不同耕作方式及耕地深度對(duì)貴陽(yáng)植煙土壤及烤煙質(zhì)量的影響

刁朝強(qiáng),鄧兆權(quán),林 松,祖慶學(xué),饒 陳,任春燕,李余江,程傳策

(1.貴州省煙草公司 貴陽(yáng)市公司,貴州 貴陽(yáng) 550001;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院,河南 鄭州 450002)

貴陽(yáng)煙區(qū)為喀斯特地貌,耕層較薄,再加上煙草常年連作、化肥的大量施用、有機(jī)肥用量不足等,致使植煙土壤耕性退化、土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞、有機(jī)質(zhì)含量下降、土壤生物活性降低、營(yíng)養(yǎng)元素利用率下降,最終造成烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)下降[1-6]。因此尋求提高煙田土壤質(zhì)量、改善煙田土壤環(huán)境、保障烤煙產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)步提升,同時(shí)不增加種煙成本、不破壞植煙土壤環(huán)境的耕作方式顯得十分迫切。

耕作方式對(duì)土壤質(zhì)量有重要影響。當(dāng)前貴陽(yáng)煙區(qū)旋耕為主要耕作方式,但長(zhǎng)期旋耕造成土壤耕層變淺、結(jié)構(gòu)緊實(shí)、土壤團(tuán)聚體數(shù)量減少,進(jìn)而導(dǎo)致植煙土壤水、肥、氣、熱供給不協(xié)調(diào),土壤質(zhì)量明顯下降,從而限制了煙株根系生長(zhǎng)發(fā)育,阻礙了烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。越來(lái)越多的研究表明,耕作方式的改良可以有效地改善耕層土壤質(zhì)量。周虎等[7]的研究結(jié)果表明旋耕處理盡管可以使表層土壤容重降低,但也導(dǎo)致土壤犁底層變淺。孔曉民等[8]和劉淑梅等[9]的研究結(jié)果均表明深耕可以打破犁底層,降低深層土壤容重。肖慧等[10]的研究結(jié)果表明深耕能夠保持土壤疏松和水分適宜,有益于土壤的熟化,增強(qiáng)肥力,加速土壤升溫,改善土壤微生物群落的活動(dòng),加速有機(jī)物的利用和分解,緩解自毒物質(zhì)及病原微生物對(duì)植物的傷害。孫敬國(guó)等[11]研究發(fā)現(xiàn)深耕有助于提升土壤溫度,改善土壤微環(huán)境,提升煙株根系活力和提高煙葉產(chǎn)量。孟祥東等[12]的研究結(jié)果表明深耕+前膜后草覆蓋促進(jìn)了烤煙葉片葉綠素的降解,維持了較高的類(lèi)胡蘿卜索及其降解產(chǎn)物的含量,有效地提高了烤煙品質(zhì)。

目前,何種耕作方式更有利于煙草的生長(zhǎng)及土壤肥力的保持,尚無(wú)定論,為此,本文系統(tǒng)比較了不同耕作方式及耕作深度對(duì)煙田土壤物理、化學(xué)和生物性狀的影響,以期更好地改良煙田土壤結(jié)構(gòu),提高煙葉品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2017年3～9月在貴陽(yáng)市開(kāi)陽(yáng)縣進(jìn)行,供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N云煙87。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為黃壤土,在4月20日移栽,株行距為50 cm×120 cm,土壤基礎(chǔ)肥力狀況為有機(jī)質(zhì)28.32 mg/g、堿解氮50.24 mg/kg、速效鉀118.57 mg/kg、速效磷17.98 mg/kg。本試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)因素：耕作方式和耕作深度,其中耕作方式又設(shè)旋耕、松地和翻地3個(gè)水平,耕作深度又設(shè)15 cm和35 cm,共組合成6個(gè)處理,分別為: T1為旋耕15 cm,T2為旋耕35 cm,T3為松地15 cm,T4為松地35 cm,T5為翻地15 cm,T6為翻地35 cm。每個(gè)處理3次重復(fù),采用隨機(jī)區(qū)組排列,每個(gè)小區(qū)面積為66.7 m2。試驗(yàn)田各處理所有農(nóng)事操作在同一天內(nèi)完成；其它田間管理措施均按當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)技術(shù)方案。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與測(cè)定方法

