多孔改良剂对毕节烟区土壤性状及烤烟产质量的影响
发布时间：2022-01-27
摘 要 为研究适合毕节烟区的土壤改良措施，通过大田小区分析比较了不施改良剂(CK)、施用秸秆(T1)、T20改良剂(T2)、70%T20改良剂+30%竹炭(T3)四种处理对植烟土壤性状及烤烟产质的影响。结果表明，与对照相比，不同改良剂可使土壤pH提高0.02～0.23个单位，全氮、全磷、全钾含量分别提高1.21%～7.27%、1.16%～8.14%和0.83%～4.44%;土壤碱解氮、有效磷、速效钾分别提高3.39%～15.2%、10.8%～50.9%及1.78%～37.0%。从生长特性看，T1、T2及T3处理烤烟株高、茎围、有效叶数及叶面积均较CK有所增加。从产质量来看，改良剂处理烟叶产量较CK增产 3.6%～8.0%，烟叶产值增加3 030～4 910 元 hm-2，上等烟叶比例提升3.6%～11.7%;T1、T2处理每千克烟叶均价提高了1.8元及1.0元。所有处理的烤烟烟碱、全氮、还原糖、钾离子、氯离子均处于优质烟叶适宜范围，而施用改良剂的烟叶全氮、还原糖、钾离子含量均高于CK处理，添加土壤改良剂有助于改善烤烟氮碱比、糖碱比、糖氮比，使烤烟内在化学成分渐趋合理。总之，毕节烟区适当添加土壤改良剂能有效改善烟田土壤条件，提升烤烟产量和品质。
关键词 土壤改良剂;烤烟;土壤性状;产质量
烤烟是一种以质量为主、兼顾产量的经济作物[1]，烟田土壤理化特性是影响烤烟产质量的重要因素之一[2]。烟叶品质的形成与土壤厚度、质地、土壤结构、土壤通气性等性质密切相关[3]，优质高产烟区土壤环境一般应具备土层深厚和土壤结构疏松等特点[4]。然而我国烟叶生产长期过度施用化肥，烟田连作障碍现象普遍存在;烟草作物与其他作物不同，除收获烟叶外，为了防止病虫害传播，在烟叶收获后必须将烟秆等有机物全部从烟田中移除。这些施肥和管理措施，导致烟田土壤有机物归还缺乏，活性有机质下降，土壤透气性降低，出现板结等现象，严重制约了烟叶产量和品质的提升。因此，有效提升和改良烟田土壤质量，是保障我国烟叶产业可持续发展和生态安全的重要措施之一。
当前针对烟田土壤不良性状和障碍因素，许多研究采取相应的土壤改良措施，使烟叶产量和品质得到有效提升。土壤改良剂在烟叶生产上应用越来越广泛[5-8]，土壤改良剂可以改善土壤物理结构、化学成分和微生物活性[9-13]，提高土壤的透水通气性，促进土壤水气肥的协调，从而提升烟叶产量和品质。根据土壤团粒结构形成原理，土壤改良剂包括天然矿物、化工产物、生活废弃物、植物残体、腐殖酸、木质素以及人工合成高分子聚合物等。王定斌等[14]利用石灰、聚丙酰胺(PAM)、农家肥、油枯、秸秆还田等改良措施研究了不同改良剂对烤烟生长及产质量的影响，发现施用聚丙酰胺对提高烟叶产质量影响最大，其次是施用农家肥处理，施用农家肥、油枯、秸秆还田对提高中下部烟叶钾含量有一定影响，但对改善其烟叶品质无明显影响。李富欣等[15]研究指出，施用腐殖酸型土壤改良剂，能有效降低土壤pH和土壤容重，显著提高烟叶总糖、钾和还原糖含量，提高了烤烟的产量和品质。
土壤改良剂施用提升烟叶产量效果明显，社会、经济和生态效益可观。但当前很多土壤改良剂还存在改良效果不佳、时效性短、性能不稳定等问题。针对贵州省毕节植烟土壤质地偏黏的问题，本研究选取多孔改良剂(T20)和生物质炭(竹炭)两种类型，根据改良剂性质及最佳使用量，再结合毕节烟区的土壤环境，探索适宜的改良剂种类、用量及其施用方式，旨在充分发挥改良剂提升烟田土壤质量和促进烤烟生长及产质量提高的效果，为毕节烟区改良剂使用提供理论基础和技术支撑，也为其他烟区烤烟种植及土壤利用改良提供技术借鉴。
