籽粒莧與煙草間作后還田對煙草鉀吸收和土壤鉀有效性的影響

吳凱，陳國軍，閆慧峰，張永春，溫亮，張超，孫延國，劉海偉，石屹*

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籽粒莧與煙草間作后還田對煙草鉀吸收和土壤鉀有效性的影響

吳凱1,2，陳國軍1,3，閆慧峰1，張永春4，溫亮4，張超4，孫延國1，劉海偉1，石屹1*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點實驗室，山東 青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.廣東中煙工業(yè)有限公司，廣東 韶關(guān) 512000；4.山東省臨沂煙草公司，山東 臨沂 276200)

為研究籽粒莧與煙草間作對煙草發(fā)育和鉀吸收的影響，通過兩年大田試驗，分別設(shè)置了籽粒莧間作不翻壓和45 d后翻壓、籽粒莧2行、4行、6行種植的處理，分析了不同間作模式下煙草干物質(zhì)累積量、鉀含量和鉀吸收量的差異及土壤速效鉀含量和緩效鉀含量的差異。結(jié)果表明,籽粒莧與煙草間作后不翻壓還田，煙草根系干物質(zhì)積累量顯著增加，鉀含量無顯著變化，含鉀量增加70%，莖和葉片的干物質(zhì)積累量分別下降了11%和14%，鉀含量下降了0.11個百分點和0.12個百分點，含鉀量下降了26%和12%。籽粒莧與煙草間作后翻壓還田后，各處理的煙草葉片的鉀含量均增加；與對照相比，2行籽粒莧(A2)處理和4行籽粒莧(A3)處理提高了煙草根系、莖和上部葉、中部葉的干物質(zhì)積累量和含鉀量，6行籽粒莧(A4)處理煙草、莖、上部葉、中部葉和下部葉、根系的干物質(zhì)積累量和含鉀量均降低；A2處理的上部葉和中部葉的干物質(zhì)積累量低于A3處理，鉀含量和含鉀量高于A3處理。間作籽粒莧處理相比煙草單作，煙草行的土壤速效鉀含量提高，土壤緩效鉀含量變化不大；籽粒莧翻壓還田的處理土壤速效鉀含量顯著大于不翻壓還田的處理；籽粒莧翻壓還田后煙草行的土壤速效鉀的增加量以A4處理最大，翻壓還田20和60 d后分別比對照高91%和35%，其次為A3處理，翻壓還田20和60 d后分別比對照高54%和23%。不同處理間籽粒莧鉀的表觀流向存在差異，A2和A3處理籽粒莧42%～52%鉀被煙草吸收，A4處理籽粒莧僅17%的鉀被煙草吸收。綜合得，煙草-籽粒莧間作可提高煙草葉片的鉀含量和土壤速效鉀含量，其中以距煙草行1 m處種植兩行籽粒莧并于45～55 d時翻壓還田的種植模式為較好。

籽粒莧；間作；煙草；鉀吸收；土壤有效鉀

鉀肥是烤煙生產(chǎn)中施用量最大的一種肥料[1]，許多研究都表明，增施鉀肥能夠促進(jìn)煙草對鉀素的吸收，提高煙葉的產(chǎn)量和含鉀量，并對于改善煙葉的外觀質(zhì)量、化學(xué)成分和燃燒性都有影響[2-3]。在響應(yīng)“化肥零增長”號召的同時，要做到充分有效地滿足煙草對鉀素營養(yǎng)的需求，富鉀綠肥的研究便顯得更加有意義。與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的其他綠肥相比，籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)的鉀含量較高[4]。籽粒莧翻壓還田后，經(jīng)過30 d左右的腐解，籽粒莧中鉀素的釋放率達(dá)到90%以上[5]，通過水浸提，籽粒莧鉀浸出率高達(dá)90%以上；并且釋放到土壤中的鉀作物利用率為75%～95%[6]，因此，籽粒莧作為綠肥的供鉀特性與化學(xué)鉀肥類似[7]。模擬試驗也表明，生物鉀肥與等鉀量的化肥對于作物來說具有相同的作用和特點，甚至?xí)^等鉀量化肥的作用[8]。

由于籽粒莧能不斷地活化土壤中的緩效性鉀和礦物態(tài)鉀，通過根系吸收轉(zhuǎn)化為生物鉀[9]。通過綠色體或秸稈還田或泡青還田形式歸還土壤，有利于土壤鉀的良性循環(huán)和再利用，緩解了土壤缺鉀[10-12]。籽粒莧不僅是一種綠肥資源，而且可以作為生物鉀肥資源使用[13]。因此，籽粒莧在生物鉀肥開發(fā)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。作為莧科富鉀綠肥[14]，籽粒莧多用于夏綠肥或間作綠肥，但在煙葉生產(chǎn)中應(yīng)用還比較少見[4,8]。

近些年，植煙過程中有機(jī)類肥料施用量一直占比不高，出現(xiàn)了煙田土壤的酸化、板結(jié)以及煙葉成分不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，同時也限制了煙葉品質(zhì)的進(jìn)一步提升。有機(jī)類肥料施用量不高很大程度上受到有機(jī)肥料供應(yīng)量的限制。綠肥作為一種很好的有機(jī)肥料，綠肥翻壓還田可以改善土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)狀況，緩解土壤板結(jié)酸化，有效提高土壤氮、磷、鉀含量[15-17]。目前，綠肥在煙葉生產(chǎn)中已經(jīng)比較廣泛[18-20]，已有報導(dǎo)指出，籽粒莧與化肥配施能夠提高煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量[21]，并且李廷軒等[22]指出籽粒莧與煙草間作提高了煙葉中鉀、硫等部分礦質(zhì)養(yǎng)分含量。為進(jìn)一步挖掘煙田間作籽粒莧替代化肥的效應(yīng)，充分發(fā)揮籽粒莧在煙葉生產(chǎn)中的積極作用，本研究中通過兩年大田試驗，評價不同煙草與籽粒莧間作體系中對煙田土壤有效養(yǎng)分及煙草發(fā)育與鉀吸收的影響，更深一層次探究合理的煙草與籽粒莧間作田間管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及土壤的基本情況

