上部烟叶对烤烟产量和质量有着重大贡献^[1]，在低焦油卷烟叶组配方中能发挥重要作用^[2]。南方烟区烤烟大田后期常遇高温干旱，致使根系早衰和烟叶假熟，严重影响上部烟叶质量。烟垄是烤烟生长发育的基础，不同垄作和覆盖方式影响耕层土壤水分^[3-5]、温度等环境条件^[5-6]，直接影响烤烟根系形成^[3]，进而影响烤烟发育和烟叶产量、质量^[7-8]。目前烤烟以单行垄栽为主，这种垄在烤烟后期的高温干旱季节保水能力差，导致单位土地面积的经济效益不高及烟叶质量不稳定等^[9-10]。传统的垄体全覆膜栽培，在南方烟区的推广受到冲击，面积在逐渐减少，存在以下问题：如果不揭膜雨水不易下渗而易流失，在烤烟后期会加剧干旱和高温胁迫^[11-12]；如果揭膜，不仅存在揭膜费工问题，而且由于根系集中分布层较浅致烤烟后期易早衰^[11-12]。如何针对南方烟区烤烟生长后期高温干旱天气，探寻一种减缓烤烟早衰和高温逼熟的种植方式就显得极为重要。许卫猛等^[7]、王树林等^[8]研究了双行凹形垄栽培对烤烟生长及产质量的影响；李永涛等^[11]、徐国伟等^[12]研究了地膜覆盖、秸秆覆盖对耕层土壤和烤烟生长及产量的影响；周忠文等^[13]研究了烤烟垄间膜侧抗旱栽培效应；管赛赛等^[4]研究了不同起垄及地膜覆盖方式保水效果及对烤烟经济性状的影响；上述对起垄、覆盖方式在烤烟生产上的应用开展研究，虽取得稳产和增质效果，但较少涉及南方烟区烤烟大田后期耕层水热环境和烤烟根系生长及上部烟叶质量等方面的研究，其技术在南方烟区的应用存在一定局限性。为解决南方烟区烤烟大田后期早衰和高温逼熟问题，本研究将双行凹形垄与垄间侧膜覆盖^[13](地膜半覆盖)栽培技术结合成新种植方式，研究其对烤烟大田后期耕层土壤水热状况和烤烟生长发育以及上部烟叶经济性状、烟叶质量的影响，为提高南方烟区上部烟叶在工业上的可用性提供科技支撑。

1 材料与方法 1.1 试验地点与材料

试验于2016年在浏阳市醇口镇烟草科技园进行。土壤pH为5.1，有机质25.2 g/kg，碱解氮127.4 mg/kg，有效磷27.4 mg/kg，速效钾100.8 mg/kg。种植烤烟品种为‘云烟87’。烤烟打顶后留叶数18 ~ 19片。中部烟叶采收完毕后，留6片上部烟叶。

1.2 试验设计

试验设3个处理：T1，凹形双垄不覆膜(凹垄槽的深度为8 ~ 12 cm)；T2，凹形双垄侧覆膜(在凹槽全生育期盖膜，膜宽100 cm，并在凹槽谷底的地膜上纵向每隔50 ~ 60 cm开设直径为1 cm的透水孔)；CK，单垄种植不覆膜。每处理3次重复，随机区组设计，小区面积120 m²。3月25日移栽烤烟，密度为120 cm × 55 cm；施氮量控制在142.5 kg/hm²，N:P:K=1:1:2.8。6月5日烤烟打顶。其他烤烟栽培技术按照《长沙市优质烤烟生产技术规范》进行^[14]。

1.3 主要测定指标及方法

1) 耕层土壤水热环境测定：每个小区选取3个监测点，用便携式土壤水分温度仪(TZS-Ⅱ型速测仪)测定垄脊中间土层10、20、30 cm深度的土壤含水率和温度。为比较不同起垄和覆膜方式的水热效应，分别选择下雨后连续天晴2 d(D1，6月26日)、下雨后连续天晴12 d(D2，7月8日)的上午12时测定，并以变化率(变化率= (D1-D2)/D1×100)的大小来比较不同处理的水热效应。

