有機無機復(fù)配調(diào)理劑對酸化土壤性狀和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

陳楨祿，潘曉英，盧鈺升，黃振瑞，顧文杰，郭俊杰，魏 彬，曾瑜玲，劉意旋，何經(jīng)緯，李集勤

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/廣東省農(nóng)作物遺傳改良重點實驗室/廣東省煙草育種與綜合利用工程技術(shù)研究中心，廣州 510640；2中國煙草總公司廣東省公司，廣州 510000；3廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣州 510640；4廣東煙草梅州市有限公司，廣東梅州 514000；5廣東煙草梅州市有限公司大埔縣分公司，廣東大埔 514200）

0 引言

良好的土壤條件是優(yōu)質(zhì)煙葉系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)，是特色煙葉種植的重要載體[1]。植煙土壤物理結(jié)構(gòu)組成、有機無機養(yǎng)分狀況、pH、微生物群落活性等直接關(guān)系著煙草根系的生長發(fā)育以及煙葉的品質(zhì)和產(chǎn)量[2]。梅州煙區(qū)是廣東第二大煙葉產(chǎn)區(qū)，其主要植煙土壤類型為麻沙泥田，該類土壤以偏酸性為主，部分土壤pH＜5，土壤中鈣鎂等礦質(zhì)元素較缺乏，其不均衡的土壤理化特性已成為制約當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉高質(zhì)量發(fā)展的主要障礙因子之一[3]，亟需對該煙區(qū)植煙土壤進行改良和維護。土壤調(diào)理劑作為改良酸性土壤環(huán)境的重要措施，其不僅能有效改善土壤理化性狀，平衡土壤養(yǎng)分狀況，增加土壤有益微生物數(shù)量，提高微生物和酶活性，且對煙葉產(chǎn)質(zhì)量形成具有良好的促進作用[4-6]。近年來，眾多學(xué)者對不同特性的調(diào)理劑進行了酸化土壤改良效果的研究。盧鈺升等[7]通過盆栽試驗表明研發(fā)的新型土壤調(diào)理劑能顯著提高植煙沙泥田土壤pH 0.52個單位，土壤速效氮、有效磷養(yǎng)分含量顯著提高22.5%和48.8%。張玉樹等[8]研發(fā)的多功能調(diào)理劑明顯提高了肥料利用率，降低了煙株發(fā)病率和病情指數(shù)，顯著促進了烤煙生長，提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量。黃化剛等[9]研究表明，多孔改良劑施用提升土壤pH 0.02～0.23個單位，土壤堿解氮、有效磷和速效鉀分別提高3.39%～15.2%、10.8%～50.9%及1.78%～37.0%，且有助于改善煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性。邢世和等[10-11]報道稱，石灰+菌棒組合改良劑處理的土壤pH、速效氮磷鉀、交換性鈣和鎂分別較對照增加21.33%、44.81%、63.97%、123.2%、56.70%和88.64%，土壤脲酶、過氧化氫酶、纖維素酶及磷酸酶的活性得到提升。淡俊豪等[12]研究表明，施用土壤調(diào)理劑可顯著提高植煙土壤微生物碳代謝強度和群落功能多樣性。然而，過往研究報道中的調(diào)理劑主要以礦物類調(diào)理劑為主，但其所用原料繁雜，理化性質(zhì)各異，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，某些以鋼渣或水淬渣等為原料制成的土壤調(diào)理劑，長期施用甚至?xí)ν寥喇a(chǎn)生二次障礙，而傳統(tǒng)的石灰改良措施，其過量施用也會破壞土壤養(yǎng)分平衡[13-14]。因此，開發(fā)一種安全無風(fēng)險、針對性強、功能全面、效果好、穩(wěn)定性強的煙草有機無機土壤調(diào)理劑將具有寬廣的應(yīng)用前景。鑒于此，本研究以課題組前期研制出的綠色環(huán)保有機-無機營養(yǎng)土壤調(diào)理劑以及市售的海洋類調(diào)理劑和生物炭為研究對象，通過大田比較試驗驗證其效果，以期實現(xiàn)有機、無機和生物協(xié)同改良土壤和提升煙葉產(chǎn)質(zhì)量的目的，為煙區(qū)推廣應(yīng)用新型調(diào)理劑提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年1—7月在廣東省梅州市大埔縣西河鎮(zhèn)下黃砂村（北緯24°30′33″，東經(jīng)116°44′46″）進行，該試驗地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，海拔90 m，土壤類型為麻沙泥田，前作為水稻，田塊方正平整，土壤基礎(chǔ)肥力狀況為：pH 4.88，有機質(zhì)含量27.94 g/kg，堿解氮含量140.49 mg/kg，有效磷含量213.70 mg/kg，速效鉀含量292.50 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試改良劑為有機無機復(fù)配調(diào)理劑（有機質(zhì)≥14%，黃腐酸≥1%，復(fù)合微生物菌劑≥1.5%，CaO≥20.0%，pH 9.5）和有機無機復(fù)配優(yōu)化調(diào)理劑（有機質(zhì)≥10%，蛋清溶菌酶≥0.1%，聚天冬氨酸≥1%，復(fù)合微生物菌劑≥1.5%，K2O≥24.0%，CaO≥20.0%，pH 10.2），二者由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所研制提供；海洋類蝦肽海螺甲殼素調(diào)理劑（海洋生物鈣、活性鎂、鋅≥35%，蝦肽氨基酸≥5%，甲殼素≥0.5%，pH 10.5）購買于湛江市博泰生物科技有限公司；稻殼生物炭（pH 9.8，含碳量≥50%）購買于鎮(zhèn)江澤地農(nóng)業(yè)生物科技有限公司。供試煙草品種為‘云煙87’。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計5個處理，分別為T1：不施改良劑(CK)；T2：有機無機復(fù)配調(diào)理劑；T3：有機無機復(fù)配優(yōu)化調(diào)理劑；T4：海洋類蝦肽海螺甲殼素調(diào)理劑（以下簡稱海洋類調(diào)理劑）；T5：稻殼生物炭。每種改良劑用量均為1500 kg/hm2，待煙田起壟后以條施形式施入。試驗設(shè)3次重復(fù)，隨機區(qū)組設(shè)計，共計15個小區(qū)，每個小區(qū)植煙40株，煙株行株距為1.2 m×0.5 m，試驗區(qū)四周設(shè)置保護行，選取7葉1芯整齊一致煙苗于1月18日同一時間移栽，每個小區(qū)施肥和田間管理水平保持一致。