試驗于2014和2015年在山東省沂南縣雙堠鎮(zhèn)進(jìn)行。棕壤土，土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤基本理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the tested soil

1.2 供試材料

煙草(Nicotianatabacum)品種選用中煙100，籽粒莧品種選用R104。

1.3 試驗處理

2014年共設(shè)3個處理，分別為K1：煙草單作；K2：煙草與籽粒莧間作，籽粒莧生長至45 d時做壓青處理，將籽粒莧翻壓到兩側(cè)煙壟，蓋土5 cm；K3：煙草與籽粒莧間作，籽粒莧不翻壓。各處理籽粒莧在煙苗移栽時撒播在壟間，每667 m2撒播500 g籽粒莧種子。3次重復(fù)，小區(qū)面積為5.5 m×12.0 m，煙草行距1.1 m，株距0.5 m，籽粒莧帶寬1.1 m。籽粒莧翻壓還田時基本農(nóng)化性狀：氮含量3.67%、磷含量 0.72%、鉀含量5.36%，還田量(干物重)120.1 kg/667 m2。

2015年共設(shè)4個處理，分別為A1：煙草單作；A2：煙草與籽粒莧間作，其中籽粒莧種植兩行，行距0.2 m，每行分別距煙株1 m；A3：煙草與籽粒莧間作，其中籽粒莧種植4行，行距0.2 m，每行分別距煙株1.0和0.8 m；A4：煙草與籽粒莧間作，其中籽粒莧種植6行，行距0.2 m，每行分別距煙株1.0,0.8和0.6 m。3次重復(fù)，小區(qū)面積為5.5 m×12.0 m。籽粒莧生長至55 d時做壓青處理，將籽粒莧翻壓到兩側(cè)煙壟，蓋土5 cm。籽粒莧翻壓時基本農(nóng)化性狀：氮含量1.91%、磷含量0.71%、鉀含量2.74%；不同處理籽粒莧還田量(干物重)：A2為184.1 kg/667 m2、A3為220.6 kg/667 m2、A4為365.5 kg/667 m2。

每年各間作小區(qū)種植模式均為 “煙草-籽粒莧-煙草-籽粒莧-煙草”，即3壟煙與2個條帶籽粒莧相間種植。各處理施肥量相同，并且作為基肥一次性施入，煙草生長期間不再追肥，施用氮肥(N)75 kg/hm2，磷肥(P2O5)75 kg/hm2，鉀肥(K2O)225 kg/hm2。肥料以太陽島復(fù)合肥(N、P2O5、K2O含量為10%、10%、20%)與硫酸鉀配施。

1.4 樣品采集與測定方法

2014年在籽粒莧翻壓還田后20 d采集煙草行0～20 cm耕層土壤，2015年分別在籽粒莧翻壓還田時、翻壓還田后20 d、翻壓還田后60 d采集煙草行和距煙草行55 cm處0～20 cm耕層土壤，土壤自然風(fēng)干后過2 mm篩，用來測定土壤速效鉀、緩效鉀含量。

2014年在籽粒莧翻壓還田后20 d采集煙草植株樣品，分為根、莖、葉三部分，2015年在煙草打頂后定株取樣，隨采烤進(jìn)程分別采集下部葉、中部葉、上部葉及根、莖。植株樣品殺青烘干后稱干重，粉碎后測定鉀含量。

土壤速效鉀含量和緩效鉀含量的測定參照孫海霞等[23]的研究方法，分別用1 mol/L乙酸銨空氣浴和1 mol/L硝酸油浴浸提，浸提液用火焰光度計測定。植株樣品鉀含量的測定參照楊紅燕[24]的研究方法，用H2SO4-H2O2消解；消解液用火焰光度計測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

籽粒莧鉀的表觀流向計算：

煙草=(煙草含鉀量增量/還田籽粒莧含鉀量)×100%土壤速效鉀=(土壤速效鉀增量/還田籽粒莧含鉀量)×100%其他=(還田籽粒莧含鉀量-煙草含鉀量增量-土壤速效鉀增量)/還田籽粒莧含鉀量×100%

采用Excel 2016 和SAS 9.0軟件中的LSD法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草干物質(zhì)積累量

2014年在籽粒莧翻壓還田20 d后，不同處理間煙草各部位干物質(zhì)積累量如表2所示。籽粒莧間作后翻壓還田，煙草莖和整株的干物質(zhì)積累量無明顯變化，葉片干物質(zhì)積累量出現(xiàn)下降，下降的幅度在5%左右。籽粒莧間作后不翻壓還田，煙草的根系干物質(zhì)積累量增加，莖和葉片明顯下降，分別下降了11%和14%。其中葉片干物質(zhì)積累量差異達(dá)到顯著水平。

2015年不同處理間煙草收獲時各部位干物質(zhì)積累量如表3所示。2行籽粒莧(A2)和4行籽粒莧(A3)與煙草間作后，根系和莖的干物質(zhì)積累量均大于對照，上部葉干物質(zhì)積累量分別比對照增加了11%和16%，中部葉干物質(zhì)積累量與對照差別不大，下部葉的干物質(zhì)積累量明顯低于對照，其中A3下部葉的干物質(zhì)積累量差異達(dá)到顯著水平。6行籽粒莧(A4)與煙草間作后，各部位干物質(zhì)積累量均小于對照，其中以下部葉下降幅度最大，達(dá)到15%。

表2 2014年不同處理煙草各部位干物質(zhì)積累量Table 2 Dry matter accumulation in various parts of tobacco among different treatments in 2014 g/plant

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。
Note:Values with different letters mean significant difference at the 5% level.The same below.