2) 烤烟根系测定：于7月8日，采用根钻法挖掘取样^[15-16]。每个处理选择长势一致烟株5棵，分别沿同一方向的垄脊、垄侧面(凹形双垄分外侧面、内侧面)，用直径5 cm螺旋取土钻在离烟株主茎10 cm处钻取20 cm的土层，用水冲洗，收集根系备用。采用LA-90多参数根系分析系统(加拿大Legentsys-Sintek)，分析根长、平均直径、根体积等形态学参数^[17-18]。采用TTC法测定烟草根系活力^[19]。

3) 叶片面积和SPAD值测定：于7月8日，每个小区选择10株烤烟，测定从上至下第1 ~ 6片烟叶的叶长与宽，计算叶面积=叶长×叶宽×0.634 5。与此同时，用SPAD-502便携式叶绿素仪测量叶片的相对叶绿素含量。每片烟叶在主脉两侧对称选择6个点测量，以SPAD的平均值表示。

4) 光合特性指标测定：于7月8日，每个小区选择5株烤烟，采用LI-6400便携式光合作用测定系统，测量从上至下数第5片烟叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)。在晴天的9:00—11:00进行测定，LED红/蓝光源(6400-02B)。

5) 烟叶经济性状考查：上部第1 ~ 6片烟叶一次性采收后单独烘烤，分级后考查上等烟比例、均价、产量、产值等经济性状^[20]。

6) 烟叶物理特性评价：按照《烤烟》(GB 2635—1992)标准选取上部烟叶具有代表性的B2F等级，主要测定开片度、含梗率、叶片厚度、单叶重、平衡含水率、叶质重等6个物理特性指标^[20]。参照相关研究^[21-22]，采用烟叶物理特性指数(physical properties index，PPI)对整个烟叶物理性状进行综合量化评价，其值越大，物理性状越好。物理特性指数计算公式为：$\text{PPI}=\sum\limits_{j=1}^{6}{{{Q}_{ij}}\times {{W}_{ij}}}$(式中：Q_ij和W_ij表示第i个样本、第j个指标的标准化值和权重)。Q_ij计算采用效果测度模型^[22]；W_ij采用主成分分析方法确定^[22]，开片度、含梗率、叶片厚度、单叶重、平衡含水率、叶质重等物理特性评价指标的权重分别为：16.42%、21.80%、19.06%、10.55%、12.84%、19.33%。

7) 烟叶化学成分评价：采用荷兰SKALAR San++间隔流动分析仪测定B2F等级烟叶总糖、还原糖、烟碱、总氮、氯含量，火焰光度法测定烟叶钾含量。参照相关研究^[23-25]，采用化学成分可用性指数(chemical components usability index，CCUI)，对整个烟叶化学成分综合量化评价，其值越大，化学成分综合表现越好。化学成分可用性指数计算公式为：$\text{CCUI}=\sum\limits_{j=1}^{6}{{{N}_{ij}}\times {{W}_{ij}}}$(式中：N_ij和W_ij分别表示第i个样本、第j个指标的标准化值和权重)。N_ij计算采用隶属函数进行转换^[23]；W_ij 采用主成分分析方法确定^[24]，总糖、还原糖、烟碱、总氮、钾、氯的权重分别为：14.44%、15.87%、27.76%、24.55%、10.45%、6.93%。

1.4 统计分析方法

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0进行数据处理和统计分析。表内数据为平均值±标准差。采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析 2.1 烤烟大田后期耕层土壤水分变化

