連作條件下植煙土壤保育與修復(fù)

王 瑞，鄧建強(qiáng)，譚 軍（湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）

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連作條件下植煙土壤保育與修復(fù)

王 瑞，鄧建強(qiáng)，譚 軍
（湖北省煙草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）

摘 要：針對(duì)山地?zé)焻^(qū)連作問(wèn)題持續(xù)存在的現(xiàn)狀，對(duì)典型煙區(qū)和煙農(nóng)進(jìn)行了廣泛深入調(diào)查分析，圍繞連作條件下土壤酸堿度調(diào)控，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)改善，有益微生物群落恢復(fù)等方面開(kāi)展了大量研究工作，形成了冬耕凍土、綠肥還田、施用有機(jī)肥、硝酸鉀部分替代硫酸鉀、施用陪嫁土和生石灰等土壤保育與修復(fù)的相關(guān)技術(shù)措施。通過(guò)大面積推廣與應(yīng)用，取得了良好成效，可為開(kāi)展土壤生態(tài)保護(hù)工作提供有益參考。

關(guān)鍵詞：煙葉；連作；土壤保育；土壤修復(fù)

恩施州地處鄂西南山區(qū)，是湖北省最大的煙葉產(chǎn)區(qū)，煙葉種植歷史悠久，規(guī)模一直保持在2.7萬(wàn)hm2、5.0萬(wàn)t以上。從上世紀(jì)90年代以來(lái)，長(zhǎng)期連作和大量使用化學(xué)肥料等原因?qū)е轮矡熗寥啦粩嗤嘶瑥亩鹆松a(chǎn)力下降、病害加重、煙葉質(zhì)量下降等嚴(yán)重問(wèn)題。大量的研究表明，合理輪作與休耕養(yǎng)息是解決土壤退化的重要途徑之一［1-2］。然而，山地?zé)焻^(qū)由于受耕地資源、交通條件、種植成本以及土地所有制度等諸多原因，進(jìn)行輪作和土地休耕還存在諸多現(xiàn)實(shí)難度，多數(shù)煙農(nóng)仍然保持連作的種植習(xí)慣，直到土壤徹底退化而放棄煙葉種植?！盁熢椒N越高，越種越分散”已成為煙區(qū)不可回避的事實(shí)，煙葉種植的生態(tài)適宜區(qū)逐漸萎縮，向不適宜區(qū)域轉(zhuǎn)移。土壤健康問(wèn)題已嚴(yán)重制約了恩施州煙草產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

與此同時(shí)，一些煙區(qū)和部分煙農(nóng)雖然連作多年，但土壤理化、生物學(xué)性狀等保持良好，植煙土壤依然保持基本健康，這就啟示了我們：采取適宜生態(tài)保護(hù)措施，能否可以保持連作煙田的土壤健康。從2010年開(kāi)始，恩施州煙草公司對(duì)典型煙區(qū)和煙農(nóng)進(jìn)行了廣泛深入調(diào)查分析，在連作條件下圍繞土壤酸堿度調(diào)控，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)改善，有益微生物群落恢復(fù)等方面開(kāi)展了大量研究工作，并根據(jù)“健康土壤重保育、退化土壤重修復(fù)”的工作思路和“分類(lèi)保育，分步推進(jìn)”實(shí)施步驟，大力開(kāi)展了植煙土壤保育工作，取得了較好的成效。本文以湖北恩施州為例，將主要研究結(jié)論與一些成功做法予以歸納總結(jié)，集成了植煙土壤保育與修復(fù)的相關(guān)技術(shù)措施，以期為其他煙區(qū)以及其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展土壤生態(tài)保護(hù)工作提供有益參考。

1 連作條件下植煙土壤退化特征

1.1 土壤酸化

土壤酸化是我國(guó)大農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的難題，主要誘因是單一化學(xué)肥料投入過(guò)量，尤其是氮肥的過(guò)量施用［3］。同時(shí)，長(zhǎng)年連作導(dǎo)致養(yǎng)分利用率降低，為了保持增收高產(chǎn)，往往大量投入氮肥，直接加快了土壤酸化進(jìn)程。鄧陽(yáng)春等［4］對(duì)灰?guī)r黃壤和第四紀(jì)黃壤研究表明，長(zhǎng)期連作煙田pH值呈緩慢降低趨勢(shì)，其中灰?guī)r黃壤顯著降低，年均降幅為0.07，土壤表層酸化較為明顯［5］。在對(duì)恩施州植煙土壤 pH值變化調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全州年均pH值降幅約為0.05，高于全國(guó)大農(nóng)業(yè)平均水平 0.02［3］，部分區(qū)域性酸化程度相當(dāng)嚴(yán)重，說(shuō)明連作條件下煙田土壤酸化趨勢(shì)明顯，這與上述研究結(jié)論一致。

