景藝卓 郭笑恒 王曉麗 牛慧偉 韓丹 許自成

摘要：本試驗(yàn)以烤煙K326和小黃姜為材料，設(shè)置烤煙單作（CK）和烤煙與生姜1∶2間作（B1）、1∶3間作（B2）、1∶4間作（B3）共4個處理，研究其對烤煙產(chǎn)質(zhì)量、植煙土壤養(yǎng)分和土壤微生物的影響。結(jié)果表明，相比烤煙單作，烤煙間作生姜可顯著促進(jìn)烤煙生長，顯著改善煙葉冠層形態(tài);減少煙草病害尤其是赤星病害的發(fā)生，B1、B2、B3處理病情指數(shù)分別減少60.0%、17.6%和13.3%;上部葉、中部葉中性致香物質(zhì)總量顯著提高，且煙葉化學(xué)成分更加協(xié)調(diào);提高根際土與非根際土肥力和土壤微生物多樣性，且土壤中細(xì)菌群落OTUs數(shù)和α多樣性顯著優(yōu)于烤煙單作。處理B2（烤煙/生姜1∶3間作）烤煙產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益（比單作提高13.7%）最好，為最佳處理。

關(guān)鍵詞：烤煙;生姜;間作;產(chǎn)質(zhì)量;土壤微生物

中圖分類號：S572.047 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2022）01-0086-09

我國是煙葉生產(chǎn)大國[1]。由于烤煙輪作種植難度較高，大部分烤煙種植仍以單作為主，連作問題相對突出，這不僅影響烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量，還導(dǎo)致土壤問題不斷[2]。連作障礙主要由土壤中自毒物質(zhì)積累和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)改變兩個因素引起[3，4]。且襄陽市煙區(qū)大多分布在山區(qū)坡地，加上農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)質(zhì)煙田進(jìn)一步被壓縮[5]。因此，解決連作障礙、進(jìn)一步提高當(dāng)?shù)責(zé)焻^(qū)土壤肥力及烤煙產(chǎn)質(zhì)量尤為重要。

為解決烤煙種植中包括連作障礙在內(nèi)的種種問題，探究出多種解決問題途徑，包括生物炭配施化肥[6]、物理防控或施加外源化學(xué)試劑[7]、改善施肥模式[8，9]和生物防治[10，11]等。此外，改變種植模式也是解決連作對煙草產(chǎn)質(zhì)量影響的一種有效途徑。間作模式下，通過影響根系發(fā)育和地上部光合利用等方式[12]直接或者間接改善其生長環(huán)境，促進(jìn)作物生長，從而保證作物產(chǎn)量和質(zhì)量[13]。不同作物間作能提高植物抵御病蟲害能力[14]?？緹熼g作其它香料作物，能提高植煙土壤中微生物群落多樣性，提高植物抗性和緩解連作障礙[15]?？緹熼g作模式能促進(jìn)煙株生長，減少病蟲害，顯著改善煙葉質(zhì)量，最終顯著提高煙草農(nóng)業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益[16，17]。

已有研究表明，生姜與烤煙間作，生姜有利于改善連作作物根際微生態(tài)環(huán)境[18]，且利用煙草為生姜遮陰、防澇等有利條件，保障生姜產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)互利互補(bǔ)，從而提高綜合效益和煙葉的持續(xù)高質(zhì)量。另外，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、土壤微生物豐度等都與土壤病害有著較為直接的聯(lián)系[19]。據(jù)此，本試驗(yàn)以烤煙品種K326為材料，設(shè)置不同烤煙/生姜間作模式，研究其對烤煙農(nóng)藝性狀、化學(xué)成分、香氣物質(zhì)及土壤理化性質(zhì)、土壤微生物群落等的影響，以期為連作煙區(qū)優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益和作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)地

