李金秋，賀國強，王晶英

(1.東北林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000；2.牡丹江煙草研究所，黑龍江 哈爾濱150000)

東北煙區(qū)是我國七大一級煙產(chǎn)區(qū)之一，烤煙種植業(yè)是黑龍江農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要產(chǎn)業(yè)。生產(chǎn)上通常采用增施化肥的方式提高烤煙產(chǎn)質(zhì)量，進而追求高效益[1-2]?；食煞謫我弧B(yǎng)分含量高、肥效快，短期內(nèi)對于提高烤煙產(chǎn)質(zhì)量具有明顯效果，但長期施用會造成土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)、酸堿失衡、土壤酶活性降低等危害[3]?？陀^來說，黑龍江煙區(qū)的自然條件在全國煙區(qū)范圍相對較差，如土壤養(yǎng)分不平衡、富氮少鉀、無霜期和生長期較短，煙葉品質(zhì)也相對較差。自然環(huán)境的不可變更性成為制約東北地區(qū)烤煙生長的一個重要問題。針對這一現(xiàn)狀，適宜的綠肥品種和合理的施肥方式對于烤煙的優(yōu)質(zhì)生長和可持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。

已有研究表明，套作并翻壓綠肥能夠改善烤煙土壤的生態(tài)環(huán)境[4-5]，綠肥與土壤原有的微生物形成新的生態(tài)系統(tǒng)，在土壤的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流通中起著重要作用[4,6]。王修忠等[7]研究表明，云南煙區(qū)套作高丹草能夠調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分并改善上部煙葉的有效利用率；陽顯斌等[8]研究表示，貴州遵義煙蒜套作系統(tǒng)對煙地土壤和烤煙產(chǎn)量具有明顯的改善效果；韋俊等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在云南地區(qū)套種翻壓綠肥能夠提高烤煙根際土壤細菌的豐富度，且翻壓豌豆的效果較好。追蹤近幾年關(guān)于烤煙綠肥套作的文獻報道，發(fā)現(xiàn)套作耕種模式在南方煙區(qū)應(yīng)用較為普遍，且均是綠肥當(dāng)年種植當(dāng)年翻壓，而在東北煙區(qū)卻鮮有報道，普適性較低。受地理因素限制，黑龍江地區(qū)耕作制為一年一茬，冬季空茬期較長，綠肥雖具有改土培肥的功效，但必須在綠肥腐熟完全、養(yǎng)分充分釋放到土壤的前提下才能發(fā)揮作用，為保障烤煙的高效適產(chǎn)，合理利用田閑期，使綠肥中營養(yǎng)元素腐解完全十分必要。因此，采用套種的耕作模式，將小麥(TriticumaestivumL.)和草木樨(Melilotusofficinalis)2種綠肥與前茬烤煙套種，經(jīng)過冬季充分腐解作為土壤基礎(chǔ)肥力，次年移栽烤煙并設(shè)置不同的化肥配施比，研究其對烤煙生長和土壤酶活性的影響，探討適宜黑龍江賓西地區(qū)烤煙生長的施肥配比，為黑龍江煙區(qū)烤煙的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)及該地區(qū)綠肥種植翻壓模式的推行提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概述和供試材料

試驗地位于黑龍江省哈爾濱市賓縣永和鄉(xiāng)賓西煙草科學(xué)研究所試驗基地內(nèi)。該區(qū)屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年日照時間約2 500 h，年平均氣溫3.9 ℃，無霜期平均148 d左右，年平均降水量約550 mm，降雨多集中于7—8月，冬季最大凍土深180 cm。地勢丘陵，試驗地土壤為黑土，質(zhì)地壤土，pH值7.22，有機質(zhì)含量30.21 g/kg，堿解氮含量114.92 mg/kg，速效磷含量47.12 mg/kg，速效鉀含量114.50 mg/kg。供試烤煙品種為龍江911，供試2種綠肥分別為小麥和草木樨(一年生)。

