耕作模式与施氮量对烤烟根系发育、叶片衰老特性和产量的影响

王慧芳，张 希，杨 照，燕亚平

（1.陕西省咸阳市烟草公司 旬邑分公司，陕西 旬邑 711300；2.陕西中烟工业有限责任公司 技术中心，陕西 西安 710065）

烟草是重要的经济作物之一，烟叶是卷烟工业的最基本原料［1］。提高烟叶的经济价值，必须提升其品质，采取适宜的耕作模式是获得优质烟的基础和前提［2］。近年来，传统耕作模式对土壤结构破坏严重，造成烟株根系发育不良［3］。已有研究表明，适宜的耕作模式能够提高春玉米的水分利用效率，增加玉米产量［4］。采用不同耕作方式对冬小麦开花后的干物质转运及产量均有显著的影响［5］，且对叶片衰老及其活性氧代谢均有影响［6］。在豫南烟区，采用深耕耕作模式能够促进烤烟根系发育，提高烤后烟叶钾含量，降低氯含量，改善烟叶品质［7］。此外，不同耕作模式对烤烟的化学成分和香气物质均有显著的影响［8］。同时，烤烟植株对氮素营养十分敏感。烟农为了提高烤烟的产量，往往过量使用氮肥，导致土壤退化，肥料利用率低下。有研究表明，合理地施用氮肥可以延缓烤烟和冬小麦叶片衰老，改善光合特性和烟叶品质［9］。据报道，施用适量的氮肥对糜子［10］、玉米［11］、小麦［12］、马铃薯［13］等作物均具有增产、提质的效果。良好的耕作模式和施氮量对于烤烟的发育和叶片生理活性具有重要的作用。我国烟区分布范围广，生态及土壤环境复杂多样，应因地制宜地选择合适的耕作模式；在此基础上，进一步采取适量施氮与适宜耕作模式相配套的栽培措施，可以促进烤烟根系发育，延缓叶片衰老，提高烤烟的产量，改善烤烟的质量。因此，笔者通过双因素裂区试验，研究了不同耕作模式和施氮量组合对于烤烟根系发育、叶片衰老特性与产量的影响，以期为咸阳烟区烤烟适宜耕作模式、氮肥施用技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年在陕西省咸阳市旬邑县村马栏镇坪里村进行，土壤类型为黄绵土，耕作层土壤基本理化性质：有机质含量12.3 g/kg，全氮含量0.85 g/kg，水解氮含量53.6 mg/kg，速效磷含量12.4 mg/kg，速效钾含量157.8mg/kg，有效硼含量0.24 mg/kg，土壤pH值7.6。供试烤烟品种为延安1号。

1.2 试验设计

采用双因素裂区设计。主区试验因素为耕作模式，设3个处理：T1（传统耕作，土壤耕层15 cm，起垄栽烟）、T2（深耕，土壤耕层30 cm，起垄栽烟）、T3（垄下深松，起垄前规划行距，在种烟行用深松犁深松40 cm，然后施肥起垄）。副区试验因素为施氮量，也设3个处理：45 kg/hm2（N1）、60 kg/hm2（N2）、75 kg/hm2（N3）。裂区面积为333.3m2，重复3次。烤烟种植的行距和株距分别为120 cm和50 cm。按当地优质烟叶栽培技术规程进行田间管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 烟株根系发育情况 采用五点取样法在每个小区中选取生长整齐一致、有代表性的烤烟植株15株，分别在移栽后35 d（团棵期）、50 d（成熟期）、75 d（旺长期）挖出其完整根系，用清水洗净，然后取根系尖段的白嫩细根，采用TIC法［14］测定根系活力；将剩余的根系在105 ℃下杀青30 min，再在60 ℃下烘干至恒重，称其干重。

1.3.2 叶片衰老特性 在移栽后30 d，每个处理选择生长均匀一致的烟株，取其第9～11叶位的叶片共5片；以后每隔15 d取1次样，共取样5次。用液氮固定叶片样品；带回实验室后先用蒸馏水清除叶片表面的尘土和污物，再用吸水纸擦干水分，最后去除叶脉，混匀，测定各项指标，重复测定3次，计算平均值。叶绿素含量的测定采用95%乙醇提取法［15］；丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸法［16］。超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑（NBT）法［17］；过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚氧化法［18］。

