間作生姜對烤煙產質量、土壤細菌數量及理化性質的影響

景藝卓 郭笑恒 王曉麗 ?；蹅?韓丹 許自成

摘要：本試驗以烤煙K326和小黃姜為材料，設置烤煙單作（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，研究其對烤煙產質量、植煙土壤養分和土壤微生物的影響。結果表明，相比烤煙單作，烤煙間作生姜可顯著促進烤煙生長，顯著改善煙葉冠層形態;減少煙草病害尤其是赤星病害的發生，B1、B2、B3處理病情指數分別減少60.0%、17.6%和13.3%;上部葉、中部葉中性致香物質總量顯著提高，且煙葉化學成分更加協調;提高根際土與非根際土肥力和土壤微生物多樣性，且土壤中細菌群落OTUs數和α多樣性顯著優于烤煙單作。處理B2（烤煙/生姜1∶3間作）烤煙產質量和經濟效益（比單作提高13.7%）最好，為最佳處理。

關鍵詞：烤煙;生姜;間作;產質量;土壤微生物

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

我國是煙葉生產大國[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量和質量，還導致土壤問題不斷[2]。連作障礙主要由土壤中自毒物質積累和土壤微生物群落結構改變兩個因素引起[3，4]。且襄陽市煙區大多分布在山區坡地，加上農業產業結構調整，優質煙田進一步被壓縮[5]。因此，解決連作障礙、進一步提高當地煙區土壤肥力及烤煙產質量尤為重要。

為解決烤煙種植中包括連作障礙在內的種種問題，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質量影響的一種有效途徑。間作模式下，通過影響根系發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境，促進作物生長，從而保證作物產量和質量[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作模式能促進煙株生長，減少病蟲害，顯著改善煙葉質量，最終顯著提高煙草農業綜合經濟效益[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環境[18]，且利用煙草為生姜遮陰、防澇等有利條件，保障生姜產量，實現互利互補，從而提高綜合效益和煙葉的持續高質量。另外，細菌群落結構、土壤微生物豐度等都與土壤病害有著較為直接的聯系[19]。據此，本試驗以烤煙品種K326為材料，設置不同烤煙/生姜間作模式，研究其對烤煙農藝性狀、化學成分、香氣物質及土壤理化性質、土壤微生物群落等的影響，以期為連作煙區優質煙葉生產、提高綜合經濟效益和作物種植結構調整提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗地

供試烤煙品種為K326，生姜品種為小黃姜。

試驗于2019—2020年在?？悼h馬良鎮云旗山村（海拔1000m）進行，其地形為山地。試驗地塊平坦，面積0.4hm2，黃棕壤，肥力均勻。其有機質含量為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 試驗設計

設置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）。采用大區對比試驗，即不同處理與對照相鄰種植進行對比，每處理重復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 指標測定及方法

1.3.1 農藝性狀 成熟期（煙苗移栽后80d），各小區選取有代表性煙株30株，測量株高、莖圍、節距和最大葉長、葉寬，重復3次。葉面積=長×寬×0.6345。群體葉面積指數（LAI）=單株葉面積×單位土地面積上株數/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）范圍內的透光系數來確定葉片葉綠素相對含量。

1.3.3 烤煙冠層形態指標 每處理隨機選取5株生長一致、受光一致植株掛牌標記，于成熟期晴朗無風天氣用LI-6400便攜式光合測定系統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。

1.3.4 煙葉化學成分含量 煙葉成熟采收后，每處理分別隨機選取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，用于測定其化學成分及中性致香物質含量。采用AAⅢ型連續流動化學分析儀（德國BRAN+LUEBBE公司），按照YC/Z240—2008煙草及煙草制品標準體系[28]測定烤后煙葉總糖、還原糖、鉀、氯及煙堿含量，并計算糖堿比和兩糖比，每處理重復3次。采用內標法測定中性致香物質含量，以硝基苯為內標，用HP5890-5972氣質聯用儀（美國Agilent公司）測定，前處理及GC/MS分析條件參照韋鳳杰等[29]的方法進行，由GC/MS鑒定結果和NIST庫檢索定性，每處理重復3次。

1.3.5 土壤理化性質 土壤耕翻前利用多點采樣法，采集各處理0～30cm土層根際與非根際土壤樣本，立即帶回實驗室，一部分樣品經風干、過篩處理，測定土壤有機質（重鉻酸鉀容量法-外加熱法）、堿解氮（堿解擴散法）、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（由上海歐易生物醫學科技有限公司測定）。

