我國植煙土壤主要問題及其防控措施研究進(jìn)展

穆 青，劉 洋，展彬華，費(fèi)川江，丁 峰

(貴州省煙草公司黔西南州公司，貴州興義 562400)

我國是世界煙葉生產(chǎn)大國[1]，也是優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)潛力最大的地方。煙草作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，提高其品質(zhì)、使其無公害生產(chǎn)一直是煙草行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)[2-3]，良好農(nóng)業(yè)規(guī)范生產(chǎn)(good agricultural practices，GAP)管理是中國煙葉生產(chǎn)的必由之路[4]。良好的植煙土壤環(huán)境是煙草生態(tài)、良好生產(chǎn)的前提[5]，當(dāng)前我國主要煙區(qū)長期連作、大量使用化肥等不良耕作措施，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤板結(jié)、土壤微生物活性降低、土壤酸化、土壤養(yǎng)分供應(yīng)失衡，嚴(yán)重影響了煙葉的可持續(xù)生產(chǎn)。煙區(qū)規(guī)劃不合理、工業(yè)污染、肥料的大量使用導(dǎo)致煙地重金屬污染嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了煙葉生產(chǎn)的安全性[6-7]。同時(shí)由于農(nóng)藥的大量施用，也增加了煙葉中的農(nóng)藥殘留[8-9]。長期大量使用農(nóng)用地膜，不僅會(huì)造成白色污染，土壤中的殘膜也會(huì)影響土壤吸濕性，降低土壤通透性，影響土壤微生物活動(dòng)、土壤肥力水平[10]，纏繞農(nóng)機(jī)具妨礙耕作活動(dòng)[11-12]。國家煙草專賣局提出行業(yè)將啟動(dòng)煙田土壤保育重大專項(xiàng)，研究提出了相應(yīng)的技術(shù)措施和解決方案，做到分類研究、分區(qū)治理，深化生物修復(fù)、酸化治理、重金屬阻控、有機(jī)質(zhì)提升等煙田土壤保育關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，著力植煙土壤保育創(chuàng)新突破[13-14]。近年來，眾多煙草科技工作者圍繞植煙土壤連作、酸化、重金屬污染、農(nóng)膜殘留污染土壤等問題及其防控措施，進(jìn)行了大量研究工作。這些研究豐富了植煙土壤保育技術(shù)措施，推動(dòng)了植煙土壤可持續(xù)利用。本文對我國植煙土壤主要問題及其防控措施研究進(jìn)行綜述，以期為同類基礎(chǔ)研究及優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 連作障礙

全國煙區(qū)70%以上分布于山區(qū)、半山區(qū)[15]。由于耕地有限和經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng)，多數(shù)煙農(nóng)有連作種植習(xí)慣，連作成了煙

草的主要種植制度[16-17]。

1.1 連作危害

煙草屬茄科忌連作作物[18]。張長華等研究表明，隨著連作年限增加，煙莖、煙根、煙葉重量都呈明顯降低趨勢[19]。Yu等研究發(fā)現(xiàn)，長期連作導(dǎo)致煙株產(chǎn)質(zhì)量下降，煙葉含鉀量和含糖量也下降[20]，而煙堿量上升，香氣質(zhì)變差，加劇了煙葉評(píng)吸質(zhì)量的負(fù)效應(yīng)，并隨年限的增加，有逐年惡化的趨勢[21]。連作為根系病害提供了生存、繁殖場所[18]，也是地下害蟲大量繁殖的原因[17]。煙草病蟲害率(煙草黑脛病[22]、根結(jié)線蟲病[23]、赤星病[24]、青枯病[25])和連作年限具有一定的正相關(guān)關(guān)系。

1.2 連作條件下土壤保育與修復(fù)主要技術(shù)措施

1.2.1 前作種植綠肥 前作種植綠肥，其根系等能加厚耕層、疏松土壤，有效改善土壤物理結(jié)構(gòu)；綠肥在生長過程中產(chǎn)生的分泌物能提高土壤中有效磷、鉀的含量，有效改善土壤的理化性質(zhì)。綠肥壓入土壤后，分解產(chǎn)生的有機(jī)酸以及形成的腐殖酸等物質(zhì)，能有效地改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)。崔鳴等研究發(fā)現(xiàn)，植煙地塊種植紫花苜宿前作后，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量顯著增加，土壤中堿解氮、速效磷、有效銅、有效鋅、有效硼含量均有一定程度的提高[26]。

