxonomic unit，操作分类单元)聚类分析和物种分类学分析，以及在各个分类水平上进行群落结构的统计分析和差异显著性检验等一系列深入的统计学和可视化分析。

1.4.3 烟叶化学成分的测定

烟叶化学成分按照行业标准来测定，采用YC/T 159-2002测定总糖、还原糖含量，采用YC/T 217-2007测定钾含量，采用YC/T 162-2002测定氯含量，采用YC/T 161-2002测定总氮含量，采用提取脱色法测定烟碱含量。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010、SPSS 25.0和ArcGIS 10.2进行数据处理分析与作图，不同处理之间的显著性比较采用LSD法(P<0.05)。

2 结果分析

2.1 烤烟施肥总量及氮肥与钾肥基追比

表1为重庆优质烤烟和非优质烤烟的施肥总量及基追比统计分析表。优质烤烟处理的土壤中磷肥和钾肥施用总量显著低于非优质烤烟处理，且分别下降了15.32%和17.73%(P<0.05)。氮肥总量较非优质烤烟处理下降了11.13%，但没有达到显著水平。对于氮肥和钾肥在基肥中的比率而言，优质烤烟处理比非优质烤烟处理分别降低了2.04%和4.10%，同时追肥中氮肥和钾肥有同等比率增加。因此，为获得更多优质烟叶，重庆“云烟87”应严格控制氮磷钾肥总量，且维持氮磷钾比例为1∶0.9∶2.5，同时氮肥和钾肥的基追比下调。

表1 重庆优质烤烟和非优质烤烟的施肥总量及氮肥与钾肥基追比

2.2 烤烟移栽密度与起垄方式

移栽方式对烤烟产量和质量有着密切的关系。移栽时深栽能够增加上中等烟比例和烟叶品质。由表2可知，优质烤烟处理与非优质烤烟处理相比，垄宽和行距都显著增加，分别增加了5.90%和2.87%(P<0.05)。这意味着优质烤烟具有良好的光照和通风及土壤条件，更有利于烟叶内在物质转化与生长。而2个处理的垄高和株距虽然有差异但不显著。

2.3 烤烟农艺性状

烤烟农艺性状与经济产量有着直接关系，也是在田间生产过程中能够反映烤烟质量的重要指标。由表3可知，与非优质烤烟处理相比，优质烤烟处理圆顶期的农艺性状都显著增加，株高、茎围、节距和有效叶数依次分别增加了16.6%、11.9%、10.7%和12.5%(P<0.05)，最大叶长、最大叶宽分别增加了9.14%和12.8%(P<0.05)。从圆顶期农艺性状指标来看，优质烤烟处理田间外观长势均优于非优质烤烟处理，这为烤烟成熟落黄和烟叶质量增加提供了重要保障。

表2 重庆优质烤烟和非优质烤烟的移栽密度与起垄方式

表3 重庆优质烤烟和非优质烤烟农艺性状比较(圆顶期)

2.4 圆顶期烟田土壤养分供应及细菌多样性

根据图1可知，与非优质烤烟处理相比，优质烤烟处理圆顶期烟田酸碱度、碱解氮含量和有机质含量显著降低，分别较非优质烤烟处理降低了10.23%、13.66%和11.01%(P<0.05)，而速效磷、速效钾和全氮差异不明显。这意味着优质烤烟在圆顶期具有较低的酸碱度(5.39±0.66)、碱解氮含量(127.87±27.8mg·kg-1)和有机质含量(28.33±4.48g·kg-1)。

图1 优质烤烟和非优质烤烟土壤养分供应(圆顶期)

土壤微生物与土壤养分供应和烤烟根系养分吸收有密切关系，其中细菌是微生物多样性最为丰富的一类。由表4和图2可知，与非优质烤烟相比，优质烤烟处理烟田细菌多样性更为丰富，并在门、纲、目、科、属水平上均明显高于前者，具体表现为增加了1个门、2个纲、1个目、4个科、6个属和3个种。根据属水平进一步结果可知，非优质烤烟处理与优质烤烟处理烟田共有的属有773个，而且优质烤烟烟田含有21个特有属，非优质烤烟烟田含有15个特有属，见表4。