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查方法》調查各小區烤煙病毒病、氣候性斑點病、黑脛病、青枯病、赤星病、根結線蟲病等發生情況（病株株數及每病株病級），并計算病情指數和防治效果。

發病率（%）=（發病株數/調查總株數）×100;

病情指數=Σ（各級病株數×該病級值/總株數×最高病級值）×100 ;

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

1.4 數據統計與分析

采用MicrosoftExcel、SPSS19.0軟件進行試驗數據處理、作圖和分析。采用LSD法進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 間作生姜對烤煙農藝性狀的影響

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、節距、最大葉面積均以B3（生姜/烤煙1∶4）最高。莖圍和節距，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，隨著移栽后天數的增加烤煙葉片SPAD值呈現上升趨勢。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作用。

2.3 間作生姜對烤煙冠層形態指標的影響

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為B2>B1>B3;葉面積指數表現為CK>B3>B2>B1，說明間作生姜降低烤煙葉面積指數?？傮w來說，間作生姜可改善烤煙冠層形態，以B2（生姜/烤煙1∶3）效果最優。

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病率和病情指數，發病率分別降低52.5%、20.7%和18.1%，病情指數依次減少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生，但這些病害發病過少，參考價值較低，因此仍以赤星病為主要研究目標?？芍?，烤煙間作生姜可顯著減少赤星病發生，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的影響

煙葉品質與烤煙中性致香物質的含量、種類和組成比例等因素有著密切關系，且這些因素決定煙葉的香氣質量和香型種類。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;類胡蘿卜素降解產物含量次之，依次為B1>B3>B2>CK，類胡蘿卜素降解產物中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總量，B3處理（生姜/烤煙1∶4）為最優。

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;類胡蘿卜素降解產物含量次之，總量依次為B2>B1>B3>CK，類胡蘿卜素降解產物中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總量，B2處理（生姜/烤煙1∶3）為最優。

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;有機質含量依次為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;有機質含量依次為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、速效鉀和有機質含量。

2.8 間作生姜對植煙土壤微生物的影響

2.8.1 對植煙土壤中細菌群落OTUs數的影響

試樣共獲得685242條有效序列，單樣本平均序列數為38069條。由圖2可以看出，樣品統一抽齊后檢測到的OTUs總數為6758，所有樣本中共有的OTUs總數為280?？緹焼巫魍寥乐兴赜械腛TUs總數分別為1423、1571;烤煙間作生姜土壤中所特有的OTUs總數分別為1151、1734種植生姜土壤中所特有的OTUs總數分別為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 對植煙土壤中細菌群落α多樣性的影響

Simpson指數和Shannon指數用來評價細菌群落的多樣性，Chao1指數用來反映細菌群落的豐富度，Coverage指數反映細菌群落覆蓋度。由表10可知，間作生姜烤煙根際土（A1）Chao1指數大于CK1，高低為a1>A1>CK1;A1的Shannon指數大于CK1，高低為a1>A1>CK1。綜上，根際土Chao1指數和Shannon指數各處理趨勢一致，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指數顯著高于CK2，依次為a2>A2>CK2;從Shannon指數看，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 對土壤中細菌群落結構的影響 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 間作生姜對烤煙經濟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生，這與劉麗芳等[21]的研究結果相似。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量[22]以及改變土壤環境[23]有關。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物等香氣物質含量;增加土壤堿解氮、速效鉀和有機質含量，這與陳國軍[24]、王全貞[25]的研究結果相似?？緹熼g作生姜，還顯著增加土壤微生物細菌群落OTUs數，提高烤煙根際土和非根際土肥力，以及微生物多樣性和細菌群落結構豐度，這與張東艷[26]的研究結果相似?？緹熼g作生姜還可提高烤煙的上等煙比例、均價和產值，從而增加綜合經濟效益。

各間作處理相比，生姜/烤煙1∶2間作防治赤星病效果最好，病情指數減少60.0%，可能是因為在3個間作處理中，生姜密度最大，因此烤煙生長的空間環境最大，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]的研究結論相似。生姜/烤煙1∶4間作在促進烤煙生長方面效果好，但其上部葉化學成分協調性及中性致香物質含量稍遜于生姜/烤煙1∶3間作，可能是因為該間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育。

4 結論

綜合來看，處理B2（生姜/烤煙1∶3）在促進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，提高香氣物質含量，且綜合效益提高最多，即整體表現優異。因此，烤煙間作生姜能明顯提高烤煙的產量和質量，三種間作處理下處理B2（生姜/烤煙1∶3）效果最佳。