各煙區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，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。在海拔1 200 m以下區(qū)域一般種植紫花苕子或箭舌豌豆，播種量為30～37.5 kg/hm2；海拔1 200 m 以上區(qū)域一般種植油菜(播種量15～22.5 kg/hm2)或小麥(播種量37.5～45 kg/hm2)等耐寒品種。在海拔800 m以下區(qū)域，于8月下旬土壤翻耕后播撒，于12月中下旬結(jié)合冬耕伐土整體翻壓綠肥；在海拔800～1 200 m 區(qū)域，于9月中下旬土壤翻耕后撒播，第2年3月中旬進(jìn)行整體綠肥翻壓；在海拔1 200 m以上區(qū)域，于9月下旬至10月上旬，完全清除地膜和煙草秸稈后，沿壟溝垡土或松動(dòng)煙壟后進(jìn)行條播，于第2年4月，將綠肥壓到壟體內(nèi)，深度距壟面20 cm以上[27]。

1.2.2 秸稈還田 秸稈還田通過增加土壤有機(jī)質(zhì)含量以及膠結(jié)作用，使土壤中的粉?；蝠ちＰ纬伤€(wěn)定性團(tuán)聚體，從而改善土壤通透性。秸稈還田后能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和礦物營養(yǎng)，改善土壤物理性狀，秸稈降解產(chǎn)生的有機(jī)酸類物質(zhì)可以溶解、保持土壤的礦質(zhì)養(yǎng)分，提高其生物有效性。秸稈還田后，土壤中的堿性磷酸酶、脲酶、過氧化氫酶等都有不同程度增加。秸稈還田可促進(jìn)土壤呼吸作用，增進(jìn)土壤生物活性，增加土壤微生物數(shù)量[28]。

當(dāng)前煙區(qū)主要采取稻草、玉米、小麥秸稈還田。湖北省恩施州煙草公司成功利用煙草秸稈研制出了生物有機(jī)肥，通過還田在連作條件下連續(xù)試驗(yàn)4年，觀察發(fā)現(xiàn)與對照組比較，生物有機(jī)肥顯著提高了土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽離子交換量，顯著降低了土壤青枯病菌數(shù)量；土壤容重呈下降趨勢，總孔隙度呈升高趨勢；土壤通透性得以改善，土壤水、肥、氣、熱調(diào)節(jié)能力得以優(yōu)化；土壤酶活性增強(qiáng)[27]。

1.2.3 建立合理的耕作制度 合理輪作是解決土壤退化的重要途徑[29]。合理輪作可均衡利用土壤養(yǎng)分，提高肥效，改善土壤理化性狀，減輕病蟲害，并且能取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。周興華研究表明，稻煙輪作對土傳病害的防治效果特別顯著[30]；對赤星病、蛙眼病等其他病害也能起到減少初侵染源、降低危害的作用[31]。

通過建立合理的輪作、套種、間種、復(fù)種等種植制度，能促進(jìn)煙田生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，調(diào)節(jié)利用植煙土壤肥力，減輕部分病蟲危害，能夠充分利用有限的土地資源獲得較高的種植效益。

2 土壤酸化

土壤酸化是指土壤中鹽基離子被淋洗而氫離子增加、酸度增加的過程，此過程主要由自然因素和人為因素引起；但近幾十年來，人為因素(二氧化硫和含氮化合物等的排放，以及不恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)措施[32-34])造成的土壤酸化問題日趨嚴(yán)峻，嚴(yán)重危害了土壤環(huán)境質(zhì)量和作物的生長發(fā)育，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來，我國產(chǎn)煙地區(qū)土壤酸化日趨嚴(yán)重。煙草生長同樣對植煙土壤pH值有嚴(yán)格的要求，一般pH值在5.5～6.5的土壤較為宜。

2.1 植煙土壤酸化危害

煙草工作者研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值過低，則不利于煙草生長發(fā)育和煙葉品質(zhì)的形成[35-36]。較低的土壤pH值不利于煙草根系生長發(fā)育，抑制了煙株的生長[35]。土壤酸化會(huì)抑制土壤中的微生物活性[37-38]，降低土壤-礦質(zhì)元素含量[39]。土壤酸化影響煙株氮素的吸收[40]，降低土壤磷的有效性[40]，降低土壤硼含量[41]，加劇病害的發(fā)生[42]，最終降低煙草產(chǎn)量。植煙土壤酸化，使煙葉中的煙堿含量增加，糖堿比不協(xié)調(diào)，影響了煙葉品質(zhì)[43-44]。同時(shí)，植煙土壤酸化時(shí)，土壤中重金屬離子活化，造成煙株中重金屬含量增加，容易形成“黑色煙草”和“灰色煙草”[45]。

