垂直深旋耕配施有機碳肥對植煙土壤pH和物理性狀及養(yǎng)分的影響

陳明剛，向劍明，劉勇軍，張黎明，吳晶晶，楊紅武，菅攀鋒，田 峰，粟戈璇，鄧小華*

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128；2 湖南省煙草公司湘西自治州公司，吉首 416000；3 中國煙草中南農(nóng)業(yè)試驗站，湖南長沙 410004；4 浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州 310008)

山地?zé)焻^(qū)多采用小型旋耕機械翻耕煙田，其翻耕深度一般為12～16 cm，長此以往會導(dǎo)致植煙土壤耕層變淺、犁底層升高、板結(jié)與蓄水保肥能力下降等問題[1]，加之土壤酸化[2]、有機質(zhì)含量低[3]等，嚴重影響烤煙豐產(chǎn)提質(zhì)增效。垂直深旋耕作為一種新型的耕作方式，利用專用機械中的垂直螺旋型鉆頭快速攪動土壤，實現(xiàn)深耕、深松、碎土，改善土壤環(huán)境，已在水稻[4]、馬鈴薯[5]、甘蔗[6]、玉米[7]、小麥[8]等作物上得到應(yīng)用。碳是作物體內(nèi)含量最高的元素，碳素營養(yǎng)成了作物養(yǎng)分平衡的一個短板[9]。施用有機碳肥可提高土壤的生物肥力和物理肥力，從而提高土壤中N、P、K等礦質(zhì)營養(yǎng)元素和化肥的利用率[10]，已成為作物碳素補充的重要途徑。有關(guān)垂直深旋耕或有機碳肥施用的研究較多，但兩者結(jié)合改良酸性土壤的研究尚未見報道。本文研究垂直深旋耕配施有機碳肥對酸性土壤pH、物理性狀及主要養(yǎng)分的影響，以為山地植煙土壤保育技術(shù)的進一步發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018～2019年在湖南省花垣縣科技示范園(28.53°N，109.45°E)進行。土壤為黃壤，pH5.12，有機質(zhì)12.50 g/kg，堿解氮82.17 mg/kg，有效磷12.11 mg/kg，速效鉀113.34 mg/kg。試驗地前茬作物為玉米，冬種綠肥(品種為箭筈豌豆[11])，綠肥翻壓量7500 kg/hm2，石灰施用量1500 kg/hm2，為市售熟石灰[12]。有機碳肥為商用液態(tài)有機碳肥，每次施用量45 kg/hm2?？緹熎贩N為云煙87。垂直深旋耕起壟機、旋耕機、微型起壟機由合作社提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理：T1.石灰+綠肥+垂直深旋耕；T2.石灰+綠肥+垂直深旋耕+液態(tài)有機碳肥1次；T3.石灰+綠肥+垂直深旋耕+液態(tài)有機碳肥2次；CK.石灰+綠肥+常規(guī)耕作。小區(qū)面積100 m2，3次重復(fù)?？緹熞圃郧?0 d，在種植綠肥的土壤上均勻撒施石灰，采用垂直深旋耕起壟機一次性完成土壤翻耕和起壟。壟幅120 cm，旋耕深度35 cm，壟高35 cm。CK中的常規(guī)耕作采用大型拖拉機旋耕和微型機械起壟，2次作業(yè)完成，翻耕深度20 cm，壟幅120 cm，壟高35 cm。烤煙移栽后結(jié)合澆定根水施第1次液態(tài)有機碳肥，移栽后20 d結(jié)合追肥澆施第2次有機碳肥?？緹熢耘喙芾泶胧﹨⒄障嫖髯灾沃輧?yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程。

1.3 主要檢測指標(biāo)及方法

于綠肥種植前(簡稱PG)和移栽后30 d(T1、CK)，采用土壤原位取樣器鉆取3個50 cm深的土柱，采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm的土壤測定pH?？緹熞圃院?0、60、90 d，每小區(qū)選擇5個點，采集0～20 cm壟體層土壤，制成混合土樣，采用環(huán)刀法測定土壤容重、孔隙度和水分；采用電位法測定土壤pH；分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法、醋酸銨浸提—火焰光度法測定土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量[13]。

1.4 統(tǒng)計分析方法

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對植煙土壤pH的影響

2.1.1 植煙土壤pH垂直變化

由表1可知，T1處理0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm土壤pH較PG分別提高了1.48、1.86、1.92、2.00、1.79，CK較PG分別提高了1.54、1.76、1.49、1.44、0.78，說明撒施石灰和翻壓綠肥均能提高土壤pH。與CK 相比，除0～10、10～20 cm以外，T1處理各深度的土壤pH均顯著高于CK；T1處理土壤pH平均值為6.72，變異系數(shù)為2.08%；CK土壤pH平均值為6.31，變異系數(shù)為8.24%。說明垂直深旋耕可使石灰、綠肥等改良劑混入深層土壤，有利于石灰、綠肥與土壤混勻，增加土壤pH均勻度，提高改良劑的改土效果。

