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Nicotine accumulation and distribution in tobacco under continuous cropping

重茬烤烟的烟碱积累和分配规律研究



全 文 :中国生态农业学报 2011年 7月 第 19卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2011, 19(4): 760−764


* 黑龙江省烟草公司项目(HN200814)资助
** 通讯作者: 王鹏(1962~), 男, 博士, 副教授, 主要从事烟草养分管理研究。E-mail: wangp.ycs@163.com
张吉立(1981~), 男, 硕士, 讲师, 主要从事植物营养与栽培应用及旅游酒店管理。E-mail: zhangjili12@163.com
收稿日期: 2010-10-12 接受日期: 2011-01-19
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00760
重茬烤烟的烟碱积累和分配规律研究*
张吉立 1,2 关 鑫 3 王晓也 4 焦 峰 1 王 鹏 1**
(1. 黑龙江八一农垦大学 大庆 163391; 2. 大庆职业学院 大庆 163255; 3. 哈尔滨烟叶公司肇州分公司
肇州 151200; 4. 哈尔滨烟叶公司 哈尔滨 157011)

摘 要 烟叶生产中普遍存在重茬现象, 连续重茬对烟株发育和烟叶品质带来不良影响。为了给烟叶生产中
合理选择种植方式提供理论依据, 并为今后深入研究烤烟重茬的障碍机理和合理解决烤烟重茬问题奠定基础,
本试验在黑龙江省烤烟重茬较普遍的肇州县永胜乡, 采用田间小区试验, 研究了自然肥力和常规施肥条件下
不同重茬年限烤烟的烟碱含量、积累与分配的关系。结果表明, 重茬烤烟移栽后 3~11 周为烟碱缓慢积累期,
11~17 周为快速积累期, 比新茬两个积累期晚 2 周。收获时新茬烟碱积累量达到 87.56 kg·hm−2(自然肥力)和
128.31 kg·hm−2(常规施肥), 相同肥力下重茬烤烟积累量随重茬年限增加而显著降低。重茬烤烟根茎内烟碱分
配比例随重茬年限增加而降低, 叶片中分配比例增加, 中下部烘烤烟叶烟碱含量升高, 上部叶烟碱含量降低;
重茬烤烟烟碱的变化规律不因土壤肥力改变而发生变化。烤烟重茬栽培 5 年后, 所有部位烟叶均未达到卷烟
厂规定的优质烟叶烟碱含量标准。综合分析认为, 烤烟重茬栽培后, 烟碱积累、分配及烘烤烟叶中烟碱含量均
会发生显著变化, 使烤烟烟叶质量降低, 重茬栽培不宜超过 5 年。
关键词 烤烟 烟碱 土壤肥力 积累和分配规律 重茬年限
中图分类号: S143.2 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)04-0760-05
Nicotine accumulation and distribution in tobacco under continuous cropping
ZHANG Ji-Li1,2, GUAN Xin3, WANG Xiao-Ye4, JIAO Feng1, WANG Peng1
(1. Heilongjiang Bayi Agricultural Reclamation University, Daqing 163391, China; 2. Daqing Vocational College, Daqing
163255, China; 3. Zhaozhou Branch Company of Harbin Tobacco Leaf Company, Zhaozhou 151200, China;
4. Harbin Tobacco Leaf Company, Harbin 157011, China)
Abstract Continuous cropping of tobacco affects the growth and quality of flue-cured tobacco. This study investigated the effect of
continuous tobacco cultivation on the accumulation and distribution of nicotine with aim of developing suitable cultivation methods.
The study also discussed the theories and obstacles of continuous tobacco production. For that purpose, experiments were conducted
in natural and fertilized soils with different periods (0, 3 and 5 years) of continuous cultivation in Yongsheng Town, Zhaozhou
County, and the relationships among nicotine content, accumulation and distribution in flue-cured tobacco were analyzed. The results
showed that nicotine gradually accumulated during the first 3~11 weeks after transplanting with the 3-year and 5-year continuous
cropping under the natural fertility. After 11~17 weeks of transplanting, nicotine accumulated very rapidly in the 3-year and 5-year
continuous cropping under the natural fertility. Nicotine accumulation for 0-year continuous cropped tobacco under the natural fertil-
ity was two weeks earlier, compared with that for the 3-year and 5-year continuous cropped tobacco. Nicotine accumulation was
respectively 87.56 kg·hm−2, 64.79 kg·hm−2, 38.35 kg·hm−2 under natural fertility, and 128.31 kg·hm−2, 90.09 kg·hm−2, 53.71 kg·hm−2
under fertilization in the 0-year, 3-year and 5-year continuous cropped tobaccos at leaf harvest, approximately 17 weeks after trans-
planting. Continuous cultivation decreased nicotine adsorption and accumulation in both fertilized and natural soils. While nicotine
distribution in roots and stems decreased with increasing period of continuous cropping, it increased in leaves with increasing period
of continuous cropping in both natural and fertilized fields. The contents of nicotine in the continuous cropping systems were: 3-year
> 5-year > 0-year, 3-year > 0-year > 5-year and 0-year > 3-year > 5-year in the lower, middle and upper leaves of tobacco, respec-
tively. The nicotine content of leaves in different positions of plant of tobacco continuously cropped for 5 years was not up to the
第 4期 张吉立等: 重茬烤烟的烟碱积累和分配规律研究 761