2.2 植煙土壤酸化的主要改良技術(shù)

2.2.1 合理施肥 煙地選擇應(yīng)減少酸性或者生理酸性的肥料，避免肥料的單一使用，應(yīng)選擇對土壤酸化影響小的尿素、碳酸氫銨類肥料，注重鉀肥的使用，注意微量元素的補(bǔ)充，做到土壤養(yǎng)分均衡；此外，應(yīng)增加有機(jī)肥，有機(jī)肥施入土壤后，分解慢，肥效長，養(yǎng)分不易流失，能提高土壤酸堿緩沖性[46]；同時(shí)，應(yīng)做到測土配方施肥、精準(zhǔn)施肥、滴灌施肥，提高肥料利用率，減少化學(xué)肥料的使用。

2.2.2 選擇土壤改良劑 對酸化嚴(yán)重的地塊，可以選擇施用石灰。同時(shí)，沸石、白云石、粉煤灰等也在酸化土壤修復(fù)中有應(yīng)用。新型改良劑石灰炭、輕燒粉、微生物菌劑等都有良好的效果。

3 重金屬污染

重金屬是指原子密度大于5.0 g/cm3的金屬元素。它們在土壤中的降解性較低、遷移性較差，易于被植物累積吸收。過量的重金屬會(huì)影響植物生長發(fā)育，煙草中許多重金屬易以氧化物的形式通過煙氣進(jìn)入人體，對人體造成傷害[47]。有研究表明，云貴地區(qū)煙葉中鎘(Cd)含量明顯高于其他省份[48]。在世界范圍內(nèi)越來越關(guān)注煙草安全的形勢下，加強(qiáng)烤煙重金屬問題的深入研究、提出切實(shí)可行的烤煙重金屬治理技術(shù)勢在必行。

3.1 重金屬污染的危害

植煙土壤被重金屬污染后，重金屬被煙株吸收，影響烤煙產(chǎn)量與質(zhì)量，同時(shí)影響煙葉安全性。煙葉吸收重金屬會(huì)使葉綠素含量、葉片數(shù)量、地上地下部分生物積累量降低[49-51]。Cd、鉛(Pb)是2種煙草吸收過多重金屬，會(huì)降低煙堿、可溶性糖含量，提高煙葉中蛋白質(zhì)、氨基酸含量[52]。重金屬會(huì)使煙葉中糖堿比、氮堿比升高，煙葉內(nèi)在品質(zhì)下降，化學(xué)協(xié)調(diào)性下降[53]。

3.2 影響重金屬積累的因素

3.2.1 土壤背景值 我國主要植煙區(qū)是云貴高原，在近十億年的發(fā)育過程中，劇烈的皺褶運(yùn)動(dòng)和緩慢的升降運(yùn)動(dòng)使該地區(qū)具有良好的成礦條件，同時(shí)也造成該地區(qū)土壤重金屬背景值較高[54]。煙葉中重金屬含量與植煙土壤中的有效態(tài)重金屬含量密切相關(guān)[55]。

3.2.2 人為活動(dòng) 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類活動(dòng)對環(huán)境的影響越來越大。工業(yè)生產(chǎn)、汽車排放的氣體、尾塵含有大量重金屬，經(jīng)過自然沉降、雨淋沉降到土壤或者植株葉面。礦業(yè)企業(yè)排放的不達(dá)標(biāo)工業(yè)廢水污染了植煙土壤。磷肥的施入會(huì)增加土壤重金屬含量，其對主要重金屬的貢獻(xiàn)率甚至達(dá)50%以上[56]；煙草專用肥則含有較多的是鉻(Cr)和砷(As)；餅肥則是銅(Cu)和鋅(Zn)的主要攜帶者；天然硫酸鉀鎂肥和磷肥中Cd含量相對較高[57]。

3.2.3 品種差異 由于基因型的差異，不同品種煙株的不同部位對不同重金屬的積累能力不同[58-59]。

3.3 治理技術(shù)