1.2 試驗設(shè)計

采用定位試驗，隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)套作草木樨+化肥減量30%(Y1)、套作草木樨+不施化肥(Y2)、套作小麥+化肥減量30%(Y3)、套作小麥+不施化肥(Y4)、不套作綠肥+常規(guī)施肥(Y5)、不套作綠肥+化肥減量30%(Y6)、不套作綠肥+不施化肥(CK)7個施肥處理(表1)，每個處理3次重復(fù)。小區(qū)13行，行長10 m，壟距1.20 m，小區(qū)面積143 m2。行距×株距為1.20 m×0.50 m，密度18 180株/hm2。試驗地2017年種植的烤煙與綠肥材料套作，綠肥材料于2017年7月下旬播種，2017年10月烤煙采收結(jié)束后，將煙稈清理。2017年11月初將綠肥進行翻壓，2018年4月起壟，5月13日移栽烤煙。田間各項管理措施依照“煙草優(yōu)質(zhì)特色低危害”技術(shù)規(guī)范實施，農(nóng)事操作秉承統(tǒng)一、規(guī)范、及時的原則，保證試驗規(guī)范進行。

表1 試驗施肥處理Tab.1 Test fertilization treatment

1.3 測定指標及方法

1.3.1 烤煙農(nóng)藝性狀 依照煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法(YC/T 142—1998)，每小區(qū)選擇長勢有代表性的煙株6株，在烤煙平頂期(移栽后60 d)測定烤煙的葉片數(shù)、株高、莖粗、最大葉葉長和葉寬。葉片數(shù)為自下而上至第一分枝處頂葉第一分芽的葉片數(shù)。株高為自地表莖基處至最高葉分芽處的高度。用游標卡尺測量株高由下而上1/3處莖的直徑，最后以莖圍表示。用卷尺測量最大葉片自葉基部至葉尖的長度和葉片最寬處的寬度，計算葉面積。

1.3.2 烤煙土壤酶活性 采用五點取樣法，分別于2018年6月13日、7月23日、8月23日、9月20日取土樣。具體方法：避開小區(qū)第1行、最后1行和施肥點等無代表性地段，根據(jù)烤煙的長勢情況，取長勢較均勻的2株烤煙居中位置耕作層土壤，深度約為20 cm左右，取土后將土壤混合均勻，排除根系、雜草、石塊、動物殘體等雜物，四分法留取1/4土壤，風(fēng)干后用研缽研磨土樣，過1 mm篩備用。土壤脲酶活性測定采用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法，蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法，過氧化氫酶活性測定采用紫外分光光度法[10]，磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法。

1.3.3 烤煙不同部位鉀元素含量 在烤煙平頂期(移栽后60 d)，每小區(qū)取大小均勻一致的煙株3株，分為根、莖、葉三部分，105 ℃殺青后，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，按照YC/T 217—2002測定鉀含量。

1.3.4 烤煙經(jīng)濟性狀 依照GB 2635—92，按小區(qū)分級測產(chǎn)記值，包括單葉質(zhì)量、上等煙比例、橘色煙比例、均價、產(chǎn)量和產(chǎn)值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.05差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 套作綠肥對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

從表2可知，對于烤煙葉片數(shù)，Y3處理葉片數(shù)最多，Y1處理次之，分別較Y5處理提高3.47%、1.56%；對于株高和莖圍指標，均表現(xiàn)為Y5>Y6>Y3>Y1，其中Y1與Y3處理差異不顯著；對于最大葉面積而言，Y1處理最好，Y3處理次之，二者間差異不顯著，分別較Y5處理提高2.57%、1.58%。因此，套作綠肥+化肥減量30%(Y1或Y3處理)能夠不同程度地提升烤煙的農(nóng)藝性狀，其中對葉片數(shù)和最大葉面積的改善效果較明顯。

表2 套作綠肥對烤煙農(nóng)藝性狀的影響Tab.2 Effect of intercropping green manure on agronomic characters of flue-cured tobacco

2.2 套作綠肥對植煙土壤脲酶活性的影響

土壤脲酶活性專性較強，僅能酶促尿素水解，其產(chǎn)物氨是烤煙氮素主要來源之一，常用土壤脲酶活性表征土壤的氮素狀況，研究表明，烤煙土壤脲酶活性對提高氮肥利用率具有重要意義[11-12]。由圖1可知，7月土壤脲酶活性整體較強，2種綠肥套作效果沒有明顯差異。6—8月Y2、Y4處理土壤脲酶活性均顯著高于Y6處理，但與Y5處理差異不顯著。9月，Y2、Y4、Y5處理土壤脲酶活性較強，但3個處理差異不顯著。說明套作綠肥能夠提升植煙土壤的脲酶活性，可替代常規(guī)施肥。