1.2 土壤微生物生存環(huán)境惡化

在長(zhǎng)期連作與土壤環(huán)境變化的條件下，土壤微生物種群結(jié)構(gòu)與數(shù)量發(fā)生了較大的變化，根際細(xì)菌和放線(xiàn)菌減少，土壤從細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)化，根際微生物數(shù)量和種類(lèi)的大幅度變化會(huì)影響植株的正常生長(zhǎng)［6-9］。王茂勝等［10］研究表明，長(zhǎng)期連作可顯著提高煙田青枯病病原菌數(shù)量，提高煙田感染青枯病風(fēng)險(xiǎn)。從恩施州煙田的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重度連作區(qū)域青枯病發(fā)生率較其他區(qū)域提高了約40%～50%。

1.3 土壤養(yǎng)分供應(yīng)失衡

由于煙株對(duì)養(yǎng)分的選擇性吸收，長(zhǎng)期連作會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，加之煙草的自毒效應(yīng)，往往提高施肥量也很難保障煙草的正常生長(zhǎng)。鄧陽(yáng)春等［4］研究結(jié)果表明連作可持續(xù)降低煙株養(yǎng)分吸收量，土壤有效養(yǎng)分含量卻不同程度地增加，有效磷增幅最大，有效鉀次之，有效氮最低，土壤養(yǎng)分利用率降低。潘文杰等［11］認(rèn)為，連作使土壤全氮、堿解氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮明顯增加，硝化細(xì)菌、銨化細(xì)菌數(shù)量以及土壤硝化強(qiáng)度顯著降低，直接影響到土壤中的氮轉(zhuǎn)化。同時(shí)有學(xué)者提出土壤有效養(yǎng)分比例結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，引起土壤養(yǎng)分失調(diào)［12-13］。在對(duì)恩施州植煙土壤養(yǎng)分變化普查中發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量年均降幅為0.4g/kg，速效磷和速效鉀增幅為2.1mg/kg 和3.25mg/kg，土壤有機(jī)質(zhì)大量消耗，磷和鉀利用率下降導(dǎo)致大量殘留，直接影響到土壤供肥平衡體系。

1.4 病害嚴(yán)重發(fā)生

土壤連作區(qū)域是煙葉病蟲(chóng)害發(fā)生的重災(zāi)區(qū)，究其原因可歸納為以下幾點(diǎn)：第一，土壤連作導(dǎo)致土壤生態(tài)功能退化，土體內(nèi)部環(huán)境調(diào)控失衡，病蟲(chóng)害發(fā)生概率大為提升；第二，煙株生長(zhǎng)受到抑制，尤其是根部發(fā)育受限，提高了病害感染率，特別是土傳病害極易侵染受體；第三，土壤長(zhǎng)年連作打破了土壤酶催化體系，降低了對(duì)有害物質(zhì)的降解能力［2］，促使毒性物質(zhì)大量積累，抑制煙株生長(zhǎng)，降低煙株自我防病能力。一般隨著土壤退化，病蟲(chóng)危害現(xiàn)象逐步加重。

2 連作條件下植煙土壤保育與修復(fù)主要技術(shù)措施

2.1 冬耕凍土

在立冬前后，對(duì)煙田進(jìn)行深翻，翻耕深度達(dá)到25cm以上。經(jīng)過(guò)冬天的光、風(fēng)、雨、雪共同作用，土壤中害蟲(chóng)、蟲(chóng)卵及病菌孢子凍死或曬死，從而減輕和抑制來(lái)年煙草病蟲(chóng)害的危害；同時(shí)，土壤結(jié)構(gòu)得以改善，土壤的通透性和蓄水保肥能力增強(qiáng)。

2.2 有機(jī)肥施用

減少化學(xué)肥料、增施有機(jī)肥是現(xiàn)階段我國(guó)開(kāi)展土壤生態(tài)保護(hù)最直接、易推廣的一項(xiàng)技術(shù)措施。有機(jī)肥包括生物有機(jī)肥、發(fā)酵餅肥、農(nóng)家肥等種類(lèi)，各地可根據(jù)生態(tài)條件、土壤條件等選擇適宜品種。就恩施煙區(qū)而言，土壤偏黏、后期供氮能力較強(qiáng)，推廣秸稈類(lèi)有機(jī)肥對(duì)提高土壤C/N、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、促進(jìn)煙株早生快發(fā)以及降低后期供氮較為有利。