1.4 測試指標(biāo)及方法

1.4.1 煙葉經(jīng)濟性狀農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟性狀 按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》標(biāo)準(zhǔn)(YC/T142—2010)，在打頂期每小區(qū)隨機選取5株煙株進行測定[15]；煙葉烘烤調(diào)制后，按照《烤煙（第3版）[S]》標(biāo)準(zhǔn)(GB 2635—1992)對每個小區(qū)的初烤煙葉進行分級，計算其產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例、上中煙比例和均價[16]。

1.4.2 煙葉化學(xué)成分 每個小區(qū)選取出初烤煙上部葉(B2F)和中部葉(C3F)各1 kg，用于內(nèi)在化學(xué)成分分析，總糖、總氮、還原糖、蛋白質(zhì)、總煙堿、鉀和氯含量等采用荷蘭SKALAR San++間隔流動分析儀測定。

1.4.3 土壤性狀 在煙葉采收結(jié)束后，按著五點法用土鉆在每個小區(qū)5～20 cm耕層采集土樣，并將每個小區(qū)土樣混合均勻，自然風(fēng)干后分成兩半，一份用于土壤性狀檢測，另一份過1 mm篩孔后用于土壤酶活性檢測。土壤性狀指標(biāo)參照文獻[17]測定方法：土壤pH采用酸度計電位法；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀法；堿解氮采用堿解擴散法；速效鉀采用醋酸銨浸提—火焰分光光度法；有效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；全氮采用凱氏定氮法；全磷采用高氯酸—硫酸—鉬銻抗比色法；全鉀采用高氯酸—硫酸—火焰光度計法；交換性鈣和交換性鎂含量測定采用醋酸銨交換—原子吸收光度法。