1.3.3 产量 采收各处理的正常成熟的烟叶，然后采用统一三段式烘烤工艺进行烘烤，在调制后进行分等定级，最后计算产量、产值与上等烟比例。

1.4 数据处理

试验数据统计分析和图片制作用SPSS 22.0和Excel 2016软件。

2 结果与分析

2.1 不同耕作模式和施氮量对烤烟根系生物量和根系活力的影响

2.1.1 耕作模式和施氮量对烤烟根系生物量的影响 根系的生长集中表现为根系生物量的积累，根系生物量越大，代表根系越发达。作物地上部分的营养也会受到根系生物量的影响［19］。从表1可以看出，耕作模式、施氮量处理对烤烟根系的生物量均有极显著的影响，但两者的互作只对旺长期烤烟根系的生物量有极显著的影响。在不同耕作模式下，烤烟在各生育期的平均根系生物量均表现为T3＞T2＞T1，且在三者间差异显著（P＜0.05），其中T3在团棵期、旺长期、成熟期的平均根系生物量分别为2.67、34.28、47.22 g，比T2分别高出19.2%、11.8%、16.5%，比T1分别高出24.8%、20.0%、10.3%。在不同施氮量处理下，烤烟在各生育期的平均根系生物量均表现为N3＞N2＞N1，且三者间差异显著（P＜0.05），其中N3在团棵期、旺长期和成熟期的平均根系生物量分别为2.56、32.92、45.80g，比N2分别高出8.5%、5.0%、2.2%，比N1分别高出20.8%、12.7%、4.7%。在T1、T2、T3耕作模式下，增加施氮量会显著提高根系的干物质积累量。因此，采用垄下深松结合高氮处理可以显著增加烤烟根系生物量的积累，从而更有利于根系对水分和土壤矿质元素的吸收。

表1 耕作模式和施氮量对烤烟根系生物量的影响 g

2.1.2 耕作模式和施氮量对烤烟根系活力的影响 根系活力是地上部分生长的基础，是衡量烤烟生长发育的重要生理指标，直接关系到根系对水分和养分的吸收［20］。从表2可以看出，耕作模式、施氮量处理对烤烟的根系活力均有极显著的影响，在旺长期和成熟期两者的互作效应也达到了极显著水平。不同耕作模式处理的烤烟在团棵期、旺长期、成熟期的根系活力均表现为T3＞T2＞T1，且在三者间的差异均达到了显著水平（P＜0.05）。施氮量处理也显著增加了烤烟的根系活力，烤烟在各生育期的根系活力均表现为N3＞N2＞N1，其中N3下烤烟在团棵期、旺长期、成熟期的根系活力比N1分别增加了3.7%、3.2%、3.9%。因此，采用垄下深松结合高氮处理可以显著提高烤烟的根系活力。

表2 耕作模式和施氮量对烤烟根系活力的影响μg/（g·h）

2.2 不同耕作模式和施氮量对烤烟叶片衰老特性的影响

2.2.1 不同耕作模式和施氮量对烤烟叶片叶绿素含量的影响 叶绿素含量下降是叶片衰老的显著特性，叶绿素含量下降越快，代表叶片衰老速度越快［21］。由图1可知，在不同耕作模式和不同施氮量处理下烤烟叶片的叶绿素含量均随着生育期的推进呈单峰型变化，在移栽后60 d时达到最大值，在移栽60 d之后叶绿素含量呈下降趋势。在移栽后60 d（成熟期）时，各耕作模式处理间烤烟叶片的叶绿素含量差异达到了显著水平（P＜0.05），其中T2、T3比T1分别提高了8.4%、16.6%，以T3对叶片叶绿素含量的提升效应最为明显。在各施氮量处理间烤烟成熟期叶片的叶绿素含量差异也达到了显著水平（P＜0.05），其中N2和N3处理下的叶片叶绿素含量比低氮处理N1分别提高了3.6%、9.2%，以N3的增加效应最为显著。这表明在T3和N3处理下烤烟可以保持较高的叶片叶绿素含量，延缓烟株的衰老进程，有效推迟烟叶成熟期，有利于叶片生长发育。

