摘要
烤烟大田生长后期（下二棚烟叶采烤结束）套种青贮玉米，是云南烟区近年来积极推广的种植模式。从上部烟叶产量和品质角度研究套种青贮玉米对烤烟生产和烟叶品质的影响。结果表明，与烤烟单作相比，烤烟下二棚烟叶采烤结束后套作青贮玉米，对上部烟叶的农艺性状没有显著影响；上部叶烟碱、氯离子含量分别降低了 9.34%、21.88%，烟叶氮碱比和钾氯比分别提高了 25%、28.73%；对烟叶质体色素无显著影响；烤烟采烤结束时期根际土壤有机质、有效磷含量有所提高，显著降低了土壤碱解氮、速效钾、氯离子含量。表明烤烟套种青贮玉米有利于提高烟叶化学品质，对烟叶的产量和产值没有显著影响。同时，能够显著地降低烤烟后期土壤中碱解氮含量，有利于上部叶的落黄、成熟和品质改善。
Abstract
Interplanting silage corn during the late field growth stage of flue-cured tobacco（after the harvesting and curing of the lower second canopy tobacco leaves）is a planting pattern that has been actively promoted in the tobacco-growing areas of Yunnan province in recent years．The impact of interplanting silage corn on flue-cured tobacco production and tobacco leaf quality was studied from the perspective of the yield and quality of upper tobacco leaves．The results showed that，compared with single cropping of flue-cured tobacco，interplanting silage corn after the harvesting and curing of the lower second canopy tobacco leaves of flue-cured tobacco had no significant impact on the agronomic traits of the upper tobacco leaves；the nicotine and chloride ion contents of the upper tobacco leaves were reduced by 9.34% and 21.88%，respectively，and the nitrogen-nicotine ratio and potassium-chloride ratio of the tobacco leaves were increased by 25% and 28.73%，respectively；there was no significant impact on the plastid pigments of the tobacco leaves；at the end of the harvesting and curing period of flue-cured tobacco，the contents of organic matter and available phosphorus in the rhizosphere soil were increased，and the contents of alkali-hydrolyzable nitrogen，available potassium and chloride ions in the soil were significantly reduced．It indicated that interplanting silage corn with flue-cured tobacco was conducive to improving the chemical quality of tobacco leaves，and had no significant impact on the yield and output value of tobacco leaves．At the same time，it could significantly reduce the content of alkali-hydrolyzable nitrogen in the soil in the late stage of flue-cured tobacco growth，which was conducive to the yellowing，ripening and quality improvement of the upper tobacco leaves.
