深耕對植煙土壤溫濕度及烤煙根系發(fā)育和經濟性狀的影響

劉智炫，周清明，穰中文*，黎 娟，劉勇軍，唐春閨，鐘越峰

1. 湖南農業(yè)大學農學院，長沙市芙蓉區(qū)農大路1 號 410128

2. 湖南省煙草科學研究所，長沙市天心區(qū)芙蓉南路一段628 號 410000

3. 湖南省煙草公司長沙市公司，長沙市勞動東路359 號 410007

目前我國植煙區(qū)實行以人工、畜力［1］和小型農田耕作機械［2］作業(yè)為主的耕作方式，然而長期在該模式下作業(yè)使土壤耕層變薄，犁底層增厚［3］，通氣透水性能不良，煙株根系不發(fā)達，影響了煙葉產質量的形成［4］。深耕（粉壟深耕）是在傳統(tǒng)耕作的基礎上，進一步地深松耕層土壤，使土壤增加蓄水保濕能力，為作物生長發(fā)育提供更為適合的土壤和水分環(huán)境。深耕能夠打破犁底層，改善土壤耕層結構，提高土壤肥力，從而促進作物的生長發(fā)育，進而提高作物的產量［5-6］。有研究表明，深耕能夠改善土壤物理結構和理化性質，提高玉米［7］、小麥［8］、水稻［9］、馬鈴薯［10］等作物產量，而在煙草生產上通過條狀超深耕技術可明顯改善土壤理化性狀，提高煙葉產量［11］。孫敬國等［12］研究發(fā)現(xiàn)，深耕能夠改善土壤微環(huán)境，提高煙葉根系活力和上等煙比例；童文杰等［13］研究指出，深耕措施可顯著改變土壤的物理結構（總孔隙度和毛管孔隙度）；潘金華等［14］研究認為，深耕措施配合低肥料用量可協(xié)調煙葉化學成分，達到增產提質的效果。前人圍繞深耕在煙草上的應用多集中在與施肥相結合，研究土壤養(yǎng)分、理化性質的變化，以及深耕技術對烤煙生長發(fā)育和產質量的影響，而對深耕條件下土壤耕層溫濕度的變化研究較少。土壤溫度是土壤典型特征的重要參數(shù)之一，不但影響著土壤的理化性狀［15］，同時對作物的生長發(fā)育也有著較大影響［16］；土壤濕度是影響土壤微生物群落組成的主要因素之一［17］，對煙株根系發(fā)育有顯著影響［18］。鑒于此，通過田間試驗，研究深耕對煙草全生育期植煙土壤溫濕度、烤煙根系生長發(fā)育和產量的影響，旨在通過植煙土壤不同耕層溫濕度變化，探索煙株根系發(fā)育和煙葉增產的機制，為湖南煙區(qū)構建環(huán)境友好型優(yōu)質煙葉生產模式提供依據。

1 材料與方法

1.1 地點與材料

試驗地點設置在湖南省長沙市瀏陽市永安鎮(zhèn)（經度113°22′2″，緯度28°17′17″），瀏陽市2018 年全年平均氣溫18.43℃，平均相對濕度80.20%，全年累計降水量1 231.20 mm?？緹熎贩N為當?shù)刂髟云贩NG80，烤煙移栽期為2018 年3 月23 日，終烤時間7 月16 日，大田生育期115 d。大田生育期溫濕度、晝夜溫差和降水量見圖1 和圖2，數(shù)據采集自瀏陽市氣象站。供試土壤質地為壤質砂土，土壤基本理化性質為pH 7.85，全氮1.52 g/kg，全磷0.85 g/kg，全鉀20.35 g/kg，有機質26.54 g/kg。

圖1 大田生育期大氣溫濕度及晝夜溫差的變化Fig.1 Variations in atmospheric temperature, humidity and temperature difference between day and night during field growth period

圖2 大田生育期降水量的變化Fig.2 Variations in precipitation during field growth period

1.2 試驗設計

采用單因素試驗設計，設置兩個處理，分別為對照（CK）：直接旋耕起壟12 cm（當?shù)爻Ｒ?guī)耕作方式）；處理T：運用粉壟深耕深松機（廣西五豐機械有限公司）進行深耕30 cm+旋耕起壟。每處理3次重復，每小區(qū)行株距為1.20 m×0.50 m，面積為0.03 hm2。除耕作方式外，其他生產管理技術措施均按照當?shù)貎?yōu)質烤煙生產技術規(guī)范執(zhí)行。

1.3 測定項目及方法

采用土壤溫濕度記錄儀（武漢中科能慧有限公司），利用溫濕度感應探頭，精確定位土層深度，分土層記錄溫度、相對濕度，每10 cm 作為一個土層，共4 層，溫濕度檢測深度40 cm。溫濕度的檢測方式為每10 min 記錄1 次，最終數(shù)據以小時平均值和日平均值計算。