由表 1可知，连续晴2 d，凹形双垄不覆膜(T1)、凹形双垄侧覆膜(T2)的土壤水分较单垄不覆膜(CK)分别高0.57% ~ 2.22%、1.31% ~ 2.68%；其中，在10、20 cm土层的T1、T2土壤水分显著高于CK，在30 cm土层的T1、T2、CK之间的土壤水分差异不显著。连续晴12 d后，T1、T2土壤水分显著高于CK，分别高2.22% ~ 4.22%、4.87% ~ 6.28%；T2土壤水分显著高于T1 (1.95% ~ 2.65%)；这种差异随土层加深而减小。连续晴2 d与连续晴12 d相比，T1、T2、CK的土壤含水量分别下降了9.13% ~ 14.55%、3.64% ~ 8.83%、14.03% ~ 30.34%。可见，凹形双垄栽培具有减少土壤水分蒸发的作用，特别是在连续干旱状态下凹形双垄侧覆膜栽培保水效果最好。

2.2 烤烟大田后期耕层土壤温度变化

由表 2可知，连续晴2 d，T1、T2、CK的土壤温度差异不显著。连续晴12 d后，T1、T2土壤温度较CK分别低1.19 ~ 2.20 ℃、3.30 ~ 4.94 ℃；但只有T2与CK之间的土壤温度差异显著；T2土壤温度较T1低1.41 ~ 3.25 ℃。连续晴2 d与连续晴12 d的相比，T1、CK的土壤温度分别升高了1.94% ~ 4.64%、9.29% ~ 16.78%，但T2的土壤温度下降了3.86% ~ 5.80%。可见，凹形双垄栽培的垄体温度较单垄栽培变化小，具有减缓土壤温度变化的作用；特别是凹形双垄侧覆膜栽培具有降低土壤温度、减少高温危害的作用。

2.3 烤烟大田后期根系形态和活力差异

由表 3可知，从垄脊根系看，T2的根总长度、根平均直径、根总体积显著高于T1、CK，而T1、CK差异不显著。从垄外侧根系看，T1、T2、CK的根总长度差异不显著；T1和T2的根平均直径显著高于CK；T2的根总体积显著高于T1和CK。从凹形双垄内侧根系看，T1和T2的根总长度、根平均直径、根总体积差异不显著，但远大于CK外侧根系形态指标。从3个不同取样位置的合计根系数值看，T1的根总长度、根平均直径、根总体积显著高于CK，分别高11.67%、15.87%、31.53%；T2的根总长度、根平均直径、根总体积显著高于CK，分别高37.62%、34.92%、69.18%；T2的根总长度、根平均直径、根总体积显著高于T1，分别高23.24%、16.44%、28.62%。可见，凹形双垄栽培可促进烤烟根系生长，以凹形双垄侧覆膜栽培促进根系生长效果最好。

由图 1可知，从垄脊根系活力看，T1、T2的根系活力显著高于CK，但T1、T2的根系活力差异不显著；T1、T2的根系活力较CK高9.75%、8.26%。从垄侧根系活力看，3个处理的根系活力差异显著；T1、T2的根系活力较CK高7.39%、10.85%，T2的根系活力较T1高3.28%。可见，凹形双垄栽培可提高烤烟根系活力，以凹形双垄侧覆膜栽培提高根系活力效果最好。

2.4 上部不同叶位的叶片面积差异

由图 2可知，上部1 ~ 6叶的面积都是T2>T1>CK；但从第1叶看，T2的烟叶面积显著高于T1、CK；从第2 ~ 6叶看，T1、T2、CK的烟叶面积差异显著。T1和T2的叶面积较CK平均高出9.99%、20.61%；T2的叶面积较T1平均高出9.72%。可见，凹形双垄栽培可促进上部烟叶生长，以凹形双垄侧覆膜栽培促进上部烟叶生长的效果最好。