1.2.1 土壤指標(biāo) 分別在移栽后30 d、60 d、90 d、120 d，在試驗(yàn)地各小區(qū)按五點(diǎn)取樣法采集耕層土壤,以煙株為圓心，在半徑5 cm、深度10～20 cm處采集土樣,每個(gè)小區(qū)取1份；將部分鮮土保存于4 ℃冰箱里，用于測(cè)量土壤微生物量碳和水溶性碳；將剩余土樣風(fēng)干后過(guò)篩，用于測(cè)定土壤養(yǎng)分含量。土壤水溶性碳、氮含量的測(cè)定采用水提取過(guò)濾,用TOC儀測(cè)定浸提液濃度的方法[13]。土壤微生物量碳、氮的測(cè)定采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法,熏蒸和未熏蒸的樣品分別用0.5 mol/L的K2SO4浸提30 min,用TOC儀測(cè)定浸提液濃度[14]。土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法[13]。土壤堿解氮含量的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法[13]。土壤速效磷含量的測(cè)定采用釩鉬藍(lán)比色法[13]。土壤速效鉀含量的測(cè)定采用火焰光度計(jì)法[13]。土壤脲酶活性的測(cè)定采用比色法[15]。土壤蔗糖酶活性的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[15]。

1.2.2 烤煙指標(biāo) 分別在煙苗移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d,在每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的煙株10棵,測(cè)定株高、葉長(zhǎng)、葉寬、莖圍、有效葉數(shù),并根據(jù)公式：葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.6345[16]計(jì)算葉面積。在煙葉成熟后(移栽后90 d)，選擇生長(zhǎng)均勻一致的煙株按部位全部采收；煙葉由當(dāng)?shù)爻蹩竞?各小區(qū)取1 kg中部(C3F)等級(jí)煙葉,進(jìn)行煙樣的化學(xué)成分和香氣組成分析；采用AAⅢ型連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定初烤煙樣的總氮、還原糖、煙堿、鉀、氯含量；將每個(gè)處理的煙葉在45 ℃下烘干,磨碎過(guò)60目篩,采用內(nèi)標(biāo)法(內(nèi)標(biāo)為硝基苯),通過(guò)HP5890-5972氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行中性致香物的定性和定量測(cè)定和分析。

1.2.3 烤后煙葉的經(jīng)濟(jì)性狀 對(duì)烤后煙樣進(jìn)行分級(jí),各個(gè)級(jí)別單獨(dú)稱(chēng)樣、記產(chǎn)。依據(jù)當(dāng)?shù)責(zé)熑~收購(gòu)價(jià)格計(jì)算產(chǎn)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用DPS 7.05軟件,采用Duncan氏新復(fù)極差法比較不同處理間各種指標(biāo)之間的差異;使用OriginPro 8.5進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式及深度對(duì)土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量的影響

2.1.1 堿解氮含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤堿解氮含量的影響見(jiàn)表1。從表1中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)4個(gè)時(shí)期的土壤堿解氮含量均影響顯著。其中,耕作方式對(duì)移栽后30 d、60 d時(shí)土壤堿解氮含量的影響達(dá)到了0.001的顯著水平,對(duì)90 d和120 d時(shí)的影響達(dá)到了0.01顯著水平;耕作深度對(duì)移栽后30 d、60 d和90 d時(shí)土壤堿解氮含量的影響均達(dá)到了0.001顯著水平,對(duì)120 d時(shí)的影響達(dá)到了0.01顯著水平;兩者的交互效應(yīng)對(duì)4個(gè)時(shí)期土壤堿解氮含量的影響均達(dá)到了0.001顯著水平。

此外，30 d和60 d時(shí)土壤堿解氮含量在3種耕作方式間差異均顯著,而90 d和120 d時(shí)的土壤堿解氮含量在旋耕和翻地之間差異不顯著?？傮w來(lái)看,在3種耕作方式中,以翻地的土壤堿解氮含量最高,其次是旋耕,翻地方式下的土壤堿解氮含量最低。對(duì)于兩個(gè)耕作深度而言,在旋耕方式和翻地方式下,35 cm耕作深度下的土壤堿解氮含量均高于15 cm下的。