3.3.1 生物修復(fù) 生物修復(fù)是指利用特定的生物吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解環(huán)境污染物，實(shí)現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的生物措施，主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)。該修復(fù)技術(shù)成本低、操作簡單、無二次污染、修復(fù)效果好、易于大面積推廣[60]。植物修復(fù)包含植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、植物提取3種方式。植物穩(wěn)定是利用對重金屬具有耐性的植物降低有毒重金屬在土壤中的移動(dòng)性，從而降低重金屬進(jìn)入植物的可能性[61]。植物揮發(fā)是利用植物根系吸收金屬，將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)使其揮發(fā)，以降低土壤污染，但容易造成二次污染[62]。植物提取是利用植物從土壤中吸收1種或幾種重金屬污染物，并將其轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存到地上部分，然后收割地上部分進(jìn)行集中處理，達(dá)到降低或者去除土壤重金屬污染的目的[63]。微生物修復(fù)是利用活性微生物使重金屬被吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物，從而降低重金屬的污染程度[64]。動(dòng)物修復(fù)是利用土壤中某些低等動(dòng)物(蚯蚓、鼠類等)吸收土壤中重金屬這一特性，通過習(xí)居土壤動(dòng)物或投放高富集動(dòng)物使土壤重金屬被吸收和轉(zhuǎn)移，隨后采用電激、灌水等方法從土壤中驅(qū)趕出這些動(dòng)物，從而降低土壤重金屬污染的方法。

3.3.2 物理修復(fù) 物理修復(fù)主要包括工程措施(客土、換土、深翻耕土)和熱脫附等，需要投入大量人力、物力、財(cái)力，并且易破壞土體結(jié)構(gòu)[65-66]。

3.3.3 化學(xué)修復(fù) 化學(xué)修復(fù)主要包括電動(dòng)修復(fù)、淋洗技術(shù)、原位固定技術(shù)。電動(dòng)修復(fù)是指通過在污染土壤兩側(cè)施加直流電壓形成電場梯度，土壤中重金屬污染物在電場的作用下通過電遷移、電滲流或者電泳的方式被帶到電極兩端，然后進(jìn)行集中收集處理，從而清潔土壤[67]。土壤淋洗技術(shù)是將水或者含有沖洗助劑的螯合劑、酸堿溶液、絡(luò)合劑、表面活性劑等淋洗劑注入污染土壤或者沉積物中，洗脫、清洗土壤中污染物的過程[68]。原位固定技術(shù)是指運(yùn)用物理、化學(xué)方法將土壤中有害污染物固定，或者將污染物轉(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，阻止重金屬在環(huán)境中遷移、擴(kuò)散等活動(dòng)，從而降低重金屬毒害程度的修復(fù)技術(shù)[69]。

3.3.4 農(nóng)藝措施 施肥、灌溉、農(nóng)藥等農(nóng)藝措施都可影響煙葉對重金屬的吸收和積累。使用硅肥能夠抑制煙草對鎘、砷的吸收，其作用機(jī)理包括提高土壤對重金屬的固定作用，提高細(xì)胞壁硅質(zhì)化，阻止重金屬侵入及與重金屬在細(xì)胞壁形成沉淀[70]。通過深耕土地、調(diào)節(jié)施肥與灌水量等農(nóng)藝措施可調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)植煙土壤環(huán)境介質(zhì)的調(diào)控，減少總金屬的污染。

4 地膜污染及其防控措施

地膜覆蓋技術(shù)在烤煙生產(chǎn)上廣泛使用。地膜覆蓋的基本原理是利用地膜的隔離作用，膜下植煙土壤和膜上近地表空間特殊生態(tài)環(huán)境，從而對煙草的生長、發(fā)育、養(yǎng)分吸收與代謝規(guī)律、煙葉成熟產(chǎn)生復(fù)合影響效應(yīng)，集成關(guān)鍵管理技術(shù)，促進(jìn)地膜覆蓋栽培的煙葉生長、成熟，使主要化學(xué)成分及其含量符合或接近優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定向培育優(yōu)質(zhì)煙葉目標(biāo)。我國主要煙區(qū)在西南，地膜覆蓋使煙草種植的海拔高度大幅度升高，有效解決了高原地區(qū)春遲秋早、積溫不足、無霜期短等限制因素，實(shí)現(xiàn)了煙草的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效[71]。與此同時(shí)，地膜覆蓋技術(shù)也給許多煙區(qū)帶來了一系列的環(huán)境問題。

4.1 地膜殘留危害

在云南曲靖煙區(qū)，地膜的覆蓋有效解決了煙葉生產(chǎn)兩頭低溫和節(jié)令、抗旱、移栽的問題。地膜回收難度大，尤其是超薄地膜因韌性差、易破碎、回收率低，導(dǎo)致土壤中地膜殘留量大。以往當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)處理農(nóng)用薄膜方式粗放，大多直接在冬耕時(shí)打碎混入土壤，少數(shù)收集地膜，在田間地頭燒掉。地膜作為石油化工產(chǎn)品，不易降解，給土壤環(huán)境帶來了極大的危害。土壤中殘留的地膜，破壞土壤生態(tài)和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，影響作物根系發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，土地利用的可持續(xù)性下降。同時(shí)，土壤中殘留的農(nóng)膜也影響農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的使用效率。