图1 耕作模式和施氮量对烤烟叶片叶绿素含量的影响

2.2.2 不同耕作模式和施氮量对烤烟叶片MDA含量的影响 丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的产物之一，烟叶在衰老的同时伴随着MDA含量的上升［22］。由图2可知，随着生育进程的推进，在不同耕作模式和不同施氮量处理下烤烟叶片的MDA含量均逐渐增加。在移栽后30～90 d期间，不同耕作模式处理烤烟叶片的MDA含量表现为T1＞T2＞T3。在移栽后60～90 d，T1处理的叶片MDA含量显著高于T2、T3的（P＜0.05）。这说明采用垄下深松耕作模式可以减弱烤烟叶片细胞膜系统结构和功能受伤害的程度。在各生育阶段，N1处理的烤烟叶片MDA含量均明显高于N2和N3处理的，以N3处理的叶片MDA含量最低，表明增加施氮量可以降低烤烟叶片的MDA含量，降低叶片膜脂过氧化水平，延缓叶片衰老。

图2 耕作模式和施氮量对烤烟叶片MDA含量的影响

2.2.3 不同耕作模式和施氮量对烤烟叶片SOD和POD活性的影响 超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）是烟叶内活性氧酶促防御系统的2种重要保护酶，当植物产生较多的活性氧时这2种酯的活性会增强，从而提高植物对活性氧的清除能力，即增强植物的抗衰老能力和抗逆能力［23］。由图3可以看出，随着生育进程的推进，烤烟叶片的SOD活性呈现先上升后下降的变化趋势，在移栽后60 d时达到最大值，此后逐渐降低。在移栽后30 d时，T3处理叶片的SOD活性最高，T1和T2处理间的SOD活性差异不显著；在移栽后45 d时，T1、T2、T3处理间叶片的SOD活性差异不显著；此后随着生育期的推进，T3处理叶片的SOD活性逐渐高于T1、T2，这说明T3处理清除超氧阴离子自由基的能力强于T1、T2。不同施氮量处理烤烟叶片的SOD活性在整个生长过程中表现为N3＞N2＞N1，其中N2和N1处理间差异不显著，说明随着施氮量的增加，烤烟叶片的SOD活性增强，增施氮肥可以延缓叶片衰老。

图3 耕作模式和施氮量对烤烟叶片SOD和POD活性的影响

随着烤烟生育进程的推进，不同耕作模式下烤烟叶片的POD活性表现为先升高后下降的趋势，在移栽后75 d时达到最高值。在各生育阶段，不同耕作模式处理烤烟叶片的POD活性均表现为T3＞T2＞T1，且差异显著（P＜0.05）。T1处理叶片的POD活性在前期上升较慢，T2处理叶片的POD活性在移栽75 d之后急剧下降。上述结果表明垄下深松可以显著提高烤烟叶片的POD活性，延缓叶片衰老。在各生育阶段，不同施氮量处理烤烟叶片的POD活性均表现为N3＞N2＞N1。除了在移栽后30～60 d期间N1和N2处理间叶片POD活性差异不显著外，在其余各个生育期N1、N2、N3处理间叶片的POD活性均差异显著。这说明随着施氮量的增加，叶片的POD活性增大，叶片的抗逆能力增强。

2.3 不同耕作模式和施氮量对烤后烟叶经济性状的影响

由表3可以看出，耕作模式、施氮量对烤后烟叶产量、产值、均价、上等烟比例均有极显著的影响，但两者的互作只对产量和上等烟比例有极显著的影响。就耕作模式而言，上等烟比例表现为T2＞T3＞T1，而烟叶产量、产值和均价均表现为T3＞T2＞T1，且3个处理间的差异均达到了显著水平（P＜0.05）。就施氮量而言，N2处理的烟叶产量、产值、上等烟比例均最高，且显著高于N1和N3的（P＜0.05）；而均价表现为N1＞N2＞N3，这可能是因为过量施氮影响烤后烟叶的外观质量，导致收购价格不高。总的来看，采用垄下深松的耕作模式，并适当提高施氮量，可以保证烟株的生长发育，提升烤后烟叶的经济性状。