不同字母表示同一時間不同處理差異顯著，下同Different letters indicate significant differences among different treatments at the same time,the same below

2.3 套作綠肥對植煙土壤蔗糖酶活性的影響

烤煙土壤蔗糖酶又稱為“轉(zhuǎn)化酶”，蔗糖酶活性與土壤碳利用、有機質(zhì)含量、微生物活動的頻繁性及作物種類等因素有一定的關(guān)聯(lián)，烤煙根系微生物活動可以提高蔗糖酶活性[11,13]。常用土壤蔗糖酶活性表征土壤碳素的營養(yǎng)狀況[11]。從圖2可以看出，6月植煙土壤蔗糖酶活性整體較強，7月、8月和9月變化趨于平穩(wěn)。不同施肥處理比較，6月，Y3、Y5處理土壤蔗糖酶活性較強，二者差異不顯著；8月，Y3處理蔗糖酶活性較強，較Y5處理提高1.77%，且Y3處理顯著高于Y1處理，可知套作小麥優(yōu)于套作草木樨；9月，Y2、Y4處理與Y5處理差異不顯著，Y4處理蔗糖活性最強?？梢?，6月為植煙土壤蔗糖酶活性較強時期，套作小麥可以部分替代化肥進而提高土壤蔗糖酶活性。

圖2 套作綠肥對植煙土壤蔗糖酶活性的影響Fig.2 Effect of intercropping green manure on invertase activity in tobacco planting soil

2.4 套作綠肥對植煙土壤過氧化氫酶活性的影響

過氧化氫酶是一種酶類清潔劑。土壤代謝過程中會產(chǎn)生大量的過氧化氫，為避免其對生物體的毒害損傷，過氧化氫須快速分解為無害或毒性較小的物質(zhì)，過氧化氫酶可促進過氧化氫分解為氧氣和水[6,11]。因此，過氧化氫酶是生物防御的關(guān)鍵酶之一。從圖3可知，隨著烤煙生育時期的推進，土壤過氧化氫酶活性呈逐漸升高的趨勢，7、8月趨于平穩(wěn)，9月土壤過氧化氫酶活性最強。6月，Y3、Y4處理土壤過氧化氫酶活性較強，分別較Y5處理提高8.26%、6.67%。7月，Y1、Y2、Y3、Y4處理土壤過氧化氫酶活性均高于Y6處理，但與Y5處理差異不顯著，以Y3處理最強。9月為烤煙生長末期，此時除Y1處理外，其他施肥處理均差異不顯著。說明9月為土壤過氧化氫酶活性的最高時期，Y3處理對于增強烤煙生長不同時期土壤過氧化氫酶活性效果較好。

圖3 套作綠肥對植煙土壤過氧化氫酶活性的影響Fig.3 Effect of intercropping green manure on catalase activity in tobacco planting soil

2.5 套作綠肥對植煙土壤磷酸酶活性的影響

土壤磷酸酶可以促進有機磷的礦化分解[14]，對土壤中磷素積累具有指示性作用，其活性也是評價土壤磷素礦化潛力和土壤生物活性的有效指標[15-16]。從圖4可以看出，不同取樣時間土壤磷酸酶活性表現(xiàn)為8月>7月>9月>6月，隨著烤煙生長進程的推進，土壤磷酸酶活性呈先升高后降低趨勢。6月，Y2、Y3、Y4處理土壤磷酸酶活性高于Y5處理，以Y2處理和Y4處理較強。7月和9月不同施肥處理的磷酸酶活性變化趨于一致，均表現(xiàn)為Y1、Y2、Y3、Y4處理高于Y5、Y6處理，以Y2、Y4處理較高，2種綠肥套作效果沒有較大差異，但能夠起到部分綠肥替代化肥提高土壤磷酸酶活性的作用。8月，Y4處理土壤磷酸酶活性最強，顯著高于Y6處理，較Y5處理提高3.49%。說明8月為土壤磷酸酶活性較強時期，僅套作小麥的施肥處理土壤磷酸酶活性較強。