4.2 地膜殘留防控技術(shù)

4.2.1 生物降解膜 生物降解膜能在田間完全降解，環(huán)境友好、清潔生產(chǎn)，可優(yōu)化生物降解膜組分和配比、實(shí)現(xiàn)地膜降解和煙草生長需求同步，可以代替普通地膜。有研究表明，生物降解膜和普通地膜，在保溫增熵、促進(jìn)根須生長發(fā)育、提高根系鮮質(zhì)量干質(zhì)量和上中等煙比例、產(chǎn)量方面均無顯著差異[72]。

4.2.2 殘留地膜機(jī)械化回收技術(shù) 目前廣大煙區(qū)使用的地膜很薄，清理時(shí)容易破碎，不易回收。根據(jù)我國地膜殘留污染的特殊國情，現(xiàn)已開發(fā)出滾筒式、彈齒式、齒鏈?zhǔn)?、滾輪纏繞式、氣力式等殘膜回收機(jī)械。但是，回收機(jī)械將會(huì)加大成本、增加用工，并且部分機(jī)械的適用性有待提高[12]。

4.2.3 修訂完善的地膜標(biāo)準(zhǔn) 地膜質(zhì)量是影響地膜回收率的重要因素。當(dāng)前煙葉生產(chǎn)所用的地膜厚度均超過 0.01 mm，回收較為方便。但在我國大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，仍在使用 0.008 mm 甚至0.005 mm厚度的超薄地膜，如果植煙土壤實(shí)現(xiàn)輪作，地膜回收效率將難以保障。美國和歐洲國家地膜厚度一般在0.20 mm左右，日本為0.015 mm，回收效率高，殘留地膜污染輕[73]。因此需要修訂完善的地膜標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管、提高回收率。

4.2.4 形成地膜回收機(jī)制 只有充分調(diào)動(dòng)煙農(nóng)積極性，才能有效回收地膜。2013—2015年，貴州省遵義市煙草公司自組組裝廢舊農(nóng)用地膜流水線加工生產(chǎn)線，形成了“煙草公司組織，回收補(bǔ)貼引導(dǎo)、分類回收利用”的工作機(jī)制，以及“合作社運(yùn)作、訂單式生產(chǎn)、多元化利用”的運(yùn)行模式。

5 討論與展望

良好的植煙土壤是煙葉生產(chǎn)的首要環(huán)境因素和條件[74]。當(dāng)前大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展趨勢，已由以前的粗放式生產(chǎn)向環(huán)境友好型可持續(xù)生產(chǎn)方向發(fā)展。同時(shí)，植煙土壤保育已成為現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)建設(shè)的瓶頸問題。針對當(dāng)前植煙土壤問題以及應(yīng)對措施需要從以下進(jìn)行更多的研究：(1)需要科學(xué)合理地規(guī)劃煙地，避開重金屬污染區(qū)域，同時(shí)要做好煙田的基本保護(hù)工作。(2)要做到精準(zhǔn)化施肥。測土配方施肥是以肥料田間試驗(yàn)、土壤測試為基礎(chǔ)，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，在合理施用有機(jī)肥料的基礎(chǔ)上，提出氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的施用品種、數(shù)量、施肥時(shí)期和施用方法。煙草測土施肥開展得較少，可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)+項(xiàng)目，開展互聯(lián)網(wǎng)+煙草測土施肥，實(shí)現(xiàn)植煙土壤信息網(wǎng)格化。同時(shí)，開展水肥耦合、水溶性肥料、滴灌等烤煙生產(chǎn)示范，做到科學(xué)精準(zhǔn)施肥，提高水、肥的利用率，優(yōu)化植煙土壤環(huán)境。(3)當(dāng)前有關(guān)于煙草農(nóng)藥安全使用研究主要集中于對煙葉安全性的研究，對于土壤中殘留農(nóng)藥的普查及影響的研究很少，解決措施很少涉及。關(guān)于綠色植保與土壤保育的研究需要更多人涉及。(4)植煙土壤保育政策的制定。各煙區(qū)要和政府相關(guān)部門主動(dòng)聯(lián)系，制定切實(shí)可行的政策，同時(shí)要采取多種方式確保政策落實(shí)。