張科,袁 玲*,施 嫻,梁永江

(1西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,重慶400716;2貴州省遵義市煙草公司,遵義563000)

烤煙連作現(xiàn)象十分普遍。由于長期連作,導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量降低,病蟲害嚴(yán)重、土壤養(yǎng)分失調(diào)、微生物種群結(jié)構(gòu)改變、土壤生物化學(xué)反應(yīng)受到抑制等[1-3]。在我國西南煙區(qū),烤煙連作后煙苗的生長、產(chǎn)量、產(chǎn)值和煙葉的化學(xué)成分均發(fā)生了較大變化,逐漸失去原有的風(fēng)味[4]。王連君[5]研究表明,黑龍江白漿土連作年限越長,植煙土壤的全氮含量降低,有效養(yǎng)分卻出現(xiàn)積累,養(yǎng)分比例明顯失調(diào)。

貴州是我國主產(chǎn)煙區(qū),烤煙長期連作。連作條件下對烤煙產(chǎn)量和土壤養(yǎng)分影響的研究較多[6-7],但關(guān)于連作對煙葉化學(xué)成分和土壤酶的報道較少。煙葉化學(xué)成分是烤煙品質(zhì)的關(guān)鍵,土壤酶參與土壤中的各種生物化學(xué)反應(yīng),對土壤養(yǎng)分的供應(yīng)、轉(zhuǎn)化和吸收極為重要[8]。為此,在黔北遵義縣的黃壤煙區(qū),進(jìn)行了6年的田間試驗,研究了烤煙連作,烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作三種種植方式對烤煙產(chǎn)質(zhì)量,土壤養(yǎng)分和酶活性的影響,旨在探索烤煙連作障礙的發(fā)生機理,并為減輕烤煙連作障礙尋找有效途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在貴州省遵義縣中心煙草科技示范園進(jìn)行。供試品種為西南煙區(qū)廣泛種植的K326,供試土壤為貴州煙區(qū)具有代表性的第四紀(jì)黃壤,前作小麥,其土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì) 28.9 g/kg,全氮1.7 g/kg,全磷 0.4 g/kg,全鉀 18.0 g/kg,堿解氮 150.0 mg/kg,有效磷14.7 mg/kg,速效鉀271.8 mg/kg。

試驗設(shè)3個處理,即:烤煙連作;烤煙-玉米輪作(烤煙-玉米-烤煙);玉米-烤煙-烤煙輪作,3次重復(fù)。小區(qū)面積72 m2,小區(qū)內(nèi)種煙6行,每行21株,行距×窩距為110 cm×60 cm。試驗于2002年開始2007年結(jié)束,共計6年2個輪作周期。

煙苗移栽前基施煙草專用肥(10-10-25)750 kg/hm2,煙苗移栽后第9天和第19天分別追施煙草專用肥(15-0-30)75和150 kg/hm2。栽后40 d左右打腳葉,50%的煙株中心花開放后打頂,采用化學(xué)抑芽劑抹杈,七月上旬開始采收,共5次,按當(dāng)?shù)毓に嚭婵尽Ｓ衩资┓屎凸芾硗?dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2 采樣與測定

分別于移栽前、旺長期、收獲后在靠近植株根部10 cm處,采集0—20 cm的耕層土壤。土壤全氮、全磷、全鉀、緩效鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)和pH按常規(guī)方法[9]。過氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法測定,以20 min后每克土消耗的0.1 mol/L高錳酸鉀的毫升數(shù)表示;脲酶用靛酚藍(lán)比色法測定,以24 h后每克土壤的NH3-N的毫克數(shù)表示;蔗糖酶用3,5-二硝基水楊酸比色法測定,以24 h每克土壤的葡萄糖毫克數(shù)表示[10]。