scratch of high quality tobacco. Continuous tobacco cultivation severely affected nicotine accumulation and distribution, and also the
quality of flue-cured tobacco.
Key words Tobacco, Nicotine, Soil fertility, Accumulation and distribution, Continuous cropping years
(Received Oct. 12, 2010; accepted Jan. 19, 2011)
由于受到土地利用政策和人多地少的影响, 我
国烤烟轮作栽培受到限制, 从全国烟叶生产范围看,
相当比例的烤烟进行重茬栽培。生产实践中发现 ,
随着烤烟重茬年限的增加, 烤烟叶片烟碱含量呈现
出逐年降低趋势。烟碱是影响烟叶质量的重要因
素 [1−3], 其含量的降低也会对工业可用性产生一定
影响 [4], 因此研究重茬栽培下烤烟烟碱积累和分配
规律具有非常重要的意义。黑龙江省地处高寒地区,
作物一年一熟, 轮作机会较少, 重茬栽培非常普遍。
目前关于烤烟重茬栽培的报道较少, 并且主要集中
于烤烟重茬栽培对土壤养分、土壤性质[5−7]、烟叶产
量和烟草质量的影响 [8−9], 但是关于黑钙土上重茬
烤烟烟碱积累和分配的研究尚鲜见报道。为此, 本
试验以黑钙土重茬 3 年和重茬 5 年栽培的烤烟为试
验材料, 以新茬烤烟为对照, 研究在自然肥力和常
规施肥条件下烤烟烟碱积累和分配的基本规律, 明
确重茬栽培对不同部位烟叶烟碱含量的影响, 为不
同重茬年份烤烟栽培制定不同的施肥措施, 为稳定
烟叶烟碱含量和提高质量提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试烤烟品种为“龙江 911”。试验于 2009年 5~9
月间在黑龙江省大庆市肇州县永胜乡烟草栽培示范
田中进行。在示范田内选择新茬和重茬 3 年、重茬
5 年的烤烟田块作为试验田, 3 个试验田之间相距
500 m, 供试土壤养分含量见表 1。
1.2 试验设计
供试材料于 4 月 10 日温室内托盘育苗, 5 月 6
日移栽, 移栽后生长期共 17周。

表 1 试验田基础肥力情况
Table 1 Basic soil fertility in the experimental fields with different continuous cropping years of tobacco
重茬年份
Cropping years
(a)
土壤深度
Soil depth
(cm)
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
碱解氮
Available nitrogen
(mg·kg−1)
速效磷
Available phosphorus
(mg·kg−1)
速效钾
Available potassium
(mg·kg−1)
pH
0 0~30 31.48 124.30 11.50 161.60 7.80
3 0~30 31.13 124.22 71.88 160.00 7.43
5 0~30 28.68 120.88 52.82 221.62 7.51