表1 耕作方式及深度對(duì)土壤堿解氮含量的影響 mg/kg

注:同列數(shù)據(jù)后附“ns”、“*”、“**”、“***”分別表示在同一時(shí)期某因素不同水平間或兩個(gè)因素互作(不同處理)間差異不顯著、在0.05水平下差異顯著、在0.01水平下差異顯著、在0.001水平下差異顯著。下同。

2.1.2 速效鉀含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤速效鉀含量的影響見(jiàn)表2。從表2中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)土壤速效鉀含量的影響在4個(gè)不同的時(shí)期不同。其中,耕作方式對(duì)30 d、60 d和90 d時(shí)土壤速效鉀含量的影響分別達(dá)到了0.05、0.01和0.001的顯著水平;耕作深度只對(duì)30 d時(shí)土壤速效鉀含量的影響極顯著；兩者交互效應(yīng)對(duì)4個(gè)時(shí)期土壤速效鉀含量的影響均顯著,其中30 d、90 d和120 d達(dá)到0.001顯著水平,60 d達(dá)到0.01顯著水平。

表2 耕作方式及深度對(duì)土壤速效鉀含量的影響 mg/kg

2.1.3 速效磷含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤速效磷含量的影響見(jiàn)表3。從表3中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)土壤速效磷含量的影響在4個(gè)不同的時(shí)期均顯著。其中,耕作方式對(duì)30 d和60 d時(shí)土壤速效磷含量的影響達(dá)到了0.01顯著水平,對(duì)90 d和120 d時(shí)土壤速效磷含量的影響達(dá)到了0.001顯著水平;耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)4個(gè)時(shí)期土壤速效磷含量的影響均達(dá)到了0.001顯著水平。

在翻地和松土兩種耕作方式下,隨著耕作深度的增加,土壤中速效磷含量顯著降低；而在旋耕方式下,隨著耕作深度的增加,90 d和120 d時(shí)土壤速效磷含量顯著降低。可見(jiàn)對(duì)于貴陽(yáng)市的煙區(qū)而言,由于喀斯特地貌,土壤保水保肥能力差,深耕會(huì)導(dǎo)致土壤中有效磷的淋失。

表3 耕作方式及深度對(duì)土壤速效磷含量的影響 mg/kg

2.1.4 有機(jī)質(zhì)含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響見(jiàn)表4。從表4中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響在4個(gè)不同的時(shí)期有所不同。其中,耕作方式對(duì)30 d時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響達(dá)到了0.01顯著水平,對(duì)60 d時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響不顯著,對(duì)90 d和120 d時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響達(dá)到了0.001顯著水平;兩者交互效應(yīng)對(duì)30 d、60 d、90 d和120 d時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響分別達(dá)到了0.01、0.05、0.001和0.001顯著水平。

表4 耕作方式及深度對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 g/kg

2.2 不同耕作方式及深度對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1 脲酶活性 不同耕作方式及深度對(duì)土壤脲酶活性的影響見(jiàn)表5。從表5中可以看出,除耕作深度對(duì)60 d時(shí)土壤脲酶活性的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)土壤脲酶活性的影響均顯著。其中,耕作方式及兩者交互效應(yīng)對(duì)4個(gè)時(shí)期土壤脲酶活性的影響均達(dá)到了0.001顯著水平,而深度對(duì)30 d、60 d和120 d時(shí)土壤脲酶活性的影響均達(dá)到了0.001顯著水平。

進(jìn)一步對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),耕作方式及深度對(duì)不同時(shí)期土壤脲酶活性的影響不同。對(duì)30 d時(shí)土壤脲酶活性而言,在旋耕方式下其隨著深度增加而降低,而在翻地和松地方式下其隨著深度增加而增加;60 d時(shí)土壤脲酶活性的變化趨勢(shì)與30 d時(shí)的相反;對(duì)90 d時(shí)土壤脲酶活性而言,在旋耕方式和松土方式下其隨著深度增加而減少,而在翻地方式下其隨著深度增加而增加;在3種耕作方式下,120 d時(shí)土壤脲酶活性均有隨著深度增加而降低的趨勢(shì)。