供試烤煙品種為K326，生姜品種為小黃姜。

試驗(yàn)于2019—2020年在?？悼h馬良鎮(zhèn)云旗山村（海拔1000m）進(jìn)行，其地形為山地。試驗(yàn)地塊平坦，面積0.4hm2，黃棕壤，肥力均勻。其有機(jī)質(zhì)含量為29.79g/kg、堿解氮110.13mg/kg、速效磷30.81mg/kg、速效鉀354.00mg/kg，pH值7.4。前茬作物為烤煙。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置4個種植模式處理，分別為：CK（烤煙單作）、B1（生姜/烤煙1∶2間作，即兩行烤煙間種一畦生姜）、B2（生姜/烤煙1∶3間作，即三行烤煙間種一畦生姜）、B3（生姜/烤煙1∶4間作，即四行烤煙間種一畦生姜）。采用大區(qū)對比試驗(yàn)，即不同處理與對照相鄰種植進(jìn)行對比，每處理重復(fù)3次。

烤煙行距和株距分別為120cm和55cm。間作壟行距1.6m。每處理面積0.033hm2。試驗(yàn)地施純氮97.5kg/hm2，氮磷鉀肥為N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2.5。施用肥料包括煙草專用復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=1∶1∶2）、過磷酸鈣（P2O5 14%）、硫酸鉀（K2O45%）和餅肥（N3%），其中60%氮肥、全部餅肥和磷肥、50%鉀肥作為基肥在起壟前條施，其余氮、鉀肥于移栽后20d左右追施，保持各小區(qū)土壤肥力一致。生姜采用畦作，寬幅40cm，畦高25cm，雙行種植，株距25cm?？緹熍c生姜于5月28日同時栽種。其它田間管理措施同大田。

1.3 指標(biāo)測定及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀 成熟期（煙苗移栽后80d），各小區(qū)選取有代表性煙株30株，測量株高、莖圍、節(jié)距和最大葉長、葉寬，重復(fù)3次。葉面積=長×寬×0.6345。群體葉面積指數(shù)（LAI）=單株葉面積×單位土地面積上株數(shù)/土地面積。

1.3.2 SPAD值 使用SPAD-502葉綠素儀通過測量葉片在兩種波長（650nm和940nm）范圍內(nèi)的透光系數(shù)來確定葉片葉綠素相對含量。

1.3.3 烤煙冠層形態(tài)指標(biāo) 每處理隨機(jī)選取5株生長一致、受光一致植株掛牌標(biāo)記，于成熟期晴朗無風(fēng)天氣用LI-6400便攜式光合測定系統(tǒng)測定煙葉凈光合速率;用量角器測定莖葉夾角（即莖稈與葉脈的上方夾角），并計(jì)算葉向值（LOV）：

式中，θ為葉傾角，Lf為葉基部到葉片最高處的長度，L為葉片全長，n為葉片數(shù)。

1.3.4 煙葉化學(xué)成分含量 煙葉成熟采收后，每處理分別隨機(jī)選取B2F、C3F和X2F共3個等級各1kg樣品，65℃烘干粉碎并過篩處理后保存于自封袋，用于測定其化學(xué)成分及中性致香物質(zhì)含量。采用AAⅢ型連續(xù)流動化學(xué)分析儀（德國BRAN+LUEBBE公司），按照YC/Z240—2008煙草及煙草制品標(biāo)準(zhǔn)體系[28]測定烤后煙葉總糖、還原糖、鉀、氯及煙堿含量，并計(jì)算糖堿比和兩糖比，每處理重復(fù)3次。采用內(nèi)標(biāo)法測定中性致香物質(zhì)含量，以硝基苯為內(nèi)標(biāo)，用HP5890-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀（美國Agilent公司）測定，前處理及GC/MS分析條件參照韋鳳杰等[29]的方法進(jìn)行，由GC/MS鑒定結(jié)果和NIST庫檢索定性，每處理重復(fù)3次。

1.3.5 土壤理化性質(zhì) 土壤耕翻前利用多點(diǎn)采樣法，采集各處理0～30cm土層根際與非根際土壤樣本，立即帶回實(shí)驗(yàn)室，一部分樣品經(jīng)風(fēng)干、過篩處理，測定土壤有機(jī)質(zhì)（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、堿解氮（堿解擴(kuò)散法）、有效磷（0.5mol/LNaHCO3法）、速效鉀（NH4OAc浸提-火焰光度法）、pH值（酸度計(jì)法）;另一部分土壤樣品置于4℃保存，用于測定土壤微生物指標(biāo)（由上海歐易生物醫(yī)學(xué)科技有限公司測定）。

