條狀超深耕對皖南旱坡地土壤性狀及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的綜合效應(yīng)①

潘金華，莊舜堯*，曹志洪，蔡憲杰，程 森（ 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室（中國科學院南京土壤研究所），南京 0008； 上海煙草集團責任有限公司，上海 0008）

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條狀超深耕對皖南旱坡地土壤性狀及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的綜合效應(yīng)①

潘金華1，莊舜堯1*，曹志洪1，蔡憲杰2，程 森2
（1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室（中國科學院南京土壤研究所），南京 210008；2 上海煙草集團責任有限公司，上海 200082）

摘 要：為改善皖南地區(qū)旱坡地煙葉土壤環(huán)境，提升煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量，本研究引入條狀超深耕技術(shù)（DC），探討該技術(shù)對紅壤旱坡地土壤性狀改良、烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量的綜合效應(yīng)。結(jié)果顯示，DC處理較煙農(nóng)常規(guī)種植方法處理（CK）可明顯改善土壤理化性狀，土壤含水量增加8.54%，土壤總孔隙度增加7.46%，土壤體積質(zhì)量降低7.99%，土壤pH上升了0.71個單位（P＜0.05）。從產(chǎn)量看，DC較CK處理上等煙葉增產(chǎn)134.2 kg/hm2；從煙葉化學指標看，DC處理的煙堿含量降低了10.81%，全氮含量降低了27.04%，全鉀和還原糖增加了4.35% 和10.24%，DC處理對提升煙葉品質(zhì)有良好的效果。本研究結(jié)果表明，條狀超深耕技術(shù)對皖南旱坡地烤煙種植有著重要的實踐意義，可為全國旱坡地烤煙種植提供新的有效措施，并對其他類似作物的種植也有借鑒價值。

關(guān)鍵詞：條狀超深耕；土壤理化性質(zhì)；烤煙；產(chǎn)質(zhì)量；內(nèi)在品質(zhì)

深松耕作目前在農(nóng)業(yè)種植上有著比較成熟的應(yīng)用［1-2］，大部分應(yīng)用在小麥和玉米等農(nóng)作物上［3-5， 11］。諸多的研究表明，通過對土壤的深松耕作能夠打破犁底層，從而降低土壤體積質(zhì)量，增加土壤的孔隙度，提高土壤的持水力［6-8］。在旱地分布區(qū)，土壤的蓄水能力對作物的生長起著至關(guān)重要的作用。煙草的生長狀況主要取決于煙根在土壤中汲取營養(yǎng)的多少，而且煙根在土壤中穿透的能力受到土壤體積質(zhì)量的影響很大［9］，當土壤體積質(zhì)量較大時（＞1.5 g/cm3），土體緊實，土壤中的水分和營養(yǎng)成分不能很好地被煙根所吸收，而且緊實的土體也進一步阻止了煙根的根系向下生長的趨勢［10］。土壤體積質(zhì)量小，土體疏松，增加了土壤孔隙度，能夠提高土壤持水性和通氣性，表層的水分和營養(yǎng)成分能夠更好地下滲至根系的各個部位，從而被根系所吸收，根系在疏松的土壤中向下擴展的阻力也更?。?1］，也能達到汲取深層的營養(yǎng)成分及水分。但以往的深松耕作成本較高，耗時長、效率低［12］，阻礙了其應(yīng)用；且深耕的深度大多在30 cm左右［4-5， 11］，效果有限。鑒于此，結(jié)合皖南旱坡地的土壤環(huán)境，立足降低深耕成本，提高深耕效率，我們引入了“條狀超深耕技術(shù)”，即采用條狀開溝式的深耕方式來種植作物，以降低深耕成本，提高深耕深度（＞40 cm），更好地發(fā)揮深耕效果。因此，我們通過田間試驗比較了條狀超深耕技術(shù)（DC）與常規(guī)種植技術(shù)（CK）旱坡地煙草產(chǎn)質(zhì)量以及內(nèi)在化學性質(zhì)的差異，旨在為皖南旱坡地超深耕方式下推廣特色煙草種植提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，本研究對于我國其他煙區(qū)的旱坡地煙葉和其他作物的種植也具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于皖南宣城市宣州區(qū)楊柳鎮(zhèn)雙樂村南沖林場，屬于典型北亞熱帶濕潤性季風氣候區(qū)。在煙草生長季節(jié)，皖南具有充足的溫度和光照資源，3—8月份≥10℃積溫3 760℃，平均溫度21.9℃；日照時數(shù)979.4 h，日照百分率45%。皖南也擁有比較充沛的降雨，3—8月份平均累積降雨量941.4 mm，月均降雨量156.9 mm，降雨高峰位于6月中旬—7月上旬，氣候條件總體上適合于優(yōu)質(zhì)烤煙種植。試驗區(qū)的土壤為第四紀紅黏土發(fā)育的鋁質(zhì)濕潤淋溶土，土壤通透性差且易板結(jié)，屬于板結(jié)、肥力低、土層薄、酸性強且易旱的紅壤旱坡地。2014年試驗地植煙的時間為 3—7月份，試驗期間的 3月與 6月的降水量距多年同期均值要少（圖 1），尤其是6月份低于同期均值約34%；而4月、5月、7月份的降水較往常要多，特別在 7月份高出同期約63%。

