陳克玲，王德權，劉洋，王藝，杜玉海，杜傳印，馬興華

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部煙草生物學與加工重點實驗室，山東 青島 266101；2.青島農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山東 青島 266109；3.山東濰坊煙草有限公司，山東 濰坊 261061）

水分是煙草生長發(fā)育的必需因子之一，水分不足會影響葉片的光合作用，使煙株生長發(fā)育緩慢并降低產(chǎn)品質(zhì)量［1］。山東煙區(qū)屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均降水量在750～950 mm，且主要集中在7-8月，占全年降水量的40%～60%，5-6月降水較少，5月平均降水量低于50 mm，6月平均降水量在100 mm左右［2］。山東煙區(qū)烤煙（Nicotiana tabacum）移栽時間一般為4月底到5月初，烤煙伸根期和旺長期均處于干旱少雨的生長環(huán)境，不利于煙株的生長發(fā)育和品質(zhì)形成，特別是無灌溉條件的山地煙田，前期干旱嚴重制約了烤煙的生長發(fā)育。因此，采取合理的栽培方法蓄水保墑，發(fā)揮自然降水對烤煙生長的作用，是解決山地煙區(qū)烤煙生長前期干旱的有效措施。

近年來，在溝壟集雨系統(tǒng)下對玉米（Zea mays）、小麥（Triticum aestivum）、馬鈴薯（Solanum tuberosum）等作物的研究也得到了類似的結果。Ren等［3］研究表明，溝壟集雨提高了水分利用效率和玉米產(chǎn)量，與露地平作相比，提高幅度分別在21.1%～51.6%和14.8%～32.3%；Li等［4］研究認為，溝壟集雨種植技術改變了土壤的水熱狀況，促進了小麥幼苗的生長發(fā)育，使產(chǎn)量增幅高達28.3%～100.4%；Chen等［5］的研究表明，溝壟集雨種植能夠提高馬鈴薯的最終株高和地上部的干物質(zhì)積累，增加一級塊莖產(chǎn)量，提高馬鈴薯的商品率。由此可見，溝壟集雨種植技術通過收集地表徑流，可顯著放大降水效果［6］，最大限度地利用自然降水，減少無效蒸發(fā)，改善土壤水熱狀況和作物生長，促進光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運，從而提高水分利用效率和作物產(chǎn)量［7-10］。

雖然溝壟集雨栽培技術在許多作物應用上都取得了較好的效果，但對于烤煙種植而言，溝壟集雨栽培為一項新技術，應用尚少，該技術是否對烤煙生長發(fā)育和品質(zhì)具有促進作用，與傳統(tǒng)的起壟覆膜栽培方式相比是否具有優(yōu)勢尚不明確。故本研究以當?shù)刂髟钥緹熎贩N云煙87和中煙100為研究對象，以常規(guī)起壟覆膜栽培方式為對照，研究了溝壟集雨栽培方式下煙田土壤水分狀況、烤煙農(nóng)藝性狀、光合速率、干物質(zhì)積累、氮素含量、氮素積累量等生長發(fā)育指標及烤后煙葉質(zhì)量等，旨在分析溝壟集雨栽培技術對烤煙生長發(fā)育及煙葉品質(zhì)的影響，明確其技術優(yōu)勢。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年5-10月在山東省濰坊市臨朐縣寺頭鎮(zhèn)雙龍村和趙家北坡村進行。該試驗區(qū)是典型的低山丘陵區(qū)，光熱資源充足，屬溫帶季風型大陸性氣候，年平均氣溫為12.4℃，年平均日照2578.6 h，年平均無霜期191 d，多年平均蒸發(fā)量1677.5 mm，年平均降水量700 mm左右，7-9月降水量約占全年降水量的61%。2020年試驗地各月降水量和近10年（2010-2019年）月平均降水量見圖1。兩試驗地點供試土壤為沙壤土，0～20 cm土壤理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤的理化性質(zhì)Table 1 The properties of the tested soils

圖1 試驗地降水量月分布Fig.1 Monthly distribution of precipitation in the test site

1.2 試驗設計

兩個試驗點所用烤煙品種一致，均為云煙87和中煙100。試驗采用雙因素裂區(qū)設計，主區(qū)為種植方式，副區(qū)為品種。種植方式設常規(guī)起壟覆膜栽培和溝壟集雨栽培（圖2）兩種，每個處理設3次重復，共12個小區(qū)。雙龍村移栽時間為5月14日，趙北村為5月15日。