煙葉初烤后,按照國家42級烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)[11],分為上等、中等、下等三個大等級。其中,上等煙包括 C1F 、C2F 、C3F 、C1L 、C2L 、B1F 、B2F 、B1L、B1R 、H1F 、X1F;中等煙包括 C3L、C4L 、C4F、X2F 、X3F、X1L、X2L、B3F、B4F、B2L、B3L、B2R、B3R、H2F、X2V、C3V 、B2V、B3V 、S1;下等煙包括 B4L、X3L、X4L、X4F、S2、CX1K、CX2K、B1K、B2K、B3K 、GY1、GY2。 分處理 稱重,計算產(chǎn)量和中上等煙比例。分處理取等級C2F煙葉,測定化學(xué)成分,測定方法為:總氮用過氧化氫-硫酸消化法;總糖用蒽酮比色法;還原糖用沸水浸提—銅還原—直接滴定法;煙堿用紫外分光光度法[12]。

本論文數(shù)據(jù)為2007年的試驗結(jié)果,該年度三個處理皆種植烤煙。采用Excel和DPS v3.01進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植煙模式對烤煙產(chǎn)量和中上等煙比例的影響

圖1可見,烤煙連作、烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作的產(chǎn)量分別為 1611.2、2134.6和2196.6 kg/hm2,前者顯著低于后兩者;中上等煙比例連作為72.01%,也顯著低于烤煙-玉米輪作(84.45%)和玉米-烤煙-烤煙輪作(86.69%)。

圖1 不同植煙模式對烤煙產(chǎn)量和中上等煙比例的影響Fig.1 Effects of different tobacco cropping modals on yield and proportion of high and middle class leaf of flue-cured tobacco

2.2 不同植煙模式對烤煙煙葉化學(xué)成分的影響

連作處理,煙葉總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量最高,烤煙-玉米輪作次之,玉米-烤煙-烤煙輪作最低。相反,連作煙葉中的總糖、還原糖含量、施木克值和糖堿比最低,烤煙-玉米輪作次之,玉米-烤煙-烤煙輪作最高(表1)。

施木克值是可溶性總糖和蛋白質(zhì)含量的比值。卷煙產(chǎn)品中可溶性糖量隨等級提高而增加,而蛋白質(zhì)量隨等級提高而減少,因此,施木克值較大,煙質(zhì)較好。糖堿比是可溶性總糖與煙堿含量的比值,用于反應(yīng)煙葉的酸堿協(xié)調(diào)性。一般煙葉的糖堿比在6～10的范圍內(nèi)較佳。表1看出,玉米-烤煙-烤煙輪作的施木克值和糖堿比分別為2.49和7.85,烤煙-玉米輪作為2.09和7.05,烤煙連作為1.73和5.52,輪作處理顯著高于烤煙連作?？梢?烤煙連作后,煙葉不僅產(chǎn)量和外觀等級較低,其化學(xué)品質(zhì)也不好;實施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作既有益于提高烤煙產(chǎn)量,又能顯著改善烤煙品質(zhì),生產(chǎn)中可以考慮推廣。

表1 不同植煙模式對烤煙煙葉化學(xué)成分的影響Table 1 Effects of different tobacco cropping models on chemical contents in flue-cured tobacco

2.3 不同植煙模式對土壤pH和養(yǎng)分的影響

烤煙收獲后,連作土壤pH從5.81降至5.23;而烤煙-玉米和玉米-烤煙-烤煙輪作pH無顯著變化(表2)。說明土壤長期連作烤煙之后,pH緩沖能力降低?？緹熯m宜生長的土壤pH范圍在5.5～ 6.5之間[13],經(jīng)過6年連作,土壤pH已低于適宜范圍。

土壤pH與土壤化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng),以及微生物活動密切相關(guān),進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和生物有效性[14]。因此,烤煙連作降低土壤pH緩沖能力,不利于土壤養(yǎng)分供應(yīng)和煙株對養(yǎng)分的吸收,從而影響了其生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量形成。

