不同种植模式对烤烟根际土壤微生物、土壤养分和烟叶质量的影响

贾 健，朱金峰，杜修智，王蒙蒙，许自成 *

(1. 河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2. 河南省烟草公司漯河市公司，河南 漯河 462000；3. 湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北 襄阳 441003)

不同种植模式对烤烟根际土壤微生物、土壤养分和烟叶质量的影响

贾 健1，朱金峰2，杜修智3，王蒙蒙1，许自成1 *

(1. 河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2. 河南省烟草公司漯河市公司，河南 漯河 462000；3. 湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北 襄阳 441003)

为探究合适的烤烟种植模式，研究了烟田连作、轮作和套作3种种植模式对烤烟根际土壤微生物、土壤养分和烤后烟叶质量的影响。结果表明，轮作和套作的土壤微生物总数高于连作，土壤养分也较连作更加均衡，烟叶的主要化学成分和物理特性都优于连作烤烟。其中甘薯可以作为烤烟较好的套作对象，玉米则可以作为烤烟轮作周期中较适宜的前茬作物，辣椒和大豆为不适宜前作。

烤烟；种植模式；土壤微生物；土壤养分；主要化学成分；物理特性

土壤中微生物的活动会引起土壤矿质养分的变化，进而会影响土壤的肥力状况[1-2]。作为微生物类群中数量和种类最多的细菌，在土壤微生态环境的物质和能量转化中发挥着重要作用[3-5]。

烤烟是一种忌连作的作物，烤烟连作会导致土壤由细菌型向真菌型演变，真菌数量越多土壤肥力越差[6-10]。连作还会影响烟株的正常生长，烟叶的产量、产值、均价、上中等烟比例等均明显下降[11-13]。岳冰冰[14]等研究发现，随着连作年限的增加，烤烟根际土壤氨化细菌、好气性自生固氮菌和好气性纤维素分解菌的数量下降。轮作模式则明显增加土壤细菌和放线菌数量，显著降低真菌数量[15]，而且轮作模式可以明显提高土壤细菌群落多样性[16]。套作模式也能提高土壤养分有效性，增加土壤微生物的生物量及多样性[17]。此外，轮作和套作还可以提高烟田土壤的综合肥力，减轻土传病害发生，还可以不同程度提高烟叶的产质量[18-20]。目前，众多的研究仅仅集中在轮作和连作之间，关于连作、轮作和套作的共同分析则鲜见报道。本研究对比分析了3种种植方式烤烟根际土壤微生物、土壤养分变异规律，以及对烤烟主要化学成分以及物理特性的影响，以期为烤烟种植模式提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地的基本情况

本实验于2014年在漯河市郾城区李集乡烟叶生产示范区开展。该地区土壤类型为黄棕壤，年平均气温为14.7 ℃，年日照时数2181 h，全年无霜期为216～225 d，降雨量平均为786 mm。本实验的供试品种为豫烟10号。

1.2 试验设计

本试验共设3组处理，即烤烟连作、烤烟轮作(玉米-烤烟、辣椒-烤烟、大豆-烤烟)，烤烟套作(烟麦套种、烟薯套种)，共6个处理，这6个处理全部做3年的田间定位试验。

所有处理的烤烟烟田在5月8号移栽，所用肥料为烟草专用肥(15∶15∶15)、硫酸钾和硝酸钾，氮肥70 %基施，15 %窝施，15 %于栽后30 d追施(硝酸钾氮肥)，硫酸钾全部基施。行距1.2 m，株距0.5 m。其他田间管理措施参照当地最优的生产管理办法进行。

1.3 试验取样

1.3.1 土壤样品的采集及处理 鲜土样的采集。在烤烟生长的团棵期(移栽后30 d)、旺长期(移栽后60 d)和成熟期(移栽后90 d)，祛除烤烟根际0～5 cm的表层土，采集距表层5～20 cm深的土层的土，混匀后，过10目筛，用4 ℃冰盒带回实验室，置于4 ℃冰箱中冷藏待测。

