綠肥混合翻壓還田對土壤性狀及煙葉品質(zhì)的影響

楊蒙嶺，蔣 豪，顧 勇，謝 強，張永輝，張 丹*

在煙草生產(chǎn)過程中，長期大量施用化肥會導致植煙土壤緊實、通透性變差，土壤有機質(zhì)含量下降以及煙株養(yǎng)分利用率降低[1]。利用冬閑空茬種植綠肥并適時翻壓還田可以提高土壤有機質(zhì)含量、活化土壤中磷、鉀等養(yǎng)分，提高土壤酶活性和微生物量，為后茬烤煙提供充足養(yǎng)分，進而有助于提高煙葉品質(zhì)[2-3]。近年來，研究學者對綠肥翻壓還田后土壤理化性質(zhì)的改變做了大量研究，集中探討了綠肥不同翻壓量及不同綠肥種類翻壓還田對土壤和作物的影響[4-5]。然而，不同種類綠肥混合翻壓還田后養(yǎng)分釋放的差異，特別是混合翻壓還田后綠肥腐解與土壤酶活性以及土壤微生物量變化之間的潛在聯(lián)系研究較少。因此，本試驗研究綠肥不同翻壓模式，包括紫云英單獨翻壓還田、黑麥草單獨翻壓還田、紫云英和黑麥草混合翻壓還田對土壤養(yǎng)分、微生物生物量和酶活性的變化以及對煙葉主要化學成分含量的影響，解析綠肥腐解速率與土壤養(yǎng)分釋放以及生物性狀改變之間的聯(lián)系，重點探討綠肥混合翻壓還田措施對土壤質(zhì)量提高和煙葉品質(zhì)提升所起的關(guān)鍵作用，為南方煙田土壤冬閑期耕作提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

2016年3月下旬在四川省瀘州市古藺縣箭竹苗族鄉(xiāng)進行田間試驗。供試紫云英品種為閔紫一號，黑麥草品種為卡特。土壤質(zhì)地為黃壤土，土壤 pH為6.5，有機質(zhì)含量24.34 g/kg，全氮含量1.17 g/kg，全鉀含量為14.15 g/kg，全磷含量為0.93 g/kg，銨態(tài)氮含量為16.17 mg/kg，硝態(tài)氮含量為2.68 mg/kg。試驗設(shè)3個處理：根據(jù)各小區(qū)綠肥鮮草實際產(chǎn)量確定各處理綠肥翻壓量，紫云英單獨翻壓還田21 000 kg/hm2（Z）；黑麥草單獨翻壓還田 20 000 kg/hm2（H）；參考前人的研究結(jié)果[6]設(shè)置紫云英和黑麥草混合翻壓還田（HZ）質(zhì)量比為3∶1，即紫云英15 000 kg/hm2，黑麥草5000 kg/hm2。每個處理3次重復，共9個小區(qū)。采用埋袋法研究3種處理下綠肥的分解。每個處理分別稱取100 g綠肥鮮樣裝入尼龍網(wǎng)袋中，其中HZ處理稱取紫云英和黑麥草的鮮樣質(zhì)量比為3∶1，即紫云英75 g，黑麥草25 g。每個處理隨機埋設(shè)12只尼龍袋，埋設(shè)深度為10 cm?？緹煼N植品種為云煙87，于綠肥翻壓還田后1個月移栽。煙草復合肥597 kg/hm2和酒糟有機肥746 kg/hm2在起壟前開溝條施，提苗肥74.00 kg/hm2于移栽后7 d澆施，煙草專用追肥373.00 kg/hm2于移栽后20 d打洞穴施。其他管理按照烤煙常規(guī)生產(chǎn)進行。

1.2 樣品采集

每個小區(qū)在綠肥翻壓還田后的第30天，第60天和第120天采用梅花布點法分別采集3個土壤樣品，共 81個土壤樣品。將土壤樣品分成兩份：一份自然風干研磨過篩用于土壤養(yǎng)分測定；一份新鮮土壤樣品于4 ℃下冷藏保存，一星期內(nèi)完成測定土壤酶活性和微生物生物量[7-8]。采集土壤樣品的同時在每個小區(qū)隨機取出3只尼龍袋，去除表面浮土及根系雜物，拆開網(wǎng)袋洗凈樣品，于 65 ℃烘箱中烘至恒重后測定其干重。煙葉成熟后按當?shù)睾婵竟に嚭婵?，每個小區(qū)隨機選取5片C3F等級煙葉作為一個混合樣品，每個小區(qū)采集 3個煙葉樣品，共 27個樣品，帶回實驗室烘至恒重后粉碎用于相關(guān)試驗分析。

1.3 測定項目與方法

土壤基本理化性質(zhì)測定參照鮑士旦[9]的方法，土壤微生物生物量通過氯仿熏蒸培養(yǎng)法測定[10]；土壤酶活性的測定參考文獻[11]：土壤磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法；蔗糖酶和淀粉酶活性測定采用二硝基水楊酸比色法；土壤脲酶活性通過靛酚比色法測定。煙葉主要化學成分測定煙堿、總氮、鉀、氯，并計算氮堿比，鉀氯比[12]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 19.0，通過Turkey檢驗法進行方差分析，使用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié) 果