烟草作为农业科研领域的重要模式植物和经济作物，结合大田实际生产过程，烤烟套种烟后作物的间套作种植模式合理有效促进了作物产量和农民增收。烤烟套种青贮玉米，是云南烟区目前积极推广的种植模式，在不影响烤烟生产的基础上，套种青贮玉米增加了农产品产量和农民收入来源。青贮玉米作为优质饲料，市场需求大，为烟农带来额外的经济收益，同时可以实现烤烟与青贮玉米高效复合种植，有效改善青贮饲料供需不平衡以及烤烟生长后期肥料过剩等问题[1]。近年来研究表明，烤烟套种玉米可以有效利用土壤中的氮等养分，消耗烤烟生长后期残余肥料，促进烤烟中部叶和上部叶成熟[2-3]。烤烟后期套种红薯显著提高了烟叶糖碱比，降低烟叶烟碱含量，提高香气物质总量，有利于烟叶品质的提升[4]。烤烟套作绿肥使烟叶化学成分更趋合理，比例更加协调，提高了烟叶品质[5]。有研究表明烟草-菘蓝间作显著提高了土壤有机质、速效钾和有效磷含量，提高了土壤蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶活性[6]。马俊美等[7]和 Ma 等[8] 通过间作的方式，研究了烤烟与玉米的互作效应发现，烤烟与玉米间作增加了两种作物的生物量，促进了土壤氮、磷、钾养分的可利用性及烟株的吸收；烤烟与玉米间作影响了根际土壤酶活性，提高了土壤养分含量，进而促进了烟株生长。
我国主要的经济作物和粮食作物，即烤烟与玉米的间、套作一直以来都存在争议，但随着粮食安全问题的聚焦，烟草生产不断积极推进烤烟套种烟后作物的粮烟协同发展，如烟后抢茬套种玉米已在我国部分核心烟区试行，有效促进了粮食生产和安全。本研究以‘红花大金元’特色烤烟品种为试验烤烟品种，大田烤烟单作和烤烟下二棚烟叶采烤结束套种青贮玉米，种植周期到青贮玉米成熟期，初步探究烤烟下二棚烟叶采烤结束套种青贮玉米对烤烟生长以及产量、品质的影响，并从土壤养分方面初步探讨其影响机制，为粮烟协同种植及土壤保育提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料与试验地点
参试烤烟品种为当地主栽品种‘红花大金元’； 青贮玉米品种为‘会单 4 号’。
当地烤烟于 2023 年 4 月 20 日移栽，本试验于 2023 年 7 月 25 日开始在云南省宜良县竹山小羊寨植烟区（东经 108.149°，北纬 24.3036°）进行。该地区年均降水量为 546.3～870 mm，年平均气温为 16.9～22.7℃，年无霜期为 265 d 左右，年平均日照为 2177.3 h 左右。试验地海拔高度为 1402 m，土壤类型为红壤，青贮玉米点播时土壤农化性质为 pH 7.21、碱解氮含量 104.5 mg/kg、速效钾含量 250 mg/kg、有效磷含量 142.1 mg/kg、有机质含量 30.7 g/kg、氯离子含量 8.19 mg/kg。
1.2 试验设计与实施
试验设置两个处理：烤烟单作（未套种青贮玉米，记为 T1）；烤烟下二棚烟叶采烤结束后套种青贮玉米（共生期为 35 d，记为 T2），每个处理设置 3 个小区重复。烟株行距 1.2 m，株距 0.5 m，种植密度为 16666 株 /hm2。
烤烟生长期施肥：烤烟移栽时塘施腐熟农家肥 6000～6500 kg/hm2、复混肥（N-P2O5-K2O=10-10-25）300～350 kg/hm2 和普钙 30～40 kg/hm2，烤烟团棵期时浇施硫酸钾 200～250 kg/hm2，田间生产管理按照当地栽培措施正常进行。
作物共生期：烤烟下二棚烟叶（从根基部往上数第 1～6 片叶）采烤结束时，顺烟墒两侧点播玉米，相邻两株烟之间均匀点播 2 穴，每穴 1～2 粒，播种深度 2～5 cm，密度 60000～66000 株 /hm2。烤烟单作和烤烟下二棚烟叶采烤结束套种青贮玉米处理面积均为 666.6 m2，烤烟与青贮玉米共生期间，不施用任何肥料和农药，及时人工除草，按照烤烟需水规律进行滴灌。
青贮玉米生长期施肥：烤烟上部叶采收结束时，在玉米植株一侧 5～7 cm 处打孔穴施纯氮 105～135 kg/hm2；在玉米抽雄吐丝期，同样方法穴施纯氮 105～135 kg/hm2。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 烟株根际土壤农化性状测定及烟株农艺性状测量