1.4.4 土壤酶活性土壤 轉(zhuǎn)化酶、脫氫酶、磷酸酶和脲酶參照文獻[18]分別采用3,5-二硝基水楊酸比色法、氯化三苯基四氮唑比色法（TTC法）、2,6-雙溴苯醌氯酰亞胺比色法和靛酚藍比色法。

1.4.5 土壤微生物群落 細菌、真菌、放線菌等微生物群落測定參照文獻[19]采用平板稀釋法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010及SPSS20.0等軟件進行試驗數(shù)據(jù)分析與處理，并采用鄧肯新復(fù)極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

如表1所示，4個調(diào)理劑處理的株高、有效葉數(shù)、莖圍、最大葉長和最大葉寬均大于對照T1處理，其中株高、有效葉數(shù)、莖圍和最大葉長以T3處理最大，分別較對照T1顯著提高8.53%、14.19%、7.40%和8.21%，除T3處理有效葉數(shù)顯著大于T5處理外，4個調(diào)理劑間其他各項指標(biāo)差異不顯著。總之，調(diào)理劑施用促進了煙株生長，改善了煙株農(nóng)藝性狀，為產(chǎn)量提升打下基礎(chǔ)。

表1 不同調(diào)理劑處理的煙株農(nóng)藝性狀

2.2 不同處理對煙葉經(jīng)濟性狀的影響

如表2所示，所有調(diào)理劑處理的產(chǎn)量、產(chǎn)值、上中等煙比例和均價均高于對照T1處理，其中以T3處理最高，其產(chǎn)量、產(chǎn)值和均價顯著高于對照T1處理28.76%、46.98%和14.16%，其次為T4和T2，二者產(chǎn)量、產(chǎn)值和均價顯著高于對照T1處理18.26%、31.57%和11.25%以上。總的來看，所有處理的經(jīng)濟性狀綜合表現(xiàn)為T3＞T4＞T2＞T5＞T1，說明施用土壤調(diào)理劑有利于改善煙葉的經(jīng)濟性狀，其中以T3處理最優(yōu)。

表2 不同調(diào)理劑處理的煙葉經(jīng)濟性狀

2.3 不同處理對煙葉化學(xué)成分的影響

煙葉的化學(xué)成分是評價煙葉質(zhì)量的重要組成部分。如表3所示，中部葉(C3F)：T1、T2、T3和T5處理的總糖和還原糖含量顯著高于T4處理10.62%和13.3%，T4處理的二者含量更接近適宜值；各處理間的總氮(2.05% ～2.22%)、煙 堿 (2.11% ～2.86%)、鉀 (3.07% ～3.20%)、氯(0.44%～0.54%)和蛋白質(zhì)含量(7.29%～8.00%)以及氮堿比(0.78～0.99)接近，均在適宜范圍內(nèi)，但處理間差異不顯著；T4處理的糖堿比顯著低于其他處理，比值偏低，其他處理比例均在適宜范圍內(nèi)。上部葉(B2F)：T1和T5處理的總糖和還原糖含量顯著高于T2、T3和T4處理20.27%和22.57%以上；各處理的總氮 (2.38% ～2.84%)、鉀 (2.56% ～2.78%)、氯 (0.41% ～0.59%)和氮堿比(0.79～0.91)均在適宜范圍內(nèi)，但處理間差異不顯著；T5處理的煙堿含量低于其他處理，但所有處理的煙堿含量基本處于適宜范圍內(nèi)；T1處理的蛋白質(zhì)含量顯著低于T2、T3和T4處理，但后三者含量略超出適宜值；所有處理的糖堿比均偏低，其中以T4處理比值最低?？偟膩砜矗c對照T1相比，中部葉以T4處理的化學(xué)成分相對協(xié)調(diào)。

