贪青晚熟烟株鲜烟叶生理生化及其根际土壤养分特征分析

徐兴阳，刘忠华，刘 海，杨树明，李 龙，田临卿，张 敏，陈雅琼*

(1.云南省烟草公司 昆明市公司，云南 昆明 650051；2.中国烟草总公司 云南省公司，云南 昆明 650011；3.云南省农业科学院 农业环境资源研究所，云南 昆明 650205)

近年来，在烤烟生产中，部分烟农因对土壤供肥能力、品种需肥特性了解不深，或为追求产量盲目过量施用氮肥等原因，导致烤烟成熟期烟叶氮素营养代谢旺盛，贪青晚熟烟叶发生率高，烟叶品质及工业可用性降低的情况，带来了极大的经济损失.如何解决上述问题，成为广大学者及烤烟生产者的研究热点.

鲜烟叶采收成熟度与初烤烟叶外观质量、评吸及香气质量密切相关[1]，徐兴阳等[2]按正常成熟烟株的鲜烟叶外观特征将烟叶成熟度划分为5个等级.其中，生青烟叶(M1)总N、色素、可溶性蛋白质和硝酸还原酶活性较正常落黄烟叶(M3)高，但M1烟叶丙二醛及叶绿素酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶活性低于M3[3].影响烟叶成熟度的因素较多，气候、土壤、栽培和烤烟品种遗传等[4]，但在区域尺度下，土壤有机质、水解性氮、有效磷和速效钾等主控肥力因子影响最大[5]，其次是水肥管理及土地利用类型[6].在烤烟生长过程中，由于烟株根系分泌物的作用，根际pH值下降，土壤养分富集或有机物质数量增多，微生物及酶活性变化，从而影响烟株生长和根系对水分、养分的吸收[7,8].根际土壤无机N含量显著影响烤烟成熟度及叶片大小[9,10].当前，在生产上采用多留叶和断根[11]、喷乙烯利[12]、施复合钾肥[13]等促进贪青晚熟烟叶落黄，但依然难以奏效，田间整体落黄均匀性较差.尽管上述文献研究了烤烟根际土壤特性、不同素质烟叶成熟度的组织结构和生理生化差异，但根际营养对烤烟鲜烟叶生理特性及其关系尚缺乏系统的认识.本文从土壤学和烤烟生理学的角度，以红花大金元品种为例，研究了贪青晚熟烤烟根际土壤的pH值、有机质及主要养分特征，以期通过预测土壤养分供应水平评估烟株的营养状况，为适时调整栽培措施提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 试验区域概况

试验于2020年在云南省昆明市宜良县狗街镇槽沟(东经103°21′，北纬24°8′)进行.取样烟区面积 21.2 hm2，地势较平，海拔 1 693 m，烤烟大田期4～9月平均降雨量 867.4 mm，平均气温 20.1 ℃，土壤类型为红壤，重壤土，前茬大麦.烤烟移栽前在试验区采集10个耕作层土样，其各指标均值分别为：pH 5.57(5.1～7.2)，有机质 30.82 g/kg(21.6～36.8 g/kg)， 水解性氮 117.30 mg/kg(90.2～166.9 mg/kg)， 有效磷 34.60 mg/kg(15.3～68.2 mg/kg)，速效钾273.10 mg/kg(131.5～369.1 mg/kg).

1.2 试验材料及种植

供试烤烟品种为红花大金元.供试肥料：烟草专用复合肥(N∶P2O5∶K2O=12%∶10%∶24%)、过磷酸钙(含P2O516%)和硫酸钾(含K2O 50%).整个试验区采用统一种植方案，采用漂浮育苗，2020年4月20～23日移栽，株行距 0.6 m×1.2 m，栽后覆盖地膜至烟株团棵期揭膜、培土.整个大田生育期，对烤烟施纯N,P2O5,K2O分别为45.0,90.0,135.0 kg/hm2.肥料全部作基肥一次性中层环施.其他措施与当地优质烟生产管理相同.

1.3 田间调查及确定采集点

于2020年7月18日在研究区对“红花大金元”大田烟株进行长势、落黄情况调查.选择8组烟株(即，正常落黄烟株和贪青晚熟烟株的地块各8块)，每块地挂牌固定烟株20株，7月23打顶，每株留叶数均为18片.分别于正常落黄烟株的下二棚叶(2020年8月4日)、腰叶(2020年8月11日)、上二棚叶(2020年8月20日)成熟的3个生育时期，分3次同步取样.各取样点随机选择10株烤烟(靶标烟株)，并测量其农艺性状.烟株农艺性状按YC/T 142—2010方法[14]测定，包括株高、茎围、最大腰叶长和宽，计算烟叶的叶面积.