土壤溫度、相對濕度日較差=當日小時最高值-當日小時最低值

烤煙移栽后20、40、60 和80 d 時，每小區(qū)選取長勢相近的煙株3 株，采用破壞性取樣，參照文獻［19］測定其煙株根系下扎深度和一級、二級側根數(shù)量。煙葉烘烤結束后，按照國家煙葉分級標準［20］對每小區(qū)煙葉進行分級和產量統(tǒng)計。

1.4 數(shù)據處理

利用Excle 和SPSS 24.0 軟件進行數(shù)據方差分析和作圖。采用Duncan’s 新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 深耕對植煙土壤溫度的影響

2.1.1 土壤日均溫度

圖3 不同耕層土壤日均溫度的變化Fig.3 Variations in average daily temperature of soils in different arable layers

由圖3 可知，大田生育期深耕（T）與常規(guī)耕作（CK）相比，不同耕層的土壤日均溫度變化趨勢基本一致，總體上呈現(xiàn)上升的趨勢；且隨著土壤耕層的加深日均溫度逐漸降低。在30 cm 耕層，深耕的土壤日均溫度略高于常規(guī)耕作，提高0.20～0.60 ℃，最大溫差不超過0.77 ℃。對烤煙大田生育期植煙土壤的溫度進行線性回歸分析，發(fā)現(xiàn)常規(guī)耕作和深耕的R2均在0.8 以上，且深耕的R2大于常規(guī)耕作，說明深耕的擬合效果優(yōu)于常規(guī)耕作。

2.1.2 土壤溫度日較差

由圖4 可知，不同耕層常規(guī)耕作的土壤溫度日較差在0～13 ℃之間，明顯高于深耕處理（0～6 ℃）；4 月中旬以后，不同耕層土壤溫度日較差總體上變化穩(wěn)定，常規(guī)耕作一般低于5 ℃，深耕處理一般低于3 ℃。說明深耕能有效地降低土壤耕層的溫度日較差，日均土壤溫度的變化幅度降低。從不同耕層來看，在大田生育前期10 cm 耕層土壤溫度日較差變化較大，20 cm 耕層次之；30 cm 和40 cm 耕層土壤溫度日較差變化均較小。

2.2 深耕對植煙土壤相對濕度的影響

2.2.1 日均相對濕度

圖4 不同處理土壤溫度日較差的變化Fig.4 Variations in daily temperature range of soils under different treatments

圖5 不同耕層土壤日均相對濕度的變化Fig.5 Variations of average daily relative humidity of soils in different arable layers

由圖5 可知，從10 cm 耕層土壤相對濕度來看，CK 土壤相對濕度在30%～40%之間，T 處理相對濕度在26%～40%之間，烤煙整個生育期土壤相對濕度變化幅度均較小。從20 cm 耕層土壤相對濕度來看，CK 土壤相對濕度在32%～51%之間，T處理土壤相對濕度在25%～59%之間，整個生育期土壤相對濕度變化幅度略高于10 cm 耕層土壤。從30 cm 耕層土壤相對濕度來看，CK 土壤相對濕度在34%～55%之間，T 處理土壤相對濕度在29% ～69%之間，整個生育期土壤相對濕度變化幅度較大，總體上T 處理的土壤相對濕度明顯高于CK。從40 cm 耕層土壤相對濕度來看，CK 土壤相對濕度在38%～69%之間，T 處理土壤相對濕度在39%～78%之間，總體上T 處理土壤相對濕度明顯高于CK。從整個生育期來看，隨著耕層深度的加深土壤相對濕度總體上呈上升的趨勢，在30 cm 和40 cm 耕層T 處理土壤日均濕度明顯高于CK，說明深耕的土壤保濕能力優(yōu)于常規(guī)耕作。

2.2.2 相對濕度日較差

由圖6 可知，常規(guī)耕作的土壤相對濕度日較差在0～45%之間，深耕的土壤相對濕度日較差在0～36%之間。CK 土壤相對濕度日較差變化幅度較大的是10 cm 耕層；T 處理土壤相對濕度日較差變化幅度較大的是30 cm 耕層和40 cm 耕層，而10 cm耕層土壤變化幅度最小，與CK 相反。

圖6 不同處理相對濕度日較差的變化Fig.6 Variations in daily range of relative humidity under different treatments

2.3 深耕對烤煙根系發(fā)育的影響

2.3.1 深耕對根系下扎深度的影響

由圖7 可知，煙株移栽后20 d，根系下扎深度無顯著差異；煙株移栽后40 d，T 處理與CK 相比煙株根系下扎深度增加4.50 cm，差異達到極顯著水平（p＜0.01）；煙株移栽后60 d，T 處理與CK 相比煙株根系下扎深度增加4.80 cm，差異達到顯著水平（p＜0.05）；煙株移栽后80 d，T 處理比CK 煙株根系下扎深度增加8.07 cm，差異達到極顯著水平（p＜0.01）。這說明深耕有利于煙株根系生長。