煙草秸稈含有大量的有機(jī)質(zhì)，其特有的纖維和半纖維結(jié)構(gòu)非常有利于改善土壤理化和生物學(xué)性狀，是進(jìn)行生物有機(jī)肥加工的良好原料。從 2007年開(kāi)始，恩施州煙草公司通過(guò)開(kāi)展煙草秸稈成分及養(yǎng)分釋放規(guī)律分析、發(fā)酵及功能菌篩選、病源菌消解、生產(chǎn)工藝等方面開(kāi)展研究，成功利用煙草秸稈廢棄物研制出生物有機(jī)肥。煙草秸稈生物有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量≥45%，總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）≥5.0%，pH為7.5左右，有效活菌數(shù)≥0.20億/g，推薦用量為1500kg/hm2，做基肥一次性條施，同時(shí)減少15%左右的化學(xué)肥料。

從表 1可以看出，在連作條件下連續(xù) 4年（2010—2013）施用煙草秸稈生物有機(jī)肥較單施化學(xué)肥料而言，顯著提高土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量和陽(yáng)離子交換量，顯著降低土壤青枯菌數(shù)量。土壤容重表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，總孔隙度表現(xiàn)出升高趨勢(shì)，從而改善土壤的通透性，優(yōu)化土壤水肥氣熱調(diào)節(jié)能力。土壤中磷酸酶活性表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，土壤酶體系有所活化。

表1 施用煙草秸稈生物有機(jī)肥對(duì)連作植煙土壤部分理化、生物性狀指標(biāo)的影響Table 1 Effect of tobacco stalk organic fertilizers on some physical and chemical and biological indexes of continuous planting tobacco soil

2.3 硝酸鉀部分替代硫酸鉀

傳統(tǒng)的硫酸鉀作為主要鉀肥種類(lèi)，是一種生理酸性肥料，長(zhǎng)期大量使用會(huì)導(dǎo)致土壤酸化。利用硝酸鉀替代部分硫酸鉀，減少酸性肥料使用量。比例一般為硝酸鉀占2/3，硫酸鉀占1/3。從圖1可以看出，在連作條件下連續(xù)3年（2012—2014）采用硝酸鉀部分替代硫酸鉀處理較單施硫酸鉀而言，植煙土壤交換性總酸量降低了25%左右，土壤pH值提高約0.2，延緩了土壤酸化程度。

2.4 施用“陪嫁土”

在煙苗移栽或“井窖”封口時(shí)施用“陪嫁土”，有效改善煙株根系環(huán)境，促進(jìn)了煙苗早生快發(fā)?！芭慵尥痢卑?5 000～22 500kg/hm2的用量配制，在移栽前30 d完成。配制方法為：過(guò)5 mm篩網(wǎng)的土壤中加入10%草木灰、10%農(nóng)家肥（或生物有機(jī)肥）和 5‰煙草專(zhuān)用復(fù)合肥以及適量水分，混合均勻，覆蓋薄膜后充分堆積發(fā)酵腐熟。從表2可以看出，施用“陪嫁土”可以提高煙株根際土壤對(duì)酸堿的緩沖能力，有效改善土壤酸堿環(huán)境。

2.5 綠肥還田

圖1 施用硝酸鉀對(duì)連作植煙土壤交換性酸和pH的影響Fig.1 Effect of potassium nitrate on exchange acidity and pH of continuous planting tobacco soil

表2 陪嫁土對(duì)煙株根際土壤酸堿調(diào)控的影響Table 2 Effect of nutrition soil on regulation of pH of tobacco rhizosphere soil

綠肥還田主要針對(duì)亞健康土壤、貧瘠土壤、明顯退化區(qū)域采取的修復(fù)措施。要根據(jù)不同海拔確定不同綠肥品種、播種量、播種時(shí)期和翻壓時(shí)期。在1200 m以下區(qū)域一般種植紫花苕子或箭舌豌豆，播種量為30～37.5kg/hm2；1200 m以上區(qū)域一般種植油菜（15～22.5kg/hm2）或小麥（37.5～45kg/hm2）等耐寒品種。在800 m以下區(qū)域，在8月下旬土壤翻耕后播撒，在 12月中下旬結(jié)合冬耕伐土整體翻壓綠肥。800～1200 m區(qū)域，在9月中下旬土壤翻耕后播撒，第2年3月中旬進(jìn)行整體綠肥翻壓；在1200 m以上區(qū)域，在9月下旬至10月上旬，完全清除地膜和煙草秸稈后，沿壟溝垡土后或松動(dòng)煙壟后進(jìn)行條播，第2年4月，將綠肥壓到壟體內(nèi)，深度距壟面20cm以上。

