改土物料混用對(duì)酸性土壤pH和烤煙生長(zhǎng)及物質(zhì)積累的影響

王新月 張 敏 劉勇軍 鄧小華,* 彭德元 張仲文 江智敏 王衛(wèi)民

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2 湖南省教育科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410005；3 湖南省煙草公司張家界市公司 湖南 張家界 427000；4 浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310008)

長(zhǎng)期連作、大量施用化肥以及傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)措施不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致的植煙土壤酸化，已成為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的主要障礙因子[1-3]。植煙土壤酸化，不僅會(huì)造成土壤貧瘠[2-4]、養(yǎng)分失衡[4-5]、重金屬活度增強(qiáng)[2,4]、微生物活性降低[4,6]及烤煙病害嚴(yán)重[7]，而且影響烤煙根系的生長(zhǎng)發(fā)育和養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量下降且不穩(wěn)定[8]。改良和修復(fù)酸性植煙土壤迫在眉睫。傳統(tǒng)改良酸性土壤方法主要是施用石灰中和土壤酸性，成本較低，但其只能短暫提高土壤pH值[9-10]，且長(zhǎng)期單施石灰還會(huì)造成土壤中鉀、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素有效性下降[10-11]、土壤板結(jié)和復(fù)酸化[12]。石灰與有機(jī)肥[13]、作物秸稈[14]、綠肥翻壓[15]等有機(jī)改良劑配合施用，既可改良土壤酸度，又可培肥地力，成為酸性土壤改良的趨勢(shì)。綠肥還田可提高土壤有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)和土壤微生物量[16-17]。生物有機(jī)肥可活化土壤養(yǎng)分，改善土壤微環(huán)境[18]。有關(guān)石灰、綠肥、生物有機(jī)肥能否就改良酸性土壤問題達(dá)到協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)效應(yīng)疊加的研究報(bào)道較少[19]。另外，國(guó)內(nèi)外關(guān)于有機(jī)和無(wú)機(jī)改良劑協(xié)同改良酸性土壤的研究主要采用大田試驗(yàn)針對(duì)土壤[19-20]及烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量[15,21]，而對(duì)烤煙根系形態(tài)指標(biāo)、干物質(zhì)和養(yǎng)分積累分配影響的研究尚鮮有報(bào)道。為此，本研究采用盆栽試驗(yàn)，將石灰、綠肥和不同酸堿度生物有機(jī)肥按一定比例混配成不同改土物料，探討其對(duì)烤煙生長(zhǎng)和養(yǎng)分積累分配的影響，旨在為酸性植煙土壤改良與培肥技術(shù)在烤煙生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在湖南省慈利縣高峰鎮(zhèn)(29.44°N，110.92°E)進(jìn)行。烤煙品種為云煙87，由湖南省煙草公司張家界市公司提供。盆栽試驗(yàn)土壤(取自高峰鎮(zhèn)湖南省煙草公司張家界市公司指定煙田)pH值5.04，有機(jī)質(zhì)19.42 g·kg-1，堿解氮90.45 mg·kg-1，有效磷7.21 mg·kg-1， 速效鉀123.55 mg·kg-1。施用石灰為市場(chǎng)上購(gòu)買的熟石灰；綠肥為燕麥鮮草(含水量84.59%，全氮、全磷、全鉀的干基含量分別為2.65%、2.34%、2.32%)，鍘切成10 cm的小段；酸性生物有機(jī)肥為湖南泰谷生態(tài)科技集團(tuán)股份有限公司商品肥，pH值為6，N∶P2O5∶K2O=2.0∶2.0∶4.0，有機(jī)質(zhì)含量≥45%，有效活菌數(shù)≥0.5億·g-1； 堿性生物有機(jī)肥為蒙古羊廄肥+復(fù)合益生菌，pH值為8，N∶P2O5∶K2O=2.0∶1.0∶2.0，有機(jī)質(zhì)含量≥45%，有效活菌數(shù)≥0.2億·g-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇石灰、綠肥、酸性生物有機(jī)肥、堿性生物有機(jī)肥組配為不同改土物料。設(shè)5個(gè)處理：T1，石灰(135.14 g/盆)；T2，石灰(135.14 g/盆)+綠肥(450.45 g/盆)；T3，石灰(135.14 g/盆)+綠肥(450.45 g/盆)+酸性生物有機(jī)肥(27.03 g/盆)；T4，石灰(135.14 g/盆)+綠肥(450.45 g/盆)+堿性生物有機(jī)肥(27.03 g/盆)；CK，傳統(tǒng)栽培方法，不施改土物料?？緹熓┑?.58 g/盆，N∶P2O5∶K2O=1.00∶1.27∶2.73，各處理氮、磷、鉀施肥含量保持一致，各處理添加的綠肥、生物有機(jī)肥養(yǎng)分量通過減少基肥中復(fù)合肥(氮、磷、鉀含量分別為7.5%、14.0%、8.0%)、過磷酸鈣(磷含量12%)和硫酸鉀 (鉀含量52%)施用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。石灰、綠肥、有機(jī)肥施用量參照文獻(xiàn)[14,19]，并折算成盆栽試驗(yàn)用量。將盆栽試驗(yàn)土與石灰、綠肥、生物有機(jī)肥以及其他基肥充分混勻，選用高26 cm、上口和下口直徑分別為40和20 cm的塑料盆，每盆裝13 kg試驗(yàn)土壤，并將孔徑48 μm的尼龍布?jí)|于底部，然后將塑料盆埋入大田土壤中并起壟，盆口與壟面齊平。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10株煙，每盆1株，共150盆?？緹煼N植密度為16 650株·hm-2(1.2 m×0.5 m)，四周設(shè)保護(hù)行。其他栽培管理措施同張家界市優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤pH值測(cè)定 于烤煙移栽后30、60、90 d，每處理選擇3盆，每盆選擇3個(gè)點(diǎn)，采集0～15 cm土層土壤，制成混合土樣，采用電位法測(cè)定土壤pH值[22]。