1.2 試驗設(shè)計與處理

針對2014年田間旱地煙葉試驗，設(shè)置了對照煙農(nóng)常規(guī)種植方法處理（CK）以及采用條狀超深耕處理（DC）。DC處理采用開溝式深耕機進行深耕處理，深度為50 cm（圖2）。

圖1 2014年試驗地月降水量距平百分率Fig.1 Percentages of distance to mean month rainfalls at study site in 2014

圖2 條狀超深耕處理試驗設(shè)計Fig.2 Schematic diagram of strip ultra-deep tillage in experiment

通常，當?shù)責熮r(nóng)常規(guī)的煙葉生產(chǎn)過程包括：施肥、栽種、管理、采收、烘烤、分級及出售。在整個試驗過程中，我們參與了除銷售外的所有過程。施肥：按皖南煙葉公司規(guī)定的施肥方案，也就是每畝施用煙草專用復合肥750 kg/hm2，再分別加施MgSO4和KNO3225 kg/hm2。兩個處理分別設(shè)計3次重復小區(qū)，小區(qū)規(guī)格為4.8 m×12.5 m，小區(qū)采用隨機排列法。CK處理在條狀施肥后用起壟機在起壟條上旋耕 15 cm混合成壟，壟高10 cm左右，壟寬60 cm，壟間距120 cm，旋耕寬度為20 cm左右（圖2）。DC處理先用深耕機在起壟條上進行深耕（50 cm），再條狀施肥后，與CK處理一樣旋耕混合成壟（圖2）。所有處理均在3月16日完成煙苗移栽，株距45 cm，試驗處理所用的煙草品種均為云煙97。

1.3 樣品采集與測定方法

土壤樣品采集與測定：每個小區(qū)均采用多點取樣法，分別在烤煙移栽前和采摘全部結(jié)束時，采集植株周圍土壤樣品，測定土壤體積質(zhì)量（環(huán)刀法）、含水量（環(huán)刀法）、全氮（重鉻酸鉀-硫酸消化法）、有機質(zhì)（重鉻酸鉀法）、pH（電位測定法，1︰2.5水比）、硝態(tài)氮（紫外分光光度計法）、銨態(tài)氮（靛酚藍比色法）和速效鉀（原子吸收分光光度法），詳細測定方法見文獻［13-14］。

煙葉樣品采集與測定：按照“下部葉適時早采、中部葉成熟采收、上部葉充分成熟采收”的原則，成熟一片采收一片。分小區(qū)單獨采摘、烘烤、統(tǒng)計產(chǎn)量，煙葉分級后按處理分別稱重記錄，計算各級產(chǎn)量。

煙草化學指標的測定：根據(jù)煙草行業(yè)標準測定每個試驗小區(qū)的上部煙葉和中部煙葉的煙堿（紫外分光光度計法）、全氮（過氧化氫-硫酸消化法）、還原糖（鐵氰化鉀比色法）和全鉀（火焰光度計法），具體測定方法詳見文獻［18］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2013 和IBM SPSS Statistics 22.0處理數(shù)據(jù)和進行統(tǒng)計分析，以Microsoft Office Excel 2013繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 條狀超深耕對紅壤旱地土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 條狀超深耕對土壤物理性質(zhì)的影響 CK處理的土壤含水量表現(xiàn)出隨著深度增加先降低后上升的趨勢，而DC處理則表現(xiàn)出隨著深度增加先上升后降低的趨勢（圖3A）；DC處理的土壤含水量均高于對照處理，0 ～ 20、20 ～ 40 和40 ～ 60 cm分別提高了7.41%、14.24% 和 3.96%，尤其是在20 ～ 40 cm的深度區(qū)間持水效果達到顯著差異水平。表明了通過條狀深松能夠達到很好的蓄水保墑的作用，尤其是增加深層土壤的含水量。