圖4 套作綠肥對植煙土壤磷酸酶活性的影響Fig.4 Effect of intercropping green manure on phosphatase activity in tobacco planting soil

2.6 套作綠肥對烤煙不同部位鉀元素含量的影響

鉀元素是烤煙生長的必需營養(yǎng)元素，鉀元素含量越多，烤煙品質(zhì)越優(yōu)[17]。從表3可知，烤煙地上部分(莖部和葉部)鉀元素含量明顯高于地下部分(根部)，表現(xiàn)為莖部>葉部>根部。套作綠肥處理對于根部鉀元素含量不具有提升作用，以Y6處理根部鉀元素含量最多。不同施肥處理莖部鉀元素含量表現(xiàn)為Y2>Y4>Y3>Y1，且均高于Y5處理，可見，套作綠肥處理烤煙莖部鉀元素分布較多。Y3處理葉部鉀元素含量最多，較Y5處理顯著提高41.94%。說明套作綠肥對促進烤煙地上部分鉀元素含量的積累有較好作用。

表3 套作綠肥對烤煙不同部位鉀元素含量的影響Tab.3 Effect of intercropping green manure on potassium content in different parts of flue-cured tobacco %

2.7 套作綠肥對烤煙經(jīng)濟性狀的影響

從表4可知，烤煙經(jīng)濟性狀的各項指標均表現(xiàn)為Y1>Y2、Y3>Y4，可見，套作綠肥+化肥減量30%效果好于僅套作綠肥處理。就單葉質(zhì)量而言，Y3處理單葉質(zhì)量最大，Y1處理次之，分別較Y5處理提高3.28%、3.01%；上等煙比例則表現(xiàn)為Y6>Y5>Y3>Y1>Y4>Y2>CK；就橘色煙比例而言，Y1處理橘色煙比例顯著最大，較Y5處理提高131.72%，Y3處理較Y5處理顯著提高44.29%。產(chǎn)量和產(chǎn)值2個指標均是Y1處理最大，但Y1、Y3處理與Y5處理差異不顯著，可見，套作綠肥+化肥減量30%處理可以替代常規(guī)施肥提升烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值。因此，除上等煙比例和均價外，套作小麥或草木樨+化肥減量30%能一定程度提升烤煙的經(jīng)濟性狀。

表4 套作綠肥對烤煙經(jīng)濟性狀的影響Tab.4 Effect of intercropping green manure on economic characters of flue-cured tobacco

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，套作綠肥+化肥減量30%(Y1或Y3處理)較常規(guī)施肥(Y5處理)提高烤煙葉片數(shù)和最大葉面積。盧鈺升等[18]研究表明，在廣東煙區(qū)施用有機肥并減氮15%施肥，烤煙的有效葉片數(shù)、最大葉葉長和葉寬較對照(農(nóng)戶習(xí)慣施肥)顯著提高。黃凱等[19]研究表明，湖北地區(qū)翻壓箭舌豌豆，且化肥減施15%，能夠改善煙株株高和最大葉面積。石楠等[20]研究認為，在湘西煙地翻壓綠肥并減施氮肥9 kg/hm2，可以改善烤煙農(nóng)藝性狀。可見，綠肥與化肥配施可減少一定量的化肥施用比例，因綠肥品種和區(qū)域差異，各地區(qū)化肥減施比例不同。

土壤酶活性反映了土壤各種生物化學(xué)的過程和強度，其活性能夠有效評估土壤肥力[6，13]。本研究表明，套作小麥或草木樨能夠提高植煙土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、過氧化氫酶活性，這與劉領(lǐng)等[11]、劉海等[12]、張黎明等[13]的研究結(jié)果相近。從上述分析可知，土壤脲酶和磷酸酶活性均在烤煙旺長期最強，均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。與賈國濤等[21]的研究結(jié)果相一致。武雪萍等[22]研究認為，施用菜籽餅和花生餅處理土壤蔗糖酶活性在烤煙團棵期較高。本試驗結(jié)果顯示，土壤蔗糖酶活性在6月表現(xiàn)較高活性，與其研究結(jié)果相一致。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤過氧化氫酶活性隨著生育時期的推進呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢，9月出現(xiàn)峰值。這與大多數(shù)研究結(jié)果中土壤過氧化氫酶活性烤煙旺長期高，后期減弱的趨勢不盡相同?？赡艿脑颍浩湟唬矡煹赝寥谰C合肥力情況不同導(dǎo)致了差異性，其二，7、8月是該地區(qū)的多雨時期，降水量較充沛，土壤含水量在這2個月相對較多，9月隨著土壤水分的消散，土壤透氣性增強，改善了通透結(jié)構(gòu)，促進了土壤的代謝和分解水平，因此過氧化氫酶表現(xiàn)出較高的活性，但具體影響因素有待進一步研究。