风干土样的采集。在烤烟移栽前以及在烤烟生长的团棵期(移栽后30 d)、旺长期(移栽后60 d)和成熟期(移栽后90 d)，取烟田耕层(0～20 cm土层)的土，置于阴凉通风处进行风干，风干后带回实验室进行研磨过筛后待测。

1.3.2 烟样采集及处理 分别取各处理烟田的10～12叶位的成熟烟叶在同一烤房内进行烘烤，取烤后外观质量较好的烟叶作为试验样品进行香气物质测定。每个样品取2.0 kg，一部分烘干后磨成过60目筛的粉末，用于烟叶化学成分分析和物理特性的测定。

1.4 测定项目

1.4.1 烤烟根际土壤微生物数量的测定 采用稀释平板发对烤烟根际土壤微生物进行计数根际土壤细菌、真菌和放线菌数量，细菌采用牛肉膏蛋白质固体培养基；真菌采用马丁培养基；放线菌采用改良高氏1号培养基[21]。微生物数量以每克样品的菌数表示。每克样品的菌数=同一个稀释度几次重复的菌落平均数×10×稀释倍数。

1.4.2 土壤主要营养成分的测定 分析项目包括土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、有效钾。土壤养分的测定采用常规分析法[22]:其中土壤pH值采用电位法(ZD-型酸度计)；有机质采用重铬酸钾滴定法测定；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度计法。

1.4.3 烟叶主要化学成分的测定 按文献[23]进行烤烟的常规化学成分的检测。

1.4.4 烟叶物理特性的测定 烟叶的物理特性按照文献[24]进行检测。

1.5 数据处理

试验数据使用SPSS21.0以及EXCEL2013进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同处理烤烟根际土壤微生物数量的差异分析

由图1可以看出，在烤烟生长的团棵期、旺长期和成熟期，不同处理烤烟根际土壤细菌数量的总体变化呈现出先增加再减少的变化规律，在烤烟生长的旺长期达到了极大值。在团棵期烤烟-辣椒轮作处理的烤烟根际细菌数量都是最多的，而在旺长期和成熟期，则是以烟薯套作的烤烟根际细菌数量最多，连作烤烟根际的细菌数量在这3个时期都是最少的。在团棵期，除烤烟-大豆轮作和烟麦套作处理的烤烟根际细菌数量之间的差异没有达到显著差异水平外，其他各处理烤烟根际的细菌数量均达到了显著差异水平。在旺长期和成熟期，除了烤烟-玉米轮作和烤烟-辣椒轮作的烤烟根际细菌数量没有达到显著差异水平，其他处理的烤烟根际细菌数量均达到了显著差异水平。

由图2可以看出，在烤烟生长的团棵期、旺长期和成熟期，不同处理烤烟根际土壤真菌数量的总体变化呈现出与细菌数量相似的变化规律。其中连作烤烟根际的真菌数量是这3个时期里是最多的，其次是烟麦套作处理，最少的是烤烟-大豆轮作处理的烤烟。在团棵期，除烤烟-辣椒轮作和烟薯套作处理之间的差异和烤烟-玉米轮作、烟薯套作和烟麦套作处理之间的差异没有达到显著差异水平外，其他各处理烤烟根际的真菌数量均达到了显著差异水平。在旺长期，烤烟-辣椒轮作和烤烟-玉米轮作理之间的差异以及烟薯套作处和烤烟-辣椒轮作处理的烤烟根际土壤真菌数量之间的差异均不显著，其他各处理之间的差异则都达到了显著差异水平。在成熟期则是烤烟-辣椒轮作、烤烟-玉米轮作和烟麦套作处理之间的差异以及烤烟-辣椒轮作和烟薯套作处理之间的差异不显著，其他处理两两之间的差异均达到了显著水平。

图1 不同处理烤烟在生育期内根际土壤细菌数量Fig.1 Tobacco's bacteria amount of Rhizospheric soil in period of duration under different treatments

图2 不同处理烤烟在生育期内根际土壤真菌数量Fig.2 Tobacco's fungas amount of Rhizospheric soil in period of duration under different treatments