表3 2015年不同處理煙草各部位干物質(zhì)積累量Table 3 Dry matter accumulation in various parts of tobacco among different treatments in 2015 g/plant

2.2 煙草鉀含量變化

2014年在籽粒莧翻壓還田20 d后，不同處理間煙草各部位鉀含量如表4所示。籽粒莧間作后翻壓還田，煙草根和莖的鉀含量分別下降了0.11個百分點和0.12個百分點，葉片的鉀含量增加了0.24個百分點。籽粒莧間作后不翻壓還田，煙草根系和葉片的鉀含量與對照相當(dāng)，莖的鉀含量下降了0.21個百分點。

2015年不同處理間煙草收獲時各部位鉀含量如表5所示。間作籽粒莧后，煙草根系和莖的鉀含量明顯增加，且隨著籽粒莧種植行數(shù)的增多而增加。不同部位葉片的鉀含量變化趨勢不同，間作籽粒莧的A2、A3、A4各部位煙葉鉀含量相比A1(對照煙草單作)均有不同程度的提高，在下部葉中表現(xiàn)為A4>A2>A3>A1；在中部葉與上部葉中均表現(xiàn)為A2>A4>A3>A1。

表4 2014年不同處理煙草各部位鉀含量Table 4 Potassium concentration in various parts of tobacco among different treatments in 2014 %

表5 2015年不同處理煙草各部位鉀含量Table 5 Potassium concentration in various parts of tobacco among different treatments in 2015 %

2.3 煙草含鉀量變化

2014年在籽粒莧翻壓還田20 d后，不同處理間煙草各部位含鉀量如表6所示。籽粒莧間作后翻壓還田，煙草根系和莖的含鉀量無明顯變化，葉片含鉀量明顯增加，整株含鉀量增加了7%。籽粒莧間作后不翻壓還田，煙草根系的含鉀量增加，而莖和葉片的含鉀量明顯下降，分別下降了26%和12%。

表6 2014年不同處理煙草各部位含鉀量Table 6 Potassium content in various parts of tobacco among different treatments in 2014 mg/plant

2015年不同處理間煙草收獲時各部位含鉀量如表7所示。間作籽粒莧后，煙草根系、莖、上部葉和中部葉的含鉀量均出現(xiàn)不同程度的增加。其中根系和莖含鉀量的大小順序為A3>A4>A2>A1，上部葉和中部葉含鉀量的大小順序為A2>A3>A4>A1。間作籽粒莧后，A3處理的煙草下部葉的含鉀量低于對照，而A2、A4處理的含鉀量與對照相當(dāng)。

表7 2015年不同處理煙草各部位含鉀量Table 7 Potassium content in various parts of tobacco among different treatments in 2015 mg/plant

2.4 土壤速效鉀與緩效鉀的變化

2014年土壤速效鉀含量和緩效鉀含量的變化如圖1所示。籽粒莧翻壓還田后20 d，煙草行的土壤速效鉀含量顯著高于對照，而土壤緩效鉀含量略低于對照。籽粒莧不翻壓還田，煙草行的土壤速效鉀含量同樣顯著高于對照，而土壤緩效鉀含量顯著低于對照。

圖1 2014年試驗土壤速效鉀與緩效鉀的變化Fig.1 Difference on soil available potassium concentration and slow-release potassium concentration in 2014不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。Values with different letters mean significant difference at the 5% level.

2015年不同處理間土壤速效鉀含量的變化趨勢如表8所示。在籽粒莧翻壓還田時，各處理煙草行土壤速效鉀含量均低于不間作籽粒莧處理A1，這與2014年試驗結(jié)果K3>K1有所差異；而在距煙草行55 cm處，間作籽粒莧的各處理土壤速效鉀含量均高于A1；除A2處理外，各處理煙草行土壤速效鉀含量均高于距煙草行55 cm處。籽粒莧翻壓還田20 d后，A2、A3、A4處理煙草行土壤速效鉀含量分別比A1高出64%、54%、91%，這與2014年試驗結(jié)果K2>K1的趨勢相一致，而在距煙草行55 cm處，土壤速效鉀含量為A3>A1>A4>A2。籽粒莧翻壓還田60 d后，各處理煙草行土壤速效鉀含量仍均高于A1，而在距煙草行55 cm處，土壤速效鉀含量為A3>A2>A1>A4。

表8 2015年土壤速效鉀的變化Table 8 The change of available potassium concentration in soil among different treatments in 2015 mg/kg

2015年不同處理間土壤緩效鉀含量的變化趨勢如表9所示。土壤緩效鉀含量與速效鉀含量有所不同，翻壓還田時，各處理煙草行土壤緩效鉀含量均高于不間作籽粒莧處理A1，這與2014年結(jié)果K2

2.5 土壤鉀與煙草不同部位鉀含量的相關(guān)性分析

土壤中速效鉀和緩效鉀含量與煙草不同部位鉀含量的相關(guān)性分析結(jié)果如表10所示。結(jié)果顯示，土壤速效鉀含量與煙草根系鉀含量之間呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，土壤緩效鉀含量與煙草上部葉鉀含量及總的葉片鉀含量之間呈顯著(P<0.05)正相關(guān)關(guān)系。

表9 2015年土壤緩效鉀的變化Table 9 The change of slow-release potassium concentration in soil among different treatments in 2015 mg/kg

表10 土壤鉀與煙草不同部位鉀含量的相關(guān)性分析Table 10 Correlation analysis between soil available K and K concentration in different parts of tobacco

*，P<0.05;**，P<0.01.