表5 耕作方式及深度對(duì)土壤脲酶活性的影響 μg/g

2.2.2 蔗糖酶活性 不同耕作方式及深度對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響見(jiàn)表6。從表6中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響均顯著。在旋耕方式下,30 d、60 d、90 d和120 d時(shí)的土壤蔗糖酶活性均隨著深度的增加而顯著降低;在翻地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加而增加;在松地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加也呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)。

表6 耕作方式及深度對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響 μg/g

2.3 不同耕作方式及深度對(duì)土壤可溶性碳、氮含量的影響

2.3.1 可溶性碳含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤中可溶性碳含量的影響見(jiàn)表7。從表7中可以看出,除耕作方式對(duì)120 d時(shí)土壤可溶性碳含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)其他幾個(gè)時(shí)期土壤可溶性碳含量的影響均顯著。

此外，30 d時(shí)土壤可溶性碳含量在松地和旋耕方式下都隨著深度增加而增加,而在翻地方式下隨著深度增加而下降；60 d時(shí)土壤可溶性碳含量在旋耕方式下隨著深度增加而增加,而在翻地和松地方式下隨著深度增加而降低;90 d時(shí)土壤可溶性碳含量在3種耕作方式下均隨著深度增加而降低;120 d時(shí)土壤可溶性碳含量在旋耕和松地方式下隨著深度增加而顯著降低,而在翻地方式下隨著深度增加而增加。

表7 耕作方式及深度對(duì)土壤中可溶性碳含量的影響 mg/kg

2.3.2 可溶性氮含量 不同耕作方式及深度對(duì)土壤中可溶性氮含量的影響見(jiàn)表8。從表8中可以看出,除耕作方式對(duì)60 d時(shí)土壤可溶性氮含量的影響及兩者交互效應(yīng)對(duì)90 d時(shí)土壤可溶性氮含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)其他幾個(gè)時(shí)期土壤可溶性氮含量的影響均顯著。

表8 耕作方式及深度對(duì)土壤中可溶性氮含量的影響 mg/kg

2.4 不同耕作方式及深度對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.4.1 株高 從表9中可以看出,耕作方式對(duì)移栽后45～90 d烤煙株高的影響均顯著,而深度對(duì)株高的影響不顯著,兩者的交互效應(yīng)只對(duì)75 d時(shí)的株高有顯著的影響?？梢?jiàn),對(duì)于株高而言,主要影響因素為耕作方式。3種耕作方式中以旋耕的效果最顯著?？梢?jiàn),對(duì)于貴陽(yáng)市地區(qū)的喀斯特地貌而言,由于耕層相對(duì)較淺,采取合適的耕作方式尤為關(guān)鍵。

表9 耕作方式及深度對(duì)烤煙株高的影響 cm

2.4.2 莖圍 由表10可知：耕作方式對(duì)60 d和75 d時(shí)莖圍的影響顯著；深度對(duì)各時(shí)期莖圍的影響均不顯著；兩者的交互效應(yīng)只對(duì)60 d時(shí)的莖圍有顯著的影響?？梢?jiàn),對(duì)于莖圍而言,主要影響因素為耕作方式。

表10 耕作方式及深度對(duì)烤煙莖圍的影響 cm

2.4.3 葉片數(shù) 表11表明,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)烤煙整個(gè)生育期的葉片數(shù)均無(wú)顯著的影響。

表11 耕作方式及深度對(duì)烤煙葉片數(shù)的影響 片

2.4.4 葉面積 從表12可以看出,耕作方式對(duì)煙株葉面積的影響在45 d時(shí)顯著,而深度對(duì)葉面積的影響在75 d時(shí)顯著,兩者的交互效應(yīng)在各時(shí)期均不顯著。

2.5 不同耕作方式及深度對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

從表13中可以看出：對(duì)于煙葉總糖和還原糖含量而言,其在旋耕方式下隨著深度的增加而增加,在松地方式下變化沒(méi)有規(guī)律，而在翻地方式下隨著深度的增加而顯著降低;煙葉煙堿、鉀離子及氯離子含量在幾個(gè)處理之間并無(wú)顯著性變化。