由图3可以看出，在烤烟生长的团棵期、旺长期和成熟期，不同处理烤烟根际土壤放线菌数量的总体变化呈现一直增加变化趋势，在烤烟生长的成熟期达到了极大值。在团棵期，烤烟-辣椒和烟薯套作处理的烤烟根际放线菌数量较多，两者之间的差异不显著。其次是烤烟-玉米轮作处理的烤烟，最后则是烤烟连作、烤烟-大豆轮作和烟麦套作，且这三个处理之间的差异不显著。在旺长期，烤烟根际放线菌数量较多仍是烤烟-辣椒和烟薯套作这两个处理，且差异同样不显著，除此之外，其他各个处理之间的差异都显著，放线菌数量最少的是烤烟-大豆轮作处理。烤烟-辣椒轮作处理的烤烟根际放线菌数量在成熟期是最多的，最少的是烟麦套作，各个处理间的差异都达到了显著差异水平。

图3 不同处理烤烟在生育期内根际土壤放线菌数量Fig.3 Tobacco's actinomycetes amount of Rhizospheric soil in period of duration under different treatments

图4 不同处理烤烟生育期内土壤pH的变化Fig.4 The change of soil pH of tobacco in period of duration under different treatments

2.2 不同处理烤烟主要土壤养分的变化分析

世界各国推荐的最适烤烟生长pH范围为5.5～7.0[25]。但有研究表明[26]，土壤的氮素在pH值6～8的范同内有效性最高，磷素在pH值6.5～7.5时有效性最高，钾、钙、镁的有效性以pH值6～8时最好。由图4可以看出，所有处理的土壤pH都高于7.0，但是比较接近烤烟生长的最适pH的范围。不同处理烤烟的生育期内土壤pH的变化总体呈现出先减小再增的变化趋势，在烤烟生长的团棵期达到了一个较小值，这可能是因为硝酸钾、硫酸钾等生理酸性肥料的施用，导致土壤pH有所降低。

土壤有机质含量偏低不利于烤烟的正常生长，偏高则不利于烤烟的正常成熟落黄。有研究认为，烤烟土壤有机质含量以9～12 g/kg为宜[27]。由图5可知，烤烟-大豆轮作、烤烟玉米轮作和烤烟辣椒-轮作处理的土壤有机质含量略高，其他各处理的有机质含量都在适宜的范围之内。不同处理烤烟的生育期内土壤有机质含量的变化总体呈现出一直减少的变化趋势。其中烤烟-大豆轮作和烟麦套作的土壤有机质含量在整个生育期内都是所有处理里边最高的。而连作烤烟的土壤有机质含量则是最低的。

图5 不同处理烤烟生育期内土壤有机质含量的变化Fig.5 The change of soil organic content of tobacco in period of duration under different treatments

图6 不同处理烤烟生育期内土壤速效钾含量的变化Fig.6 The change of soil rapidly available potassium content of tobacco in period of duration under different treatments

胡国松等[28]的研究表明：优质烟叶所需的土壤速效钾含量至少维持在150 mg/kg以上。由图6可知，所有处理的土壤速效钾含量都在生产优质烤烟需要的范围内。不同处理烤烟的生育期内土壤速效钾含量的变化总体呈现出先增加再减少的变化趋势，在烤烟生长的团棵期达到较大值，这可能是因为硝酸钾、硫酸钾等含钾肥料的施用，导致土壤速效钾含量反而比移栽前略有增加。随着烤烟的生长，土壤速效钾含量逐渐减少。土壤速效钾含量最高的是烤烟-辣椒轮作处理，其次是烤烟-大豆轮作处理，最少的是连作烤烟的土壤速效钾含量。烟薯套作处理的烤烟土壤速效钾含量在整个生育期内都处在一个较低的值，这可能是因为甘薯也是需钾作物，因此导致土壤中的速效钾含量偏低。