表3 不同調(diào)理劑處理的煙葉化學(xué)成分

2.4 不同處理對土壤性狀的影響

如表4所示，所有調(diào)理劑處理的pH均高于對照T1處理，其中T3處理較對照T1顯著提高0.32個單位；所有調(diào)理劑處理的有機質(zhì)和全氮含量均高于對照T1，但差異不顯著；各處理間的全磷和有效磷含量差異不顯著；T3、T4和T5處理的全鉀和堿解氮含量顯著高于對照T1處理7.08%和5.74%以上；所有調(diào)理劑處理的速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量均高于對照T1處理，其中T2和T3處理的速效鉀含量顯著高于對照T1處理20.53%以上，T4處理的交換性鈣和交換性鎂含量較對照T1處理顯著提升152.37%和56.34%以上。因此，施用調(diào)理劑對于提升土壤養(yǎng)分具有一定的促進作用，總體而言，T4和T3處理的田間施用效果較為突出。

表4 不同調(diào)理劑處理的土壤養(yǎng)分狀況

2.5 不同處理對土壤酶活性的影響

如表5所示，T4處理的轉(zhuǎn)化酶和脫氫酶活性顯著高于其他處理，其含量較對照T1處理高93.67%和78.65%；所有調(diào)理劑處理磷酸酶活性均高于對照T1處理，但處理間差異不顯著；T3、T2和T4處理的脲酶活性均顯著高于對照，其中T3處理較對照對照T1處理高26.23%?？偟膩砜?，相比對照T1處理，T4處理的土壤酶活性提升效果明顯，T3處理次之。

表5 不同調(diào)理劑處理間的土壤酶活性

2.6 不同處理土壤微生物群落的影響

如表6所示，4個調(diào)理劑處理的細菌數(shù)量顯著高于對照T1處理35.26%以上；真菌數(shù)量以T5處理最高，T2處理次之，二者數(shù)量分別較對照T1處理顯著高50.9%和28.38%；4個調(diào)理劑處理的放線菌數(shù)量均高于對照T1處理，其中以T3處理數(shù)量最高，顯著高于對照25%?？傮w來看，不同調(diào)理劑處理均在一定程度上豐富了土壤微生物群落數(shù)量。

表6 不同調(diào)理劑處理的土壤微生物群落 CFU/g

3 結(jié)論

綜上所述，調(diào)理劑在改善煙株農(nóng)藝性狀、提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量、提升土壤養(yǎng)分和豐富微生物群落等方面均有較好的促進作用，其中以有機無機復(fù)配優(yōu)化調(diào)理劑效果最佳，海洋類調(diào)理劑次之，后續(xù)可進行小面積示范驗證。

4 討論

4.1 調(diào)理劑對煙株生長及煙葉產(chǎn)質(zhì)量的影響

利用外源調(diào)理劑改良酸化植煙沙泥田土壤，最終目的是為獲得產(chǎn)質(zhì)兼優(yōu)的煙葉產(chǎn)品，實現(xiàn)煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。本研究中4種土壤調(diào)理劑對煙株農(nóng)藝性狀和煙葉的產(chǎn)質(zhì)量均有一定改善作用。過往其他人在不同煙葉產(chǎn)區(qū)也得出相似研究結(jié)果，簡盛義等[20]報道，在貴陽煙區(qū)施用土壤改良劑能顯著增加煙株的株高、莖圍和葉面積。鄧小華等[21]研究認(rèn)為，在湘西煙區(qū)施用酸性土壤改良劑可分別提高煙葉上等煙比例、產(chǎn)量和產(chǎn)值18.67%～26.58%、3.70%～7.51%和0.63%～6.29%，同時改善了煙葉物理特性和化學(xué)成分。胡亞杰等[22]在賀州煙區(qū)研究結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑處理的上等煙比例、上中等煙比例、均價、產(chǎn)量和產(chǎn)值等經(jīng)濟指標(biāo)分別較對照提高20.3%、2.2%、5.5%、5.5%和10.7%。此外，也有人對不同類型調(diào)理劑施用效果進行了對比研究，張玉樹等[23]報道稱，其自主研發(fā)的復(fù)合型多功能土壤調(diào)理劑較白云石粉更促進烤煙生長，提高烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量和經(jīng)濟效益。孫延國等[24]研究表明，海洋類調(diào)理劑魚蛋白和微藻肥顯著提高了中部葉最大葉長、干物質(zhì)積累量，其烤后煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值分別較對照提高11.75%～27.79%和20.05%～29.84%。筆者前期研究結(jié)果顯示，有機無機營養(yǎng)調(diào)理劑和生物碳改良劑效果好于純礦物質(zhì)類調(diào)理劑，其煙葉產(chǎn)量和產(chǎn)值顯著高于對照20.00%和54.02%以上[25-26]。其原因可能為調(diào)理劑中添加的有機成分如黃腐酸、氨基酸、復(fù)合微生物菌劑、促生菌劑和生物炭等，可以改善土壤微生態(tài)環(huán)境，增強微生物對碳源的利用，活化土壤養(yǎng)分，提高土壤養(yǎng)分利用率，促進了作物根系對養(yǎng)分的吸收和地上部生長[27-28]。