通過(guò)連續(xù)5年（2009—2013）定位研究表明（表3），持續(xù)進(jìn)行綠肥還田后，土壤容重表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，土壤物理結(jié)構(gòu)得到改善；土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量和速效磷含量顯著提高；土壤青枯病原菌顯著減少，微生物總量表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，微生態(tài)環(huán)境得到改善。

表3 綠肥還田對(duì)連作植煙土壤部分理化、生物學(xué)性狀指標(biāo)的影響Table 3 Effect of green manure technology on some physical and chemical and biological indexes ofcontinuous planting tobacco soil

2.6 施用生石灰

該技術(shù)主要針對(duì)重度酸化區(qū)域?qū)嵤?，即治理前土壤pH值小于5.0的區(qū)域。根據(jù)土壤酸堿度狀況，移栽前45 d均勻撒施。施用量按照恩施州經(jīng)驗(yàn)算法進(jìn)行估算，即石灰用量（kg/hm2）=（6-土壤pH）×1500，該公式來(lái)源于“湖北省煙田酸化機(jī)理及修復(fù)治理關(guān)鍵性技術(shù)研究與應(yīng)用”技術(shù)報(bào)告，石灰用量最大限定值為3000kg/hm2。同時(shí)，土壤pH＜4.5的田塊建議施用石灰后隔1年再種植煙葉。連續(xù)施用時(shí)間不超過(guò)3年，且土壤pH大于5.5時(shí)，停止施用，因?yàn)殚L(zhǎng)期和過(guò)量施用石灰會(huì)造成土壤板結(jié)。

通過(guò)連續(xù)3年（2012—2014）在pH小于5.0的重度酸化植煙土壤上開(kāi)展的定位研究表明，通過(guò)連續(xù)3年施用石灰，土壤pH值可升高0.7左右，交換性總酸下降約30%（圖2），起到了快速提高土壤酸堿度和土壤消毒的作用，達(dá)到了酸化治理目標(biāo)。

3 恩施州植煙土壤保育與修復(fù)技術(shù)應(yīng)用情況

目前，已在恩施州8個(gè)縣市的10個(gè)基地單元和“清江源”科技園區(qū)建立了3160 hm2的土壤保育示范區(qū)和5900 hm2的土壤保育輻射區(qū)；在恩施城郊基地青堡村和陽(yáng)雀壩村、宣恩曉關(guān)基地單元古路槽村、宣恩椒園基地單元涼風(fēng)村、咸豐丁寨苦棗坪村建立5個(gè)退化土壤治理核心示范區(qū)。完成全州9個(gè)監(jiān)控點(diǎn)和500個(gè)示范點(diǎn)酸化治理以及平衡施肥提供了數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)整理、分析近年來(lái)3000余份土壤檢測(cè)數(shù)據(jù)、煙葉生長(zhǎng)發(fā)育狀況、病害狀況等，初步區(qū)劃全州植煙土壤環(huán)境質(zhì)量等級(jí)。

圖2 施用生石灰對(duì)土壤交換性酸和pH的影響Fig.2 Effect of lime on exchange acidity and pH of continuous planting tobacco soil

在總結(jié)過(guò)去幾年植煙土壤保育與修復(fù)技術(shù)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，恩施州制定了8項(xiàng)土壤保育技術(shù)和4項(xiàng)土壤修復(fù)技術(shù)措施，形成恩施植煙土壤保育與修復(fù)技術(shù)規(guī)程。全州植煙土壤實(shí)現(xiàn)了3個(gè)100%的土壤保育技術(shù)，即 100%推廣煙草秸稈生物有機(jī)肥、100%推廣陪嫁土施用技術(shù)、100%推廣硝酸鉀部分替代硫酸鉀技術(shù)。每年度施用沼液（沼渣）、農(nóng)家肥面積達(dá)到6667 hm2；推廣綠肥還田技術(shù)達(dá)到6667 hm2。從2010以來(lái)用生石灰改良酸性土壤累計(jì)達(dá)到6667 hm2。2015年施用1000 t生物質(zhì)炭治理嚴(yán)重退化土壤67 hm2。