2.6 籽粒莧還田后鉀表觀流向情況

根據(jù)前期研究結(jié)果[2]，籽粒莧還田60 d后，鉀的釋放量可達(dá)到86.5%，通過籽粒莧埋包的方法同樣證實了該結(jié)論。通過計算，不同處理籽粒莧翻壓后鉀的表觀流向(籽粒莧鉀轉(zhuǎn)化為煙草鉀、土壤速效鉀和其他形式鉀的百分比)如表11所示。不同處理間籽粒莧鉀的表觀流向存在差異。A2、A3處理翻壓后籽粒莧鉀表觀流向煙草的比例差別不大，而表觀流向土壤速效鉀的比例存在顯著差異；A4處理翻壓后籽粒莧鉀表觀流向煙草的比例遠(yuǎn)小于A2、A3處理；表觀流向土壤速效鉀的比例與A3處理相仿，均大于A2處理。

表11 翻壓后籽粒莧鉀表觀流向Table 11 The apparent transformed flow of grain amaranth K after returning %

3 討論

3.1 籽粒莧—煙草間作對煙草生長及鉀吸收的影響

間作種植模式在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在[25-27]。間作種植模式主要通過兩種作物在地上部的光、熱等資源的時間生態(tài)位上前后分離和在空間生態(tài)位上互補(bǔ)擴(kuò)大，從而實現(xiàn)對光、熱等資源最大限度的利用[28]。典型的小麥(Triticumaestivum)/玉米(Zeamays)間作種植體系也是由于強(qiáng)競爭作物小麥?zhǔn)紫仍诟偁幹蝎@得較多的資源而首先增產(chǎn)，以及弱競爭作物玉米在后期對資源的補(bǔ)償利用與恢復(fù)生長兩個方面共同作用的結(jié)果[29]。煙草與籽粒莧的間作種植模式中，煙草移栽的同時籽粒莧進(jìn)行播種，一般情況下，煙草在移栽30 d后進(jìn)入快速生長時期[30]，而籽粒莧同樣在播種30 d后進(jìn)入快速生長階段[31]，煙草與籽粒莧間作后并不能發(fā)揮兩種作物在光熱資源上的競爭互補(bǔ)。同時，由于籽粒莧為C4植物[32]，同等條件下利用光的效率更高，因此，在籽粒莧不還田的條件下，煙草與籽粒莧間作后煙草的生長會受到抑制，莖和葉片的干物質(zhì)積累量減少，根系干物質(zhì)積累量增加(表4)，根冠比變大，不利于煙草獲得適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，煙草與籽粒莧間作中需對籽粒莧進(jìn)行及時翻壓還田以促進(jìn)煙草對光熱資源的利用。種間密度影響它們對環(huán)境資源的充分利用或競爭態(tài)勢[33]，影響著個體的生長發(fā)育和產(chǎn)量[34]，徐嬌等[35]的研究表明密度的過大不利于作物后期養(yǎng)分的吸收，本研究中所體現(xiàn)的間作4行籽粒莧比6行對于提高煙草鉀吸收有更好結(jié)果與此相符。籽粒莧作為富鉀綠肥作物，在生長至45～55 d時進(jìn)行翻壓還田對土壤有效養(yǎng)分的改善效果最好[2]。在2014年試驗中，籽粒莧于播種后45 d還田，其還田量為120.1 kg/667 m2，而在2015年試驗中，籽粒莧于播種后55 d還田，其還田量最低為184.1 kg/667 m2，籽粒莧45 d還田后，煙草的生長并未受到影響，根莖葉的干物質(zhì)積累量與對照基本一致，而在籽粒莧55 d還田后，下部葉干物質(zhì)積累量明顯低于對照，而中部葉、上部葉及莖的干物質(zhì)積累量僅在籽粒莧種植密度較大(6行)時出現(xiàn)減少的情況。

間作種植模式可通過擴(kuò)大養(yǎng)分吸收空間和提高土壤養(yǎng)分有效性兩個方面實現(xiàn)對養(yǎng)分資源的高效利用[36]。在禾本科/豆科間作體系中，養(yǎng)分高效利用的主要促進(jìn)機(jī)制是氮轉(zhuǎn)移，包括當(dāng)季伴隨作物對豆科固定氮素的利用和殘留氮素對后茬作物的影響，還包括豆科作物根區(qū)土壤中高濃度氮肥直接被禾本科作物吸收[37]。而小麥/玉米間作體系中，通過根系吸收空間的擴(kuò)大實現(xiàn)養(yǎng)分資源的高效利用[38]。煙草與綠肥的間作同樣實現(xiàn)了養(yǎng)分資源的高效利用，本研究中，煙田間作籽粒莧并還田，煙葉鉀含量均有增加，李廷軒等[22]的研究也表明，籽粒莧-煙草間作，煙草葉片中的大量和中量元素均高于單作煙葉，尤其是間作煙葉中鉀的含量是單作的1.64倍。這主要通過土壤鉀資源的高效轉(zhuǎn)移實現(xiàn)。一方面，籽粒莧作為富鉀綠肥，根系可以分泌大量有機(jī)酸，對土壤中固定態(tài)的鉀具有溶解釋放作用[39]，提高了土壤中鉀的有效性。另一方面，籽粒莧還田后，其先期吸收的鉀可在14 d內(nèi)完成快速釋放，釋放率在90%以上[40]，從而提升了土壤速效鉀的含量以促進(jìn)了煙草鉀的吸收[41]，這其中以種植4行籽粒莧效果最為顯著，翻壓還田后60 d，煙草行的土壤速效鉀含量仍在140 mg/kg，是對照的1.23倍，在距煙草行55 cm處，其土壤速效鉀含量仍在127 mg/kg，是對照的1.35倍。

2015年試驗中，籽粒莧種植55 d后翻壓，其還田量約為2014年種植45 d后翻壓的1.5倍及以上，這與籽粒莧田間不同生育期試驗[5]和盆栽不同生育期試驗[40]的結(jié)果一致；同時不同還田量的室內(nèi)培養(yǎng)試驗也表明籽粒莧不同還田量間0～56 d的土壤速效鉀含量并無明顯差異，盆栽籽粒莧還田后種植煙草的試驗也表明不同還田量后煙草各器官干物質(zhì)積累也無明顯差異；因此不同種植行數(shù)處理間的差異并不是由籽粒莧還田量差異引起，種植行數(shù)的差別是試驗結(jié)果差異的主要原因。