1.3.2 烤煙農(nóng)藝性狀指標(biāo)調(diào)查 每處理選定5株具有代表性且長(zhǎng)熱一致的烤煙于移栽后60 d，按照YC/T 142-2010煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法[23]測(cè)定株高、莖圍、節(jié)距、葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)和葉寬等。葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.634 5。

1.3.3 煙葉SPAD值測(cè)定 于移栽后60 d，選擇烤煙第2片展開葉，采用SPAD-502 plus 便攜式葉綠素測(cè)定儀(日本柯尼卡美能達(dá)公司)測(cè)定SPAD值，每片煙葉在離主脈3 cm兩側(cè)對(duì)稱處各選擇6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量[24]，測(cè)定5株，求平均值。

1.3.4 根系形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 于移栽后60 d，每處理選擇3株長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的煙株，小心挖取根系，采用LA-2400多參數(shù)根系分析系統(tǒng)測(cè)定根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根直徑及根尖數(shù)[25]。

1.3.5 烤煙干物質(zhì)及全氮、全磷、全鉀含量測(cè)定 于移栽后60 d，每處理選擇5株長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株，分為根、莖、葉片，于105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重后測(cè)定干物質(zhì)量。采用H2SO4-H2O2法消煮，全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量采用火焰光度法測(cè)定[26]。并根據(jù)公式計(jì)算植株養(yǎng)分積累量、干物質(zhì)及養(yǎng)分分配比例[27]：

氮(磷、鉀)積累量(mg)=移栽后60 d單株干物質(zhì)量×單株含氮(磷、鉀)量(%)×10

(1)

干物質(zhì)(氮、磷、鉀)分配比例=某器官干物質(zhì)(氮、磷、鉀)量/植株干物質(zhì)(氮、磷、鉀)總量×100%

(2)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。采用Duncan法在P=0.05水平下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)植煙土壤pH值的影響