邹加明等[29]研究指出，土壤碱解氮含量达到60～120 mg/kg为优质烟的适宜碱解氮含量。由图7可知，所有处理碱解氮含量也都在适宜的范围内。不同处理烤烟的生育期内土壤碱解氮含量的总体变化规律类似土壤速效钾含量的变化规律，在烤烟生长的团棵期达到了一个较大值，而后随着烤烟的生长发育而逐渐减少。烤烟-大豆轮作烟田的土壤碱解氮含量是最高的，这可能与豆科植物本身较强的固氮作用有关，其次是烤烟-玉米轮作处理，可能是玉米收获后残留较多的氮素的，最少的仍然是连作烤烟处理的烟田。

图7 不同处理烤烟生育期内土壤碱解氮含量的变化Fig.7 The change of soil available nitrogen content of tobacco in period of duration under different treatments

适宜种植烤烟的土壤速效磷含量为10～35 mg/kg[30-31]。由图8可知，只有烤烟-玉米轮作和烟麦套作处理的土壤有效磷含量略低外，其他处理都在适宜范围内。不同处理烤烟的生育期内土壤有效磷含量的变化总体变化规律类似土壤速效钾含量的变化规律，在烤烟生长的团棵期达到了一个较大值，而后逐渐减少。连作烤烟的土壤有效磷含量是最高的，远高于其他几个处理，在成熟期的土壤有效磷含量甚至达到了含量最低的烟麦套作处理的两倍多，说明烤烟连作能够导致土壤磷素的大量富集。土壤有效磷含量较低的则是烤烟-玉米轮作处理和烟麦套作处理的烤烟。

综上所述，在烤烟生长过程中，各个处理的土壤速效钾含量、土壤碱解氮含量和土壤有效磷含量都呈现出现增加再减少的变化规律，都是在团棵期略有增加，在旺长期快速减少，成熟期的减小较少。连作烤烟的土壤有效钾和碱解氮含量较低，但是土壤有效磷却大量富集，说明土壤养分非常不均衡。烤烟-大豆轮作则会导致土壤氮素、有机质等含量偏高，增强土壤肥力，烤烟-玉米轮作也会导致土壤碱解氮含量偏高，烟薯套作的土壤有效钾含量偏低。

2.3 不同处理烤烟主要化学成分的差异分析

烟叶主要化学成分的适宜性和协调性是决定烟叶品质的重要内在要素，是评价烟叶品质的重要内容[32-33]。由表1可知，烤烟糖含量相对偏低的是烤烟连作和烤烟-大豆轮作处理。最高的是烤烟-玉米轮作和烟薯套作处理的。蛋白质含量最高的烤烟-玉米轮作处理，且与其他几个处理之间的差异均达到了显著水平。烟碱含量最高的烤烟-大豆轮作处理，其次是烤烟连作处理，含量都超过了3.5 %。连作烤烟的总氮含量是最高的，而钾含量则是最低的。氯含量最高的是烟麦套作处理。钾氯比最高的是烤烟-辣椒轮作处理，较低的是烤烟连作、烤烟-玉米轮作和烟麦套作处理，且三者之间的差异不显著。糖碱比较低的烤烟连作和烤烟-大豆轮作处理，氮碱比最高的是烤烟连作处理。其中连作烤烟的总氮和烟碱含量偏高，钾氯比值也偏低。其次则是烟麦套作处理的烟叶，烟叶主要化学成分较为协调则是烟薯套作和烤烟-辣椒轮作处理的烤烟。总的来说，烟叶主要化学成分最为协调的是烟薯套作和烤烟-辣椒轮作，其次是烤烟-玉米轮作，再其次是烤烟-大豆轮作和烟麦套作，最差的是烤烟连作处理的烟叶。

图8 不同处理烤烟生育期内土壤有效磷含量的变化Fig.8 The change of soil available phosphorus content of tobacco in period of duration under different treatments