表2還看出,無論是烤煙連作還是輪作,栽前收后土壤有機質(zhì)和全量養(yǎng)分含量無顯著差異。但是,無論是烤煙連作還是輪作,土壤堿解氮含量均出現(xiàn)栽前～旺長期增加,旺長期～收獲后降低的趨勢。兩種輪作處理中,烤煙各生育期土壤有效磷、鉀無顯著變化,但在烤煙連作處理,有效磷、鉀在生育期后期有所增加,即:有效磷從栽前的13.33 mg/kg增至收后的17.54 mg/kg;速效鉀從栽前的233.09 mg/kg增至收后的285.19 mg/kg。本試驗烤煙的施肥量相同,連作烤煙產(chǎn)量顯著低于輪作,因而其吸收磷、鉀的量也少,可能導(dǎo)致土壤有效磷,速效鉀累積,造成土壤養(yǎng)分失衡。

土壤養(yǎng)分失衡是導(dǎo)致連作障礙的重要因素,合理輪作是緩解養(yǎng)分失衡的有效手段。作物不同,吸收營養(yǎng)物質(zhì)的種類和數(shù)量就不同,收獲后土壤中殘留的有效養(yǎng)分也不同?？緹熒L早期需要大量氮素供應(yīng),打頂后需氮量減少,過高的氮肥供應(yīng)量會延長氮代謝過程,使?fàn)I養(yǎng)生長期拖長,葉片落黃延遲,煙葉煙堿含量過高、還原糖及糖堿比低,降低煙葉品質(zhì)[15]。因此,選擇與烤煙的輪作作物應(yīng)是需氮量較多,氮素殘留少,而消耗磷、鉀較少,且與烤煙沒有同源病害的旱作物。

表2 不同植煙模式對土壤養(yǎng)分的影響Table 2 Effects of different tobacco cropping models on soil nutrients

2.4 不同植煙模式對土壤酶活性的影響

圖2可見,無論是烤煙連作還是輪作,過氧化氫酶和脲酶活性都出現(xiàn)栽煙前～旺長期增強,旺長期～收獲后減弱的趨勢。其中,收獲后連作土壤過氧化氫酶活性最高,分別比玉米-烤煙-烤煙輪作和烤煙-玉米輪作高出9.08%、17.42%;但土壤脲酶活性最低,顯著低于兩輪作處理,分別比玉米-烤煙-烤煙輪作和烤煙-玉米輪作下降36.81%、29.04%。在各處理中,土壤蔗糖酶活性從栽煙前到收獲后不斷增強,收獲后連作土壤蔗糖酶活性最低,分別比兩種輪作處理低17.89%和8.94%。

圖2 不同植煙模式對土壤酶活性的影響Fig.2 Effects of different tobacco cropping modals on activities of soil enzymes

連作土壤的過氧化氫酶活性較高說明其土壤中氧化作用較強,根際微生物代謝活躍,過氧化氫分解較快,對根系的毒害作用較弱,這在一定程度上可以緩解烤煙連作障礙[16]。脲酶是土壤中唯一對尿素水解起重要作用的酶類,脲酶的酶促反應(yīng)產(chǎn)物氨是烤煙重要的氮素來源,其活性可表示烤煙土壤中氮素的供給狀況[17]。在烤煙連作的土壤中,脲酶活性降低,說明土壤中的氮素轉(zhuǎn)化強度有所變化,改變了土壤對煙苗氮素的供應(yīng)狀況,可能不利于煙株吸收氮素,影響烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量。蔗糖酶是參與土壤有機碳循環(huán)的酶,對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用。在烤煙連作的土壤中,蔗糖酶活性較低,表明土壤有機碳分解與合成可能也發(fā)生了障礙。