试验设 6 个处理 : 自然肥力下新茬栽培烤烟
(ZR0), 自然肥力下重茬 3年烤烟(ZR3), 自然肥力下
5年重茬烤烟(ZR5), 常规施肥下新茬烤烟(CG0), 常
规施肥下重茬 3年烤烟(CG3), 常规施肥下重茬 5年
烤烟(CG5)。自然肥力为当地土壤内不施入任何肥料;
常规施肥处理为 N︰P2O5︰K2O=1︰1︰2, 所用肥
料为复合肥和硝酸钾按试验要求比例混合施用, 其中
氮用量为 52.5 kg·hm−2。施肥方法为单株施基肥, 一次
性施入, 生长期间不施任何追肥。小区试验设 3 次重
复, 随机区组排列。小区面积为 15 m×5 m, 5行区, 株
行距 0.5 m×1.1 m, 每重复 48株, 18 180株·hm−2。
1.3 测定内容与方法
生长季节未成熟叶片处理方式: 分别于移栽后
的第 3周、5周、7周、9周、11周、13周、15周、
17 周的每周三取样, 每重复取样 3 株。第 3 和 5 周
采整株叶片, 7~17 周按烟株上、中、下 3 个部位烟
叶(每个部位根据叶片数均取 6~7 片叶)分别采收,
取样后洗净擦干, 置于烘箱中 105 ℃ 杀青, 然后在
70 ℃下烘干备用。11 周打顶, 全株共留 21 片叶。
烟碱测定采用紫外分光光度法[10]。
成熟烟叶 : 成熟叶片采收后 , 于烤房中烘烤 ,
回潮后, 将样品送至哈尔滨卷烟厂技术中心进行化
学成分测定。
1.4 数据处理
方差分析采用 DPS 7.05版软件, 表格制作使用
Excel 2003软件。
2 结果与分析
2.1 不同重茬年限对烤烟总烟碱积累的影响
由图 1 可知, 烤烟烟碱积累量随时间推移逐渐
增加, 于 17 周达到最高值, 6 个处理(ZR0、ZR3、
ZR5、CG0、CG3、CG5)烟碱的积累量分别达 87.56
kg·hm−2、 64.79 kg·hm−2、 38.35 kg·hm−2、 128.31
kg·hm−2、90.09 kg·hm−2、53.71 kg·hm−2, 且表现为新
茬烤烟(ZR0 和 CG0)烟碱积累量大于重茬 3 年(ZR3
和 CG3), 重茬 3 年大于重茬 5 年(ZR5 和 CG5)。重
茬 3年和重茬 5年烤烟在 3~11周的烟碱积累量较低,
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并且烟碱积累差异不大, 11~17周为烟碱快速积累期;
新茬(ZR0 和 CG0)烤烟 3~9 周为缓慢积累期, 9~17
周为快速积累期, 早于重茬 3 年和重茬 5 年 2 周。
常规施肥可以提高烟碱的合成和积累, 但不能改变
由于烤烟连作造成的烟碱积累量降低的现象。



图 1 自然肥力(ZR)和常规施肥(CG)下不同重茬
年限(0 年、3 年和 5 年)烤烟烟碱积累量
Fig. 1 Nicotine accumulation of tobacco continuously
cropped for 0, 3 and 5 years under natural fertility (ZR)
and routine fertilization (CG) conditions

