土壤硬度對烤煙生產(chǎn)的影響及原因分析

戴華鑫，牟文君，陳麗燕，楊軍杰，何聲寶，梁太波，薛超群，張仕祥，張艷玲，陳彥春

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院煙草行業(yè)生態(tài)環(huán)境與煙葉質(zhì)量重點實驗室，鄭州 450001；2 河南省煙草公司三門峽市公司，三門峽 472000；3 國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，鄭州 450001

土壤硬度（Soil hardness）又稱土壤緊實度，是指土壤對外界垂直穿透力的反抗力，反映了土壤孔隙狀況及土粒間結(jié)持力的大小，可直接用土壤硬度儀測定[1-2]。土壤硬度直接關(guān)系到耕作阻力、土壤水分入滲和通氣性，同時也間接影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、運輸以及土壤熱特性等指標(biāo)[3]。農(nóng)作物根系生長要求土壤具有適宜的硬度，土壤過度緊實不利于作物生長和產(chǎn)量的形成[4]。研究表明，在硬度適宜的土壤中，施肥易促進根系生長，對土壤養(yǎng)分的吸收利用增加，相反地在硬度較高的土壤中, 由于土壤機械強度過大，根系生長受阻，不利于對養(yǎng)分和水分的吸收利用，從而抑制了地上部的生長發(fā)育[5-6]。

土壤過度緊實是影響農(nóng)田土壤質(zhì)量和作物生長的關(guān)鍵脅迫因子之一[3]。近年來，伴隨著農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，一方面農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中大型農(nóng)機具的廣泛使用造成土壤機械壓實，使得表層土壤被壓下沉，土壤硬度不斷增加[7]；土壤被壓實過程中，土壤固液氣三相比發(fā)生改變，不同大小土壤顆粒重新排列，總孔隙度降低，飽和導(dǎo)水率下降，容重與穿透阻力增加，土壤中礦物質(zhì)的吸附、解吸和固定過程也發(fā)生改變[8-9]。另一方面，長期單一的土壤耕作制度，化肥投入逐年增加，有機肥施用偏少，連作現(xiàn)象普遍，造成土壤硬度增加，形成土壤板結(jié)[10]，降低了土壤生物多樣性、酶活性及微生物量，導(dǎo)致農(nóng)作物易受病原菌侵染[2-3]。因此，農(nóng)田土壤硬度因素主要受人為活動影響，且土壤硬度指標(biāo)與土壤其它物理、化學(xué)和生物學(xué)指標(biāo)顯著相關(guān)。Tursic等[11]通過盆栽實驗發(fā)現(xiàn)，土壤容重增加導(dǎo)致土壤硬度上升，當(dāng)土壤容重由1.2 g·cm-3上升至1.6 g·cm-3時，煙草根系和葉片生物量分別下降了51.9%和47.0%；隨著土壤緊實程度的增加，影響土壤通氣狀況，導(dǎo)致烤煙根系供氧不足，引起低氧脅迫，根系活力下降后造成養(yǎng)分吸收減少，葉片光合速率受到抑制，光合產(chǎn)物減少，煙葉生物量和品質(zhì)均受到影響[12]。目前，關(guān)于煙田土壤硬度對烤煙生產(chǎn)影響的相關(guān)報道較少，前人的研究結(jié)果多是通過溫室盆栽實驗獲得[11-12]，對影響土壤硬度的相關(guān)因素分析多集中在某些物理或化學(xué)指標(biāo)上，對指導(dǎo)大田煙葉生產(chǎn)的實用效果有限。本研究以豫中南傳統(tǒng)植煙區(qū)的襄縣、郟縣和泌陽3個縣煙田土壤為研究對象，在分析該區(qū)土壤硬度特征和煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值的基礎(chǔ)上，明確土壤硬度對煙葉生產(chǎn)影響，并揭示土壤硬度與其它土壤性質(zhì)因素之間的相關(guān)性，為有針對性地提出降低土壤硬度改良措施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地選取