1.4 土壤样品的采集与测定

采集靶标烟株周围横向5～25 cm、纵向0～20 cm 的耕层土壤充分混匀，风干磨细作为根际土样；同时采集周围横向25～30 cm、纵向0～20 cm 的耕层土壤充分混匀，风干制成非根际土样.参照鲍士旦[15]的方法测定土壤含水量、pH值、有机质、全氮、碳氮比、水解性氮、有效磷、速效钾含量.

1.5 鲜烟叶样品的采集与测定

与上述土样对应，各样点每次取5棵烟株的倒4叶(即，从上往下数第4叶，靠叶片中部的1/3片部分)鲜烟叶进行“叶片定位”跟踪，5点打孔取样，观察同一叶位在不同生育期的生理生化指标差异.测定的生理生化指标如下：全氮含量采用YC/T 160—2002连续流动法测定[16]，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、丙二醛、可溶性蛋白、硝酸还原酶活性采用分光光度法测定[17]，淀粉酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定[18].其他烟叶正常采烤，各次采收叶片数基本一致.

1.6 数据处理

采用Microsoft Excel 2010整理数据，使用SPSS 19.0 软件进行成对数据t检验统计分析.

2 结果与分析

2.1 贪青晚熟烟株农艺性状表现

由表1可知，在3个采样时期，贪青晚熟烟株的茎围、最大腰叶长、最大腰叶宽、叶面积均高于对照，且二者间差异有统计学意义；贪青晚熟烤烟株高大于对照，但仅在第2个采样时期差异有统计学意义.

表1 贪青晚熟烟株与正常落黄烟株农艺性状比较

2.2 不同处理烤烟根际与非根际土壤特性

由表2可知，贪青晚熟烟株根际土壤水解性氮、有效磷含量显著高于CK，而土壤速效钾含量则较CK低，二者差异有统计学意义；贪青晚熟烟株根际土壤的水分、pH、有机质和碳氮比略高于CK，但差异无统计学意义.从非根际土壤特性看，土壤水解性氮、有效磷、速效钾含量均以贪青晚熟烟株较高，差异有统计学意义；而贪青晚熟烟株非根际土壤的水分、pH值、有机质、碳氮比虽高于CK，但二者差异均无统计学意义.上述结果表明，烤烟贪青晚熟与根际、非根际土壤水解性氮、有效磷含量过高密切相关.就相同处理烤烟根际与非根际土壤特性比较而言，呈现烤烟根际pH值明显下降，有机质显著积累，有效氮、磷、钾含量增加，积累顺序为：w(K)>w(P)>w(N).

2.3 贪青晚熟烟叶生理生化特性

由表3可知，贪青晚熟烤烟烟叶全氮、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量等4项指标均高于CK，差异有统计学意义；而贪青晚熟烟叶丙二醛含量则低于CK，二者差异有统计学意义；在可溶性蛋白、淀粉酶、硝酸还原酶等方面，二者差异无统计学意义.

表2 不同处理烤烟根际与非根际土壤化学性质比较

表3 贪青晚熟鲜烟叶与正常落黄烟叶生理生化指标比较

2.4 烤烟根际土壤养分与烟叶生理生化指标的回归分析

由表4可知，烤烟根际土壤养分与烟叶生理生化指标间存在不同程度的相关性，其中烟叶全氮与土壤碳氮比、水解性氮、有效磷呈显著或极显著正相关；烤烟叶绿素a、叶绿素b含量与土壤有机质、土壤碳氮比显著正相关，而与土壤水解性氮、有效磷呈极显著正相关.烟叶类胡萝卜素含量与土壤pH、速效钾呈显著或极显著负相关；烟叶丙二醛与土壤碳氮比、水解性氮、有效磷呈显著或极显著负相关；可溶性蛋白、硝酸还原酶与土壤pH呈显著负相关；淀粉酶与土壤pH呈显著正相关，但与速效钾呈显著负相关.从表5可以看出，建立烟叶生理生化指标与根际土壤养分间的8个回归方程，经F测验均达到极显著水平.