2.1 不同處理綠肥腐解速率及土壤性狀變化

由圖 1a看出，各處理綠肥腐解速率變化趨勢均為先升高后降低，腐解速率均在60 d達到最大，其中黑麥草單獨翻壓還田和混合翻壓還田處理最大腐解速率明顯高于紫云英單獨翻壓還田。圖 1 b顯示土壤pH的變化趨勢均為先下降后升高，在翻壓還田60 d后pH最低。綠肥翻壓還田60～120 d內(nèi)，紫云英單獨翻壓還田和混合翻壓還田處理土壤 pH均顯著提高，黑麥草單獨翻壓還田處理pH變化不顯著。由此可見，不同處理下土壤pH變化趨勢與綠肥腐解速率變化趨勢相反，這可能是因為綠肥腐解產(chǎn)生大量的有機酸使土壤pH顯著降低。

由圖 2a可知，在煙草生長期內(nèi)，混合翻壓處理下土壤有機質(zhì)含量變化不明顯，紫云英單獨翻壓處理有機質(zhì)含量在60 d時顯著降低，黑麥草單獨翻壓還田處理在120 d時土壤有機質(zhì)含量顯著降低。煙草生長期內(nèi)不同處理下土壤全氮含量變化差異不顯著（圖 2b）。從圖 2c可以看出，綠肥翻壓后30～60 d內(nèi)，混合翻壓還田處理下土壤速效磷含量顯著增加，而單種綠肥翻壓還田處理對土壤速效磷含量變化影響并不顯著。在煙草生長期內(nèi)，各處理下土壤速效鉀含量變化趨勢為先上升后顯著下降，在60 d時達到最大值（圖2d），這說明混合翻壓還田處理下綠肥腐解能夠釋放更多的速效磷，顯著提高土壤供磷能力。

圖1 不同綠肥翻壓模式下(a)綠肥腐解速率和(b)土壤pH變化Fig. 1 Effects of different green manure addition patterns on (a) green manure decomposition rates and (b)soil pH

圖2 不綠肥翻壓模式下(a)土壤有機質(zhì)、(b)全氮、(c)速效磷和(d)速效鉀含量變化Fig. 2 Effects of different green manure addition patterns on the contents of (a) soil O.M, (b) total nitrogen, (c) available phosphorus and (d) available potassium

2.2 不同處理土壤酶活性和微生物量含量變化

由表1看出，紫云英單獨翻壓還田處理下土壤中性磷酸酶，脲酶，蔗糖酶，淀粉酶活性均為先降低后升高；黑麥草單獨翻壓還田處理下土壤中性磷酸酶和脲酶變化趨勢為先增高后降低，蔗糖酶和淀粉酶變化趨勢為一直升高；混合翻壓還田處理下土壤中性磷酸酶變化趨勢為先增高后降低，脲酶活性變化一直降低，蔗糖酶和淀粉酶變化趨勢為一直升高。從表1還可以看出，綠肥翻壓還田后30 d，不同處理間土壤酶活性差異不顯著。綠肥翻壓還田后60 d，混合翻壓還田和黑麥草單獨翻壓還田處理下土壤酶活性顯著高于紫云英單獨翻壓還田處理。綠肥翻壓還田后 120 d，混合翻壓還田處理土壤酶活性較高，其中脲酶和淀粉酶活性顯著高于單種綠肥翻壓還田處理。

表1 不同綠肥翻壓模式下土壤酶活性變化Table 1 Effects of different green manure addition patterns on soil enzyme activities mg/(g·d)

由表2可知，綠肥翻壓還田后30 d，各處理間土壤微生物量碳和氮含量含量差異不顯著，翻壓還田后120 d，混合翻壓還田處理下土壤微生物量碳、氮含量顯著高于單種綠肥翻壓還田處理。煙草生長期內(nèi)不同處理中微生物量磷含量變化趨勢不同：黑麥草單獨翻壓還田處理下土壤微生物量磷含量先升高后降低；紫云英單獨翻壓還田處理下土壤微生物量磷含量呈一直降低的趨勢；混合翻壓還田處理下土壤微生物量磷含量先降低后升高。在綠肥翻壓還田后 120 d，混合翻壓還田處理下土壤微生物磷顯著高于單種綠肥翻壓還田處理。這說明紫云英和黑麥草混合翻壓處理更能提高土壤微生物生物量和土壤酶活性，改善土壤微環(huán)境。

表2 不同綠肥翻壓模式下土壤微生物碳氮磷含量的變化Table 2 Effects of different green manure addition patterns on soil microbial biomass mg/kg

2.3 不同處理煙葉主要化學成分含量

由圖3看出，不同綠肥翻壓模式處理下煙葉煙堿和氯含量差異不顯著。相對于單種綠肥翻壓還田處理，混合翻壓還田處理顯著提高了煙葉的總氮含量（2.40 %）、氮堿比（0.74）、鉀含量（1.91%）和鉀氯比（5.76）。