圖3 不同處理土壤含水量、土壤體積質(zhì)量和土壤總孔隙度的變化Fig.3 Soil moisture contents， soil bulk densities and soil porosities under different tillage treatments

CK處理的土壤體積質(zhì)量隨深度增加表現(xiàn)先劇烈上升后又回落的趨勢，而DC處理則隨深度增加土壤體積質(zhì)量緩慢上升（圖3B）。DC處理的土壤體積質(zhì)量均低于對照處理，0 ～ 20、20 ～ 40 和40 ～ 60 cm分別降低了0.06、0.23和0.02 g/cm3，尤其是在20 ～ 40 cm的深度區(qū)間下降最顯著。表明了通過條狀深松能夠很好地降低土壤體積質(zhì)量。

隨著深度的增加，DC處理的土壤總孔隙度表現(xiàn)出緩慢下降的趨勢，而CK處理則表現(xiàn)出先降后升的趨勢。DC處理的土壤總孔隙度均高于CK處理，0 ～20、20 ～ 40 和40 ～ 60 cm分別提高了3.80%、18.19% 和0.39%（圖3C），尤其在20 ～ 40 cm的深度區(qū)間總孔隙度增加達到顯著差異水平。表明了通過條狀深松在增加土壤通氣性和土壤孔隙比對照處理有更好的效果。

煙株根系伸長需要消耗大量能量，所以土壤物理性狀就決定了烤煙根部的生長發(fā)育的狀況［15］。一般認為土壤越緊實，土壤水分和空氣就越稀少，根系沒有合適的生長條件，生長速度也就減緩，這樣煙株根系不能深扎入土層而會明顯影響地上部分的生長［4］。上述結(jié)果表明，條狀超深耕處理明顯改善了土壤物理性狀。

2.1.2 條狀超深耕對土壤化學性質(zhì)的影響 不同的耕作處理對土壤養(yǎng)分的影響各有差異，DC處理的土壤pH和有機質(zhì)相對CK處理有明顯的提高，pH提高了0.71個單位（表1）。氮素的營養(yǎng)條件對煙草的生長發(fā)育有顯著的影響，氮素供應(yīng)適當，煙草形成的葉片較大，色澤正常，煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)均不錯；氮素供應(yīng)過多，會導致葉片過大，葉脈變粗，色澤過深，煙葉會貪青晚熟，不利于落黃，從而降低了煙葉的質(zhì)量；而氮素供應(yīng)不足時，煙株過于矮小，煙葉變小，葉綠素降低，蛋白質(zhì)的含量也會降低，導致煙草的產(chǎn)量受損［16］。土壤全氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮以及速效鉀雖有提高，但不顯著（表1）。

表1 不同處理對土壤基本化學性質(zhì)的影響Table 1 Effects of different tillage treatments on soil basic chemical properties

2.2 條狀超深耕對煙草產(chǎn)量和煙葉的質(zhì)量和分級的影響

烤煙干重是烤煙品質(zhì)的重要指標之一，經(jīng)烘烤工藝烘烤后的煙葉干重在一定程度上反映烤煙工業(yè)上的品質(zhì)。在烤煙的采烤期，煙葉共分4次采收。每次烘烤后，均進行分桿測量，然后將每個小區(qū)多次結(jié)果累加，統(tǒng)計3個重復后得到煙葉產(chǎn)量結(jié)果（表2）。由于不同位置的煙葉農(nóng)藝性狀和化學成分本身存在差異，烤干出爐后的品質(zhì)參差不齊，為了便于統(tǒng)一收購及按質(zhì)論價，煙葉分級是由當?shù)丶夹g(shù)工人按銷售時的標準進行分級，將烤煙分為上橘二、上橘三、上橘四、中橘二、中橘三、中橘四、下橘二和下橘三8個級別，其他等級的煙葉量很少，沒有再分。從結(jié)果來看（表 2），兩種處理在分級后的總產(chǎn)量上差異不顯著，條狀深松處理總的產(chǎn)量相比對照沒有顯著增加，但條狀深松處理相較對照處理上等煙葉增加了134.2 kg/hm2，比例上升了5.5%，表明條狀深松有利于提高煙葉的等級和增加優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)量。

