粉壟深耕結(jié)合開溝排水對土壤養(yǎng)分和烤煙生長發(fā)育的影響

龔 嘉，鄭重誼，劉勇軍，彭曙光，荊永鋒，陳 燾，周清明，黎 娟

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128； 2 湖南省煙草科學(xué)研究所，湖南 長沙 410004； 3 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410109 ；4 湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000)

粉壟深耕是利用專用機(jī)械垂直旋磨粉碎土壤，自然懸浮成壟的新型耕作技術(shù)[1]。該技術(shù)能改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤微生物含量，優(yōu)化土壤耕層結(jié)構(gòu)，改變土壤養(yǎng)分在耕層中的分布，有效調(diào)蓄土壤水分的合理分配，從而促進(jìn)植物根系生長發(fā)育[2-7]。研究表明，粉壟深耕可提高水稻產(chǎn)量和改善稻米品質(zhì)[8]；促進(jìn)玉米和花生前期根系生長發(fā)育，提高后期功能葉的凈光合效率，從而增加其產(chǎn)量[9]；增加甘蔗功能葉數(shù)，提高甘蔗產(chǎn)量，改善甘蔗品質(zhì)[10-11]。適當(dāng)?shù)姆蹓派疃冗€能提高煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值[12]。

煙葉生產(chǎn)過程中，部分稻作煙區(qū)存在稻茬煙田冬季淹水的問題，這會導(dǎo)致農(nóng)田土壤潛育化嚴(yán)重、地下水位高、有毒物質(zhì)多、速效養(yǎng)分肥效變差[13]。開溝排水是針對農(nóng)田淹水改良與治理的首要技術(shù)措施，其可降低土壤密度，提高土壤孔隙度、土壤溫度和養(yǎng)分含量，改善土壤理化性質(zhì)[14-15]。研究表明，開溝排水能明顯提高水稻產(chǎn)量，同時改善土壤透氣性，降低土壤還原性物質(zhì)含量，表現(xiàn)出脫潛特征[16]。采用水旱輪作方法，在煙稻輪作區(qū)容易發(fā)生冬季農(nóng)田淹水，進(jìn)而導(dǎo)致土壤環(huán)境惡化，但目前在水旱輪作區(qū)，有關(guān)粉壟深耕和開溝排水相結(jié)合對煙草產(chǎn)質(zhì)量和土壤理化性質(zhì)影響的研究尚未見報道。為此，本試驗(yàn)在煙稻輪作區(qū)開展冬閑田粉壟深耕結(jié)合開溝排水試驗(yàn)，研究粉壟深耕結(jié)合開溝排水對土壤理化性狀及烤煙生長發(fā)育的影響，旨在改善冬季淹水煙田土壤環(huán)境, 為優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)提供良好的土壤條件。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年3-8月在郴州市桂陽縣仁義鄉(xiāng)梧桐村汪山組進(jìn)行。試驗(yàn)地地理位置25°46′01″N，112°41′15″E，海拔250 m。桂陽縣屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫17.2 ℃，年平均日照時數(shù)1 705.4 h，年平均降雨量1 385.2 mm，冬季偏暖，雨雪甚少。試驗(yàn)田塊土壤屬于鴨屎泥，質(zhì)地為壤土，前作為水稻，土壤基本理化性狀為：pH值7.58，土壤全氮含量2.01 g/kg，土壤全磷含量1.25 g/kg，土壤全鉀含量24.17 g/kg，土壤有機(jī)質(zhì)含量49.65 g/kg，土壤堿解氮含量155.59 mg/kg，土壤有效磷含量49.79 mg/kg，土壤速效鉀含量408.16 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在郴州市桂陽縣選取往年常發(fā)生積水的植煙田塊，試驗(yàn)采用兩因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素1為粉壟深耕與否，即晚稻收獲后不粉壟深耕和晚稻收獲后粉壟深耕30 cm；因素2為排水與否，即開溝排水(在煙壟的垂直方向開深溝，圍溝深度30.5 cm，壟溝深度21.5 cm)和不開溝排水；具體處理組合如下：不粉壟深耕，不深開溝排水(T1)；粉壟深耕，不深開溝排水(T2)；不粉壟深耕，深開溝排水(T3)；粉壟深耕，深開溝排水(T4)。供試品種為湘煙5號，小區(qū)面積為66.7 m2，株行距為50 cm×120 cm。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，每組設(shè)3個重復(fù)。3月中下旬移栽烤煙，所有生產(chǎn)管理技術(shù)措施均與當(dāng)?shù)乜緹熒a(chǎn)技術(shù)手冊一致。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