指标Index烤烟连作Continuouscroppingofflue-curedtobacco烤烟-玉米轮作Rotationalcroppingofflue-curedtobacco-maize烤烟-辣椒轮作Rotationalcroppingofflue-curedtobacco-pepper烤烟-大豆轮作Rotationalcroppingofflue-curedtobacco-soybean烟麦套作Intercroppingoftobaccoandwheat烟薯套作Intercroppingoftobaccoandsweetpotato还原糖(%)Reducingsugar19.19d25.13a24.72a21.98c23.70b24.74a总糖(%)Totalsugar21.04e27.14b26.39c24.30d26.85bc28.46a蛋白质(%)Protein9.66e11.80a10.10c10.37c10.95b10.36c烟碱(%)Nicotine3.54b3.44c3.25e3.78a3.33d3.25e总氮(%)TotalN3.33a2.81c2.18e3.03b2.54d2.31e钾(%)K0.97d1.27c1.51a1.33c1.42b1.24c氯(%)Cl0.78c0.97b0.62d0.74c1.16a0.77c钾氯比RatioofKtoCl1.24d1.31d2.44a1.80b1.22d1.61c糖碱比Ratiooftotalsugartonicotine5.14d7.31ab7.61a5.81c7.12b7.61a氮碱比RatioofNtonicotine0.94a0.82b0.67c0.80b0.76b0.72c

2.4 不同处理烤烟物理特性的差异分析

烟叶物理特性与烟叶的工业可用性关系紧密，是烟叶质量的重要构成部分之一[34-35]。由表2可知，烤烟-大豆轮作处理的烤烟叶片最长，其次是烤烟-辣椒轮作和烤烟-玉米轮作处理的烟叶，叶片最宽的是烤烟-辣椒轮作处理，其次是烟薯套种和烤烟-大豆轮作处理的烟叶。总的来说，叶片较大的是烤烟-辣椒轮作和烤烟-大豆轮作处理，最小的是连作烤烟的烟叶。单叶重最高的烤烟-大豆轮作和烤烟-辣椒轮作处理的烟叶，其中含梗率最高的是烤烟-大豆轮作，且与其他处理之间的差异都达到了显著水平。其次是烤烟-玉米轮作处理烟叶，含梗率最低的是烟薯套作处理的烟叶。填充值最小的是连作烤烟，其次是烤烟-大豆轮作处理的烟叶，两者之间的差异不显著，但与其他处理之间的差异都达到了显著差异水平。填充值最高的是烟薯套作处理。烤烟-大豆轮作处理的烟叶的抗张力是最低的，叶质重是最高，这说明烟叶身份较厚，组织不柔软。抗张力和叶质重最小的是连作烤烟，说明烟叶内含物不够充分。总的来说，烟叶物理特性最为完善的是烟薯套作，其次是烤烟-辣椒轮作、烤烟-玉米轮作、烟麦套作、烤烟-大豆轮作和烤烟连作。

3 讨 论

连作烤烟根际土壤细菌数量是所有处理里边最低的，真菌数量是最高，放线菌数量也非常低，说明烤烟连作会导致土壤根际微生物数量较少，真菌数量增加。烤烟连作处理的土壤pH和有效磷含量都是最高的，而有机质、碱解氮和有效钾的含量则是最低，说明烤烟连作会导致土壤养分严重失衡。连作烤烟叶片钾氯比和糖碱比偏低，而氮碱比则偏高；烟叶单叶重、填充值以及抗张力都是最低，叶片的含梗率却相对较高，这说明连作烤烟叶片的主要化学成分不协调，物理特性不完善，烟叶综合质量很差。套作处理中的烟薯套作则是烟叶质量最好，土壤养分较为均衡，土壤微生物数量也是最多的，而烟麦套作土壤真菌数量较多，但总体微生物数量较少。土壤有机质和有效磷含量较高，土壤碱解氮和速效钾含量却较低，土壤养分不均衡。烤后烟叶中氯含量最高，钾氯比最低；叶片偏小，单叶重偏轻，烟叶质量较差，但优于连作烤烟。