1.3.6 烤煙病害 于煙苗移栽后第45、60、75d，按照《烤煙病蟲害分級及調(diào)查方法》調(diào)查各小區(qū)烤煙病毒病、氣候性斑點(diǎn)病、黑脛病、青枯病、赤星病、根結(jié)線蟲病等發(fā)生情況（病株株數(shù)及每病株病級），并計(jì)算病情指數(shù)和防治效果。

發(fā)病率（%）=（發(fā)病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)）×100;

病情指數(shù)=Σ（各級病株數(shù)×該病級值/總株數(shù)×最高病級值）×100 ;

防治效果（%） =（對照區(qū)病情指數(shù)-處理區(qū)病情指數(shù)）/對照區(qū)病情指數(shù)×100 。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用MicrosoftExcel、SPSS19.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、作圖和分析。采用LSD法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作生姜對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，與CK相比，間作生姜模式可提高烤煙最大葉面積，依次為B3>B2>B1>CK，處理B3較CK增加13.3%，差異顯著。不同間作模式株高依次為B3>B2>B1>CK，B3較CK增加18.7%，差異顯著。株高、節(jié)距、最大葉面積均以B3（生姜/烤煙1∶4）最高。莖圍和節(jié)距，各間作模式與CK無顯著差異。

2.2 間作生姜對烤煙葉片SPAD值的影響

由圖1可知，在同一種植模式下，隨著移栽后天數(shù)的增加烤煙葉片SPAD值呈現(xiàn)上升趨勢。移栽28～49d，在同一時間，間作生姜處理烤煙葉片SPAD值顯著高于烤煙單作。表明間作生姜可提高烤煙葉片SPAD值，對烤煙葉片光合性能有顯著促進(jìn)作用。

2.3 間作生姜對烤煙冠層形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2可知，相比CK，間作生姜可顯著提高烤煙莖葉夾角、葉向值和凈光合速率。各處理烤煙莖葉夾角、葉向值和凈光合速率均表現(xiàn)為B2>B1>B3;葉面積指數(shù)表現(xiàn)為CK>B3>B2>B1，說明間作生姜降低烤煙葉面積指數(shù)?？傮w來說，間作生姜可改善烤煙冠層形態(tài)，以B2（生姜/烤煙1∶3）效果最優(yōu)。

2.4 間作生姜對煙草病害的影響

由表3可知，與CK相比，B1、B2和B3處理均降低烤煙的發(fā)病率和病情指數(shù)，發(fā)病率分別降低52.5%、20.7%和18.1%，病情指數(shù)依次減少60.0%、17.6%和13.3%，相對防治效果依次為B1>B2>B3。間作生姜能顯著減輕其它部分病害發(fā)生，但這些病害發(fā)病過少，參考價值較低，因此仍以赤星病為主要研究目標(biāo)?？芍?，烤煙間作生姜可顯著減少赤星病發(fā)生，并且以生姜/烤煙1∶2間作防治效果最好，生姜/烤煙1∶3間作次之。

2.5 間作生姜對烤煙化學(xué)成分的影響

由表4可知，與CK相比，B1、B2和B3處理均可顯著提高烤煙上部葉總糖和煙堿含量，降低氯含量，B3處理還顯著提高鉀含量?？偺呛恳来螢锽1>B3>B2>CK，分別比CK增加26.2%、14.2%和14.6%。煙堿含量依次為B3>B2>B1>CK。氯含量依次為CK>B3>B2>B1，3個處理分別比CK減少16.3%、46.3%和48.8%。

由表5可知，與CK相比，B1、B2和B3處理均顯著提高烤煙中部葉鉀含量，降低煙堿含量，B2處理還可顯著提高總糖、還原糖含量，降低氯含量?？緹熤胁咳~總糖含量依次為B1>B2>B3>CK。煙堿含量依次為CK>B3>B1>B2，B1、B2和B3處理分別比CK降低17.7%、29.2%和12.1%。氯含量依次為CK>B3>B1>B2，B2處理比CK降低29.1%，差異顯著。還原糖含量依次為B1>B2>B3>CK，B1比CK增加38.4%，差異顯著。糖堿比依次為B1>B2>B3>CK