于烤煙移栽后20，40，60，80 d，采用五點(diǎn)取樣法，于壟體上取10 cm深處土壤樣品，風(fēng)干、過篩后用于檢測各處理土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量[17]。同時，每個處理取長勢一致且具有代表性的煙株3株，將煙株分器官(根、莖和葉)烘干，稱質(zhì)量，計(jì)算總干物質(zhì)量?？緹熞圃院?0和80 d，選取各處理3株代表性煙株，采用挖掘法取樣，保留根系完整，清水洗凈，測定煙株根系下扎深度和一級側(cè)根數(shù)[18]；隨機(jī)選取10個根，在桌面上緊密排成一排，用直尺測量10個根的直徑，記為根粗；采用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測定根系活力。各處理煙葉成熟烘烤后按照國家烤煙分級標(biāo)準(zhǔn)GB 2635-1992進(jìn)行分級，統(tǒng)計(jì)煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價、上等煙比例和上中等煙比例。每個處理取B2F、C3F等級的烤后煙葉樣品3 kg，進(jìn)行煙葉主要化學(xué)成分分析。烤煙總糖、還原糖、煙堿、氯離子含量采用SKALAR連續(xù)流動分析儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Office 2007和SPSS23.0，采用Duncan’s法在P=0.05水平下檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對土壤養(yǎng)分的影響

由表1可知，移栽后20 d，粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理(T4)的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量均顯著大于常規(guī)處理(T1)，T2、T3處理的土壤有機(jī)質(zhì)、速效鉀、堿解氮含量也顯著大于T1處理。移栽后40 d，土壤速效養(yǎng)分含量以T4處理表現(xiàn)較好，其次是T2、T3處理,以T1處理表現(xiàn)最差。移栽后60 d，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和堿解氮含量從大到小均表現(xiàn)出T4>T2>T3>T1，T4處理土壤速效養(yǎng)分含量均顯著大于T1處理，而T2、T3處理土壤速效養(yǎng)分含量之間無顯著性差異。移栽后80 d，T4處理土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、堿解氮含量較T1處理分別提高39.08%，30.78%，29.55%和21.42%。綜合來看，在移栽后20～80 d，粉壟深耕結(jié)合開溝排水(T4)處理土壤養(yǎng)分指標(biāo)表現(xiàn)最好，常規(guī)處理(T1)表現(xiàn)最差，粉壟深耕(T2)、開溝排水(T3)也能不同程度改善土壤養(yǎng)分狀況，但效果較二者結(jié)合要差。

表1 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對土壤養(yǎng)分釋放的影響Table 1 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on soil nutrient release

2.2 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙根系生長的影響

由表2可知，移栽后60 d， T2、T3、T4處理不同程度提高了烤煙根系深度，從大到小表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，其中T4處理效果最佳，且與T1處理間差異顯著，其余各處理間差異不顯著；烤煙根系活力不同程度提高，從大到小表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1;T2、T4處理一級側(cè)根數(shù)顯著高于T1、T3處理; 烤煙根粗大小表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，其中T2、T4處理顯著大于T1處理。移栽后80 d，T2、T3、T4處理均不同程度提高了烤煙根系深度、根系活力、一級側(cè)根數(shù)和根粗，其中T4處理烤煙根系深度顯著高于T1、T3處理；根系活力表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，各處理間差異顯著；一級側(cè)根數(shù)表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，T4顯著大于T1，其余各處理間差異不顯著；T2、T4處理根粗顯著大于T1、T3處理。表明在烤煙移栽后60和80 d，粉壟深耕(T2)與開溝排水(T3)處理均能促進(jìn)烤煙根系生長發(fā)育，提高根系活力。綜合來看，粉壟深耕結(jié)合開溝排水(T4)處理表現(xiàn)最好，其次為粉壟深耕(T2)和開溝排水(T3)處理，常規(guī)處理(T1)表現(xiàn)最差。