圖2 栽培模式示意圖Fig.2 Schematic diagram of cultivation method

試驗田的肥料品種和施肥量同當?shù)厣a(chǎn)。常規(guī)栽培模式施肥方法與當?shù)厣a(chǎn)一致，溝壟集雨栽培模式采用穴施，在距離煙株10 cm處左右兩側施用，施肥深度為10 cm，所有肥料一次性施入，施肥后每株烤煙均澆水1 kg。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤含水量 土壤含水量測定采用烘干稱重法。旺長期（移栽后50 d）在水平距離煙株10 cm處采集土壤樣品，采樣深度為80 cm，20 cm為一層，共采集4層，兩次重復。將所取土樣裝進鋁盒稱重，放入烘箱中烘干至恒重，烘干后取出樣本再次稱重，最后計算土壤含水量。

式中：SWC為土壤含水量（%），W1為土壤鮮樣和鋁盒的總質(zhì)量（g），W2為烘干土樣和鋁盒的總質(zhì)量（g），W3為空鋁盒的質(zhì)量（g）。

1.3.2 農(nóng)藝性狀 現(xiàn)蕾期標記煙株，每個處理標記6株，分別在現(xiàn)蕾期（移栽后70 d）、平頂期（移栽后80 d）調(diào)查株高、莖圍、葉片數(shù)（葉長大于5 cm）、葉長、葉寬。

1.3.3 光合作用 分別在現(xiàn)蕾期（移栽后70 d）、成熟期（移栽后90 d）干物質(zhì)取樣前，選擇標記的6株烤煙進行測定，測定葉位為倒4葉（從頂部向下數(shù)第4片葉），每個葉片測定2次。使用LI-6400（Li-cor，美國）便攜式光合測定儀，在晴天的上午9：00-11：00測定，使用紅藍光源，將光強設置為1200 μmol·m-2·s-1，CO2濃度設置為400 μmol·mol-1，氣流速度為500 μmol·s-1。待系統(tǒng)與數(shù)值穩(wěn)定后，記錄光合速率。

1.3.4 生物量與氮含量 分別在移栽后50、70和90 d取樣，每個處理取3株，植株分為根、莖、葉三部分后，分別在105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測定干重。采用全自動凱氏定氮儀（FOSS KJELTEC 8400，丹麥）測定氮含量［11］。

1.3.5 煙葉質(zhì)量分析 各處理取烤后煙葉樣品中桔三（C3F）等級1 kg，進行還原糖、總糖、總植物堿、總氮、鉀、氯等常規(guī)化學成分分析和香氣質(zhì)、香氣量、余味、雜氣、刺激性、燃燒性、灰色、質(zhì)量檔次等感官評吸鑒定，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部煙草產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心完成。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用Excel 2019和Origin 9.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和作圖，采用SPSS 26.0進行方差分析，采用LSD法比較處理間的差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 集雨栽培對煙田土壤水分的影響

烤煙旺長期，0～20 cm土層土壤含水量無明顯差異（圖3），20～40 cm土層集雨栽培模式的土壤含水量比常規(guī)栽培模式高3.1%，40～60 cm土層集雨栽培模式的土壤含水量比常規(guī)栽培模式高4.3%，60～80 cm土層中，集雨栽培模式下的土壤含水量低于常規(guī)模式?？梢?，集雨栽培模式可以通過對自然降水的利用提高20～60 cm土層的土壤含水量，比常規(guī)模式平均提高3.7%，為烤煙根系生長和水分吸收提供了更有利的條件。

圖3 不同栽培模式對0～80 cm土層土壤含水量的影響Fig.3 The influence of different cultivation methods on the soil moisture content of 0-80 cm soil layer

2.2 集雨栽培對烤煙農(nóng)藝性狀的影響

不同栽培方式對現(xiàn)蕾期煙株株高、葉片數(shù)無顯著影響，兩地點兩品種表現(xiàn)一致（表2）。集雨栽培提高了煙株莖圍，其中雙龍村試驗點的云煙87差異達顯著水平。集雨栽培對葉長的影響大于葉寬，雙龍村試驗點集雨栽培的云煙87葉長和趙北村試驗點集雨栽培的云煙87與中煙100葉長均顯著高于常規(guī)種植方式，集雨栽培僅顯著提高了雙龍村試驗點云煙87的葉寬。集雨栽培對單葉面積的影響與葉長一致。

表2 不同栽培模式對現(xiàn)蕾期煙株農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effects of different cultivation methods on agronomic traits of tobacco plants at budding stage