表12 耕作方式及深度對(duì)烤煙葉面積的影響 m2

表13 耕作方式及深度對(duì)煙葉常規(guī)化學(xué)成分含量的影響 %

2.6 不同耕作方式及深度對(duì)烤煙煙葉中性致香物質(zhì)含量的影響

由表14可見(jiàn)不同處理煙葉的中性致香物質(zhì)含量存在著較大的差異。從中性致香物質(zhì)總含量來(lái)看,以翻地35 cm下最高,旋耕15 cm下次之；在耕地15 cm深的情況下,旋耕方式下的煙葉中性致香物質(zhì)含量最高。此外，在旋耕和松土兩種方式下烤煙中性致香物質(zhì)含量隨著深度的增加呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。新植二烯和類(lèi)胡蘿卜素類(lèi)是造成這些差異的主要原因。

表14 耕作方式及深度對(duì)烤煙中性致香物質(zhì)含量的影響 μg/g

續(xù)表14：

香氣前體物質(zhì)分類(lèi)香氣成分T1T2T3T4T5T6其他類(lèi)愈創(chuàng)木酚1.060.910.720.590.981.102,6-壬二烯醛0.160.320.210.210.220.26藏花醛0.180.160.510.940.140.16b-環(huán)檸檬醛0.480.500.280.250.310.51螺巖蘭草酮0.500.750.610.570.620.68總量2.382.642.332.572.272.72致香物質(zhì)總量1236.121149.05861.68741.651004.841364.23

2.7 不同耕作方式及深度對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表15中可以看出：烤煙產(chǎn)量以松地35 cm處理下最高,以旋耕15 cm處理下最低；均價(jià)以旋耕35 cm處理下最高;產(chǎn)值以旋耕35 cm處理下最高,以翻地15 cm處理下最低;上等煙比例以旋耕15 cm處理下最高,以旋耕35 cm處理下最低;中上等煙比例以旋耕35 cm處理下最高,以翻地15 cm處理下最低。綜合看來(lái),以旋耕35 cm處理下的烤煙產(chǎn)值和中上等煙比例最高。

2.8 不同耕作方式及深度對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

從表16可以看出：在同一耕作方式下,耕作深度35 cm下的產(chǎn)值均高于15 cm下的,其中在翻地方式下前者較后者的增加幅度最大,產(chǎn)值提高了13.01%,新增經(jīng)濟(jì)效益為7774.80元/hm2;其次是松地方式下,產(chǎn)值提高了10.53%,新增經(jīng)濟(jì)效益為6533.85元/hm2。在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的產(chǎn)值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增經(jīng)濟(jì)效益9271.80元/hm2。

表15 耕作方式及深度對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

表16 耕作方式及深度對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

注: 1個(gè)工(工作8 h)的成本按100元計(jì)算。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明：在3種方式中,以翻地下的土壤堿解氮含量最高；在旋耕和翻地方式下,耕深35 cm下的土壤堿解氮含量均高于15 cm下的;在翻地和松地方式中,隨著耕作深度的增加,土壤中速效磷含量顯著降低。

30 d時(shí)土壤脲酶活性在旋耕方式下隨著耕作深度增加而降低,而在翻地和松地方式下則相反;90 d時(shí)土壤脲酶活性在旋耕和松土方式下隨著深度增加而減少,而在翻地方式下則相反;在3種耕作方式下,120 d時(shí)土壤脲酶活性均隨著深度增加而降低。在旋耕方式下,移栽后30 d、60 d、90 d和120 d時(shí)的土壤蔗糖酶活性均隨著深度增加而顯著降低;在翻地或松地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加而增加或顯著增加。

除耕作方式對(duì)120 d時(shí)土壤可溶性碳含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)其他幾個(gè)時(shí)期土壤可溶性碳含量的影響均顯著。除耕作方式對(duì)60 d時(shí)土壤可溶性氮含量的影響及兩者交互效應(yīng)對(duì)90 d時(shí)土壤可溶性氮含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應(yīng)對(duì)其他幾個(gè)時(shí)期土壤可溶性氮含量的影響均顯著。

耕作方式對(duì)烤煙的株高、莖圍影響較大,其中旋耕方式的效果較好。在旋耕方式下煙葉的總糖和還原糖含量隨耕作深度增加而增加,在翻地方式下則相反。煙葉中性致香物質(zhì)總含量以翻地35 cm下最高,以旋耕15 cm下次之，且在旋耕和翻地方式下其隨著深度的增加而減少。

在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的烤煙產(chǎn)值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增經(jīng)濟(jì)效益9271.80元/hm2。