在多種保育與修復(fù)措施聯(lián)合實(shí)施下，恩施州植煙土壤pH逐步恢復(fù)到5.5～6.5范圍內(nèi)， 土壤理化性狀和微生物環(huán)境逐漸改善，較好控制了根莖部病害的發(fā)生，得到了煙農(nóng)的廣泛支持。隨著土壤質(zhì)量的改善，曾經(jīng)的退化煙區(qū)逐步恢復(fù)，“清江源”煙葉質(zhì)量得到穩(wěn)步提升，為“黃鶴樓”、“利群”、“中華”、“芙蓉王”等品牌原料供應(yīng)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4 問(wèn)題與建議

國(guó)內(nèi)外圍繞土壤保育與修復(fù)開(kāi)展了大量的研究與應(yīng)用工作，提出深耕松土，科學(xué)施肥，增施有機(jī)肥，綠肥翻壓，秸稈還田等成熟的技術(shù)措施，近年來(lái)又在生物質(zhì)炭還田、土壤化學(xué)或生物修復(fù)劑開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)展了探索與實(shí)踐［14-19］。恩施州在充分借鑒這些成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，按照“引進(jìn)-吸收-應(yīng)用-再創(chuàng)新”過(guò)程開(kāi)展植煙土壤保育與修復(fù)工作，在實(shí)施過(guò)程中注重以下幾個(gè)方面的結(jié)合：一是注重健康土壤的保育與退化土壤的修復(fù)相結(jié)合。土壤保育是構(gòu)建現(xiàn)有良好的煙區(qū)土壤環(huán)境的基礎(chǔ)，其技術(shù)成熟，重在落實(shí)，貴在堅(jiān)持。退化土壤的修復(fù)過(guò)程長(zhǎng)久，相關(guān)技術(shù)難題需進(jìn)一步破解，其難度較大，但對(duì)優(yōu)質(zhì)煙區(qū)的恢復(fù)意義巨大。二是單項(xiàng)技術(shù)與集成技術(shù)相結(jié)合。單項(xiàng)技術(shù)是集成技術(shù)體系的重要組成部分，集成技術(shù)是單項(xiàng)技術(shù)的總結(jié)與綜合。通過(guò)單項(xiàng)技術(shù)與集成技術(shù)相結(jié)合的理念，有的放矢、分類(lèi)實(shí)施，達(dá)到“1+1＞2”的效果。三是注重點(diǎn)與面相結(jié)合。點(diǎn)是做好面上推廣的重要抓手，面是點(diǎn)上示范效果的有效展示。通過(guò)示范和推廣的并重并舉，可強(qiáng)化技術(shù)的推廣力度，達(dá)到以點(diǎn)帶面，以局部帶動(dòng)整體的目的。四是注重研究與應(yīng)用相結(jié)合。研究的目的和價(jià)值重在實(shí)踐應(yīng)用，在開(kāi)展植煙土壤生態(tài)保護(hù)過(guò)程中要充分借鑒已有研究成果，突出成熟技術(shù)的推廣應(yīng)用。在應(yīng)用治理技術(shù)同時(shí)，要結(jié)合生態(tài)實(shí)際，進(jìn)一步開(kāi)展土壤修復(fù)相關(guān)機(jī)理研究，豐富與完善相關(guān)技術(shù)體系。

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Ecological Protection and Remediation of Tobacco-Growing Soils in Continuous Cropping Regions

WANG Rui， DENG Jianqiang， TAN Jun
（Enshi Tobacco Company of Hubei Province Corporation， Enshi， Hubei 445000， China）

Abstract:According to the current situation of continuous cropping problem in mountainous regions which will remain for a certain period， an in-depth investigation on typical areas and farmers was executed by Enshi tobacco company of Hubei Province.A lot of related research （i.e.： soil pH of regulation， crumb structure improvement， beneficial microbial community restoration） were carried out， and a number of ecological protection and remediation technologies （i.e..： ploughing， green manure technology， organic manure fertilization， potassium nitrate， nutrition soil and lime application） were developed.The integration of the technologies was successfully applied to the recovery and development of Enshi tobacco producing regions， which can provide useful reference for other tobacco growing regions and other agricultural systems.

Keywords:tobacco； continuous cropping； soil protection； soil remediation

中圖分類(lèi)號(hào)：S572.062

文章編號(hào)：1007-5119（2016）02-0083-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.02.015

基金項(xiàng)目：國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局重點(diǎn)項(xiàng)目“‘清江源’生態(tài)富硒煙葉生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（110201202014）

作者簡(jiǎn)介：王 瑞（1975-），男，高級(jí)農(nóng)藝師，博士，主要從事生態(tài)環(huán)境和微生物工程方面研究。E-mail：wangrui2999@126.com

收稿日期：2015-09-11 修回日期：2016-01-20