4.2 調(diào)理劑對土壤理化性質(zhì)的影響

土壤酸化會降低于土壤中微生物和土壤酶類活性，使土壤中H+增加，凈電荷減少，造成鈣、鎂、鉀等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少，不利于植物的生長發(fā)育[29-30]。土壤調(diào)理劑具有改良土壤酸堿度與質(zhì)地結(jié)構(gòu)、改善養(yǎng)分供應(yīng)狀況等作用[31]。據(jù)鄧小華等[32]報道，施用調(diào)理劑后，煙葉收獲期土壤pH較對照提高0.39～0.54個單位。本研究中有機無機復(fù)配優(yōu)化調(diào)理劑處理顯著提高土壤pH 0.32個單位，其他調(diào)理劑處理提升幅度不明顯，可能與不同調(diào)理劑原料組分不一有關(guān)。有研究顯示，梅州煙區(qū)麻沙泥田自身土壤磷素水平已處于高度盈余現(xiàn)狀[33]，本研究中對照和調(diào)理劑處理的有效磷含量均超過500 mg/kg，屬于極高水平，因此，無論調(diào)理劑或肥料施用應(yīng)嚴(yán)格控制磷素攝入量，以防土壤磷素繼續(xù)超標(biāo)。眾多研究表明[10,34]，土壤調(diào)理劑施用能增加土壤速效養(yǎng)分和中微量元素含量。與對照相比，本試驗中2種有機無機復(fù)配調(diào)理劑和海洋類調(diào)理劑處理土壤中的速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量提升明顯，這與筆者前期研究結(jié)果一致[26]，可能與調(diào)理劑中無機成分含有豐富的礦質(zhì)養(yǎng)分有關(guān)，而生物炭由于成分單一，提高土壤礦質(zhì)養(yǎng)分的作用有限。土壤酶和土壤微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，是表征土壤肥力質(zhì)量的重要指標(biāo)[35]。武盼盼等[36]研究報道，炭基土壤調(diào)理劑能夠明顯提高玉米根際土壤細菌和放線菌數(shù)量，降低土壤真菌數(shù)量，這與本研究結(jié)果較為一致，本研究中2種機無機復(fù)配調(diào)理劑處理的土壤細菌和放線菌數(shù)量均有提升，但真菌數(shù)量變化規(guī)律不明顯，筆者前期試驗也得出相同結(jié)果[26]，這可能與有機無機復(fù)配調(diào)理劑配制過程中加入的對土傳病害具有拮抗作用的復(fù)合微生物菌劑，更有利于放線菌等有益微生物活動和繁殖有關(guān)。本研究中2種機無機復(fù)配調(diào)理劑和海洋類調(diào)理劑處理的土壤轉(zhuǎn)化酶酶和脲酶均得到顯著提高，這與武盼盼等[36]和鄧小華等[37]研究結(jié)果一致，說明上述3種調(diào)理劑增強了土壤有效氮的供應(yīng)能力和可溶性物質(zhì)的轉(zhuǎn)移能力。