2015年10 月份在豫中南傳統(tǒng)植煙區(qū)采集土壤樣品，按照隨機和多點混合的原則采用GPS定位和“S”取樣法，采集0 ～ 15 cm耕層土壤樣品75份（圖1），其中泌陽縣23份，郟縣28份，襄縣24份，每份1.5 kg左右。采集的土壤樣品分為兩部分，一部分過2 mm篩后，冷藏帶回實驗室保存于–80℃冰箱，用于土壤微生物指標(biāo)的測定；一部分裝于布袋中，自然風(fēng)干后過篩，用于土壤化學(xué)指標(biāo)的測定。同時，用環(huán)刀法采集各點土壤樣品，用于土壤物理指標(biāo)的測定。

圖1 土壤樣品采集點Fig.1 Sampling points

1.2 測定方法

1.2.1 物理性質(zhì)測定

參考美國康奈爾土壤健康評價方法[2]，采用土壤硬度測定儀（TJSD-750，浙江托普儀器）測定土壤表層硬度（0 ～15 cm）和土壤次表層硬度（15～30 cm），每個地塊至少選6個樣點進行測定；采用環(huán)刀法測定表層土壤容重和田間持水量，總孔隙度Pt=(1–D/d)×100% [Pt:總孔隙度；D:土壤容重 (g/cm3)；d:土壤比重(g/cm3)、一般用2.65計算]；比重計法測定土壤顆粒（粘粒、粉砂粒、砂粒）組成；采用恒溫式土壤團粒分析儀（DIK-2012，日本DAIKI公司），測定5個標(biāo)準(zhǔn)孔徑土壤團粒（2.0 mm、1.0 mm、500μm、250 μm、106 μm）質(zhì)量及所占比例（濕篩法和干篩法結(jié)合），測定土壤團聚體顆粒總量。

1.2.2 化學(xué)性質(zhì)測定

參照魯如坤[13]的方法測定土壤化學(xué)性質(zhì)。采用水浸提電位法測定pH，水土比為2.5:1；重鉻酸鉀容量法測定有機質(zhì)含量；堿解擴散法測定堿解氮含量；碳酸氫鈉浸提—鉬藍比色法測定速效磷含量；醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀含量；采用連續(xù)流動分析儀（SEAL AA3，德國）測定土壤氯含量；采用二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提后原子吸收分光光度法測定土壤有效態(tài)鐵、錳、鋅等元素含量。

1.2.3 生物性質(zhì)測定

參照康奈爾土壤健康評價方法測定土壤蛋白和活性有機碳含量[2]。具體方法：稱取3.0 g土樣于50 mL玻璃離心管中，加入24 mL的檸檬酸鈉（20 mM，pH 7.0），震蕩5 min，高溫高壓處理（121°C,15 psi）30 min，冷卻至室溫，抽取2 mL泥漿渾濁液，10,000 g離心5 min后取上清液，利用BCA蛋白試劑盒60°C溫浴30 min，冷卻至室溫后，紫外分光光度計562 nm吸光度比色皿檢測，利用蛋白標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算土壤蛋白含量。稱取1.5 g土樣于50 mL塑料離心管中，加入 25 mL的KMnO4(20 mM)，室溫振蕩1 h，離心5 min(轉(zhuǎn)速2000 rpm)，取上清液用去離子水按1:50稀釋，然后將稀釋液在565 nm比色，紫外分光光度計565 nm吸光度比色皿檢測，根據(jù)KMnO4濃度的變化求出樣品的活性有機碳含量（氧化過程中1 mM MnO4-1消耗9 mg碳）。

參照關(guān)松蔭[14]的方法測定土壤酶活性：分別采用NH4+釋放量法、磷酸苯二鈉比色法、KMnO4滴定法和3,5–二硝基水楊酸比色法測定脲酶活性（以24 h后每克鮮土生成的銨態(tài)氮毫克數(shù)表示）、磷酸酶活性（以24 h后每克鮮土釋放酚的毫克數(shù)表示）、過氧化氫酶活性（以1 h中每克鮮土消耗0.1 mol·L-1KMnO4的毫升數(shù)表示）、蔗糖酶活性（以24 h后每克鮮土生成葡萄糖的毫克數(shù)表示）。