1 材料与方法
1.1 供试土壤与材料
本试验于2015年在贵州省毕节市黔西县林泉科技园进行。黔西县地处贵州省西北部，三面环山，低山丘陵地貌，气候属亚热带温暖湿润气候，年均气温为14.2℃，降雨量1 087 mm，日照时长 1 066 h，无霜期271 d。该地区植烟土壤为页岩发育的黄壤，质地偏黏，为粉砂质黏壤土，保水性较好，但通透性较差，这是目前影响该地区优质烟叶生产的主要土壤问题。
试验烟田土壤的基本理化性状：土壤容重 1.28 g cm-3，土壤总孔隙度52%，pH 7.4，有机质 22.6 g kg-1，全氮1.53 g kg-1，有效磷23.8 mg kg-1，速效钾370.8 mg kg - 1，阳离子交换量(CEC) 17.6 cmol kg-1。
土壤改良剂的基本性质见表1。T20改良剂是一种无机矿物料，经过特殊加工成一种多孔状的土壤改良材料，施入土壤后可以大量增加通气孔隙，改良土壤板结问题。施入土壤后除正常风化外，变化微小，因此是一种长效的土壤结构改良材料，一次改良长期有效。
1.2 试验设计
本试验共设计4个处理，烤烟种植时采用当地常规耕作和施肥方式，以不施改良剂为对照(CK)，施用玉米秸秆(T1)、T20改良剂(T2)、70%T20改良剂+30%竹炭(T3)等3个处理。利用秸秆颗粒机将晒干的玉米秸秆切成 1～3 cm长的颗粒后用小型深耕机分两次旋施至 15～30cm土层中。每个处理重复3次，每个小区面积约为70 m2 ，合计为12个小区。T1处理每小区基施21 kg玉米秸秆，T2处理每小区基施41 kg T20 改良剂，T3处理每小区基施28.7 kgT20改良剂和 16.4 kg竹炭。供试烤烟品种为当地适宜的烤烟种植品种之一(毕纳1号)。所有试验处理的施肥均按贵州烟草公司的有关生产技术规范实施，改良剂与基肥一起进行条施，然后起垄移栽烟苗。起垄前每个小区施入4.7 kg烟草专用肥和4.9 kg酒糟有机肥作为基肥。移栽当天每小区施入0.262 kg烟草专用提苗肥。在烟苗移栽后1个月，培土前每小区施入2.3 kg烟草专用追肥，提苗肥和追肥均是将肥料溶于水中浇施。
1.3 土壤理化性状分析
在烟叶全部采摘结束后采集烟田土壤样品，每个小区采用多点取样法(5～8个点)混合取样，每个样点分0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm三层采集烟株根系附近土壤。样品经风干、去杂、研磨后，过10目(2.0 mm)和100目(0.154 mm)孔筛，测定土壤pH、全氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾含量，测定方法参见文献[18]。
1.4 烤烟农艺性状和病害调查
烤烟移栽后，分别在团棵期、旺长期、成熟期测定株高、茎围、有效叶片数及叶面积等农艺性状，每个小区随机观测记录10棵烟株。同时进行烤烟病害调查，参照烟草病虫害分级及调查方法[19]，分别调查各处理烤烟的病害发生情况，并计算烤烟发病率和病情指数。
发病率(%)=(发病烟株数)/(调查总烟株数)×100 病情指数=100×∑(各级病叶数×各级代表值)/(调查总叶数×最高级代表值)。
1.5 烤烟经济性状和烟叶化学成分分析