烤烟上部叶采烤结束时，五点取样法随机采集烤烟单作（T1）、烤烟下二棚烟叶采烤结束套作青贮玉米（T2）种植模式下的烤烟根际土壤，采用抖根法收集根际黏附的土壤，去除杂质后阴凉处自然风干过 0.425 mm 筛，测定土壤碱解氮、有效磷及速效钾等养分含量。土壤 pH 采用水浸提法测定，有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定。土壤碱解氮含量采用碱解扩散法测定，有效磷含量采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度法测定，其具体方法参考《土壤农化分析》[9]，土壤氯离子含量采用硝酸银滴定法测定[10]。
烤烟上部叶采烤前参照《烟草农艺性状调查测量方法》（YC/T142—2010）[11]测量农艺性状。
1.3.2 烤烟上部初烤叶品质和香气前体物质测定
分别获取两个处理组上部橘黄等级初烤烟叶 1 kg，参考 YC/T159—2002、YC/T468—2013、 YC/T161—2002、YC/T173—2003 和 YC/T162—2011 的方法，测定烟叶（上部叶）总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾和氯含量。
在烤烟上部叶（从上往下第 1～6 片烟叶）成熟期，采用五点取样法分别选取各处理组长势一致的新鲜烤烟上部叶片 20 g 置于冷冻管，并在液氮中速冻 30 min 以上，液氮带回实验室储存于-80℃ 超低温冰箱测定淀粉、生物碱、氨基酸、黄酮、总酚、可溶性糖等香气前体物质含量。淀粉采用酸水解法测定，生物碱采用酸性染料比色法测定，氨基酸采用茚三酮显色法测定，总黄酮采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠显色法测定，总酚采用福林酚法，可溶性糖采用蒽酮比色法。质体色素（叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总量和类胡萝卜素）采用乙醇提取法检测。
1.3.3 烤烟和玉米产量测定
烤烟上部烟叶成熟时，按国家标准《烤烟》 （GB 2635—1992）进行烟叶分级，统计处理组烟叶 （上部叶）产量和总产量。在青贮玉米的蜡熟期，随机选取 3 个小区，每个小区 20 m2，全株刈割称重，计算整株产量和每公顷产量。
1.4 数据分析
利用 DPS 9.01 进行数据整理、方差分析和差异显著性分析，利用 Origin 2022 进行绘图。
2 结果与分析
2.1 烤烟套种青贮玉米对上部烟叶采烤期农艺性状的影响
烤烟单作与下二棚烟叶采烤结束套种青贮玉米的烟株上部叶的农艺性状（叶长、叶宽、鲜重、干重、含水率）无显著差异（表1）。表明烤烟下二棚烟叶采烤结束时套种青贮玉米对烤烟上部叶农艺性状及生长没有显著影响。
表1烤烟套种青贮玉米对烤烟上部叶农艺性状的影响
注：T1 和 T2 两处理同一指标差异显著性分析采用独立样本 T 检验（n=3），无 * 表示两处理间无显著差异，下图、表同。
2.2 烤烟套种青贮玉米对初烤上部烟叶化学成分的影响
烤烟单作上部叶氯离子含量显著高于套作玉米种植烤烟，其他化学成分含量无显著差异；套作青贮玉米时烤烟上部叶氮碱比、钾氯比均显著高于单作烤烟（表2）。表明烤烟套作青贮玉米一定程度上降低了烟碱含量，提高了烟叶钾氯比和氮碱比，上部烟叶品质协调性改善，提升了烤烟上部叶的品质。
表2烤烟套种玉米对初烤上部烟叶化学成分的影响
注：* 表示两处理间差异具有显著性（* 表示 0.01 ≤ P<0.05，** 表示 0.001 ≤ P<0.01），图1、表4 同。
2.3 烤烟套种青贮玉米对上部新鲜烟叶香气前体物质和质体色素含量的影响
烤烟套作青贮玉米与烤烟单作的上部烟叶的部分香气前体物质含量存在显著差异，质体色素没有显著差异（图1）。
与套作青贮玉米相比，单作烤烟上部叶淀粉含量显著降低了 36.85%，生物碱含量显著提升了 161.27%，可溶性糖含量显著降低了 5.22%。表明烤烟套作青贮玉米种植会对烤烟上部叶部分香气前体物质含量造成影响，对质体色素没有显著影响。
图1烤烟套种青贮玉米对烤烟上部烟叶香气前体物质和质体色素含量的影响
2.4 烤烟套种青贮玉米对初烤烟叶和青贮玉米产量的影响
在烤烟和青贮玉米共生期结束后，烤烟上部叶产量为 631 kg/hm2，烤烟单作上部叶产量为 632 kg/hm2，与单作相比，采烤期套作青贮玉米种植的烤烟上部叶产量没有显著性差异，表明烤烟采烤期套作青贮玉米对烤烟的产量和产值没有显著影响 （表3）。另外青贮玉米的产量为 37909 kg/hm2，产值为 18954 元 /hm2，显著增加了经济效益，提高了土地利用率。
表3烤烟套种青贮玉米对烤烟上部叶和青贮玉米产量、产值的影响
2.5 烤烟套种青贮玉米对烟株根际土壤农化性质的影响