土壤微生物多樣性與數(shù)量檢測：采用土壤DNA專用提取試劑盒（PowerSoil DNA Isolation Kit，美國Mobio），提取土壤微生物基因組DNA；選取細(xì)菌的16S rDNA 的V4–V5區(qū)及真菌ITS1區(qū)進行高通量測序分析。采用兩步PCR擴增方法進行文庫構(gòu)建。利用16S rDNA 的V4–V5區(qū)及ITS1區(qū)的通用引物（表1）PCR擴增目的片段，之后用1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR擴增效果，檢測效果較好的樣本于2%瓊脂糖凝膠電泳切膠回收，以回收產(chǎn)物為模板進行1次8循環(huán)的PCR擴增，將Illumina平臺測序所需要的接頭，測序引物，條形碼（barcode）添加到目的片段兩端。全部PCR產(chǎn)物采用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司，美國)進行回收，并用FTC–3000TM real-time PCR儀進行定量，均一化混勻后完成文庫構(gòu)建，在Illumina MiSeq 2 x 300 bp平臺上完成測序。對測得的原始數(shù)據(jù)通過條形碼（barcode）分配樣品讀數(shù)（reads），得到每個樣本的有效序列，同時對序列質(zhì)量進行質(zhì)控和過濾，得到優(yōu)化序列。之后進行操作分類單元（OUT-operational taxonomic unit)聚類和物種信息注釋，將相似性等于或大于97%的序列歸為同一分類單元（OUT），利用R語言（Version 3.2.2）進行Alpha多樣性分析（Chao物種豐富度統(tǒng)計和Shannon物種多樣性統(tǒng)計）。參考Hamilton等[15]的方法，通過熒光定量方法對細(xì)菌16S rDNA基因和真菌ITS1進行細(xì)菌和真菌數(shù)拷貝數(shù)測定，所用引物與種群鑒定相同。qPCR反應(yīng)在專用的PCR八連管（AXYGEN公司，美國）中進行，25 μL體系。所有樣品3次重復(fù)，使用PCR試劑盒（Takara，日本）。

表1 細(xì)菌和真菌通用引物的名稱和序列Tab.1 Names and sequences of primers for bacteria and fungi

1.2.4 經(jīng)濟性狀測定

各取樣點煙葉單獨采收編桿，單獨烘烤進行計產(chǎn)。待各樣點煙葉全部采收烘烤完畢后，按烤煙國標(biāo)（GB2635-92）進行分級，并根據(jù) 2015年煙葉收購價格計算產(chǎn)值，統(tǒng)計煙葉產(chǎn)量和上等煙比例。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和SPSS 19.0進行整理和統(tǒng)計分析，單因素法方差分析和Duncan's新復(fù)極差法比較檢驗顯著性差異，Pearson相關(guān)系數(shù)雙側(cè)檢驗相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度與次表層硬度分析

2.1.1 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度與次表層硬度統(tǒng)計特征

如表2所示，豫中南煙區(qū)土壤表層硬度為19.78 kg·cm-2，次表層硬度為 40.72 kg·cm-2；土壤表層和次表層硬度中值分別為 18.22 kg·cm-2和 40.01 kg·cm-2；土壤表層硬度的變異系數(shù)稍高于次表層硬度，為42.95%，兩者的95%置信區(qū)間分別為7.24 kg·cm-2～40.65 kg·cm-2和 22.02 kg·cm-2～ 65.27 kg·cm-2。

表2 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度與次表層硬度統(tǒng)計表Tab.2 Surface hardness and subsurface hardness in Henan central south tobacco-planting areas

由圖2可知，多數(shù)土壤樣品表層硬度在10 ～ 20 kg·cm-2范圍之間，占比 56.0%，其次為20～30 kg·cm-2，占比30.7%，高于30 kg·cm-2的樣品比例為 8.0%。土壤次表層硬度在 20 ～ 30 kg·cm-2范圍內(nèi)樣品占13.3%，多數(shù)樣品的土壤次表層硬度高于30 kg·cm-2，其中在 30 ～ 40 kg·cm-2、40 ～ 50 kg·cm-2及高于50kg·cm-2范圍的樣品比例分別為36.0%、33.3%和17.3%。

圖2 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度與次表層硬度分布Fig.2 Proportions of surface hardness and subsurface hardness in Henan central south tobacco-planting areas