2.5 上部不同叶位的烟叶SPAD值差异

烟叶的SPAD值反映了烟叶的叶绿素含量高低，可作为评价烟叶耐熟性的指标。由图 3可知，上部1 ~ 6叶的SPAD值都是T2>T1>CK；但从第1 ~ 5叶看，T2、T1的烟叶SPAD值显著高于CK；从第6叶看，T1、T2、CK的烟叶SPAD值差异显著。T1和T2的SPAD值较CK平均高出6.62%、10.04%；T2的SPAD值较T1平均高出3.21%。可见，凹形双垄栽培的上部烟叶叶绿素下降较慢，烟叶耐熟性好，有利延长上部烟叶采收时间，以凹形双垄侧覆膜栽培效果最好。

2.6 上部烟叶的叶片光合生理特性差异

由表 4可知，光合作用速率、胞间CO₂浓度均为T2>T1>CK，且T2的烟叶光合作用速率、胞间CO₂浓度显著高于T1、CK。气孔导度、蒸腾速率为T1>CK>T2，且T1、CK的烟叶气孔导度、蒸腾速率显著高于T2。可见，凹形双垄侧覆膜栽培的上部烟叶光合能力强，抗旱性好，为提高烟叶耐熟性打下了基础。

2.7 不同处理上部烟叶经济性状比较

由表 5的上部烟叶经济性状可知，上等烟比例、均价、产量、产值都是T2>T1>CK；但只有上等烟比例和产值T1、T2处理与CK间差异达显著水平(P<0.05)。其中，T1、T2上等烟比例较CK分别高5.81%、8.07%，产值较CK分别高5.35%、7.20%。可见，凹形双垄栽培可提高上部烟叶的上等烟比例和产值，以凹形双垄侧覆膜栽培的效果最好。

2.8 不同处理上部烟叶物理性状比较

由表 6的上部烟叶物理性状可知，开片度是T2显著大于T1、CK；单叶重、叶片厚度是T1和T2显著大于CK；叶质重是T1和T2显著小于CK；含梗率和平衡含水率是T1、T2和CK之间差异不显著。从物理特性指数看，T2>T1>CK，且T1和T2的物理特性指数显著大于CK，分别高4.85%、5.90%。可见，凹形双垄栽培上部烟叶发育好，有利于提高上部烟叶物理特性指数。

2.9 不同处理上部烟叶化学成分比较

依据烟叶化学成分总糖(20% ~ 25%)、还原糖(18% ~ 24%)、烟碱(1.5% ~ 3.0%)、总氮(1.5% ~ 2.5%)、氯(0.4% ~ 0.8%)、钾(＞2.0%)的适宜值指标^[23]，由表 7可知，3个处理的上部烟叶的总糖、还原糖、总氮、氯、钾均在适宜范围内；T2的烟碱含量在适宜范围内，T1和CK的烟碱含量略偏高。T1和T2的烟叶钾含量较CK分别高13.63%、18.18%，且差异达显著水平。从化学成分可用性指数看，T2>T1>CK，且3个处理的化学成分可用性指数差异显著，其中，T1、T2化学成分可用性指数较CK分别高10.77%、25.39%。可见，凹形双垄栽培可提高烟叶钾含量和烟叶化学成分可用性指数，以凹形双垄侧覆膜栽培效果最好。

3 讨论

凹形双垄侧覆膜栽培在烤烟大田后期具有保蓄垄体土壤水分、降低垄体土壤温度的作用。地膜覆盖栽培能保蓄土壤水分，增加土壤温度，促进烤烟早生快发^[11-12]。但传统地膜覆盖栽培的揭膜农事操作较费工^[13]，如果采用全生育期覆膜栽培，凹形双垄的覆膜面积较大，在雨水多的大田前、中期影响土壤通气和蒸发，易造成一定程度的土壤墒情偏大，在雨水较少的大田后期会阻碍降雨进入垄体^[13]，造成根系容易早衰。由于凹形双垄侧覆膜栽培在双垄中间的凹形处覆盖了地膜，覆盖地膜的一半垄体保蓄了土壤水分，而另一半没有覆盖地膜的垄体能有效地接纳雨水，提高土壤水分，这与周忠文等^[13]研究结果是一致的。在南方烟区上部烟叶成熟期的7月份，正是高温干旱季节，地膜全覆盖增加土壤温度，会加剧高温的危害；不覆盖地膜，会导致垄体水分含量低，白天土壤升温快，也会加剧高温干旱的危害。本研究采用凹形双垄侧覆膜栽培，其对烤烟大田前期、中期的土壤水热状况影响与周忠文等^[13]研究结果是一致的，但在烤烟大田后期不仅能保蓄垄体水分，还由于垄体水分提高使土壤温度变化小，在连续干旱天气条件下降低土壤温度，可减缓高温干旱对烤烟危害，提高上部烟叶质量。