3.2 籽粒莧—煙草間作對土壤有效鉀的影響

間作種植模式對土壤養(yǎng)分的有效性具有明顯的影響。玉米行間間作草木犀(Melilotusofficinalis)、麻豌豆(Pisumsativum)等綠肥作物壓青還田，土壤堿解氮、有效磷、速效鉀均有不同程度的提高[42]；另外有研究指出，相比常規(guī)施肥，氮肥減施5%～10%的情況下，玉米間作針葉豌豆與毛葉苕子(Viciavillosa)土壤堿解氮、有效磷、速效鉀與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥的土壤養(yǎng)分含量相比沒有顯著差異[43]。烤煙間作草木樨后不同程度地增加植煙土壤的速效鉀含量[44]，煙田套種白菜(Brassicapekinensis)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)和黑麥草(Loliumperenne)在煙草不同生育期能顯著降低土壤NO3--N和NH4+-N含量[45]；而本研究中顯示，在籽粒莧不還田的條件下，2014年煙草行土壤速效鉀含量和緩效鉀含量均大于對照，而2015年籽粒莧翻壓還田前煙草行土壤速效鉀含量和緩效鉀含量均小于對照，年度間結(jié)果存在差異，籽粒莧作為富鉀綠肥具有將土壤中的礦物態(tài)鉀轉(zhuǎn)化為有效鉀的活化能力[9]，同時其吸收鉀的能力較強(qiáng)[46]，對土壤礦物態(tài)鉀的活化和有效鉀的大量吸收間的不平衡是年度間差異的可能原因。籽粒莧還田時煙草行的速效鉀含量遠(yuǎn)高于距煙草行55 cm處，同時間作籽粒莧的處理煙草行的土壤速效鉀遠(yuǎn)大于對照，說明籽粒莧通過活化礦物態(tài)鉀轉(zhuǎn)變?yōu)橛行B(tài)鉀的范圍可達(dá)到煙草根系處[47]。籽粒莧-煙草間作并翻壓還田后，翻壓后20 d的土壤速效鉀含量高于翻壓后60 d，而土壤緩效鉀含量低于翻壓后60 d，這與先前的研究結(jié)果相一致[5]。一方面，籽粒莧還田后鉀的釋放比較迅速，在14 d時即達(dá)到最大釋放量(未發(fā)表結(jié)果)，另一方面，籽粒莧莖稈的腐解速度較慢，隨著還田時間的延長，莖稈對土壤中的速效鉀進(jìn)行部分吸附[14]。

4 結(jié)論

兩年的田間試驗表明，煙草與籽粒莧間作種植，提升了煙葉鉀含量和土壤速效鉀含量；籽粒莧不翻壓還田，降低了煙草地上部干物質(zhì)積累量和含鉀量；籽粒莧翻壓還田后，煙草地上部干物質(zhì)積累量和含鉀量大于對照，且隨著籽粒莧種植密度的增加而降低。煙草-籽粒莧間作種植模式下，以距煙草行1 m處種植兩行籽粒莧并于播種后45～55 d作翻壓還田的處理效果較好。

References：

[1] Dou F K,Zhang J L.Tobacco Quality and Soil Fertilizer[M].Zhengzhou:Henan Science and Technology Press,1992:100-129.竇逢科,張景略.煙草品質(zhì)與土壤肥料[M].鄭州:河南科學(xué)技術(shù)出版社,1992:100-129.

[2] Tang Y Y.Summary of the effect of different amount of potassium fertilizer on yield and quality of flue cured tobacco.Tobacco Science Technology,1986,(1):39-40.唐韞謠.鉀肥不同用量對烤煙產(chǎn)量質(zhì)量的影響試驗總結(jié).煙草科技,1986,(1):39-40.

[3] Luo J X,Xiao H Q,Fang H,etal.Effect on fertilization time and amount of potassium on yield and quality of flue-cured tobacco.Journal of Hunan Agricultural University,1997,(2):31-35.羅建新,蕭漢乾,方紅,等.鉀肥施用量與施用期對烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1997,(2):31-35.

[4] Lang G F.To develop the high potassium green manure grain amaranth to alleviate the new way of potassium source shortage in our province.Chinese Journal of Soil Agro-chemistry Science,1995,(10):29-32.梁郭富.大力發(fā)展高鉀綠肥籽粒莧緩解我省鉀源短缺問題的新途徑.土壤農(nóng)化通報,1995,(10):29-32.

[5] Chen G J,Yan H F,Wu K,etal.The returning effect on soil fertility aboutAmaranthushypochondriacusharvested at different time as green manure.Acta Prataculturae Sinica,2016,25(3):215-224.陳國軍,閆慧峰,吳凱,等.不同收獲期的籽粒莧綠肥還田對土壤養(yǎng)分的影響.草業(yè)學(xué)報,2016,25(3):215-224.

[6] Zhang X Z,Li T X,Wang C Q.Progress of research on K-rich plant of grain amaranth.Chinese Agricultural Science Bulletin,2005,21(4):230-235.張錫洲,李廷軒,王昌全.富鉀植物籽粒莧研究進(jìn)展.中國農(nóng)學(xué)通報,2005,21(4):230-235.

[7] Wang J Y,Cao W D,Guo Y L,etal.Potassium rich green manure research of grain amaranth.Soil and Fertilizers,1999,(4):36-39.王雋英,曹衛(wèi)東,郭永蘭,等.富鉀綠肥籽粒莧的研究.土壤肥料,1999,(4):36-39.

[8] Tu S X,Sun J H,Guo Z F.The root exudation of grain amaranth and its role in release of mineral potassium.Acta Agriculturae Nucleatae Sinica,1999,13(5):305-311.涂書新,孫錦荷,郭智芬.富鉀植物籽粒莧根可分泌物及其礦物釋鉀作用的研究.核農(nóng)學(xué)報,1999,13(5):305-311.

[9] Li T X,Ma G R,Wang C Q,etal.Mineral potassium activation in rhizospere soils and root exudates of grain amaranth.Chinese Journal of Soil Science,2003,34(1):48-51.李廷軒,馬國瑞,王昌全,等.籽粒莧根際土壤及根系分泌物對礦物態(tài)鉀的活化作用.土壤通報,2003,34(1):48-51.