表2 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙根系生長的影響Table 2 Effects of deep ploughing in powder ridge combined with ditching and drainage on root growth of flue-cured tobacco

2.3 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙干物質(zhì)積累的影響

粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙干物質(zhì)量積累的影響結(jié)果見表3。

表3 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙干物質(zhì)量積累的影響Table 3 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on dry matter accumulation of flue-cured tobacco g/株

由表3可知，移栽后20 d，烤煙根干物質(zhì)量表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，T4處理顯著高于T1、T2和T3處理，T2和T3處理顯著高于T1處理；莖、葉和總干物質(zhì)量均無顯著差異。移栽后40 d，烤煙總干物質(zhì)量表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，T4和T3處理顯著大于T1處理；各器官干物質(zhì)量無顯著性差異。移栽后60 d，烤煙根干物質(zhì)量表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，T4處理顯著大于其他3個處理；莖干物質(zhì)量和總干物質(zhì)量也都表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，T1處理均顯著小于其他3個處理；各處理葉干物質(zhì)量無顯著差異。移栽后80 d，T4處理烤煙各器官干物質(zhì)量均最高，T1處理均最低，二者之間差異顯著；T2和T3處理烤煙根、葉和總干物質(zhì)量顯著大于T1處理。在烤煙移栽后40，60，80 d 3個時期，與常規(guī)處理(T1) 相比，粉壟深耕(T2)和開溝排水(T3)均能提高烤煙各器官干物質(zhì)量, 二者結(jié)合處理(T4)效果更佳，在烤煙移栽后80 d時提升比例最大。

2.4 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

由表4可知，烤煙上部葉的總糖和還原糖含量分別在17.00%～20.87%和13.93%～18.06%，均表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1；煙堿含量各處理無顯著差異；氯離子含量表現(xiàn)為T1>T3>T4>T2，其中T2與T4處理間無顯著差異，其余各處理間差異顯著?？緹熤胁咳~的總糖、還原糖含量均表現(xiàn)為T4>T3>T2>T1，T1處理均顯著小于其他3個處理；煙堿含量各處理間無顯著差異;氯離子含量表現(xiàn)為T1>T3>T2>T4，其中T1處理顯著高于其他3個處理，而T2與T4處理間無顯著差異。

表4 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤后煙葉化學(xué)成分的影響Table 4 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on the chemical composition of flue-cured tobacco leaves

2.5 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表5可知，從烤煙產(chǎn)量來看，T4處理表現(xiàn)最優(yōu)，顯著高于其他3個處理。從烤煙產(chǎn)值來看，T4處理表現(xiàn)最優(yōu)，T1處理表現(xiàn)最差，依次表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，T4處理顯著高于其他3個處理。從烤煙均價來看，T4和T2處理均表現(xiàn)最優(yōu)，T1處理表現(xiàn)最差，T2和T4處理的均價顯著大于T1和T3處理。從上等煙比例和上中等煙比例來看，上等煙比例T4處理最高，T3處理最低；上中等煙比例T4處理最高，T1處理最低，但各處理差異不顯著。綜合分析認(rèn)為，粉壟深耕結(jié)合開溝排水(T4)處理表現(xiàn)均最優(yōu)，烤煙產(chǎn)量較T1、T2和T3處理分別提高了8.8%，6.8%和7.2%，產(chǎn)值分別提高了13.4%，6.9%和9.7%，明顯增加了烤煙的經(jīng)濟(jì)效益。

表5 粉壟深耕結(jié)合開溝排水對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響Table 5 Effects of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on economic properties of flue-cured tobacco