由表1可知，隨烤煙生育進(jìn)程發(fā)展，各改土物料處理植煙土壤pH值均逐步下降，各時(shí)期T1～T4的土壤pH值均較CK顯著提高。移栽后90 d，T1、T2、T3、T4的土壤pH值較CK分別提高0.79、0.90、0.85、1.12。不同改土物料處理之間，移栽后30 d，T1、T4的土壤pH值顯著高于其他處理；移栽后60、90 d，T4的土壤pH值顯著高于其他處理。可見，施用改土物料可顯著提高酸性土壤pH值，其中以堿性生物有機(jī)肥配施石灰和綠肥的處理(T4)效果最佳。

表1 不同改土物料對(duì)植煙土壤pH值的影響Table 1 Effect of amelioration materials application on tobacco-planting soil pH value

2.2 不同處理對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響

2.2.1 不同處理對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響 由表2可知，T2、T3、T4的農(nóng)藝性狀指標(biāo)均顯著高于CK；T1的株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長(zhǎng)和最大葉面積也顯著高于CK，但節(jié)距和最大葉寬與CK差異不顯著；株高以T2最大，T4次之，二者差異不顯著；莖圍、節(jié)距和最大葉面積以T4最大，葉片數(shù)和最大葉寬以T3最大，T4次之，二者差異不顯著。總體上看，施用改土物料可改善烤煙農(nóng)藝性狀，以T4的烤煙農(nóng)藝性狀相對(duì)最佳。

表2 不同改土物料對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effect of amelioration materials application on agronomic characters of flue-cured tobacco

2.2.2 不同處理對(duì)烤煙根系形態(tài)指標(biāo)的影響 由表3可知，T1～T4的根長(zhǎng)度、根表面積和根尖數(shù)均顯著高于CK，其中根長(zhǎng)度以T4最大，根表面積以T1最大，根尖數(shù)以T3最大；T1的根體積、根平均直徑最大，且根體積顯著高于其他處理，根平均直徑顯著高于除CK的其他處理?？傮w上看，T3和T4的根細(xì)但數(shù)量較多，T1的根粗但數(shù)量相對(duì)較少。表明改土物料可促進(jìn)烤煙根系的生長(zhǎng)發(fā)育，T3和T4有利于烤煙根系數(shù)量的增加，且T3效果更好。

表3 不同改土物料對(duì)烤煙根系形態(tài)指標(biāo)的影響Table 3 Effect of amelioration materials application on root morphological index of flue-cured tobacco

2.2.3 不同處理對(duì)煙葉SPAD值的影響 SPAD值可以間接反映植株葉片葉綠素含量。由圖1可知，T1～T4的煙葉SPAD值較CK分別增加了0.42、2.76、2.64、2.06，其中T2、T3和T4的煙葉SPAD值差異不顯著，但顯著高于T1和CK。表明石灰、綠肥和生物有機(jī)肥協(xié)同有助于提高煙葉SPAD值，提高煙葉光合能力。

圖1 不同改土物料對(duì)煙葉SPAD值的影響Fig.1 Effect of amelioration materials application on SPAD value of tobacco leaf

2.3 不同處理對(duì)烤煙干物質(zhì)積累與分配影響

由表4可知，T1～T4的干物質(zhì)積累總量較CK分別提高了18.05%、25.40%、44.81%、61.42%；T1～T4根和葉的干物質(zhì)積累量顯著高于CK，且T4最大，表明施用改土物料可提高烤煙干物質(zhì)積累量，且T4較T3更能促進(jìn)烤煙干物質(zhì)積累。從干物質(zhì)的器官分配比例看，烤煙干物質(zhì)分配比例為葉>莖>根(T3除外)；T3、T4根和葉的干物質(zhì)分配比例均顯著高于CK；T1、T2莖的干物質(zhì)分配比例顯著高于T3、T4，但顯著低于CK。表明單施石灰處理(T1)的干物質(zhì)在根、莖中的分配比例相對(duì)較高，石灰、綠肥、生物有機(jī)肥協(xié)同(T4、T3)有利于烤煙干物質(zhì)在葉、根的分配。

表4 不同改土物料對(duì)烤煙干物質(zhì)積累與分配的影響Table 4 Effect of amelioration materials application on dry matter accumulation and distribution of flue-cured tobacco