[10] Li T X,Ma G R,Zhang X Z.Root exudates of potassium-enrichment genotype grain amaranth and their activation on soil mineral potassium.Chinese Journal of Applied Ecology,2006,17(3):368-372.李廷軒,馬國瑞,張錫洲.富鉀基因型籽粒莧主要根系分泌物及其對土壤礦物態(tài)鉀的活化作用.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2006,17(3):368-372.

[11] Hang P N,Qing D Z,Long H Y,etal.Effects of green manure-tobacco-paddy rice crop rotation to leaf tobacco yield quality and latter-stubble late rice yield.Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,26(1):103-108.黃平娜,秦道珠,龍懷玉,等.綠肥-煙-稻輪作與煙葉產(chǎn)量品質(zhì)及后茬晚稻產(chǎn)量效應(yīng).中國農(nóng)學(xué)通報,2010,26(1):103-108.

[12] Abbasi D,Rouzbehan Y,Rezaei J.Effect of harvest date and nitrogen fertilization rate on the nutritive value of amaranth forage (Amaranthushypochondriacus).Animal Feed Science and Technology,2011,171(1):6-13.

[13] Li T X.The Nutrition Mechanism of Grain Amaranth Enrichment in Potassium[D].Hangzhou:Zhejiang University,2003.李廷軒.籽粒莧富鉀營養(yǎng)機(jī)理研究[D].杭州:浙江大學(xué),2003.

[14] Li J,Lu J,Li X,etal.Dynamics of potassium release and adsorption on rice straw residue.PLOS ONE,2014,9(2):1-9.

[15] Gao J S,Xu M G,Dong C H,etal.Effects of long-term rice-rice-green manure cropping rotation on rice yield and soil fertility.Acta Agronomica Sinica,2013,34(2):343-349.高菊生,徐明崗,董春華,等.長期稻-稻-綠肥輪作對水稻產(chǎn)量及土壤肥力的影響.作物學(xué)報,2013,34(2):343-349.

[16] Zhao N,Zhao H B,Yu C W,etal.Nutrient releases of leguminous green manures in rainfed lands.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2011,17(5):1179-1187.趙娜,趙護(hù)兵,魚昌為,等.旱地豆科綠肥腐解及養(yǎng)分釋放動態(tài)研究.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2011,17(5):1179-1187.

[17] Wang X L,Yan X D,Xu Y P.The decomposition rule of covered soybean green manure and its effect on soil nutrient content.Soil and Fertilizer Sciences in China,2012,(5):57-60.王秀領(lǐng),閆旭東,徐玉鵬.覆蓋大豆綠肥腐解規(guī)律及其對土壤養(yǎng)分的影響.中國土壤與肥料,2012,(5):57-60.

[18] Si G H,Zhao S J,Wang R,etal.Effects of consecutive overturning of green manure on soil physical and biological characteristics in tobacco-planting fields.Plant Nutrition and Fertilizer,2014,20(4):905-912.佀國涵,趙書軍,王瑞,等.連年翻壓綠肥對植煙土壤物理及生物性狀的影響.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2014,20(4):905-912.

[19] Li Z,Liu G S,Jing H X,etal.Effects of green manure application combined with chemical fertilizers on microbial biomass C,N and nitrogen supplying characteristics of tobacco-planting soils.Acta Prataculturae Sinica,2011,20(6):126-134.李正,劉國順,敬海霞,等.綠肥與化肥配施對植煙土壤微生物量及供氮能力的影響.草業(yè)學(xué)報,2011,20(6):126-134.

[20] Jing H X,Cao A Q,Zhang D R,etal.Effects of green manure application on growth and development,yield and output value of flue-cured tobacco.Chinese Agricultural Science Bulletin,2013,29(1):155-159.敬海霞,曹安全,張登榮,等.翻壓綠肥對烤煙大田生長及烤后煙產(chǎn)值效益的影響.中國農(nóng)學(xué)通報,2013,29(1):155-159.

[21] Lei B,Wang C Q,Wu R J,etal.Effect of rich-potassium green manure amaranthus on dry matter accumulation,yield and quality of flue-cured tobacco.Acta Tabacaria Sinica,2011,17(5):69-73.雷波,王昌全,伍仁軍,等.富鉀綠肥籽粒莧對烤煙干物質(zhì)積累和產(chǎn)量、質(zhì)量的影響.中國煙草學(xué)報,2011,17(5):69-73.

[22] Li T X,Ma G R.Effect of grain amaranth and tobacco intercropping on quality and mineral nutritional composition of tobacco leaf.Journal of Soil and Water Conservation,2004,18(1):138-140,143.李廷軒,馬國瑞.籽粒莧-煙草間作對煙葉部分礦質(zhì)元素含量及品質(zhì)的影響.水土保持學(xué)報,2004,18(1):138-140,143.

[23] Sun H X,Wang H Y,Zhou J M,etal.Change of soil fertility in long-term located field experiment and comparison of different methods to measure potassium change in soil.Soils,2009,41(2):212-217.孫海霞,王火焰,周健民,等.長期定位試驗土壤鉀素肥力變化及其對不同測鉀方法的響應(yīng).土壤,2009,41(2):212-217.

[24] Yang H Y.Study on Growth Dynamic of Different Varieties ofViciasativaL.andViciavillosaRoth.,and Their Effects of Substitute for Chemical Fertilizer[D].Wuhan:Huazhong Agricultural University,2012.楊紅燕.不同品種箭筈豌豆和苕子生長規(guī)律及其替代化肥效果研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[25] Du Q F,Wang D J,Yu X Y,etal.The effects of corn and green manure intercropping on soil nutrient availability and plant nutrient uptake.Acta Prataculturae Sinica,2016,25(3):225-233.杜青峰,王黨軍,于翔宇,等.玉米間作夏季綠肥對當(dāng)季植物養(yǎng)分吸收和土壤養(yǎng)分有效性的影響.草業(yè)學(xué)報,2016,25(3):225-233.