表2 不同處理烤煙產(chǎn)量等級及所占比例Table 2 Tobacco yields， grades and percentages of various grades under different tillage treatments

2.3 條狀超深耕對煙葉化學性質(zhì)的影響

煙堿是煙草作物中特有的堿，而煙堿中主要包含的成分是尼古丁。煙堿含量作為評價煙草質(zhì)量的一個重要指標，煙堿含量過高會導致刺激性強且有害健康；而含量過低則不能滿足吸食者的要求［4］。DC處理的上、中部煙葉的煙堿含量均比 CK處理顯著降低，分別下降了18.20%、3.42%（圖4），其中上部煙葉相比對照處理極顯著下降，因此，通過條狀超深耕是有利于降低煙葉中的煙堿含量的，從而達到了很好的效果。

圖4 不同耕作處理對煙葉內(nèi)在化學指標的影響Fig.4 Effects of different tillage treatments on tobacco inner chemical indicators

煙葉總氮含量低會導致吃味平淡，但含量高則會產(chǎn)生濃烈辛辣的刺激煙氣［17］，烤煙的總氮含量范圍為1.5% ～ 3.5%，最適宜的含量在2% 左右［18］。大于3.5%，勁頭太強；小于1%，勁頭不足。由圖4可知，DC處理與CK處理在煙葉全氮含量上差異顯著，DC處理的上、中部煙葉的全氮含量都顯著低于 CK處理，分別降低了 40.90%、13.18%。結(jié)果表明條狀超深耕能夠很好地降低煙葉全氮。

煙葉含鉀量的高低與煙葉的品質(zhì)有著密切的關(guān)系，煙葉的含鉀量影響煙葉的燃燒性能，并與煙葉的香氣、吃味等有關(guān)，我國的煙葉含鉀量普遍低于美國、巴西等世界著名優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)國家，提高煙葉的含鉀量是提高我國煙葉品質(zhì)的關(guān)鍵之一［4］。圖4表明，DC處理的上、中部煙的含鉀量均顯著高于CK處理，分別提高了 7.69% 和 1.00%。表明條狀超深耕可以提升煙葉上、中部位的含鉀量。

煙葉中的還原糖是評價煙草品質(zhì)的重要指標，還原糖含量越高，煙葉的品質(zhì)往往也越好［16］。DC處理的上、中部煙葉均高于CK處理（圖4），分別提高了10.64% 和 9.84%。表明條狀超深耕能夠合理提高還原糖含量。

3 討論與結(jié)論

煙草作為我國當前重要的經(jīng)濟作物之一，對產(chǎn)量和品質(zhì)都有著很高的要求，在保證產(chǎn)量的條件下，提高煙葉品質(zhì)更為重要。針對皖南旱坡地的烤煙生產(chǎn)的限制性因素，本研究著重于改善烤煙生長微域環(huán)境、降低限制因子的影響程度、創(chuàng)造皖南旱坡地煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的深耕起壟技術(shù)。皖南煙區(qū)的植煙旱坡地土壤酸度高、偏黏重、持水性能差、體積質(zhì)量高、孔隙度低，易受到春旱、夏伏旱、秋旱-降水分布不協(xié)調(diào)等自然災(zāi)害的威脅，阻礙煙草根系生長，進而影響煙葉產(chǎn)量與質(zhì)量提高。