3 討 論

土壤是烤煙生長的基礎(chǔ)，土壤條件的優(yōu)劣直接影響烤煙生長發(fā)育及品質(zhì)。湖南煙稻輪作區(qū)耕層深度較淺，土壤速效養(yǎng)分存在表聚現(xiàn)象[19]，部分煙區(qū)農(nóng)田冬季長期浸水，會導(dǎo)致土壤潛育化嚴(yán)重，還原性物質(zhì)增多，通氣性變差，速效養(yǎng)分貧乏[20]。前人研究表明，粉壟深耕可有效降低土壤容重，增大土壤孔隙度，增加土壤有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量[6,21]，粉壟深耕結(jié)合外源有機(jī)碳輸入還可以調(diào)節(jié)土壤pH值，提高土壤堿解氮、有效磷及速效鉀的含量[22]。本研究結(jié)果表明，粉壟深耕處理的土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量在整個生育期中均高于常規(guī)處理，開溝排水處理在烤煙移栽后60和80 d時土壤速效養(yǎng)分均高于常規(guī)處理，但二者單一處理在烤煙生長旺盛階段對某些速效養(yǎng)分的提升并不明顯；粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理在烤煙整個生育期內(nèi)土壤速效養(yǎng)分含量均為最高，且與常規(guī)處理差異達(dá)到顯著水平。這可能是由于粉壟深耕與開溝排水都有改善土壤質(zhì)地、提高土壤速效養(yǎng)分的作用，二者疊加作用效果顯著，因此粉壟深耕時有必要配合開溝排水措施。

深松條件下有利于根系突破犁底層的障礙，增加深層土壤的根系分布，能延緩后期根系衰老進(jìn)程，促進(jìn)烤煙根系生長發(fā)育[23-24]。本試驗(yàn)中，在烤煙移栽后60和80 d，粉壟深耕結(jié)合開溝排水均能較常規(guī)處理顯著促進(jìn)烤煙根系生長發(fā)育，提高烤煙根系活力，這是由于粉壟深耕增大了土壤孔隙度，提高了土壤通氣性，而開溝排水降低了地下水位，可以防止根系長期浸水，這些措施都能改善根系生長環(huán)境，有利于根系生長發(fā)育。粉壟深耕能夠促進(jìn)煙草、水稻干物質(zhì)的積累[25-26]。本試驗(yàn)在烤煙移栽后40，60和80 d時，粉壟深耕較常規(guī)處理提高了烤煙各器官干物質(zhì)量，在烤煙移栽后80 d時提升比例最大, 粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理也能起到相同作用，且效果更佳。

粉壟深耕和開溝排水都能提高煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值[12,27]。本試驗(yàn)中各處理之間上等煙比例和上中等煙比例無顯著性差異，但與常規(guī)處理相比，粉壟深耕、開溝排水和粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理在烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值和均價上都有提高，其中粉壟深耕結(jié)合開溝排水提升幅度最大，與常規(guī)處理、粉壟深耕、開溝排水處理相比，產(chǎn)量分別提高了8.8%，6.8%和7.2%，產(chǎn)值分別提高了13.4%，6.9%和9.7%，可見粉壟深耕結(jié)合開溝排水較其對應(yīng)的單一處理能獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

粉壟深耕與開溝排水兩項(xiàng)農(nóng)藝措施相結(jié)合，能明顯改善植煙土壤理化性質(zhì)，增加土壤速效養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量，尤其是土壤堿解氮含量。烤煙移栽后80 d，粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀和堿解氮含量較常規(guī)處理分別提高39.08%，30.78%，29.55%和21.42%，差異達(dá)到顯著水平；與常規(guī)處理相比，烤煙生育中后期粉壟深耕結(jié)合開溝排水處理根系生長發(fā)育更好，根系活力更高；烤煙移栽后40，60，80 d時，粉壟深耕結(jié)合開溝排水能提高烤煙各器官干物質(zhì)量; 粉壟深耕結(jié)合開溝排水能調(diào)節(jié)烤后煙葉化學(xué)性狀，雖未能明顯提高上等及中上等煙比例，但產(chǎn)量和產(chǎn)值較常規(guī)處理分別顯著提高了8.8%和13.4%，從而提高了烤煙的經(jīng)濟(jì)效益。說明粉壟深耕結(jié)合開溝排水可以有效改善煙稻輪作區(qū)冬季農(nóng)田淹水導(dǎo)致的土壤潛育化嚴(yán)重和速效養(yǎng)分肥效差的問題。