表4 烤烟根际土壤养分与烟叶生理生化指标间的相关性

表5 烟叶生理生化指标与烤烟根际土壤养分的回归分析

3 讨论

3.1 烤烟根际与非根际土壤特性差异

本研究表明，贪青晚熟与正常落黄烟株农艺性状差异有统计学意义，这与以往施氮水平对烤烟的影响结果相似，即施肥水平越高，烤烟叶片越肥大，烟株贪青晚熟越突出[19].有关土壤养分对烤烟产质量的影响报道[20]较多.土壤中有效氮含量、有机氮组分与平衡施肥是影响烟草生育和烟叶产质量的重要因素，供氮做到“少时富、老来穷”正是烤烟对氮素需求的客观反映；土壤有机质含量适中，富含磷、钾及微量元素是生产优质烟的重要条件.以往关于植烟土壤养分对烤烟生长发育及烟叶落黄成熟研究主要集中在烤烟移栽前耕层土壤进行取样，然后采取不同的肥料种类、施肥量及施肥措施研究[21-23]，而就贪青晚熟烟田土壤养分仅见崔学林[24]有报道.本研究发现，贪青晚熟烟株根际土壤水解性氮含量显著高于正常落黄烟株，这与前人[24]认为烤烟整个生育期土壤硝态氮较高，特别是成熟期土壤氮素含量较高导致烟株贪青晚熟的观点基本一致.其次，红花大金元品种的肥料利用率较高[25]，且对氮肥十分敏感[26]，土壤中氮素过高不利于烟叶落黄.本研究中，贪青晚熟烟株根际土壤有效磷含量明显高于正常落黄烟株，这可能是土壤有效磷能提高烤烟根系活力、促进其发育[27]，而发达的烤烟根系致使成熟期更容易吸收各种养分，进而导致烟叶不能及时落黄.本研究发现，贪青晚熟烟田土壤速效钾含量呈现2种不同的情况，与正常落黄烟株相比，贪青晚熟烟株根际土壤速效钾含量显著低，而非根际土壤则显著高，这可能与土壤速效钾对烤烟落黄程度影响较小[10]有一定关系，但具体影响程度尚需进一步研究.本研究中，烤烟根际土壤化学性质产生较大变化，根际pH值明显下降，有机质及有效氮、磷、钾含量增加，这可能是由于烟株根系表面离子吸附、根系分泌物和土壤酶活性的影响，致使根际土壤N、P、K的数量多于非根际土壤.而烤烟根际有效养分积累顺序为：w(K)>w(P)>w(N)，这于土壤氮、磷复杂的形态转化、根系和微生物的吸收利用，以及土壤非交换性钾的释放受到根系分泌质子的影响有关[28].

3.2 贪青晚熟烟叶生理生化特性

以往对正常落黄烤烟不同成熟度烟叶生理生化研究报道[2,29，30]较多，但贪青晚熟烟叶生理生化指标研究鲜见相关报道.本研究表明，贪青晚熟烟叶的全氮、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著或极显著高于对照，有理由推测，这4种指标与成熟度有密切关系.指标含量高则成熟期烟叶不能褪色落黄；而与之相对的，随着烟叶成熟度提高，上述4种指标含量则不断减少[2].换言之，贪青晚熟烟叶相当于成熟度低的生青烟叶(M1)[2].而贪青晚熟烟叶中丙二醛含量则显著或极显著低于对照，一方面可以推测，该指标代表抗逆性强弱，烟叶丙二醛含量高则烟株抗逆性会增强[31]，而贪青晚熟的烟株抗逆性则较弱；另一方面，随着烟叶成熟度提高，烟叶丙二醛含量不断增加[2].因此，可考虑将全氮、叶绿素a、叶绿素b和丙二醛作为衡量烟叶成熟度的指标.

4 结论

成熟期红花大金元贪青晚熟与其根际土壤水解性氮、有效磷含量及碳氮比过高，速效钾含量过低最为密切相关，其次是与非根际土壤水解性氮、有效磷、速效钾含量较高相关.贪青晚熟烟叶在植株表型上呈现茎秆粗壮、叶片宽大的特征；而在鲜烟叶生理生化指标方面，则相当于成熟度低的生青烟叶(M1)，反映出全氮、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量明显较高，丙二醛含量较低的特征.同时，这些生理生化指标与根际土壤养分显著关联，呈现烤烟根际土壤水解性氮、有效磷和碳氮比过高导致鲜烟叶全氮、色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)及淀粉酶活性偏高，从而引起烤烟贪青晚熟.综上所述，烤烟成熟期测定其烟株根际土壤水解性氮、有效磷、速效钾及鲜烟叶全氮、叶绿素含量，可预测养分供应水平，并及时合理调整栽培措施(如覆膜或揭膜、增加钾肥比例、调节氮磷肥功能等)是有效提高烤烟产量和品质的重要途径.