烟叶成熟时分小区进行采收和编竿，在当地烤房按照三段式烘烤工艺进行挂牌烘烤调制，烤后由毕节市烟草公司技术人员按照国家标准进行分级，分级后统计各小区烟叶总质量和各等级烟叶质量，按照2015年贵州省毕节市烟叶收购价格计算烤烟产值，并计算各小区烟叶均价及上、中等烟比例。收集烤后中部烟叶为测定样品，在45℃条件下烘干至恒重，粉碎、过60目筛，测定烟碱、总氮、还原糖、钾、氯等化学指标含量，分析方法参见文献[20]。
1.6 统计分析方法
采用Microsoft Excel 2013进行数据处理及作图，并运用IBM SPSS Statistics 22.0 统计分析软件对数据进行多重比较、方差分析等相关统计分析。
2 结 果
2.1 不同改良处理对土壤性状的影响
图1～图3分别为不同处理的土壤养分含量分析测定结果。由图1可知，施用改良剂后土壤pH均有不同程度的提高，表层0～10 cm的升高幅度高于表下层。在0～10 cm土层中，改良剂处理T1、T2 和T3的pH分别较对照(7.42)提高了0.1、0.18和 0.13个单位，其中T2处理升高最多，而在20～30 cm 土层中，改良剂处理的土壤pH升高顺序表现为 T3>T1>T2>CK，T1、T2和T3处理的土壤pH分别较对照提高了0.12、0.07和0.14个单位。不同改良剂对不同深度的植烟土壤pH提高效果不同，表层0～20 cm范围内以T20改良剂(T2)处理提高最多，为0.17个单位，表下层20～30 cm以30%竹炭改良剂(T3)处理提高最多，为0.14个单位。由图2可知，改良剂对土壤全氮含量的影响表现出随土壤深度变化的规律性。施用改良剂后 0～10 cm层土壤全氮含量均低于对照CK，表现为 CK>T1>T2=T3，T1、T2和T3处理的土壤全氮含量分别较对照减少了5.20%、7.51%和7.51%。但施用改良剂后10～20 cm层和20～30 cm层土壤全氮含量均高于对照CK，其中10～20 cm层表现为T1> T2>T3>CK，T1、T2和T3处理分别较对照提高了 7.27%、4.24%和1.21%。而土壤碱解氮含量的情况比较复杂(图2)，施用改良剂后0～10 cm土壤碱解氮含量也均低于对照CK;施用改良剂后各处理 10～20 cm层和20～30 cm层土壤碱解氮与对照相比增加没有规律性，如10～20 cm层除T3处理的土壤碱解氮较对照低外，T1和T2处理分别较对照提高了15.2%和3.39%;而表下层20～30 cm施用改良剂的T2和T3处理的土壤碱解氮均低于对照CK。
由图3看出，T1处理在0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层的全钾含量分别较对照提高了 1.34%、4.44%和2.17%;T2处理在0～10 cm和 20～30 cm土层全钾含量分别较对照提高了0.83% 和1.66%;T3处理在10～20 cm和20～30 cm土层的全钾含量分别较对照提高了0.84%和1.51%。从速效钾含量来看(图3)，0～10cm土层施用改良剂处理土壤速效钾含量均低于对照CK;10～20 cm土层除T2处理的土壤速效钾含量较低外，T1和T3处理分别较对照提高了2.68%和1.78%;20～30 cm土层除T2处理的土壤速效钾含量较低外，T1和T3处理的分别较对照提高了37.0%和26.6%。
2.2 不同改良剂处理对烤烟农艺性状的影响