3 討 論

煙葉內(nèi)在化學成分的協(xié)調(diào)性是衡量煙葉質(zhì)量的重要因素，優(yōu)質(zhì)煙葉總氮和煙堿含量為1.5%～3.5%左右、氯含量0.3%～0.8%、鉀含量2.0%～3.5%、氮堿比為0.8～0.9、鉀氯比大于4[12]。本研究初步探明，綠肥混合翻壓還田后煙葉總氮、煙堿、鉀含量和鉀氯比達到優(yōu)質(zhì)烤煙標準，并優(yōu)于單種綠肥翻壓還田處理。這一結(jié)果顯示，混合翻壓還田處理下土壤養(yǎng)分結(jié)構(gòu)可能優(yōu)于單種綠肥翻壓還田處理，能為煙草生長提供更為充足的養(yǎng)分，提高煙葉品質(zhì)[13]。但不同翻壓模式和翻壓品種對土壤性狀的影響不同[14-15]。本試驗還發(fā)現(xiàn)，混合翻壓還田處理活化土壤養(yǎng)分能力高于單種綠肥翻壓還田處理，特別是土壤中的磷。這可能是由于黑麥草自身碳氮比高（大于 35∶1），紫云英碳氮比較低（約為17∶1），混合翻壓還田處理的碳氮比更接近微生物最宜活動的碳氮比（25∶1），微生物活動劇烈，促進了土壤養(yǎng)分的活化[16-17]。各處理綠肥腐解變化趨勢與土壤速效鉀，速效磷變化趨勢相似，均為先升高后降低，并在綠肥翻壓還田后60 d達到最大值，這一結(jié)果說明綠肥翻壓還田后的30～60 d內(nèi)，綠肥大量腐解釋放的養(yǎng)分可能高于煙草生長的需求量，土壤養(yǎng)分含量上升。60 d后煙草進入旺長期，煙草生長所需的養(yǎng)分高于綠肥腐解所釋放的養(yǎng)分含量，土壤中養(yǎng)分含量降低。本試驗結(jié)果表明，在綠肥翻壓還田后60 d達到綠肥腐解速率的最大值，這比前人的研究結(jié)果推遲30 d左右[18-19]。土壤溫度和碳氮比可能是本研究中影響綠肥腐解速率的重要因素。本研究將綠肥埋入土壤時間在 3月，土壤溫度較低延緩綠肥腐解，綠肥還田30 d后煙草移栽施入了大量的化肥尤其是氮肥，適宜的碳氮比加快了綠肥腐解[21-22]。

此外，土壤磷酸酶、脲酶活性高低可在一定程度上反映土壤中有機磷的生物有效性和供氮能力。土壤蔗糖酶對增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起重要作用，反映土壤熟化程度和肥力水平[23]。研究表明，綠肥翻壓還田后能顯著提高土壤的酶活性[2,24]。本研究發(fā)現(xiàn)，在綠肥翻壓還田后60～120 d，混合翻壓還田處理下土壤酶活性均顯著高于單獨翻壓紫云英處理。這可能是因為綠肥混合翻壓為土壤提供了更多的有機質(zhì)，增加了土壤微生物的碳源和土壤酶的保護性位點，并改善了土壤的理化性質(zhì)，為微生物生長活動提供了良好的環(huán)境[25-27]。微生物量碳、氮是土壤中易于利用的養(yǎng)分庫及有機物分解和氮礦化的動力，其變化可反映土壤耕作制度和土壤肥力的變化[28]。本研究表明，土壤微生物量碳、氮含量在綠肥翻壓還田后60 d達到峰值，這可能與綠肥腐解速率及煙株吸肥規(guī)律有關(guān)，在綠肥還田30 d后煙苗移栽基肥施入，加速綠肥分解，為土壤中的微生物提供了大量有機碳源，30～60 d內(nèi)微生物大量繁殖。隨后，煙草進入旺長期吸收了土壤中大量的養(yǎng)分，易分解的有機物質(zhì)逐漸減少，微生物量隨之降低[29-30]。

圖3 不同綠肥翻壓模式下煙葉煙堿和總氮(a)、氯和鉀含量(b)變化Fig. 3 Effects of different green manure addition patterns on the contents of tobacco nicotine, total nitrogen (a) and Cl, K (b)

4 結(jié) 論

試驗結(jié)果表明，紫云英和黑麥草混合翻壓還田有助于南方煙田土壤養(yǎng)分的補充和煙草的生長。該翻壓模式不僅能顯著增加土壤速效磷含量，活化土壤中難以利用的礦質(zhì)養(yǎng)分，還能顯著增強土壤脲酶和淀粉酶活性，增加土壤微生物碳、氮含量，為土壤微生物提供更為適宜的生存環(huán)境，進而促進優(yōu)良煙葉品質(zhì)的形成。

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