2.1.2 豫中南煙區(qū)不同植煙縣土壤硬度與經(jīng)濟性狀差異

由表3可知，3個植煙縣中，泌陽和襄縣的土壤表層 硬度分別為 18.60 kg·cm-2和 18.80 kg·cm-2，較為接近，郟縣的土壤表層硬度為21.59 kg·cm-2，但3縣之間無顯著差異；泌陽的土壤次表層硬度為36.07 kg·cm-2，顯著低于郟縣（44.94 kg·cm-2），襄縣的土壤次表層硬度居中，為40.26 kg·cm-2；3個植煙縣之間煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值無顯著差異，變化范圍在160～170 kg和4000～4500元以內(nèi)，但從產(chǎn)量產(chǎn)值的絕對值來看，郟縣低于泌陽，襄縣居中。

表3 豫中南煙區(qū)不同植煙縣土壤表層硬度與次表層硬度比較Tab.3 Surface hardness and subsurface hardness in three tobaccoplanting counties

2.2 土壤硬度對煙葉經(jīng)濟性狀的影響

由表4可知，土壤表層硬度大小影響煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例。表層硬度在10～20 kg·cm-2范圍時，每畝煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值較高，分別為190.79 kg和4782.93元；表層硬度高于30kg·cm-2范圍時，每畝煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例均最低，分別133.33 kg、3400.00元 和 31.21%； 表 層 硬 度 在 5～10 kg·cm-2和 20～30 kg·cm-2區(qū)間時，煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值低于 10～20 kg·cm-2區(qū)間，但差異未達顯著水平。因此，當(dāng)土壤表層硬度高于30 kg·cm-2時，對煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例造成顯著影響。

表4 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度對煙葉經(jīng)濟指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of surface hardness on the economic property of flue-cured tobacco in Henan central south tobacco-planting areas

2.3 豫中南植煙土壤的理化指標(biāo)與生物學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計特征

由表5可知，豫中南植煙土壤粘粒、粉砂粒和砂粒含量分別占20.46%、38.64%和40.90%，按照國際制土壤質(zhì)地分級標(biāo)準(zhǔn)，總體處于粘壤土類別；容重為1.34 g·cm-3，總孔隙度是49.47%，田間持水量為22.64%，＜3 mm團聚體總量占31.57%，其中0.25～0.5 mm團聚體總量相對較多，占比13.82%，1～2 mm團聚體總量占比較少，為4.56%。

豫中南植煙土壤pH值為6.89，有機質(zhì)含量是14.90 g·kg-1，大量元素堿解氮、速效磷和速效鉀含 量 分 別 為 60.68 mg·kg-1、12.43 mg·kg-1和 125.07 mg·kg-1，微量元素可提取態(tài)鐵、錳、鋅分別為21.87 mg·kg-1、26.86 mg·kg-1和 1.18 mg·kg-1， 氯 含 量 為13.67 mg·kg-1。

表5 豫中南煙區(qū)土壤理化性質(zhì)Tab.5 Physicochemical properties of soil in Henan central south tobacco-planting areas

由表6可知，豫中南煙區(qū)土壤蛋白含量為2.29 mg·g-1，活性有機碳含量是 375.81 mg·kg-1，土壤磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別為0.92 mg·g-1·d-1、0.25 mg·g-1·d-1、6.61 mg·g-1·d-1和 0.76 mL·g-1·h-1，其中脲酶活性的變異系數(shù)較大，為113.81%；土壤細(xì)菌數(shù)量為7.75 × 108cfu·g-1,真菌數(shù)量是4.16 ×106cfu·g-1，細(xì)菌豐富度Chao指數(shù)和多樣性Shannon指數(shù)分別為2633和6.17，真菌豐富度Chao指數(shù)和多樣性Shannon指數(shù)分別為482和4.02。

2.4 土壤硬度與理化指標(biāo)及生物學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)分析

土壤硬度受多種理化性質(zhì)影響并與多個生物學(xué)指標(biāo)相關(guān)顯著。如表7結(jié)果顯示，植煙土壤表層硬度與次表層硬度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.637；與黏粒含量、容重分別呈極顯著和顯著正相關(guān)，而與粉砂粒含量和總孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤硬度受質(zhì)地、容重和總孔隙度等因素影響。