套种青贮玉米的烟株根际土壤中碱解氮、速效钾、氯离子含量显著低于烤烟单作根际土壤（表4）。表明烤烟套作青贮玉米显著降低了土壤碱解氮、速效钾、氯离子含量，一定程度上增加了土壤中有效磷、有机质的含量，有利于活化土壤中磷养分，尤其是降低了土壤中的氯离子含量。
表4烤烟套种青贮玉米对烟株根际土壤农化性质的影响
2.6 根际土壤农化性质与烟叶香气前体物质、化学成分模型分析
偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析（CK → T1）表明了土壤农化性质、上部烟叶香气前体物质和化学成分之间的直接或间接关系（图2）。该模型解释了 89.45% 烟叶香气前体物质和 99% 烟叶化学成分。表明土壤 pH 对土壤中氮、磷、钾含量有显著的正向影响，对烟叶香气前体物质和化学成分有正向影响，对土壤有机质含量有负向影响。土壤有机质对烟叶香气前体物质有正向影响，对烟叶化学成分有负向影响；土壤氮、磷、钾对烟叶香气前体物质和化学成分有正向影响；烟叶香气前体物质含量对初烤烟叶化学成分有负向影响。
图2土壤农化性质和烟叶香气前体物质、 化学成分的偏最小二乘路径建模
注：实线和虚线箭头分别表示通路效应的显著程度，红色箭头代表正相关，蓝色箭头代表负相关。箭头上方的数字表示路径系数。采用拟合优度（GOF=0.6906）对模型进行评价。R2 值表示每个变量被解释方差的比例。
3 讨论
烤烟采烤期套种青贮玉米的种植模式会使不同作物根系相互作用，引起土壤养分资源争夺，对植株养分吸收有重要影响[12]。研究结果表明，与烤烟单作相比，烤烟下二棚烟叶采烤结束时套作青贮玉米显著降低了土壤中碱解氮含量，一方面可能是随着青贮玉米植株的生长增加了土壤中氮素的争夺，显著降低了烤烟后期根际土壤中氮素含量，影响了烟株对土壤养分的吸收利用，进而影响烟叶中总氮、烟碱等化学成分，一定程度上改善了烤烟上部叶的品质，更趋于优质烟叶标准[13]。付学鹏等[14]的研究表明，套作通过促进土壤养分转化，加速植物对土壤氮等养分的吸收利用。陶怡帆[15] 研究表明，烤烟采烤期适当的氮争夺有利于烟叶成熟落黄，充分利用土壤养分。另一方面，可能是由于土壤中固氮微生物活动导致的土壤中氮素变化，有研究表明种植体系对固氮微生物群落的多样性和复杂性有显著影响[16]。烤烟采烤期套作玉米一定程度上增加了土壤有效磷含量，可能是由于根系分泌物和微生物的改变，影响了土壤酶活性[17-19]，从而增加了土壤可利用磷的供应，有利于土壤改良。另外，与烤烟单作相比，套作模式下作物共生期结束时烤烟根际土壤以及烟叶中氯含量均显著降低，原因是随着青贮玉米的生长发育，植株对氯的需求量增加[20]，引起烤烟根际土壤和烟叶中氯含量降低，从而显著提高了初烤烟叶钾氯比，改善了烤烟上部叶的整体协调性，提高了上部烟叶的品质和可用性[21]。本研究中，PLS-PM 分析也表明，土壤氮磷钾对烤烟上部叶香气前体物质、化学成分均有正向影响。套作烤烟上部叶香气前体物质生物碱含量显著提升，而烤烟上部叶化学成分中总氮含量上升，烟碱含量有所下降，可能受到烘烤工艺影响，PLS-PM 分析也表明烤烟上部叶香气前体物质对烟叶化学成分有负向影响。
烟叶香气前体物质和质体色素是决定烟叶香气质量的重要条件，烟叶中香气物质的主要来源是质体色素、西柏烷类、苯丙氨酸类、美拉德反应产物等[22-23]。研究表明[24]，当烟叶中的类胡萝卜素降解产物种类增多、含量显著增加时，香味品质提高；叶绿素降解产物中的新植二烯能继续降解转化为香气成分，提高烟叶的吃味和香气。本研究结果表明单作和套作种植模式下的烟叶叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总量、类胡萝卜素等质体色素含量均无显著差异，烤烟采烤期套种青贮玉米对烟叶光合作用和品质影响较小。而套作比单作烤烟上部叶香气前体物质中淀粉含量显著降低，有利于改善烟叶的品质。邓云龙等[25]研究表明，随着淀粉含量的降低，烟叶烟气刺激性减弱，余味变舒适，表明烤烟采烤期套作青贮玉米种植有利提升烟叶的口感和吃味。
本试验是大田第一年试验，且只选用了云南宜良一个地点，对烟后青贮玉米生长发育及青贮玉米成熟期土壤的影响没有进行研究分析。今后还应在云南不同烟区开展多点试验研究，研究烤烟和烟后作物成熟期整个生长周期不同种植模式对作物生长和土壤养分的影响，深入分析烤烟下二棚烟叶采烤结束时套种青贮玉米对作物及土壤的影响。
4 结论
研究结果表明，与烤烟单作相比，烤烟下二棚烟叶采烤结束套作青贮玉米降低了土壤中碱解氮、速效钾、氯离子的含量，提高了有机质、有效磷的含量，有利于土壤中氮、磷、钾养分含量的改善；一定程度上改善烤烟上部叶品质；对上部烟叶的产量和产值没有显著影响，增加了烟后玉米的产量和产值，增加了烟农收益，提高了土地利用率。该研究对烤烟下二棚烟叶采烤结束套种青贮玉米种植模式的应用推广及烤烟上部叶品质和可用性提升、土壤养分协调提供了一定的指导意义和技术支撑。