表3 耕作模式和施氮量对烤后烟叶经济性状的影响

3 讨论与结论

3.1 不同耕作模式和施氮量对烤烟根系发育的影响

耕作可以改善土壤的理化性质，提高土壤的透气性，增强其蓄水保墒能力，从而为烤烟生长发育创造良好的条件［24］。毛家伟等［25］研究发现，在不同耕作模式下，土层深度不同，土壤容重的表现也不同。宋日等［26］的研究结果表明：采用深翻耕作模式可以降低土壤容重，改善深层土壤环境，促进深层根系生长。张万锋等［27］的研究结果显示：深耕翻作可以提高夏玉米的深层根密度，合理调控根系的分布空间，形成良好的根冠关系。本试验结果表明，在成熟期和旺长期，T3处理可以显著增加根系生物量和根系活力，这是由于垄下深松40 cm后，土壤的理化性质得到了改善。本研究结果与候贤清等［28］的研究结果一致。本研究还发现，根系生物量和根系活力随着施氮量的增加而提高，在N3处理下，根系会进一步发育。这是因为烤烟根系生长对氮比较敏感，在土壤供应充足氮的条件下烤烟的根系生长旺盛。这一结果与郑存德等［29］的研究结果相似。

3.2 不同耕作模式和施氮量对烤烟叶片衰老的影响

过氧化物酶、超氧化物歧化酶和丙二醛在植物体内普遍存在，与植株衰老密切相关。有研究表明，水稻根系活力与叶片衰老指数显著相关［30］。刘妍等［31］研究发现，翻耕可以提高花生的抗氧化酶活性，延缓叶片衰老。杨志晓等［32］的研究结果表明，稻草覆盖可延缓烤烟叶片衰老和光合功能衰退。本研究发现：在T3处理下，成熟期烤烟叶片的叶绿素含量显著高于T2和T1的；在移栽60 d后，T3处理烤烟叶片的SOD、POD活性显著高于T1和T2的；T3处理烤烟叶片的丙二醛含量显著低于T1和T2的。说明垄下深松40 cm可以改善土壤的理化性质，提高烤烟根系的活力和功能叶片的保护酶活性，减缓叶片叶绿素的降解，有效清除叶片中的活性氧自由基，从而延缓叶片衰老。氮肥是烟株生长发育必不可少的肥料。张玉霞等［33］的研究表明：燕麦叶片的POD和CAT活性随着施氮量的增加而显著增加。袁昌洪等［34］的研究发现，随着施氮量的增加，茶树叶片中的MDA含量先增加后降低。王炜等［35］的研究结果显示，随着施氮量的增大，烟叶中的GS活性增高，氮素合成能力增强，使叶绿素含量升高，烟叶衰老减慢。在本研究中，N3处理下烤烟叶片的叶绿素含量较高，SOD、POD活性较高，MDA含量较低。这说明增施氮肥显著抑制了烟株细胞的膜脂过氧化过程，从而延缓了叶片衰老。这与张生杰等［36］的研究结果一致。

3.3 不同耕作模式和施氮量对烤烟产量的影响

杨铁钊等［37］的研究表明，合理耕作可以解决广东南雄烟区土层较薄而影响烤烟产量的问题。姜英等［38］的研究发现，适当的耕作方式有利于提高春玉米成熟期干物质在果穗中的积累，使产量提高。李素丽等［39］的研究发现，粉垄耕作可以增强成熟期甘蔗的光合能力，从而提高其产量。本研究结果表明，不同耕作模式对烤烟的产量、产值、均价和上等烟比例均有显著的影响，以垄下深松40 cm的提升效果最好。

王媛等［40］的研究结果表明，施用氮肥显著提高了高粱的产量和地上部氮素吸收率，但当施氮量超过150 kg/hm2时，氮肥利用率会大幅下降。周健飞等［41］的研究结果显示，在30～60 kg/hm2范围内随着施氮量的增加，烟叶产量、均价和上等烟比例均增加；但当施氮量超过60 kg/hm2时，烟叶的氮代谢酶活性和氮素利用效率均下降。本试验研究发现，适量施用氮肥可以提高烤烟的产量、产值和上等烟比例，但当施氮量超过75 kg/hm2时，烤烟的产量、产值均下降。这是由于过量施用氮肥会造成烟叶贪青晚熟和烤后烟的青烟率增长。此外，过量施用氮肥还会增加生产成本，造成环境污染。因此，应该科学施用氮肥。

综合来看，耕作模式和施氮量对烤烟的根系发育、叶片衰老特性和经济性状均有影响，其中垄下深松40 cm结合60～75 kg/hm2的氮肥用量能增强烤烟的根系发育，延缓叶片衰老，增加产量。本研究结果可为烤烟生产技术规程的制定提供理论指导和技术支撑。