2.3.2 深耕對烤煙根系生長的影響

由表1 可知，煙株根系一級側根數(shù)在移栽后60 d 時兩處理間差異不顯著，80 d 時T 處理煙株根系一級側根數(shù)比CK 提高40.57%，差異達到顯著水平（p＜0.05）；二級側根數(shù)在60 d 時T 處理的二級側根數(shù)比CK 處理提高26.37%，差異達到極顯著水平（p＜0.01），移栽后80 d T 處理的煙株根系二級側根數(shù)比CK 提高36.35%，差異達到極顯著水平（p＜0.05）。

圖7 煙株根系下扎深度的比較Fig.7 Depth of root system of tobacco plant

表1 不同處理側根數(shù)量的比較Tab.1 Comparison of numbers of lateral roots between different treatments

2.4 深耕對烤煙經濟性狀的影響

由表2 可知，處理與對照間的烤煙經濟性狀指標差異達到顯著水平。T 處理產量與CK 相比提高7.44%，差異達到顯著水平（p＜0.05）；T 處理上等煙比例比CK 提高33.44%，差異達到極顯著水平（p＜0.01）；T 處理均價比CK 提高17.66%，差異達到極顯著水平（p＜0.01）；T 處理產值比CK 提高26.51%，差異也達到極顯著水平（p＜0.01）。說明深耕能夠顯著提高烤煙的產量和產值。

表2 不同處理烤煙經濟性狀指標的比較Tab.2 Comparison of economic traits of flue-cured tobacco between different treatments

3 討論

本研究表明，大田生育期不同耕層土壤日均溫度總體上呈上升趨勢，且日均溫度隨著土壤耕層的加深而逐漸降低，這與陸華天等［21］的研究結果相似。深耕的土壤溫度日較差明顯低于常規(guī)耕作，說明深耕能夠明顯降低土壤日均溫度的波動，使土壤晝夜溫差減小。其原因可能是由于深耕打破了土壤犁底層，改變了土壤原有的耕層結構，造成不同土層的土壤上下懸浮交換［22］，使土層間土壤結構變化均勻、土壤變得疏松，從而有利于土壤溫度的傳導，降低了不同耕層的土壤日均溫度的變化幅度。本研究中大氣晝夜溫差基本在5～15 ℃之間，有研究表明晝夜溫差大，有利于煙株的養(yǎng)分運輸，進而促進煙株生長發(fā)育［23］，也有學者［24］認為晝夜溫差小有利于煙株的生長發(fā)育，但其作用機制尚不明確，有待進一步深入研究。

土壤濕度的穩(wěn)定可為作物生長提供良好的土壤環(huán)境［25］。Zhu 等［26］研究表明土壤相對濕度隨著耕層的加深而增加；本研究表明，隨著土壤耕層深度的加深土壤相對濕度呈現(xiàn)上升的趨勢，與文獻［26］的研究結果一致。本研究中，在30 cm和40 cm耕層深耕的土壤日均相對濕度明顯高于常規(guī)耕作，這可能與深耕方式有利于土壤水分下滲，提高深層土壤的蓄水保濕能力有關［27］。

前人研究表明，深耕能夠促進作物的根系生長、增加水分利用率、提高產量和經濟效益［14，28］。本研究中，烤煙移栽后60 d 兩處理烤煙一級側根數(shù)的差異不顯著，而移栽后80 d 的差異達到顯著水平，這可能是由于60 d 時烤煙正處于旺長初期，一級側根發(fā)育尚不完全；而移栽后80 d 時烤煙處于旺長后期，煙株一級側根的發(fā)育基本完成，因此造成差異。本試驗對深耕處理土壤溫濕度的變化進行了初步研究，而有關土壤溫濕度影響烤煙根系生長的機制還有待進一步試驗。

4 結論

大田生育期不同土層溫度總體上呈上升的變化趨勢，與大氣溫度變化基本一致，且日均溫度隨著土壤耕層的加深而逐漸降低，且深耕的土壤溫度日較差明顯低于常規(guī)耕作。土壤相對濕度隨著耕層深度的加深呈現(xiàn)上升的趨勢，在30 cm 和40 cm耕層深耕的土壤日均相對濕度明顯高于常規(guī)耕作，增加了耕層土壤的保濕能力，為根系生長的水分需求提供了保障?？緹熞圃院?0 d，深耕的根系下扎深度增加8.07 cm，差異達到極顯著水平（p＜0.01），且增加了一級、二級側根數(shù)量。深耕處理的煙葉產量比常規(guī)耕作提高7.44%，上等煙比例提高33.44%，產值提高26.51%。因此，深耕可減少不同耕作層土壤溫度日較差，增加土壤的保濕能力，促進烤煙根系的生長發(fā)育，進而提高煙草的產量和產值。