2.6 間作生姜對烤煙香氣物質(zhì)的影響

煙葉品質(zhì)與烤煙中性致香物質(zhì)的含量、種類和組成比例等因素有著密切關(guān)系，且這些因素決定煙葉的香氣質(zhì)量和香型種類。由表6可知，不同處理間中部葉香氣成分含量不同。其中新植二烯在各處理中占比最大，依次為B3>B2>B1>CK;類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量次之，依次為B1>B3>B2>CK，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物中β-大馬酮占比最高，其含量依次為B1>B2>B3>CK。間作生姜烤煙中性致香物質(zhì)總量依次為B3>B2>B1>CK。由此可見，間作生姜可提高烤煙中部葉中性致香物質(zhì)總量，B3處理（生姜/烤煙1∶4）為最優(yōu)。

由表7可知，不同處理烤煙上部葉香氣成分含量不同。其中新植二烯在各處理中占比最大，總量依次為B2>B3>B1>CK;類胡蘿卜素降解產(chǎn)物含量次之，總量依次為B2>B1>B3>CK，類胡蘿卜素降解產(chǎn)物中β-大馬酮占比最高，其含量依次為B2>B1>B3>CK。間作生姜烤煙中性致香物質(zhì)總量依次為B2>B3>B1>CK。由此可見，間作生姜可提高烤煙上部葉中性致香物質(zhì)總量，B2處理（生姜/烤煙1∶3）為最優(yōu)。

2.7 間作生姜對植煙土壤肥力的影響

由表8可知，間作生姜烤煙根際土（A1）堿解氮含量增加最顯著，比烤煙單作和生姜根際土（a1）增加23.0%和59.0%;有效磷含量依次為CK>A1>a1，三者差異不顯著;速效鉀含量依次為a1>A1>CK1，三者間差異顯著;有機(jī)質(zhì)含量依次為a1>A1>CK1，相比烤煙單作A1、a1顯著提高;與CK1相比，A1土壤pH值略微升高。由此可知，烤煙間作生姜可顯著提高烤煙根際土壤肥力。

由表9可知，非根際土堿解氮含量依次為CK2>A2>a2，三者間差異顯著;有效磷含量依次為A2>CK2>a2;速效鉀含量依次為a2>A2>CK2;有機(jī)質(zhì)含量依次為A2>CK2>a2;與CK2相比，A2、a2的pH值略微升高。由此可知，烤煙間作生姜可提高烤煙非根際土有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量。

2.8 間作生姜對植煙土壤微生物的影響

2.8.1 對植煙土壤中細(xì)菌群落OTUs數(shù)的影響

試樣共獲得685242條有效序列，單樣本平均序列數(shù)為38069條。由圖2可以看出，樣品統(tǒng)一抽齊后檢測到的OTUs總數(shù)為6758，所有樣本中共有的OTUs總數(shù)為280?？緹焼巫魍寥乐兴赜械腛TUs總數(shù)分別為1423、1571;烤煙間作生姜土壤中所特有的OTUs總數(shù)分別為1151、1734種植生姜土壤中所特有的OTUs總數(shù)分別為1359、1587。說明間作生姜提高了煙株非根際土壤中的微生物群落多樣性。

2.8.2 對植煙土壤中細(xì)菌群落α多樣性的影響

Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)用來評價細(xì)菌群落的多樣性，Chao1指數(shù)用來反映細(xì)菌群落的豐富度，Coverage指數(shù)反映細(xì)菌群落覆蓋度。由表10可知，間作生姜烤煙根際土（A1）Chao1指數(shù)大于CK1，高低為a1>A1>CK1;A1的Shannon指數(shù)大于CK1，高低為a1>A1>CK1。綜上，根際土Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)各處理趨勢一致，均為a1最高，A1次之，CK1最低。由此說明間作生姜可提高烤煙根際土壤微生物群落多樣性和豐富度。

由表11可知，間作生姜處理（A2）非根際土Chao1指數(shù)顯著高于CK2，依次為a2>A2>CK2;從Shannon指數(shù)看，A2顯著高于CK2，并且a2增長最為明顯。由此可知，間作生姜可提高烤煙非根際土壤微生物群落多樣性和豐富度。