[26] Wu N,Liu X X,Liu J L,etal.Effect of intercropping potatoes with oats on the photosynthetic characteristics and yield of potato.Acta Prataculturae Sinica,2015,24(8):65-72.吳娜,劉曉俠,劉吉利,等.馬鈴薯/燕麥間作對馬鈴薯光合特性與產(chǎn)量的影響.草業(yè)學(xué)報,2015,24(8):65-72.

[27] Liu Z K,Cao W D,Qin W L,etal.A study on the pattern and effect ofZeamaysintercropping withMedicagosativa.Acta Prataculturae Sinica,2009,18(6):158-168.劉忠寬,曹衛(wèi)東,秦文利,等.玉米-紫花苜蓿間作模式與效應(yīng)研究.草業(yè)學(xué)報,2009,18(6):158-168.

[28] Zhao J H,Sun J H,Li L,etal.Effect of maize row spacing on yield of pea/maize intercropping system.Chinese Journal of Eco-Agriculture,2012,20(11):1451-1456.趙建華,孫建好,李隆,等.改變玉米行距種植對豌豆/玉米間作體系產(chǎn)量的影響.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012,20(11):1451-1456.

[29] Liu G C,Li L,Huang G B,etal.Intercropping advantage and contribution of above-ground and below-ground interactions in the barley-maize intercropping.Scientia Agricultura Sinica,2005,38(9):1787-1795.劉廣才,李隆,黃高寶,等.大麥/玉米間作優(yōu)勢及地上部和地下部因素的相對貢獻(xiàn)研究.中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,38(9):1787-1795.

[30] Liu G S.Tobacco Cultivation[M].Beijing:China Agriculture Press,2003:52.劉國順.煙草栽培學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2003:52.

[31] Sheng X W,Qi Q H,Yang H M.Preliminary study on the relationship between development of R104 and environmental conditions.Acta Phytoecologica ET Geobotanica Sinica,1990,14(1):80-86.盛修武,戚秋慧,楊化民.籽粒莧R104生長發(fā)育與環(huán)境條件關(guān)系的研究.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報,1990,14(1):80-86.

[32] Avasthi U K,Raghavendra A S.Mutual stimulation of temperature and light effects on C (4) phosphoenolpyruvate carboxylase in leaf discs and leaves ofAmaranthushypochondriacus.Plant Physiology,2008,165(10):1023-1032.

[33] Gao H.Effects of Intercropping Peas on Soil Water Storage,Nutrient and Yield under Different Sowing Densities[D].Lanzhou:Lanzhou University,2016.高慧.不同種植密度下玉米與豌豆間作對土壤水分、養(yǎng)分和產(chǎn)量的影響[D].蘭州:蘭州大學(xué),2016.

[34] Hua J S.Effects of density on canopy structure and yield of kidney bean-corn intercropping pattern.Crops,2012,(5):131-135.華勁松.種植密度對間作蕓豆群體冠層結(jié)構(gòu)及產(chǎn)量的影響.作物雜志,2012,(5):131-135.

[35] Xu J,Meng Y L,Sui N,etal.Effects of planting density on uptake and utilization of N,P and K of transgenic cotton.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2013,19(1):174-181.徐嬌,孟亞利,睢寧,等.種植密度對轉(zhuǎn)基因棉氮、磷、鉀吸收和利用的影響.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2013,19(1):174-181.

[36] Gao Y.Productivity and Resource Use of Nutrient,Light and Heat in the Wheat and Maize Intercropping System[D].Beijing:University of Chinese Academy of Science,2015.高瑩.小麥/玉米間作系統(tǒng)生產(chǎn)力與養(yǎng)分光熱資源利用研究[D].北京:中國科學(xué)院大學(xué),2015.

[37] Wu K S,Song S Y,Li L,etal.Effects of nitrogen fertilizer application and rhizobial inoculation on yield and water use efficiency of pea/maize intercropping system.Chinese Journal of Eco-Agriculture,2014,22(11):1274-1280.吳科生,宋尚有,李隆,等.氮肥和接種根瘤菌對豌豆/玉米間作產(chǎn)量和水分利用效率的影響.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2014,22(11):1274-1280.

[38] Ye Y L,Sun J H,Li L,etal.Effect of wheat/maize intercropping on plant nitrogen uptake and soil nitrate nitrogen concentration.Transactions of the CSAE,2005,21(11):41-45.葉優(yōu)良,孫建好,李隆,等.小麥/玉米間作根系相互作用對氮素吸收和土壤硝態(tài)氮含量的影響.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(11):41-45.

[39] Li T X,Ma G R,Zhang X Z,etal.Change characteristics of organic acid and amino acid in root exudates in different grain amaranth genotypes.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2005,11(5):647-653.李廷軒,馬國瑞,張錫洲,等.籽粒莧不同富鉀基因型根系分泌物中有機(jī)酸和氨基酸的變化特點.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2005,11(5):647-653.

[40] Chen G J.The Returning Effect ofAmaranthushypochondriacuson Soil Fertility and Nutrients Uptake of Tobacco[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences,2016.陳國軍.籽粒莧還田對煙田土壤養(yǎng)分有效性及煙草養(yǎng)分吸收的影響[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2016.

[41] Shi Y,Ji Y,Jiang P C,etal.Studies on effects of green manure on quality of flue-cured tobacco transplanted in summer.China Tobacco Science,2002,23(3):5-7.石屹,計玉,姜鵬超,等.富鉀綠肥籽粒莧對夏煙煙葉品質(zhì)的影響研究.中國煙草科學(xué),2002,23(3):5-7.

[42] Zhang J D,Bao X G,Cao W D,etal.Effect of intercropping green manure crops on maize yield and soil fertility.Soil and Fertilizer Sciences in China,2013,(4):43-47.張久東,包興國,曹衛(wèi)東,等.間作綠肥作物對玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響.中國土壤與肥料,2013,(4):43-47.

[43] Lu B L,Bao X G,Zhang J D,etal.Effects of intercropping green manure forages and nitrogen-reduction on corn yield and soil fertility in Hexi Oasis Irrigation.Agricultural Research in the Arid Areas,2015,33(2):170-175.盧秉林,包興國,張久東,等.間作綠肥飼草與減施氮肥對河西綠洲灌區(qū)玉米產(chǎn)量和土壤肥力的影響.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2015,33(2):170-175.