2.2 不同重茬年限对烤烟不同器官中烟碱分配的
影响
表 2表明, 整个生育期, 新茬(ZR0和 CG0)和重
茬 3 年(ZR3 和 CG3)烤烟各器官烟碱分配比例表现
为叶>根>茎; 重茬 5年在 3~11周与重茬 3年结果相
似, 13~17周表现为叶>茎>根。自然肥力下, 17周收
获时 , 重茬 3 年 (ZR3)根、茎和叶的分配比例为
8.51%、7.76%和 83.73%, 重茬 5 年(ZR5)分配比例
为 5.24%、8.40%和 86.37%。两者相比可知, 重茬 5
年烟碱在茎叶中的分配比例高于重茬 3 年, 但根系
的分配比例低于重茬 3 年; 同时, 新茬(ZR0)根茎内
烤烟分配比例最大, 叶片内分配比例最低。常规施肥
下, 重茬 3 年(CG3)烤烟根茎叶烟碱分配比例分别为
6.88%、6.31%和 86.81%, 重茬 5 年(CG5)分别为
6.60%、7.30%和 86.10%。常规施肥处理与自然肥力处
理相比, 重茬 3 年烤烟烟碱在根、茎内的分配比例降
低, 烟叶中烟碱分配比例升高; 重茬 5 年烤烟表现为
根系烟碱分配比例增加, 茎叶中烟碱分配比例略有降
低; 但是重茬 3 年和重茬 5 年烤烟根茎内烟碱分配比
例均低于新茬处理。从数据上看, 施肥后, 重茬 3年和
重茬 5年烤烟在根系和叶片中烟碱分配比例极为接近,
表明施肥可以促进重茬 3 年烤烟烟碱向叶片中分配,
促进重茬 5年烤烟烟碱向根系中分配。
2.3 不同重茬年限下烤烟叶片烟碱含量变化
由表 3 可知, 不同部位烤烟叶片的烟碱含量因
重茬年限的不同而变化。下部叶片重茬 3 年和重茬
5年的烟碱含量高于新茬烤烟, 同时重茬 3年的烟碱
含量高于重茬 5 年。中部叶自然肥力下重茬 3 年烟
碱含量高于新茬和重茬 5 年, 并且重茬 5 年烟叶的
烟碱含量低于新茬; 常规施肥下, 重茬 3年和重茬 5
年中部烟叶烟碱含量均高于新茬。上部叶变化规律
表现为随着重茬年数的增加烟碱含量逐渐降低, 不
因肥力状况而发生变化。试验结果表明, 烤烟经重
茬栽培后, 中、上部烟叶烟碱含量变化较明显, 特别
是重茬 5 年的烤烟成熟烟叶片烟碱含量表现出降低
趋势。同时, 重茬 3 年和 5 年茬处理在施肥后可以
增加烟叶内烟碱含量, 有利于烟叶品质的提高。

表 2 不同肥力水平下不同重茬年限烤烟烟碱在不同器官的分配情况
Table 2 Distribution of nicotine in different organs of tobacco continuously cropped for different years under
natural fertility and routine fertilization conditions
根烟碱
Nicotine in root
茎烟碱
Nicotine in stem
叶烟碱
Nicotine in leaf
施肥方式
Fertilization mode
重茬年限
Years of
continuous
cropping (a)
移栽后时间
Time after
transplanting
(week)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
0 3 0.07abAB 16.25 — — 0.37bB 83.75
3 3 0.04cC 14.32 — — 0.25dD 85.68
自然肥力
Natural fertility
5 3 0.02dD 10.66 — — 0.15eE 89.34
0 3 0.08aA 15.37 — — 0.44aA 84.63
3 3 0.06bB 16.84 — — 0.30cC 83.16
常规施肥
Routine fertilization
5 3 0.02dD 10.14 — — 0.17eE 89.86
0 5 0.35bA 28.01 — — 0.91bB 71.99
3 5 0.10dC 12.74 — — 0.69cC 87.26
自然肥力
Natural fertility
5 5 0.04eD 10.00 — — 0.38eE 90.00
0 5 0.40aA 28.93 — — 0.99aA 71.07
3 5 0.23cB 25.19 — — 0.70cC 74.81
常规施肥
Routine fertilization
5 5 0.07deCD 13.00 — — 0.46dD 87.00
0 7 1.02aA 12.55 0.64aA 7.78 6.50aA 79.67
3 7 0.38bB 14.89 0.29bB 11.54 1.85bB 73.56
自然肥力
Natural fertility
5 7 0.33bB 15.07 0.16bB 7.63 1.67bB 77.30
第 4期 张吉立等: 重茬烤烟的烟碱积累和分配规律研究 763


(续表 2)