表2 不同处理烤烟烤后烟叶物理特性的差异分析

3种轮作方式中，烤烟-辣椒轮作处理的烤烟根际微生物数量是最多的，其次是烤烟-玉米轮作，最少的是烤烟-大豆轮作。在土壤养分方面，烤烟-大豆轮作的土壤有机质和碱解氮含量是最高的，烤烟-玉米轮作的土壤碱解氮含量仅次于烤烟-大豆轮作，土壤养分相对比较均衡的烤烟-辣椒轮作处理。在烟叶质量上，烤烟-辣椒轮作处理烟叶的主要化学成分均为协调，在物理特性方面也表现最好，烟叶质量最好。烤烟-大豆轮作处理烟叶的糖碱比较低，氮碱比相对较高，叶片的单叶重和含梗率都是最高的，但是填充值却很低，因此烟叶质量最差。烤烟-玉米轮作处理的烟叶钾氯比偏低，氮碱比偏高，仅次于连作烤烟，叶片的单叶重、填充值以及抗张力方面变现较好，所以烟叶质量总体来说优于烤烟-大豆轮作。

4 结 论

烤烟的连作、轮作和套作对烤烟根际土壤微生物和土壤养分的影响以及最后在烟叶质量上的反应也是有很大的差别的。烤烟套作和轮作处理的烤烟根际细菌数量显著多与烤烟轮作处理，放线菌数量也明显多于轮作烤烟，真菌数量则少于轮作烤烟。土壤养分也较连作均衡，烟叶质量更优。

总的来说，最优处理是烟薯套作，但需要增施钾肥，其次是烤烟-辣椒处理，但是辣椒与烤烟同属茄科作物，具有同源病虫害，长期轮作则会导致病虫害加重，所以辣椒不能作为烤烟轮作的适宜前茬作物，第三是烤烟-玉米轮作，但是玉米收获后残留大量氮素，因此需控制烤烟的氮肥用量，第四是烤烟-大豆轮作处理，大豆作为前茬作物会明显提高土壤有机质和氮素含量，导致烤烟长势过旺，不利于成熟期烟叶质量的形成。烟麦套作处理的烤烟土壤肥力较差，烟叶质量也只是略好于连作。因此，烟薯套作和烤烟-玉米轮作可以作为套作和轮作的推荐模式。

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(责任编辑 李山云)

Effects of Different Cropping Patterns on Soil Microorganisms in Tobacco Rhizosphere, Soil Nutrients and Quality of Flue-cured Tobacco Leaves

JIA Jian1，ZHU Jin-feng2，DU Xiu-zhi3，WANG Meng-meng1，XU Zi-cheng1 *

(1.College of Tobacco Science, Henan Agricultural University, Henan Zhengzhou 450002, China; 2.Luohe Branch of Henan Provincial Tobacco Company, Henan Luohe 462000, China;3.Xiangyang Branch of Hubei Provincial Tobacco Company, Hubei Xiangyang 441003, China)

In order to explore the suitable planting pattern for flue-cured tobacco, the effects of different cropping patterns on rhizosphere soil microorganisms, soil nutrients and quality of flue-cured tobacco were studied in the present experiment. Three cropping patterns were adopted which were continuous cropping, rotational cropping and intercropping. The results showed that the total number of soil microorganisms in rotational cropping and intercropping was higher than that in continuous cropping, and the soil nutrient in rotational cropping and intercropping was also more balanced than that in continuous cropping, the main chemical components and physical properties of tobacco were better than that of continuous tobacco cropping. The sweet potato could serve as an appropriate intercropping crop of flue-cured tobacco, and the corn could be a suitable preceding crop in the rotation period of the flue-cured tobacco. But the Pepper and the Soybean were not suitable preceding crops.

Flue-cured tobacco; Planting pattern; Soil microorganism; Soil nutrients; Major chemical constituents; Physical characteristics

1001-4829(2016)10-2300-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.009

2015-08-15

河南省烟草公司漯河市公司科技攻关项目(HYKJ-LH201503)

贾 健(1989-)，男，河南南阳人，在读硕士研究生，主要从事烟草栽培与质量评价研究，E-mail: henndjj823@126.com，*为通讯作者：许自成，E-mail: zcxu@sohu.com。

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