2.4 不同處理對(duì)烤煙主要養(yǎng)分積累與分配的影響

2.4.1 不同處理對(duì)烤煙氮積累與分配的影響 由表5可知，T1、T2、T4的煙株氮積累總量較CK分別高9.76%、1.42%、14.07%，其中T1、T4煙葉氮積累總量顯著高于CK。T4根中氮積累量顯著高于其他處理，T1～T4莖中氮積累量顯著低于CK，而葉中氮積累量顯著高于CK，并以T4最高。可見，石灰、綠肥、堿性生物有機(jī)肥協(xié)同(T4)有利于烤煙積累氮。從氮在器官中的分配比例來(lái)看，氮分配比例為葉>莖>根；T1、T2、T3、T4葉的氮分配比例顯著高于CK，其中以T3最大。可見，改土物料可影響氮在煙株中的分配，施用改土物料有利于氮分配給煙葉，其中T3效果優(yōu)于T4。

表5 不同改土物料對(duì)烤煙氮積累與分配的影響Table 5 Effect of amelioration materials application on N accumulation and distribution of flue-cured tobacco

2.4.2 不同處理對(duì)烤煙磷積累與分配的影響 由表6可知，T1～T4煙株的磷積累總量較CK分別提高了29.76%、34.29%、87.52%、98.08%；T1、T2、T3、T4根和葉的磷積累量均顯著高于CK，且T3、T4顯著高于T1、T2；T2、T3、T4莖的磷積累量顯著高于T1和CK。表明施用改土物料有利烤煙對(duì)磷的積累，且T4較T3更能促進(jìn)烤煙磷的積累，效果最佳。從磷的器官分配比例看，烤煙積累的磷主要分配給煙葉；T3、T4根和葉的磷分配比例均顯著高于CK，可見，石灰、綠肥、生物有機(jī)肥協(xié)同(T4、T3)有利于煙葉的磷積累，且T3效果優(yōu)于T4。

表6 不同改土物料對(duì)烤煙磷積累與分配的影響Table 6 Effect of amelioration materials application on P accumulation and distribution of flue-cured tobacco

2.4.3 不同處理對(duì)烤煙鉀積累與分配的影響 由表7可知，T1～T4煙株的鉀積累總量較CK分別提高了22.48%、34.07%、86.31%、105.47%。根和莖中鉀積累量均表現(xiàn)為T4>T3>T1>T2>CK，煙葉中鉀積累量表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1>CK，且各處理與CK差異顯著。

表7 不同改土物料對(duì)烤煙鉀積累與分配的影響Table 7 Effect of amelioration materials application on K accumulation and distribution of flue-cured tobacco

表明施用改土物料有利于烤煙積累鉀，且T4較T3更能促進(jìn)烤煙鉀的積累，效果最佳。從鉀的器官分配比例看，鉀主要分配給煙葉，其次是莖；無(wú)機(jī)和有機(jī)改土物料協(xié)同(T2、T3、T4)有利于鉀在葉的分配，不同酸堿度生物有機(jī)肥組合比較，T3效果優(yōu)于T4。

3 討論

土壤對(duì)酸堿具有緩沖作用，施用石灰可短時(shí)間內(nèi)顯著提高酸性土壤pH值[28]，但長(zhǎng)期單一施用石灰，酸性改良效果會(huì)逐漸減弱[19]，甚至對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[10,12]。大量研究表明，綠肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加土壤微生物活性[29]，綠肥腐熟后產(chǎn)生的胡敏酸類物質(zhì)具有膠體的性質(zhì),能提高土壤陽(yáng)離子交換率，降低比重，使土壤結(jié)構(gòu)疏松[30]，從而提高土壤緩沖能力[15,17]。生物有機(jī)肥可加速土壤中有益微生物的繁殖，提高土壤微生物多樣性[31]。無(wú)機(jī)(石灰)、有機(jī)(綠肥)和生物(微生物肥)改良劑混合施用，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短、協(xié)同作用，更有利于酸性土壤改良效果穩(wěn)定[19]。本研究結(jié)果與前人[15,19]研究結(jié)果一致，更進(jìn)一步證實(shí)，石灰、綠肥和生物有機(jī)肥3種改土物料按一定比例配施，可提高酸性土壤改良效果及其穩(wěn)定性。因此，在施用石灰這類無(wú)機(jī)改良劑提高土壤pH值時(shí)，適當(dāng)配施綠肥、生物有機(jī)肥等有機(jī)改良劑，可提高酸性土壤改良效果。