2.8.3 對土壤中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響 由圖3可知，變形菌門（Proteobacteria）相對豐度大小為：a1>CK1>A1，A1比CK1相對豐度下降2.99%;放線菌門（Actinobacteria）相對豐度以A1最高，比CK1提高7.75%;酸桿菌門（Acidobacteria）以A1最高，比CK1提高34.66%，說明間作生姜可顯著提高烤煙根際土壤酸桿菌門（Acidobacteria）豐度;芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）相對豐度大小為：a1>CK1>A1，A1比CK1相對豐度下降0.97%，差異不顯著;擬桿菌門（Bacteroidetes）相對豐度大小為：CK1>A1>a1，A1比CK1相對豐度降低1.29%。

由圖4可以看出，變形菌門（Proteobacteria）相對豐度大小為：a2>A2>CK2，a2比A2、CK2相對豐度分別提高5.66%和5.84%，A2和CK2間相對豐度無明顯差異;放線菌門（Actinobacteria）相對豐度大小為：CK2>A2>a2，A2和CK2間相對豐度無明顯差異;酸桿菌門（Acidobacteria）相對豐度大小為：CK2>A2>a2，A2比CK2相對豐度降低1.38%;芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）相對豐度各處理間無明顯差異;擬桿菌門（Bacteroidetes） 相對豐度以A2最高，比CK2提高16.42%。

2.9 間作生姜對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀及綜合效益的影響

由表12可知，與烤煙單作相比，烤煙間作生姜提高烤煙的上等煙比例、均價，但是間作降低了烤煙的種植密度，產(chǎn)量略微降低。從平均綜合效益看，烤煙間作生姜顯著提高綜合效益，B1、B2、B3處理較CK分別提高12.9%、13.7%和8.4%，其中以B2處理（生姜/烤煙1∶3）增加最多。

3 討論

本試驗(yàn)條件下，與烤煙單作相比，烤煙間作生姜顯著提高最大葉面積、葉向值和凈光合速率，增進(jìn)烤煙生長后期SPAD值，明顯改善烤煙連作障礙問題，并且生姜體型小，高效利用田間空間，有利于維持烤煙田間小氣候，這與趙新梅[20]的研究結(jié)果相似。相比烤煙單作，烤煙間作生姜還減少赤星病等病害的發(fā)生，這與劉麗芳等[21]的研究結(jié)果相似。其降低病害的原因可能與烤煙間作生姜改變土壤中病原菌的數(shù)量[22]以及改變土壤環(huán)境[23]有關(guān)。間作生姜還可提高烤煙上中部葉總糖、還原糖和鉀含量，降低氯含量，增加新植二烯和胡蘿卜素降解產(chǎn)物等香氣物質(zhì)含量;增加土壤堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量，這與陳國軍[24]、王全貞[25]的研究結(jié)果相似?？緹熼g作生姜，還顯著增加土壤微生物細(xì)菌群落OTUs數(shù)，提高烤煙根際土和非根際土肥力，以及微生物多樣性和細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)豐度，這與張東艷[26]的研究結(jié)果相似。烤煙間作生姜還可提高烤煙的上等煙比例、均價和產(chǎn)值，從而增加綜合經(jīng)濟(jì)效益。

各間作處理相比，生姜/烤煙1∶2間作防治赤星病效果最好，病情指數(shù)減少60.0%，可能是因?yàn)樵?個間作處理中，生姜密度最大，因此烤煙生長的空間環(huán)境最大，利于兼顧兩種作物的生長空間以及減少兩作物間的生長競爭，一定程度上有利于光能利用率和田間小氣候的改善，這與彭晟等[27]的研究結(jié)論相似。生姜/烤煙1∶4間作在促進(jìn)烤煙生長方面效果好，但其上部葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性及中性致香物質(zhì)含量稍遜于生姜/烤煙1∶3間作，可能是因?yàn)樵撻g作處理生姜密度最小且烤煙生長空間相對其它兩組處理較為密集，一定程度上影響了自身生長發(fā)育。

4 結(jié)論

綜合來看，處理B2（生姜/烤煙1∶3）在促進(jìn)烤煙凈光合速率和葉向值等方面效果最好，還可提高烤煙中上部葉總糖、鉀、可溶性糖含量，降低氯含量，提高香氣物質(zhì)含量，且綜合效益提高最多，即整體表現(xiàn)優(yōu)異。因此，烤煙間作生姜能明顯提高烤煙的產(chǎn)量和質(zhì)量，三種間作處理下處理B2（生姜/烤煙1∶3）效果最佳。