图2 优质烤烟和非优质烤烟圆顶期土壤细菌多样性比较(属)

从图3可知，对于非优质烤烟烟田而言，Proteobacteria变形菌门、Actinobacteria放线菌门、Gemmatimonadetes芽单胞菌门占的比例比较高。对于优质烤烟烟田而言，Acidobacteria酸杆菌门、Chloroflexi绿弯菌门、Plnctomycetes浮霉菌门、装甲菌门Armatimonadetes等细菌的多样性更为丰富些，其中装甲菌门Armatimonadetes丰富度达到了显著差异。

表4 优质烤烟和非优质烤烟圆顶期土壤细菌多样性比较

图3 优质烤烟和非优质烤烟圆顶期土壤细菌多样性比较(门)

2.5 烤烟化学成分

一般认为,优质烤烟中部叶化学成分的适宜质量分数范围为[7]还原糖20%～23%，总糖20%～29%，烟碱2.0%～3.0%，总氮1.4%～2.2%，氯0.3%～0.6%，钾离子大于或等于2.0%，氮碱比0.7～1.0，糖碱比8.5～13.5，两糖比大于或等于0.75，钾氯比大于或等于4。适宜的化学成分含量和协调的比例往往能较好地反映烟叶质量水平。由图4可知，与非优质烤烟相比，优质烤烟C3F的总糖和还原糖分别显著降低了7.55%和7.79%(P<0.05)。就烤烟中部叶化学成分适宜含量和协调性而言，优质烤烟处理与非优质烤烟处理的烟碱、钾含量、钾氯比、糖碱比均在适宜范围内，而氯含量较低，总糖、还原糖较高。

一般认为,优质烤烟上部叶化学成分的适宜质量分数范围为[7]还原糖16%～21%，总糖20%～25%，烟碱3.0%～3.5%，总氮1.6%～2.8%，氯0.3%～0.6%，钾离子大于或等于2.0%，氮碱比0.6～0.8，糖碱比6.0～10.0，两糖比大于或等于0.75，钾氯比大于或等于4。由图4还可知，与非优质烤烟处理相比，优质烤烟处理B2F的总糖、还原糖和糖碱比分别显著降低了7.55%、7.8%和27.26%，而烟碱含量显著上升了21.29%(P<0.05)。就烤烟上部叶化学成分适宜含量和协调性而言，优质烤烟处理与非优质烤烟处理的钾氯比、氮碱比都在适宜范围内，但烟叶钾含量较低。

综上，重庆优质烤烟的C3F和B2F，其总糖和还原糖含量分别保持在31.72%、25.47%，24.52%、20.20%，且糖碱比保持在12.18和6.74左右。与优质烟叶化学成分的适宜含量及协调性标准相比，重庆优质烤烟C3F和B2F的总糖和还原糖比较偏高，钾含量和氯离子含量较低。

图4 重庆优质烤烟和非优质烤烟化学成分比较

3 讨论

栽培措施是影响优质烤烟的重要因素，如移栽方式和施肥措施[3]。张敏[8]研究表明，垄高40cm的烤烟中部叶总糖和还原糖含量均明显低于30cm和20cm，农艺性状以30cm垄高表现最好。陈彬等人研究表明[9]，重庆烟叶中上部总糖和还原糖整体偏高。可见，张敏的结果为重庆烟叶总糖和还原糖含量降低提供了可能。本研究发现，优质烤烟具有较大的垄体宽度(36.10±3.57cm)和行距(117.32±5.34cm)，同时具有较低的总糖和还原糖含量，这与管赛赛等[10]研究结果类似。这主要是因为适宜行距和垄体为烤烟生长创造良好的通风条件和土壤养分供应。施肥是提高烤烟产量和品质的主要措施，也是维持土壤养分平衡的主要手段之一。氮、磷、钾作为烤烟必需的3大营养元素，其用量和配比不仅影响烤烟对养分的吸收，而且影响其体内的代谢过程，进而影响到烤烟的品质[11]。这在本文结果中也得到证实。