很多研究指出通過在旱地深耕的方法來降低土壤體積質(zhì)量，提高土壤持水能力可以有效地緩解農(nóng)作物（小麥、玉米等）在旱季的供水不足［19］，促進農(nóng)作物的生長和產(chǎn)質(zhì)量提高。通過深耕的方法來提高煙草種植的產(chǎn)量以及質(zhì)量，是一種有益的探索。本研究在他人各種深耕的基礎(chǔ)上，結(jié)合皖南旱坡地土壤的實際情況，提出條狀超深耕技術(shù)。條狀超深耕達到 50 cm時，由于深耕機打破了原來的犁底層，深層土壤也變疏松，降低了土壤體積質(zhì)量，增大了土壤孔隙度，提高了降水的入滲率［20］，條狀超深耕處理的體積質(zhì)量相比對照處理平均降低超過了7.99%，土壤含水量平均增加了8.54%。在20 ～ 40 cm的深度效果最大，這主要跟深耕的深度50 cm有關(guān)。煙草根系70% ～ 80%集中在16 ～ 50 cm的耕作層［21］，所以在20 ～ 40 cm的土壤含水量增加和土壤體積質(zhì)量的降低更有利于根系的向下生長。同時由于通過條狀深松后土壤得到疏松，增大了土壤粗糙度，因而更有利于減少降雨徑流［22］，由此增加了旱坡地土壤的水庫容，從而在煙草的生長期內(nèi)將有限的降水量最大限度地蓄積在土壤中，變不均勻的降水為穩(wěn)定的土壤供水［23］。

DC處理增產(chǎn)效果相較 CK處理不顯著，但上等煙葉的比例提高了5.5個百分點；同時對比煙葉的化學品質(zhì)發(fā)現(xiàn)，DC處理相較對照處理降低了煙堿、全氮含量，提高了全鉀和還原糖含量，進一步協(xié)調(diào)煙葉的糖堿比，煙葉中煙堿的合成受土壤 pH和土壤水分影響顯著。對比DC處理和CK處理發(fā)現(xiàn)，煙草的上、中部煙葉的煙堿下降顯著。過高或過低的pH都不利于生成合理的煙堿含量［9-10， 15-16］。煙草是喜硝態(tài)氮作物，尤其在酸性土壤上效果更為凸顯［4］。杜文等［24］認為煙葉的常規(guī)化學成分應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，中部煙的煙堿含量應(yīng)該在 3%左右，中部煙葉的還原糖含量應(yīng)該大于15%，中部煙葉的糖堿比應(yīng)該在9 ～ 10左右。曹志洪等［4］認為煙葉中的鉀含量受土壤含水量影響最為明顯，在持水性能較好的土壤環(huán)境中，煙葉的吸鉀量最為有利。條狀超深耕降低了土壤體積質(zhì)量，使土壤總孔隙度和土壤含水量顯著提高，為增加煙葉產(chǎn)量和提高煙葉品質(zhì)提供了有效途徑。

盡管條狀超深耕技術(shù)為烤煙生產(chǎn)提供了有效的應(yīng)對措施，但該技術(shù)在推廣應(yīng)用中還存在一些問題，譬如適宜于南方丘陵山地的小型深耕機、維持深耕效果的土壤改良方法等，有待進一步的研究。

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中圖分類號：S156.6

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.03.022

基金項目：①滬皖現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)高科技示范園科技項目專項（2013-2015）資助。

* 通訊作者（syzhuang@issas.ac.cn）

作者簡介：潘金華（1989—），男，安徽安慶人，碩士研究生，主要從事自然地理學研究。E-mail：isscaspjh1989@163.com

Effects of Strip Ultra-deep Subsoiling on Tobacco Growth， Yield and Quality in Uplands at South Anhui

PAN Jinhua1， ZHUANG Shunyao1*， CAO Zhihong1， CAI Xianjie2， CHENG Sen2
（1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture （Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences）， Nanjing 210008， China； 2 Shanghai Tobacco Group Limited Company， Shanghai 200082， China）

Abstract:A strip ultra-deep subsoiling method （DC） was introduced to investigate its effect on soil environment and tobacco yield and quality.Results showed that DC treatment significantly improved soil physical and chemical properties compared with the conventional treatment （CK）.Soil moisture content and total porosity increased by 8.54% and 7.46%， while bulk density decreased by 7.99%.Moreover， soil pH increased by 0.71 unit （P＜0.05）.DC treatment increased high-class tobacco leave yield by 134 kg/hm2compared with CK.At the same time， DC treatment decreased nicotine and total nitrogen content by 10.81% and 27.04%， while increased total potassium and reducing sugar contents by 4.35% and 10.24%， respectively， suggesting DC treatment can enhance the quality of tobacco leaves， it is suitable and practical for upland tobacco production in South Anhui and other similar regions in China as well as for other similar crops.

Key words:Strip ultra-deep subsoiling； Soil physical and chemical properties； Flue-cured tobacco； Yield and quality；Internal quality