[44] Tang S K,Liu L F,Li Y M.Effects of flue-cured tobacco intercropping with sweet clover on soil nutrient contents.Chinese Tobacco Science,2009,30(5):14-18.唐世凱,劉麗芳,李永梅.烤煙間作草木樨對土壤養(yǎng)分的影響.中國煙草科學(xué),2009,30(5):14-18.

[45] Fu L B,Wang Y,Yang Y,etal.Regulating the growth of flue-cured tobacco by interplanting in fertility soil.Plant Nutrition and Fertilizer Science,2005,11(1):128-132.付利波,王毅,楊躍,等.利用煙田套作調(diào)控高肥力土壤烤煙生產(chǎn).植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2005,11(1):128-132.

[46] Li T X,Ma G R,Wang C Q,etal.Effect of different seed stage and enviromental conditions on enrichment capability for potassium in grain amaranth.Chinese Journal of Soil Science,2002,33(5):346-350.李廷軒,馬國瑞,王昌全,等.不同播期和環(huán)境條件對籽粒莧生長及富鉀能力的影響.土壤通報,2002,33(5):346-350.

[47] Li T X,Ma G R.Nutrition of potassium in rhizosphere and characteristics of roots in different grain amaranth genotypes.Journal of Soil and Water Conservation,2004,18(3):90-93.李廷軒,馬國瑞.籽粒莧不同富鉀基因型根際營養(yǎng)與根際特性研究.水土保持學(xué)報,2004,18(3):90-93.

Returning effects on tobacco potassium uptake and soil potassium availability in grain amaranth-tobacco intercropping system

WU Kai1,2,CHEN Guo-Jun1,3,YAN Hui-Feng1,ZHANG Yong-Chun4,WEN Liang4,ZHANG Chao4,SUN Yan-Guo1,LIU Hai-Wei1,SHI Yi1*

1.InstituteofTobaccoResearchofCAAS,KeyLaboratoryofTobaccoBiologyandProcessing,MinistryofAgriculture,Qingdao266101,China;2.GraduateSchoolofChineseAcademyofAgriculturalScience,Beijing100081,China;3.ChinaTobaccoGuangdongIndustrialCo.Ltd,Shaoguan512000,China;4.LinyiTobaccoCorporation,Linyi276200,China

Two field experiments were conducted to explore the influence of grain amaranth (Amaranthushypochondriacus) and tobacco intercropping on tobacco growth and potassium uptake during 2014 and 2015.The experiment during 2014 included three treatments,(a) planting tobacco only;(b) tobacco and amaranth intercropping,amaranth was cut and burried into soil after 45 day growth;(c) tobacco and amaranth intercropping,but did not cut and burry.There were 4 treatments during 2015,(d) planting tobacco only;The other 3 treatments were all tobacco and amaranth intercropping,(e) one row of tobacco with 2 rows of amaranth;(f) one row of tobacco with 4 rows of amaranth;(g) one row of tobacco with 6 rows of amaranth.We analyzed tobacco dry matter accumulation,tobacco potassium concentration,potassium uptake,soil available potassium and soil slow-release potassium in the three intercropping systems.The results showed that,compared with treatment (a),amaranth intercropping without returning to the field (treatment c) increased dry matter accumulation in tobacco roots.Potassium concentration showed no significant changes,while potassium content increased by 70%.Dry matter accumulation reduced by 11% and 14% respectively in stem and leaves,while potassium contents were 0.11% and 0.12% lower and potassium concentration 16% and 12% lower.For the treatments with amaranth returning to the field,the highest potassium concentration in leaves was recorded.The different intercropping systems showed different amounts of dry matter accumulation,potassium content and potassium concentration.Dry matter accumulation and potassium contents in root,stem,upper leaves and middle leaves increased in the 2 rows (e) and 4 rows (f) treatments and decreased in the 6 rows (g) treatment.Dry matter accumulation in the upper and middle leaves was lower in treatment (e) than (f),but the former's potassium concentration and potassium content were higher.The concentration of soil available potassium in the tobacco rows increased in the intercropping systems,but the concentration of soil slow-release potassium did not change.The intercropping systems without grain amaranth returning showed lower soil available potassium concentrations than those with amaranth returning.Among the treatments in the amaranth returning system,the growth in soil available potassium was largest in treatment (g),which increased by 91% and 35% when returned after 20 and 60 d respectively.Soil available potassium increased by 54% and 23% in (f) over these periods.The analysis of apparent potassium flow showed different results for the various amaranth returning systems.About 42%-52% of potassium was uptaken by the tobacco in treatments (e) and (f),while only some 17% was absorbed in treatment (g).This study suggests that the most favorable planting pattern is the amaranth-tobacco intercropping system with 2 rows of amaranths and returning amaranth to the field after 45-55 d growth.

Amaranthushypochondriacus;intercropping system;tobacco;potassium absorption;soil potassium availability

10.11686/cyxb2016456 http://cyxb.lzu.edu.cn

吳凱,陳國軍,閆慧峰,張永春,溫亮,張超,孫延國,劉海偉,石屹.籽粒莧與煙草間作后還田對煙草鉀吸收和土壤鉀有效性的影響.草業(yè)學(xué)報,2017,26(6):45-55.

WU Kai,CHEN Guo-Jun,YAN Hui-Feng,ZHANG Yong-Chun,WEN Liang,ZHANG Chao,SUN Yan-Guo,LIU Hai-Wei,SHI Yi.Returning effects on tobacco potassium uptake and soil potassium availability in grain amaranth-tobacco intercropping system.Acta Prataculturae Sinica,2017,26(6):45-55.

2016-12-07；改回日期：2017-02-23

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費(fèi)項目(201203091)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-TRIC03)資助。

吳凱(1990-)，男，山東濱州人，在讀碩士。E-mail：kkw0124@163.com

*通信作者Corresponding author.E-mail：shiyi@caas.cn