土壤表層硬度與堿解氮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.372，與其它土壤化學(xué)指標(biāo)如pH、有機質(zhì)、速效磷、速效鉀、可溶性微量元素Fe、Mn、Zn、Cl等相關(guān)性不顯著。

土壤表層硬度與土壤蛋白含量呈極顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.350，與活性有機碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.254，與磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為-0.306，與脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性無顯著相關(guān)性；同時，土壤表層硬度與細(xì)菌真菌數(shù)量、細(xì)菌真菌豐富度及多樣性指數(shù)相關(guān)性不顯著。

表7 豫中南煙區(qū)土壤表層硬度與土壤物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性Tab.7 Correlation coefficient between surface hardness and physicochemical and biological properties of soil in Henan central south tobacco-planting areas

3 討論

土壤緊實后硬度增加是土壤質(zhì)量惡化的一個重要方面。土壤緊實是土壤本身物理性質(zhì)發(fā)生重大變化，不僅直接影響作物根系生長，而且也會使土壤的生態(tài)效應(yīng)發(fā)生較大變化。因此，土壤硬度大小已成為衡量土壤質(zhì)量和物理性質(zhì)的重要指標(biāo)之一[2]。目前，國際上關(guān)于土壤硬度臨界值研究主要存在3 種觀點：一是Greacen等[16]提出的限制小麥根系生長的硬度臨界值8～50 kg·cm2；二是Bengough等[17]綜合多人研究結(jié)果提出的硬度臨界值20 kg·cm-2；三是Horn等[18]提出的影響作物根系生長的硬度臨界值30 kg·cm-2。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤表層硬度高于30 kg·cm-2時，煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值和上等煙比例產(chǎn)出受到顯著抑制，這與Horn等[18]的結(jié)論相一致。豫中南煙區(qū)土壤表層硬度和次表層硬度分別為 19.78 kg·cm2和 40.72 kg·cm2，如果以30 kg·cm2為土壤硬度臨界值標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)高于該值的樣品比例分別為8.0%和86.7%，說明該區(qū)域土壤表層硬度對根系生長的阻力作用占比不大，但因為次表層土壤較為緊實，可能會抑制作物根系的下扎伸展，進而對農(nóng)作物產(chǎn)量質(zhì)量造成不利影響。進一步分析發(fā)現(xiàn)，3個植煙縣中，郟縣土壤的硬度較高，襄縣居中，泌陽靠后，煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值則是泌陽較高、襄縣居中、郟縣較低，與土壤硬度特征呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)規(guī)律變化，表明郟縣土壤硬度較高可能是影響其煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值的原因之一；此外，根據(jù)不同土壤表層硬度所對應(yīng)的煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值來看，可將豫中南煙區(qū)土壤硬度劃為3種等級范圍，即適宜（10～20 kg·cm-2）、較適宜（5～10 kg·cm-2和 20～30 kg·cm-2）和不適宜（＞30 kg·cm-2）。因此，各地應(yīng)因地制宜，可采取正確的機車田間作業(yè)方式、深耕、秸稈還田、合理施肥、套種綠肥和輪作等多種管理措施改善煙田土壤疏松狀況，降低土壤硬度，以利于根系對深層土壤水分和養(yǎng)分的吸收[19-21]。

除土壤硬度外，土壤物理性質(zhì)還包括質(zhì)地、容重、總孔隙度、田間持水量和土壤團聚體總量等指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，豫中南煙區(qū)土壤質(zhì)地屬于粘壤土類別，容重1.34 g/cm3，總孔隙度是49.47%，田間持水量大于20%，水穩(wěn)性團聚體總量在30%左右，與相關(guān)研究比較[22-23]，該區(qū)域土壤多數(shù)物理指標(biāo)（除土壤硬度外）處于優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的適宜范圍以內(nèi)。土壤表層硬度與次表層硬度呈極顯著相關(guān)性，說明土壤表層與次表層硬度特征呈現(xiàn)一致性，這與康奈爾土壤健康評價體系中的結(jié)果相一致[2]；一般認(rèn)為，土壤硬度增大的前提在于土壤孔隙減少，而土壤孔隙與土壤容重相關(guān)顯著[24-25]；本研究中，土壤表層硬度與黏粒含量、容重呈顯著正相關(guān)，與總孔隙度呈顯著負(fù)相關(guān)，說明其受質(zhì)地、容重和總孔隙度等因素影響，這也與前人報道相一致[5,21]。