栽培模式影響了平頂期煙株農(nóng)藝性狀（表3）。從兩個試驗地點來看，集雨栽培顯著增加了趙北村試驗點云煙87的莖圍，增加了16.2%；集雨栽培對葉長葉寬均有提高作用，顯著提高了雙龍村試驗點云煙87的葉長和趙北村試驗點云煙87的葉寬，并顯著提高了單葉面積。

表3 不同栽培模式對平頂期煙株農(nóng)藝性狀的影響Table 3 Effects of different cultivation methods on agronomic traits of tobacco plants at flat top stage

可見，集雨栽培對農(nóng)藝性狀影響較為明顯，主要表現(xiàn)在增加莖圍、葉長、葉寬和葉面積，而且對云煙87的影響大于中煙100。方差分析顯示處理與品種之間無顯著交互效應。

2.3 集雨栽培對光合速率的影響

現(xiàn)蕾期集雨栽培的云煙87和中煙100光合速率均高于常規(guī)栽培（圖4），分別高6.1%和14.7%。平頂期集雨栽培對光合速率的影響更加明顯，集雨栽培的云煙87和中煙100光合速率分別比常規(guī)栽培高28.5%和14.8%。平頂期集雨栽培和常規(guī)栽培的云煙87光合速率分別比現(xiàn)蕾期降低34.8%和46.2%；中煙100分別降低23.8%和23.9%?？梢?，集雨栽培使煙株在生長中后期能夠保持較高的光合作用，避免其生長后期光合能力的快速衰減，而且對云煙87的影響更加明顯。

圖4 不同栽培模式對現(xiàn)蕾期和平頂期光合速率的影響Fig.4 The effect of different cultivation methods on the photosynthetic rate in the budding stage and flat top stage

2.4 集雨栽培對烤煙干物質(zhì)積累的影響

從不同栽培方式下烤煙各部位及單株干物質(zhì)的變化特征可以看出（表4），在雙龍村試驗點，旺長期集雨栽培顯著提高了云煙87和中煙100根、莖、葉和整株的干物質(zhì)積累量，與常規(guī)栽培相比，云煙87根、莖、葉干物質(zhì)積累量分別提高了83.2%、98.7%和66.7%，中煙100根、莖、葉干物質(zhì)積累量分別提高了46.5%、103.3%和58.9%。現(xiàn)蕾期，集雨栽培通過提高單株葉重顯著提高了云煙87整株干物質(zhì)積累量，與云煙87相比，集雨栽培對中煙100的影響較小，根、莖、葉的干物質(zhì)積累量差異均不顯著，但顯著提高了整株干重。成熟期，集雨栽培的云煙87根、莖、葉、單株干物質(zhì)積累量均顯著高于常規(guī)栽培模式，與云煙87相比，集雨栽培對中煙100的影響較小，但集雨栽培下的中煙100單株干重比常規(guī)栽培模式提高了41.0%。方差分析發(fā)現(xiàn)，除現(xiàn)蕾期葉的干重存在不同處理與品種的極顯著交互效應外，其他均無顯著交互效應。

表4 不同栽培模式對煙株干物質(zhì)積累的影響Table 4 Effects of different cultivation methods on dry matter accumulation of tobacco plants（g）

在趙北村試驗點，旺長期集雨栽培顯著提高了云煙87根、莖、葉和整株的干物質(zhì)積累量及中煙100葉片的干物質(zhì)積累量，與常規(guī)栽培相比，云煙87根、莖、葉、單株干物質(zhì)積累量提高幅度為27.9%～41.8%；中煙100葉的干物質(zhì)積累量提高了35.3%?，F(xiàn)蕾期除云煙87的葉，集雨栽培對根、莖、葉和整株的干物質(zhì)積累量均有不同程度的提高作用，但除中煙100的整株干物質(zhì)重有顯著差異外，其他均無顯著差異。成熟期，不同栽培方式云煙87的干物質(zhì)重差異不顯著，但集雨栽培顯著影響了中煙100的莖和單株干重。方差分析發(fā)現(xiàn)，各時期品種間、不同處理與品種間的交互效應都無顯著性差異，但栽培模式對成熟期的干物質(zhì)有顯著性的影響。