根烟碱
Nicotine in root
茎烟碱
Nicotine in stem
叶烟碱
Nicotine in leaf
施肥方式
Fertilization mode
重茬年限
Years of
continuous
cropping (a)
移栽后时间
Time after
transplanting
(week)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
积累量
Accumulation
(kg·hm−2)
占全株比例
Percentage of
the whole plant
(%)
0 7 1.16aA 12.87 0.62aA 6.83 7.23aA 80.29
3 7 0.38bB 13.41 0.31bB 11.03 2.13bB 75.56
常规施肥
Routine fertilization
5 7 0.35bB 14.18 0.20bB 8.26 1.91bB 77.56
0 9 2.12aAB 15.87 1.14abA 8.50 10.13bB 75.64
3 9 0.88bC 21.69 0.63bcAB 15.49 2.56cC 62.82
自然肥力
Natural fertility
5 9 0.33bC 14.16 0.23cB 10.16 1.74cC 75.68
0 9 2.71aA 12.03 1.25aA 5.57 18.54aA 82.40
3 9 1.04bBC 23.56 0.73abcAB 16.69 2.63cC 59.75
常规施肥
Routine fertilization
5 9 0.50bC 15.55 0.35cB 11.01 2.34cC 73.44
0 11 5.84bB 10.57 5.27bA 9.54 44.13aA 79.88
3 11 1.47cC 15.13 1.61cdBC 16.67 6.61bB 68.20
自然肥力
Natural fertility
5 11 1.00cC 12.91 0.79eC 10.22 5.97bB 76.87
0 11 8.07aA 12.87 6.15aA 9.80 48.52aA 77.33
3 11 1.79cC 16.43 2.17cB 19.94 6.93bB 63.63
常规施肥
Routine fertilization
5 11 1.01cC 12.00 0.86deC 10.17 6.56bB 77.83
0 13 8.65aA 10.20 4.95abAB 5.84 71.19bA 83.96
3 13 4.29bcC 11.58 4.36bBC 11.77 28.36cdBC 76.65
自然肥力
Natural fertility
5 13 1.92cC 8.45 2.36cD 10.39 18.45dC 81.16
0 13 7.80aAB 8.23 6.01aA 6.19 83.22aA 85.59
3 13 4.68bBC 10.46 4.93abAB 11.02 35.11cB 78.52
常规施肥
Routine fertilization
5 13 2.20bcC 6.49 3.04cCD 8.95 28.70cdBC 84.56
0 15 10.26bB 12.87 6.87aAB 8.62 62.59cC 78.52
3 15 5.17dC 9.53 4.76bBC 8.77 44.31dD 81.69
自然肥力
Natural fertility
5 15 2.01fE 5.95 3.17bC 9.34 28.72eE 84.71
0 15 14.86aA 12.79 7.48aA 6.44 93.89aA 80.78
3 15 5.89cC 7.11 4.90bABC 5.92 71.99bB 86.97
常规施肥
Routine fertilization
5 15 3.06eD 5.95 3.79bC 7.37 44.56dD 86.68
0 17 13.05aA 14.91 10.50aA 11.99 64.01cC 73.11
3 17 5.51bcB 8.51 5.03bcBC 7.76 54.25dCD 83.73
自然肥力
Natural fertility
5 17 2.01dC 5.24 3.22dC 8.40 33.12eE 86.37
0 17 14.72aA 11.47 10.08aA 7.86 103.51aA 80.67
3 17 6.20bB 6.88 5.68bB 6.31 78.21bB 86.81
常规施肥
Routine fertilization
5 17 3.55cdBC 6.60 3.92cdBC 7.30 46.24dD 86.10

表 3 不同肥力水平下不同重茬年限烤烟不同部位叶片的烟碱含量变化
Table 3 Nicotine contents in leaves at different positions of tobacco plants continuously cropped for different years under natural
fertility and routine fertilization conditions
施肥方式
Fertilization mode
叶片部位
Position of leaf
重茬年限
Years of continuous cropping (a)
烟碱含量
Nicotine content (g·kg−1)
0 13.51
3 18.26
自然肥力
Natural fertility
5 16.15
0 14.33
3 20.11
常规施肥
Routine fertilization
下部叶
Lower leaves
5 19.13
0 19.72
3 21.58
自然肥力
Natural fertility
5 14.38
0 18.92
3 27.60
常规施肥
Routine fertilization
中部叶
Middle leaf
5 19.16
0 27.16
3 18.62
自然肥力
Natural fertility
5 16.29
0 28.36
3 22.22
常规施肥
Routine fertilization
上部叶
Upper leaves
5 19.25
764 中国生态农业学报 2011 第 19卷