土壤酸堿度、肥力因素（有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀）和可溶性中微量元素含量與植株生長過程中的營養(yǎng)供應(yīng)密切相關(guān)。土壤緊實降低了土壤中氧氣含量，有機質(zhì)產(chǎn)生厭氧降解，導(dǎo)致土壤pH 值降低的同時提高了微量元素鋅濃度[26]。Jordan等[27]通過15N同位素示蹤結(jié)果發(fā)現(xiàn)，土壤緊實造成總孔隙度下降，土壤處于厭氧環(huán)境幾率增加，正常土壤中的土壤氮損失（11%）顯著低于緊實狀況下的土壤氮損失（60%）；土壤硬度增加引起土壤水分和空氣減少，改變土壤微生物環(huán)境和養(yǎng)分循環(huán)，有機氮礦化受到抑制，降低了植物有效氮供應(yīng)，從而引起更多土壤氮損失[28]。本研究中，土壤表層硬度與堿解氮呈顯著負(fù)相關(guān)，而與土壤其它化學(xué)指標(biāo)無顯著相關(guān)性，說明土壤硬度增加可能降低土壤有效氮供應(yīng)，這與Motavalli等[29]的研究結(jié)果相一致。

土壤微生物與酶活性是決定土壤功能的兩個關(guān)鍵性因素，常被用作表征土壤質(zhì)量的靈敏性指標(biāo)[30-31]。有報道稱，土壤硬度增加降低了土壤生物多樣性，影響微生物數(shù)量和土壤酶活性，從而影響土壤碳氮循環(huán)[32]。有報道指出，與正常土壤相比，緊實土壤中的微生物碳氮分別下降20%和50%[28]。Tan等[33]在加拿大森林生態(tài)中發(fā)現(xiàn)，土壤緊實降低微生物碳氮和可溶性有機碳氮，且在補充有機殘留物后，碳氮礦化速率及礦化量仍然降低。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤硬度與土壤蛋白、活性有機碳含量分別呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)，這說明土壤硬度增加降低了土壤生物學(xué)的健康水平；參照美國康奈爾土壤健康評價標(biāo)準(zhǔn)[2]，豫中南煙區(qū)土壤蛋白和土壤活性有機碳含量均明顯偏低，這可能與本地區(qū)土壤硬度較高有關(guān)。土壤磷酸酶是一類催化土壤有機磷化合物礦化成無機磷的酶，其活性高低直接影響著土壤中有機磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性。Dick 等[34]發(fā)現(xiàn)緊實土壤中磷酸酶活性顯著低于受碾壓修復(fù)后的土壤，說明土壤硬度顯著影響土壤磷酸酶活性。楊曉娟等[7]指出緊實土壤對于土壤微生物的影響主要是降低了土壤磷酸酶活性；在緊實土壤中接種菌根真菌后，植物地上部的生物量和磷的吸收量均會增加[5]。本研究發(fā)現(xiàn)，植煙土壤表層硬度與磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明土壤緊實可能導(dǎo)致有機磷轉(zhuǎn)化為無機磷的效率降低，影響作物根系對磷的吸收利用。

4 結(jié)論

豫中南煙區(qū)土壤表層硬度基本適宜，次表層硬度過高，可能對該地區(qū)煙草生長及其產(chǎn)量質(zhì)量造成不利影響。泌陽、郟縣和襄縣之間土壤表層硬度差異不大，但郟縣土壤次表層硬度相對較高。當(dāng)土壤表層硬度高于30 kg·cm-2時，顯著影響煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值和上等煙比例。土壤表層硬度與次表層硬度顯著相關(guān)，并受質(zhì)地、容重和總孔隙度等因素影響；與土壤堿解氮、土壤蛋白和磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，與活性有機碳呈顯著負(fù)相關(guān)性。

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