土壤酶主要來自微生物細(xì)胞和動植物殘體,土壤酶的活性與土壤健康及土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等有很大的關(guān)系,其活性大小可以敏感地反映出土壤中生化反應(yīng)的方向和強度,是土壤肥力和生產(chǎn)力的重要指標(biāo)[18]。據(jù)報道,土壤pH與土壤脲酶、蔗糖酶的活性呈顯著正相關(guān)[14];褐潮土長期定位試驗表明,有機質(zhì)、速效磷鉀等養(yǎng)分的高低與土壤酶活性呈正相關(guān)[19];據(jù)萬忠梅、吳景貴[20]研究看出,土壤微生物、根系分泌物和土壤酸堿度等也是酶活性變化的影響因子。在烤煙連作的土壤中,蔗糖酶和脲酶活性下降的原因可能是烤煙根系分泌物積累,改變了微生物的種群結(jié)構(gòu),細(xì)菌減少而真菌增加,從而抑制了它們的活性。此外,烤煙連作使土壤pH的緩沖性降低,也可能進(jìn)一步降低它們的活性,進(jìn)而影響它們參與的生化反應(yīng)[21]。相反,土壤的過氧化氫酶活性可能受根系分泌物和土壤pH影響較小,其原因有待進(jìn)一步研究。連作作物產(chǎn)生的自毒物質(zhì)也抑制了自身的生長[22-23]。可見連作障礙的產(chǎn)生機理十分復(fù)雜,后續(xù)的研究應(yīng)該從更廣闊的角度,綜合性地探索其發(fā)生機理,才能為貴州黃壤煙區(qū)緩解連作障礙找到合適的植煙模式。

3 結(jié)論

烤煙連作顯著降低煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì);相反,實施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作既有益于提高烤煙產(chǎn)量,又能顯著改善烤煙品質(zhì)。

在烤煙連作的土壤中,pH降低,有效磷、速效鉀累積,過氧化氫酶活性提高,脲酶活性和蔗糖酶活性受到抑制;相反,實施烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作,土壤pH、有效磷、速效鉀變化不大。在烤煙生長過程中,土壤酶的變化趨勢連作與輪作相似。

綜上所述,烤煙-玉米輪作和玉米-烤煙-烤煙輪作煙葉的產(chǎn)量、品質(zhì)較好,煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào),也較好地保持了土壤農(nóng)化和酶學(xué)性質(zhì),值得推廣應(yīng)用。

[1]劉方,何騰兵,劉元生,等.長期連作黃壤煙地養(yǎng)分變化及其施肥效應(yīng)分析[J].煙草科技,2002,(6):30-33.Liu F,He T B,Liu Y S et al.Nutrient changes of yellow soil successively planted flue-cured tobacco and its fertilization effect[J].Tobacco Sci.Tech.,2002,(6):30-33.

[2]胡汝曉,趙松義,譚周進(jìn),等.煙草連作對稻田土壤微生物及酶的影響[J].核農(nóng)學(xué)報,2007,21(5):494-497.Hu R X,Zhao S Y,Tan Z J et al.The effect of continuous tobacco cropping on the microbes and enzyme activities in rice soil[J].J.Nucl.Agric.Sci.,2007,21(5):494-497.

[3]Hati K M,Swarup A,Dwivedi A K et al.Changes in soil physical properties and organic carbon status at the topsoil horizon of a vertisol of central India after 28 years of continuous cropping,fertilization and manuring[J].Agric.,Ecosys.Environ.,2007,22(1):127-134.

[4]晉艷,楊宇虹,段玉琪,等.烤煙輪作、連作對煙葉產(chǎn)量質(zhì)量的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2004,17(1):267-271.Jin Y,Yang Y H,Duan Y Q et al.Effect of rotational cropping and continuous cropping on yield and quality of flue-cured tobacco[J].Southwest China J.Agric.Sci.,2004,17(1):267-271.

[5]王連君.烤煙連作對土壤養(yǎng)分的影響[J].煙草科技,2004,(9):40-42.Wang L J.Effect of succession cropping of flue-cured tobacco on soil nutrients[J].Tobacco Sci.Tech.,2004,(9):40-42.

[6]張長華,王智明,陳葉君.連作對烤煙生長及土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分的影響[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(4):62-65.Zhang C H,Wang Z M,Chen Y J.Effect of continuous cropping on tobacco growth and soil nutrients[J].Guizhou Agric.Sci.,2007,35(4):62-65.

[7]劉方,卜通達(dá),何騰兵,等.連作烤煙土壤養(yǎng)分變化分析[J].山地農(nóng)業(yè)生物學(xué)報,1997,16(2):1-4.Liu F,Pu D T,He T B et al.Analysis of soil nutrients in successive planting of flue-cured tobacco[J].J.Mountain Agric.Biol.,1997,16(2):1-4.