从表2来看，不同处理对各生育期内烤烟农艺性状的影响存在明显差异。在烤烟团棵期， T3处理的株高和茎围显著高于T1和CK处理(p <0.05);不同处理的有效叶数为T1>T2>CK >T3，但无显著差异;不同试验处理的叶面积为 T3>T2>T1>CK，但差异也不显著。在烤烟旺长期，除T1处理的株高和有效叶数较低外，其余各试验处理之间烤烟其他农艺性状均无显著差异(p>0.05)。当烤烟进入成熟期，各处理之间的株高与茎围无显著差异(p>0.05)，T3处理的有效叶数显著高于T1和CK处理，T2处理的叶面积则较T1和CK处理高(p<0.05)。
2.3 不同改良剂处理对烤烟产质量的影响
依据烟叶化学成分的适宜性指标[21-23]，不同处理对烤后烟叶化学成分的影响结果见表3。从表 3的分析结果来看，所有试验烟叶的烟碱含量均位于适宜范围内(1.3%～3.5%)，T1～T3处理的烟碱含量均显著低于CK;试验烟叶的总氮含量(适宜范围为1.5%～4%)范围为1.82%～2.16%，其中T2与T3处理的总氮含量均显著高于CK;所有试验处理的还原糖含量(适宜范围为18%～22%)略微偏高，且各试验处理之间无显著差异;T2和 T3处理的钾离子含量(适宜为>2%)显著高于T1 和CK处理，其中T3处理的钾离子含量为2.46%，与CK达极显著水平;试验烟叶氯含量(适宜为 0.2%～0.6%)偏低，其中T1处理显著低于对照 CK，T3处理的氯含量显著高于对照CK;除对照CK 的氮碱比(适宜范围为0.8～1.2)较低外，其余各处理均无显著差异;所有试验处理的糖碱比均处于适宜性范围内(8～12)，T1～T3处理的糖碱比均显著高于对照CK;试验烟叶的钾氯比(适宜为> 4)范围为13.0～20.1，其中T1和T2处理的钾氯比显著高于对照CK。总体而言，各试验处理的烟叶化学成分均处于适宜性范围内，而通过深耕与配施改良剂，能够进一步的使烟叶内在成分结构趋于合理，有利于提升烟叶品质。
不同处理对烤烟产量和质量的经济性状各指标有明显影响(表4)。从表4可以看出，T1处理烟叶鲜重最高，为16 230 kg hm-2，其次是T2处理，为 16 110 kg hm-2，再次是T3处理，为15 860 kg hm-2，CK处理最低，为14 860 kg hm-2，不同处理对烟叶鲜重的影响顺序为T1>T2>T3>CK。CK处理烟叶产量最低，仅为1 808 kg hm-2;T3处理最高，达 1 952 kg hm-2，其中增产率为8%，其次为T2和T1 处理，分别为1 907 kg hm-2和1 872 kg hm-2，其中增产率分别为5.5%和3.6%。每千克烟叶均价以T1 处理最高，为25.6元，其次是T2处理和CK处理，分别为24.8元和23.8元，处理T3最低，为23.6元。每公顷烟叶产值以T1处理最高，为4.793万元，其次是T2处理和T3处理，分别为4.728万元和4.605 万元，CK处理最低，为4.302万元。上中等烟比例以T1处理最高，为90.1%，其次是T2处理和CK 处理，分别为87.0%和83.9%，T3处理最低，为 70.4%。通过分析可知，综合经济性状以T1处理最优，T2和T3处理较优，CK处理最差。
通过对比烟叶内在化学成分发现，施用改良剂处理相较对照处理降低了烟碱含量，提高了全氮、钾离子及还原糖含量，进一步协调烟叶的糖碱比、氮碱比及钾氯比;施用改良剂处理较CK处理均有所增加，其中烟叶增产率分别为3.6%、5.5%、 8.0%，同时每公顷烟叶增值分别为4 901元、4 261 元、3 030元，上等烟叶的比例分别提高了5.5%、 3.6%和11.7%。
3 讨 论
3.1 施用多孔改良剂需关注植烟土壤pH的变化