2.5 集雨栽培對烤煙氮素含量和氮素積累量的影響

在雙龍村試驗點，兩種栽培模式下烤煙根、莖、葉中的氮素含量和氮素積累量存在顯著性差異（表5）。集雨栽培的云煙87和中煙100的根系氮素含量低于常規(guī)栽培，而葉片中的氮素含量高于常規(guī)栽培；集雨栽培的中煙100莖中的氮素含量低于常規(guī)栽培，云煙87品種則與之相反。集雨栽培的云煙87和中煙100的各部位氮素積累量均顯著高于常規(guī)栽培，與常規(guī)栽培相比，云煙87根、莖、葉氮素積累量分別提高了39.5%、97.1%和68.6%；中煙100根、莖、葉氮素積累量分別提高了37.6%、30.6%和25.0%。通過方差分析可以看出，烤煙莖和葉的氮素含量和氮素積累量存在處理與品種間的極顯著的交互效應，且栽培模式對烤煙氮素積累量具有極顯著的影響。

表5 不同栽培模式對成熟期烤煙氮素含量和氮素積累量的影響Table 5 Effects of different cultivation methods on nitrogen content and nitrogen accumulation amount of flue-cured tobacco at mature stage

在趙北村試驗點，兩種栽培模式下烤煙根和葉中氮素含量差異性不顯著；而集雨栽培和常規(guī)栽培處理間莖中的氮素含量差異顯著，集雨栽培下的云煙87和中煙100莖中的氮素含量均低于常規(guī)栽培，分別降低了33.0%和27.9%。在氮素積累量方面，除云煙87葉的氮素積累量在集雨栽培模式下顯著高于常規(guī)栽培外，其他均無顯著性差異。通過方差分析可以看出，不同處理與品種間的交互效應對烤煙氮素含量和氮素積累量的影響不顯著。

2.6 集雨栽培對烤后煙葉化學成分含量的影響

不同栽培方式下烤煙主要化學成分結果表明（表6），云煙87品種在不同栽培模式下的主要化學成分含量有明顯差異，常規(guī)栽培的兩糖含量超出了適宜范圍（還原糖16%～22%，總糖18%～24%），而集雨栽培下的還原糖、總糖的含量均降低了17.2%，總植物堿、總氮、鉀含量分別提高了3.1%、12.2%、6.7%；中煙100集雨栽培的還原糖、總糖、鉀含量高于常規(guī)栽培，而總植物堿、總氮含量分別低于常規(guī)栽培12.7%和5.4%?？梢娂暝耘鄬υ茻?7還原糖、總糖、總氮含量有比較明顯的影響。

表6 不同栽培模式對烤后煙葉化學成分含量的影響Table 6 Effects of different cultivation methods on the main chemical components of flue-cured tobacco（%）

2.7 集雨栽培對烤后煙葉感官質(zhì)量的影響

集雨栽培的云煙87在香氣量、余味、雜氣和刺激性方面的得分均高于常規(guī)栽培（表7），總得分也高于常規(guī)栽培；集雨栽培的中煙100在香氣質(zhì)、香氣量、余味和雜氣方面的得分均高于常規(guī)栽培，總得分和質(zhì)量檔次均優(yōu)于常規(guī)栽培。可見，集雨栽培地烤后煙葉的香氣量足、余味舒適、雜氣輕，感官質(zhì)量明顯改善。

表7 不同栽培模式對烤后煙葉感官質(zhì)量的影響Table 7 Effects of different cultivation methods on sensory quality of flue-cured tobacco

3 討論

集雨種植較常規(guī)種植相比可顯著提高土壤表層水分含量，使作物生長的水分條件得到局部改善［6］。Xu等［12］研究指出，集雨栽培提高了0～60 cm土層的土壤含水量，促進了0～40 cm淺層土壤中種植溝內(nèi)玉米根系生長。本試驗結果表明，集雨栽培模式下在烤煙旺長期能有效蓄存自然降水，改善土壤淺層水分狀況，20～60 cm土層土壤含水量比常規(guī)模式提高了3.7%，由于煙草根系70%～80%分布在地表下16～50 cm的土層內(nèi)，因此集雨栽培促進了根系的生長。