凹形双垄侧覆膜栽培可防止烤烟早衰，提高烟叶耐熟性。凹形双垄栽培对大田前期和中期烤烟生长发育的影响已有相关报道^[7-8]。本研究聚焦在烤烟大田后期的成熟期，研究结果表明，凹形双垄侧覆膜栽培改善了烤烟大田后期的耕层水热环境，促进了烤烟后期根系生长，提高了烤烟后期根系活力，从而可提高烤烟的抗早衰能力。良好的根系在上部烟叶成熟时能够吸收充足的养分和水分，减缓烟叶的叶绿素降解，提高了烟叶光合能力，有利于烤烟上部烟叶充分发育，从而提高了烟叶耐熟性，有利于上部烟叶充分养熟。

凹形双垄侧覆膜栽培可提高烟叶产值和烟叶质量。研究结果表明，单垄不覆膜栽培在大田后期易发生早衰，导致其上部烟叶发育差，不仅单叶重低，而且叶片假熟致使叶片身份薄。凹形双垄侧覆膜栽培的上部烟叶发育好，不仅提高了上部烟叶的上等烟比例、产量和产值，其烟叶结构疏松，化学成分协调，烟叶物理特性指数和化学成分可用性指数显著提高。特别是凹形双垄侧覆膜栽培的保水效果可促进根系吸收钾，上部烟叶的钾含量显著提高。

烟叶物理特性、化学成分属于多指标评价。从单指标看，并不是要求越大越好，也不是要求越小越好。传统研究方法较多地采用单个指标逐一对烟叶物理特性、化学成分进行分析评价^{[7, 9-11]}，但不同评价指标的表现往往不一致，对不同栽培措施效果进行比较研究时，较难做出综合判断。本研究对烟叶物理特性指标采用效果测度模型，对烟叶化学成分采用隶属函数模型进行归一化处理，并采用加权指数和法计算烟叶物理特性指数、化学成分可用性指数，依据指数大小对不同栽培措施的效应进行判断，使复杂多指标问题简化，计算和判断较为方便、直观。其方法具有一定借鉴作用。

4 结论

凹形双垄侧覆膜栽培具有减少土壤水分蒸发、减缓土壤温度变化的作用。凹形双垄栽培可促进烤烟后期根系生长，提高根系活力；凹形双垄侧覆膜栽培与单垄栽培相比，根总长度、根平均直径、根总体积可分别提高37.62%、34.92%、69.18%，根系活力可提高10.85%；与凹形双垄不覆膜栽培相比，根总长度、根平均直径、根总体积可分别提高23.24%、16.44%、28.62%，根系活力可提高3.28%。凹形双垄侧覆膜栽培与凹形双垄不覆膜、单垄栽培相比，可分别增加上部烟叶面积9.72%、20.61%，SPAD值可分别提高3.21%、10.04%，改善光合生理特性，从而提高烟叶光合能力、延迟上部烟叶衰老、提高上部烟叶耐熟性。凹形双垄侧覆膜栽培与单垄栽培相比，上等烟比例可提高8.07%，产值可提高7.20%。凹形双垄侧覆膜栽培可提高上部烟叶开片度，增加上部烟叶重量，提高上部烟叶疏松度，提高上部烟叶钾含量；与单垄栽培相比，物理特性指数可提高5.90%，化学成分可用性指数可提高25.39%。