土壤pH可影响土壤养分有效性和营养元素间的平衡，从而影响烤烟品质。pH过高或过低均会对烤烟品质产生不利影响[24]。优质烤烟适宜土壤pH 为5.5～7.0，最适宜烤烟生长pH则为5.5～6.5[25]。本试验采用的T20及竹炭改良剂pH分别为9.2和 11.2，这些多孔状碱性改良剂在酸性土壤上起到了很好的改良效果[26]，但对于试验区pH已偏高(为 7.4)的毕节植烟土壤，则需要对这些多孔改良剂在施用之前将pH从碱性调至中性或微酸性。
3.2 施用多孔改良剂对植烟土壤养分的影响
以往施用土壤结构改良剂更多地关注对土壤物理性质的改良，但对土壤养分的变化关注较少。从本试验结果发现，施用多孔改良剂均可提高耕层部分土壤养分，T1、T2及T3处理均有效提高了 10～20 cm及20～30 cm土壤的全氮、全磷、全钾含量，而T1和T2处理均可提高10～20 cm土壤的碱解氮与有效磷含量，T2和T3处理均可提高20～30 cm土壤的速效钾含量，这与相关研究结果趋同[27-29]，管恩娜等[27]通过田间试验发现，施用生物炭后可以提高土壤的硝态氮含量，而铵态氮呈现出先增后减小的趋势;也可以有效地增加表层土壤的有效磷含量，同时显著增加土层中土壤速效钾含量。冀保毅等[28]认为，适宜量秸秆还田可以有效提高土壤全氮、有效磷、速效钾含量，并且对深层土壤肥力的提高具有显著效果。姬红利等[29]通过比较农业土壤与坡耕地土壤施用土壤改良剂发现，施用一定量的改良剂，可以间接增加土壤中磷含量，能有效提高土壤有效磷含量，可以促进植物对磷的吸收利用，达到控制土壤中多余的磷元素等养分流失。但是，从本试验研究结果可以看出，添加不同改良剂后，土壤表层0～10 cm的全氮和碱解氮含量明显低于对照，而底层则高于对照。这可能与土壤pH过高有关，添加碱性改良剂进行改良后，会加剧土壤表面氨化挥发[30]，与酸性土壤相比，土壤pH呈弱碱性的情况下，氨挥发率均会有显著的增加[31]。
3.3 施用多孔改良剂对烤烟产质量的影响
施用多孔改良剂后烤烟产值均有所增加，其中烟叶增产率为3.6%～8.0%，同时每公顷烟叶增收值为3 030～4 905元，上等烟叶的比例提高了3.6%～11.7%。潘金华等[32]在安徽宣城施用 70%T20改良剂+30%竹炭改良剂，其烟叶增产率为 11.3%，烟叶每公顷增收值为10 290元，上等烟比例下降了3.1%。在相同处理下，毕节烟区除上等烟比例增加量大于安徽宣城，烟叶增产率及增收值均远小于宣城烟区，这说明强碱性多孔改良剂更适应安徽宣城的酸性土壤，而对于毕节近中性的土壤效果稍差。这可能是由于毕节烟区土壤偏高的pH 致使土壤氮素氨化挥发增多，从而降低了烤烟对有机氮的吸收，使得增产效果有限，这与相关研究结果趋同。王萌萌和周启星[33]认为pH偏高的生物炭改良剂对植物的作用与土壤的酸碱性有关。因此，降低碱性改良剂的pH后施用在毕节烟区的中性土壤中，效果能否显著提高需要进一步研究。
4 结 论
针对毕节烟区土壤质地黏重，导水性差等基本状况，施用土壤多孔改良剂提高了毕节植烟土壤的 pH和养分含量，有效提高了毕节烟区烤烟品质、增加烟草产量、提高烟草产值，降低烤烟的烟碱含量，提高了全氮、钾离子及还原糖含量，使烟叶化学成分更为协调。但关于更适宜的土壤改良剂种类选取、改良剂合理施用量及施用方法的确定仍需进一步研究。——论文作者：黄化刚1，2 班国军2 陈 垚2 夏中文2 潘金华3 王美艳3 孙维侠3 史学正3 徐胜祥3†
参 考 文 献
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