集雨栽培模式通過對雨水的富集疊加，顯著提高了作物的光合速率［13-16］，邢毅等［13］在油菜（Brassica campestris）上的研究結果表明，溝壟集雨耕作可以提高油菜的光合速率，促進光合反應。本試驗結果表明，集雨栽培模式下烤煙在現(xiàn)蕾期和平頂期的光合速率均顯著高于常規(guī)栽培，且平頂期集雨栽培對光合速率的影響更加明顯，使煙株在生育后期仍保持一定的光合能力，避免早衰。Zhang等［17］指出集雨種植能夠顯著提高玉米生長指標并且能夠加快生育進程。胡琦等［18］研究發(fā)現(xiàn)，與平作比，溝壟集雨耕作提高了馬鈴薯全生育期內(nèi)單株干物質(zhì)重，成熟期差異更加顯著，干物質(zhì)重的提高幅度在25.7%～50.6%。本研究結果顯示，在集雨栽培模式下，現(xiàn)蕾期與平頂期烤煙的各項農(nóng)藝指標均優(yōu)于常規(guī)栽培，且顯著提高了云煙87和中煙100的單葉面積，提高幅度為11.8%～36.6%和13.0%～13.5%。而性狀指標的優(yōu)化是干物質(zhì)積累的基礎，本研究結果表明，集雨栽培模式可明顯提高烤煙各個時期各性狀的干物質(zhì)積累量及單株干物質(zhì)積累量，在決定烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的生育關鍵時期，集雨栽培的云煙87和中煙100干物質(zhì)積累量都顯著高于常規(guī)栽培。

氮素在煙株生長發(fā)育過程中起著重要作用，特別是對烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)影響很大，直接影響煙葉內(nèi)在化學成分的協(xié)調(diào)［19-20］。有研究證明溝壟集雨種植能夠顯著影響玉米對氮素的吸收利用［21］。本研究結果表明，成熟期趙北村試驗點氮素含量的器官間差異性僅存在于莖中，在雙龍村試驗點，除中煙100葉外，烤煙各部位的氮素含量均存在顯著差異，常規(guī)栽培的云煙87和中煙100根以及中煙100的莖氮素含量均高于集雨栽培模式，集雨栽培僅顯著增加了云煙87烤煙葉片的氮素含量。這可能是由于集雨栽培改善了土壤水熱狀況，促進了土壤微生物活動，提高了肥料的吸收轉(zhuǎn)化，加速了煙株體內(nèi)氮素的吸收轉(zhuǎn)移與再分配，這與李偉瑋［22］在玉米上的研究結果相似，其研究表明，溝壟集雨栽培處理的葉、莖的氮濃度低于平作，收獲期兩處理秸稈氮吸收量無明顯差異，但集雨栽培下玉米籽粒的氮吸收量顯著增加。

有研究表明，煙葉中的化學成分含量與土壤水分狀況有一定的關系［23］，土壤水分狀況在影響烤煙生長發(fā)育的同時，對烤煙正常的生理代謝活動和土壤中的離子狀態(tài)也產(chǎn)生了極其重要的影響，進而導致了烤煙中化學成分含量的變化［24］。韓錦峰等［25］研究指出，煙草生長發(fā)育過程中任一階段嚴重干旱都會影響煙葉化學成分含量，成熟期適度干旱有利于提高煙葉品質(zhì)?？敌∑降龋?6］研究認為，增加灌水量提高了煙葉還原糖、總氮、鉀含量，降低了煙堿含量。另有研究指出，煙草生長發(fā)育過程中適宜的土壤含水量利于降低煙堿和總氮含量，并且存在隨土壤含水量增加而降低的趨勢［27］。本研究中，集雨栽培提高了20～60 cm土層的土壤含水量，但對中煙100的還原糖、總糖含量無明顯影響，總植物堿、總氮含量略有降低；集雨栽培對云煙87的影響與中煙100不同，集雨栽培降低了云煙87的還原糖、總糖含量，提高了總氮和鉀含量，這可能是不同品種對土壤水分的反應不同所致。雖然集雨栽培對不同品種的化學成分含量影響存在差異，但與常規(guī)栽培相比，均提高了煙葉的感官質(zhì)量，說明集雨栽培協(xié)調(diào)了煙葉的碳氮代謝過程。

4 結論

溝壟集雨栽培技術通過對雨水的充分利用，提高了20～60 cm土層的土壤含水量，優(yōu)化了兩品種現(xiàn)蕾期和平頂期的農(nóng)藝性狀，增強了烤煙的光合作用，提高了光合速率，影響了烤煙各時期的干物質(zhì)積累量，提高了云煙87和中煙100的氮素積累量和葉片中的氮素含量，降低了云煙87還原糖、總糖含量，提高了總植物堿、總氮、鉀含量，提高了中煙100還原糖、總糖、鉀含量，降低了總植物堿、總氮含量，改善了兩品種煙葉感官質(zhì)量，最終提高了煙葉品質(zhì)。溝壟集雨種植是適宜山東丘陵山地煙區(qū)的優(yōu)質(zhì)高效栽培模式。