农艺性状和化学成分是烟叶质量形成的重要基础。因此，农艺性状和化学成分也是表征优质烤烟的重要指标。张胜等[12]对永顺烟区石提镇农艺性状与化学成分的相关性研究发现，烟叶的株高、最大叶长、最大叶宽与总糖、还原糖呈现负相关关系，这在本研究中得到了验证。本研究还表明，重庆烤后烟叶化学成分的氯离子含量均较低，这与江厚龙[4]研究结果一致。这主要是因为烤烟生长期间南方降雨比较频繁而且氯离子容易淋失所致。重庆烤烟的总糖、还原糖都普遍偏高，降低了烟叶内在品质，这与陈彬等人研究结果一致[9]。

微生物是地球最早出现的生命形式，其生命活动促进了土壤发育，丰富了土壤中的有机物质，维持着土壤生态系统发展的可持续性。细菌是微生物中的重要类群，其参与了土壤养分转化和植物生长的过程。细菌多样性和土壤养分为烤烟产量和质量奠定了重要的物质基础。本研究显示，重庆“云烟87”优质烤烟圆顶期具有较低的酸碱度、碱解氮含量和有机质含量，这与优质烟叶对养分需求相吻合[13]。本研究还发现，优质烤烟圆顶期土壤的酸杆菌门、绿弯菌门、浮霉菌门、装甲菌门等细菌的多样性更丰富，其中装甲菌门丰富度达到了显著差异，而非优质烤烟处理土壤中变形菌门、放线菌门、芽单胞菌门更丰富。这是因为放线菌门和变形菌门属于富营养微生物类群，在富营养环境下生长速率加快，进而相对丰度增加，而酸杆菌门和绿弯菌门属于寡营养微生物类群，在富营养环境下生长速率受到抑制，进而相对丰度降低。同时，这也支撑了本研究中非优质烤烟植烟土壤的碱解氮和有机质含量显著高于优质烤烟。惠珊[14]研究表明，绿弯菌门与土壤有机质和全氮呈负相关，这在本文中也得到了印证。Nemergut等[15]研究认为，芽单胞菌的相对丰度随施氮量的增加而增大，这与本文结果相吻合。放线菌与土壤有机质和pH含量呈正相关[16]，这在本文研究中也得到了验证。

4 结论

在相同的生态因子和遗传因子下，重庆“云烟87”优质烤烟的化肥平均施用量为N 95.84kg·hm-2、P2O584.53kg·hm-2、K2O239.36kg·hm-2，氮肥的基肥与追肥比例为73.8%∶26.2%，钾肥的基肥与追肥比为61.68%∶38.32%，且烤烟移栽的平均垄宽为36.10cm，平均行距为117.32cm，其中磷肥和钾肥总量显著低于非优质烤烟，垄宽和行距显著高于非优质烤烟。

重庆“云烟87”优质烤烟在圆顶期具有较低的酸碱度(5.39±0.66)、碱解氮含量(127.87±27.8mg·kg-1)和有机质含量(28.33±4.48g·kg-1)，以及丰富的酸杆菌门、绿弯菌门、浮霉菌门、装甲菌门，其中装甲菌门丰富度达到了显著水平，同时具有良好的外观长势(P<0.05)和较低的总糖和还原糖含量(P<0.05)。

重庆烟区可通过控制化肥氮磷钾总量和降低氮钾肥的基追比、适度增加行距和垄宽来提高烤烟外观长势，进而改善烟叶内在质量。