3 讨论与结论
烤烟重茬栽培存在一定障碍, 对不同重茬年限
烤烟干物质积累的研究表明, 重茬年限越长, 干物
质积累量越低[11]。晋艳等[9]研究认为烤烟重茬栽培
后, 产量、品质以及高等级烟比例均会下降; 虽然赵
凯等 [8]认为重茬栽培对烤烟产量影响较小, 但是重
茬烤烟烟叶品质降低得到了共识。烤烟重茬障碍主
要表现在烤烟根系分泌物的自毒作用、土壤化学性
状恶化、土壤微生物区系改变和土壤酶活性下降等
因素[12]。尽管黑钙土有机质供氮能力较高[13], 但是随
重茬年限的增加, 烤烟烟碱积累量会发生明显变化。
本试验烟碱积累情况表明, 移栽后 3~11 周, 烟
碱积累呈现缓慢增加趋势, 11~17周为烟碱的快速积
累期, 无论是重茬 3 年还是重茬 5 年烤烟表现规律
相同。重茬 3 年和重茬 5 年的烤烟烟碱快速积累期
比新茬烤烟晚 2 周, 这与王鹏等[13]和李文卿等[14−15]
的研究结果相似, 表明重茬烤烟中烟碱的主要积累
时期仍处于生长后期。移栽后 17周根、茎、叶中烟
碱积累量均表现为重茬 5年显著低于重茬 3年烤烟;
同时, 重茬 3 年和 5 年烤烟中烟碱积累量显著低于
新茬。由土壤肥力分析结果可知, 新茬和重茬 3年、
重茬 5 年烤烟地块肥力存在差异, 所以土壤肥力差
异和重茬栽培都可能是烟碱积累量出现显著差异的
原因, 详细原因还有待于进一步研究。从烟碱在不
同烤烟器官中的分配来看, 新茬烤烟根茎内分配比
例均高于重茬 3 年和重茬 5 年的烤烟, 叶片分配比
例却低于重茬 3 年和重茬 5 年; 重茬 5 年烤烟中烟
碱在叶片内的分配量最高, 而根系内最低; 重茬 3
年则表现为茎内烟碱分配量最低, 常规施肥后仍不
能改变这种分配规律, 从一个侧面反映出重茬 5 年
后根系的生长受到了一定抑制。
烘烤后烟叶烟碱工业测定结果与烟叶的质量高
低直接相关, 从卷烟厂的化验结果来看, 下部叶重
茬 3年烤烟烟碱含量最高, 重茬 5年次之, 新茬最低,
这可能与新茬烤烟烟碱在叶片中的分配比例低于重
茬 3 年和重茬 5 年有关。中部叶在两种肥力条件下
重茬 3 年烟碱含量最高, 自然肥力下重茬 5 年最低,
常规施肥下新茬最低。上部叶烟碱含量随着重
茬年限的增加而降低, 表明重茬栽培对上部烟叶烟
碱含量影响较明显。由于本地卷烟厂收购烟叶过程
中将烟碱含量超过 20.00 g·kg−1作为高等级烟叶的一
项判断标准。所以, 试验结果中仅有重茬 3 年的中
部叶(自然肥力和施肥处理), 施肥处理的上部叶和
下部叶达到高等级标准; 新茬的上部叶(自然肥力和
施肥处理)烟碱含量超过 20.00 g·kg−1; 但是重茬 5年烤
烟所有部位烟叶中烟碱含量均未达到 20.00 g·kg−1。综
合分析认为, 烤烟重茬栽培 5 年后, 烟碱积累受到了
一定影响, 烤烟烟叶质量降低, 不宜继续重茬栽培。
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