從施肥處理上看，對于植煙土壤脲酶和磷酸酶活性，2種綠肥的套作效果差異不明顯，但均體現(xiàn)出僅套作綠肥處理好于套作綠肥+化肥減量30%處理(Y2>Y1，Y4>Y3)。有研究表明，酶促產(chǎn)物能夠降低土壤酶活性，土壤中外部氮素的附入和有效磷的摻加導(dǎo)致土壤脲酶和磷酸酶活性降低[23]，因此單施綠肥處理有利于提高烤煙土壤脲酶和磷酸酶活性。對于土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性來說，套作小麥效果好于草木樨，小麥和草木樨均屬深根系植物，小麥秸稈富含碳元素，土壤蔗糖酶活性一部分來源于小麥根系，因此套作小麥處理蔗糖酶活性較高。而過氧化氫酶活性則以套作小麥+化肥減量30%處理最好。由此可知，套作綠肥處理能夠提高土壤酶活性，不同施肥處理對不同類型土壤酶影響不同。

鉀元素是烤煙生長的必需營養(yǎng)元素[17,24]，鉀對細胞營養(yǎng)物質(zhì)的運輸起著關(guān)鍵作用，可使煙葉糖的積累量增加，葉面柔和，組織細致，燃燒性和保火力增強。本研究結(jié)果顯示，在烤煙平頂期(移栽后60 d)，鉀元素含量在烤煙不同部位含量高低分布為莖部>葉部>根部，這與王筱瀅等[24]研究認為葉部鉀元素積累量高于莖部和根部鉀元素積累量的結(jié)果不同。而本試驗烤煙莖部的鉀元素較多，可能是因為平頂措施去除了烤煙的頂端優(yōu)勢，改變了營養(yǎng)物質(zhì)的運輸方向，使鉀元素從根部向葉部的運輸回轉(zhuǎn)[17]，積聚在莖部位置，使得莖部鉀元素含量較多。從施肥處理上看，莖部和葉部均表現(xiàn)為套作小麥的效果好于草木樨，二者間差異不顯著，但均顯著提高鉀元素含量。

對于烤煙經(jīng)濟性狀，套作綠肥+化肥減量30%處理能夠提高烤煙的單葉質(zhì)量、橘色煙比例、產(chǎn)量和產(chǎn)值。因此，套作綠肥對于提高烤煙經(jīng)濟性狀有一定的促進作用，在實際生產(chǎn)中能夠替代常規(guī)施肥達到一定的經(jīng)濟效益。值得注意的是，本試驗Y6處理(即不套作綠肥僅化肥減量30%)烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值表現(xiàn)較好，高于常規(guī)施肥處理，可能是因為賓西煙區(qū)土壤類型為黑土，植煙地土壤基礎(chǔ)肥力過高，人為常規(guī)施肥后造成了土壤營養(yǎng)過飽和，破壞了養(yǎng)分循環(huán)規(guī)律，煙草生長所缺元素依舊短缺，過盛元素補充過量。土壤養(yǎng)分含量越高并不意味烤煙產(chǎn)量越高，維持生長所需養(yǎng)分的平衡才是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵，所以表現(xiàn)出僅化肥減量30%較常規(guī)施肥烤煙產(chǎn)量高。

綜上所述，套作綠肥并配施化肥能夠改善烤煙農(nóng)藝性狀，提高土壤蔗糖酶和過氧化氫酶活性，增加不同部位鉀元素含量，進而提高烤煙的經(jīng)濟效益。針對黑龍江賓西煙區(qū)，從綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點，以套作小麥或草木樨+化肥減量30%處理烤煙的綜合生長效果較好。