土壤pH值對(duì)土壤養(yǎng)分有效性有重要影響[32]。適量施用石灰可提高土壤pH值[9]，有利于煙株生長(zhǎng)，增加有效葉數(shù)，擴(kuò)大葉面積，有效提高烤煙產(chǎn)量[33]，同時(shí)能促進(jìn)煙葉光合色素合成，從而提高煙株凈光合速率[34]。綠肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)及有效養(yǎng)分含量[35]，本研究結(jié)果也表明綠肥有利于穩(wěn)定土壤pH值，促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，這與張久權(quán)等[16]和李玉輝等[17]的研究結(jié)果是一致。生物有機(jī)肥不僅能夠改善植煙土壤環(huán)境[36]，其自身分泌的物質(zhì)也可改善根際營(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)煙株的根系發(fā)育，增強(qiáng)煙株的抗病性[18]，從而提高煙草產(chǎn)質(zhì)量[37]。鄧小華等[15]研究認(rèn)為，石灰、綠肥、微生物肥三者混用表現(xiàn)出良好的互補(bǔ)性，具有調(diào)酸、培肥、提高土壤微生物多樣性的作用，可協(xié)同提高酸性土壤改良效果，促進(jìn)烤煙的養(yǎng)分吸收，有利于烤煙生長(zhǎng)。本研究進(jìn)一步證明，施用石灰改良酸性土壤時(shí)，適當(dāng)配施綠肥、生物有機(jī)肥，能更好地改善煙株農(nóng)藝性狀，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，提高煙葉SPAD值，有利于烤煙干物質(zhì)及氮磷鉀養(yǎng)分的積累。

受制造工藝的影響，生物有機(jī)肥有的呈酸性，有的呈堿性，其pH值一般為5.5～8.5[38]，生產(chǎn)上應(yīng)用的生物有機(jī)肥大多為酸性。本研究結(jié)果表明，石灰和綠肥配施堿性生物有機(jī)肥有利于提高酸性土壤pH值、促進(jìn)烤煙地上部生長(zhǎng)，而石灰和綠肥配施酸性有機(jī)肥有利于增加烤煙根系數(shù)量。從物質(zhì)積累看，石灰和綠肥配施堿性生物有機(jī)肥有利于烤煙干物質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累，但石灰和綠肥配施酸性生物有機(jī)肥有利于增加氮、磷、鉀養(yǎng)分在煙葉中的分配比例。由此可見，不同酸堿度生物有機(jī)肥與石灰、綠肥的組合的改良效果在酸性植煙土壤改良中存在細(xì)微差別?？傮w上看，堿性生物有機(jī)肥更適合用于酸性植煙土壤種植烤煙的底肥，其與綠肥、石灰合理組合，更有利于酸性植煙土壤的改良。

4 結(jié)論

石灰、綠肥和生物有機(jī)肥混合施用綜合改良酸性土壤，可提高酸性土壤改良效果，改善烤煙農(nóng)藝性狀，促進(jìn)烤煙根系生長(zhǎng)，提高煙葉SPAD值，促進(jìn)煙株干物質(zhì)與氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累，促進(jìn)干物質(zhì)與鉀向煙葉中的分配，從而有利于提高煙葉品質(zhì)。石灰和綠肥配施堿性生物有機(jī)肥較其他處理更有利于提高酸性土壤pH值，以及烤煙干物質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累。石灰和綠肥配施酸性有機(jī)肥較其他處理更有利于增加烤煙根系數(shù)量，以及增加氮、磷、鉀養(yǎng)分在煙葉中的分配比例。不同改土物料組合對(duì)提高土壤pH值、促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)和物質(zhì)積累的效果以石灰+綠肥+堿性生物有機(jī)肥最優(yōu)，其次是石灰+綠肥+酸性生物有機(jī)肥。