[8]劉建新.不同農(nóng)田土壤酶活性與土壤養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系研究[J].土壤通報,2004,35(4):523-525.Liu J X.Correlative research on the activity of enzyme and soil nutrient in the different types of farmland[J].Chin.J.Soil Sci.,2004,35(4):523-525.

[9]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.Bao S D.Soil agrichemical analysis[M].Beijing:China Agricultural Press,2000.

[10]關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1996.Guang S Y.Soil enzyme and methods for studying soil enzyme[M].Beijing:Agricultural Press,1996.

[11]GB/T18771.1,煙草栽培、調(diào)制與分級[S].GB/T18771.1,Tobacco cultivation,curing and classification[S].

[12]肖協(xié)忠.煙草化學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,1997.Xiao X Z.Tobacco chemistry[M].Beijing:China Agricultural Press,1997.

[13]中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所.中國煙草栽培學(xué)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2005.305.Tobacco Research Institute,CAAS.China tobacco cultivation[M].Shanghai:Shanghai Science and Technology Press,2005.305.

[14]婁翼來,王玲莉,胡克偉.不同植煙年限土壤pH和酶活性的變化[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2007,13(3):531-534.Lou Y L,Wang L L,Hu K W.Changes of pH and enzyme activities in soils for different tobacco cropping years[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2007,13(3):531-534.

[15]劉貫山,李章海,姚軍,等.不同氮素水平對烤煙生長發(fā)育的影響[J].煙草科技,1997,(2):37-39.Liu G S,Li Z H,Yao J et al.Effects of different nitrogen levels on the growth and development of flue-cured tobacco[J].Tobacco Sci.Tech.,1997,(2):37-39.

[16]張翼,張長華,王振民.連作對烤煙生長和煙地土壤酶活性的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2007,32(12):211-215.Zhang Y,Zhang C H,Wang Z M.The effects on the yields of fluecured tobacco and activities of main soil enzymes[J].Chin.Agric.Sci.Bull.,2007,32(12):211-215.

[17]劉恩科,趙秉強,李秀英,等.長期施肥對土壤微生物量及土壤酶活性的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2008,32(1):176-182.Liu E K,Zhao B Q,Li X Y et al.Biological properties and enzymatic activity of arable soils affected by long-term different fertilization systems[J].J.Plant Ecol.,2008,32(1):176-182.

[18]邱莉萍,劉軍,王益權(quán),等.土壤酶活性與土壤肥力的關(guān)系研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2004,10(3):277-280.Qiu L P,Liu J,Wang Y et al.Researchon relationship between soil enzyme activities and soil fertility[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2004,10(3):277-280.

[19]孫瑞蓮,徐晶,張夫道.長期定位施肥對土壤酶活性的影響及其調(diào)控土壤肥力的作用[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2003,9(4):406-410.Sun R L,Xu J,Zhang F D.Effects of long-term fertilization on soil enzyme activities and its role in adjusting-controlling soil fertility[J].Plant Nutr.Fert.Sci.,2003,9(4):406-410.

[20]萬忠梅,吳景貴.土壤酶活性影響因子研究進(jìn)展[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報,2005,33(6):87-92.Wan Z M,Wu J G.Study progress of factors affecting soil enzyme activity[J].J.Northwest Sci-Tech Univ.Agric.For.,2005,33(6):87-92.

[21]Frankenberger J R,Johanson J B,Nelson C O.Urease activity in sewage sludge amended soils[J].Soil Biol Biolchem.,1983,15:543-549.

[22]呂衛(wèi)光,余廷園,諸海濤,等.黃瓜連作對土壤理化性狀及生物活性的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2006,14(2):119-121.Lü W G,Yu T Y,Zhu H T et al.Effects of cucumber continuous cropping on the soil physi-chemical characters and biological activities[J].Chin.J.Eco-Agric.,2006,14(2):119-121.

[23]Asao T,hasegawa K,Sueda Y et al.Auto toxicity of root exudates from taro[J].Sci.Hort.2003,97(3-4):389-396.