表1 不同處理的土壤pH垂直變化

2.1.2 植煙土壤pH動態(tài)變化

由圖1可知，隨烤煙生育進程的發(fā)展，土壤pH呈下降趨勢。在烤煙移栽后30 d，土壤pH由背景值5.12上升到6.91～7.02，這是由于施用了石灰的結(jié)果。至移栽后60 d，土壤pH下降至6.47～6.61；移栽后90 d，土壤pH繼續(xù)下降至5.79～5.92。這主要是由于土壤本身對酸堿的緩沖效應(yīng)，以及烤煙根系分泌的有機酸所致。不同處理間雖有差異，但未達到顯著水平。

圖1 不同處理植煙土壤pH動態(tài)變化

2.2 對植煙土壤物理特性的影響

2.2.1 土壤容重動態(tài)變化

由圖2可知，隨烤煙生育進程推進，土壤容重略有上升。烤煙移栽后30、60、90 d，T1、T2、T3處理土壤容重均顯著低于CK，但處理間差異不顯著。表明垂直深旋耕可降低土壤容重，施用有機碳肥對土壤容重則沒有影響。

圖2 不同處理植煙土壤容重動態(tài)變化

2.2.2 土壤孔隙度動態(tài)變化

由圖3可知，土壤孔隙度隨烤煙生育進程推進略有下降。移栽后30、60、90 d，T1、T2、T3處理土壤孔隙度均顯著高于CK，但處理間差異不顯著。表明垂直深旋耕可提高土壤孔隙度，施用機碳肥對土壤孔隙度則沒有影響。

圖3 不同處理植煙土壤孔隙度動態(tài)變化

2.3 對植煙土壤主要養(yǎng)分的影響

2.3.1 土壤有機質(zhì)動態(tài)變化

由圖4可知，隨烤煙生育進程推進，同一處理土壤有機質(zhì)含量變化不大。在烤煙移栽后30 d，表現(xiàn)為：T2>T3>T1>CK；移栽后60、90 d，表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，各處理間差異均達顯著水平。表明垂直深旋耕和施用有機碳肥均可提高土壤有機質(zhì)含量，澆施2次有機碳肥較1次效果更好。

2.3.2 植煙土壤堿解氮動態(tài)變化

由圖5可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤堿解氮含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30、60 d，土壤堿解氮含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，處理間差異顯著。在移栽后90 d，土壤堿解氮含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，T3與T2處理差異不顯著，但均顯著高于T1、CK；同時，T1處理顯著高于CK。表明垂直深旋耕和施用有機碳肥均可提高土壤堿解氮含量，澆施2次有機碳肥較1次效果更好。

2.3.3 植煙土壤有效磷動態(tài)變化

由圖6可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤有效磷含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30 d，土壤有效磷含量以T3最高，與其他處理差異顯著，其次是T2、T1，兩者無顯著差異，但均顯著高于CK。在移栽后60 d，土壤有效磷含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，處理間差異顯著。在移栽后90 d，各處理差異不顯著。表明垂直深旋耕可提高烤煙前期土壤有效磷含量，以垂直深旋耕配合施用2次有機碳肥的效果較好。

圖6 不同處理植煙土壤有效磷動態(tài)變化

2.3.4 植煙土壤速效鉀動態(tài)變化

由圖7可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤速效鉀含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30 d，T3處理土壤速效鉀含量顯著高于T2、T1、CK。在烤煙移栽后60、90 d，土壤速效鉀含量表現(xiàn)為：T3>T2>T1>CK，除T1與CK外，各處理間差異顯著。表明垂直深旋耕配施有機碳肥可提高土壤速效鉀含量，以垂直深旋耕配施2次有機碳肥效果最好。

圖7 不同處理植煙土壤速效鉀動態(tài)變化

3 討論與結(jié)論

改良劑與土壤攪拌不均勻，難以實現(xiàn)表層土壤與表下層土壤的同步改良，是目前山地酸性土壤改良效果不甚理想的重要原因。而垂直深旋耕采用轉(zhuǎn)軸垂直于被耕地面的立式螺旋形鉆頭，多把旋耕刀切削、撞擊、捶打、擠壓土壤，能將全耕層土壤粉碎成細小顆粒[14，15]，可達到降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤肥力[16]和土壤蓄水抗旱能力的效果[17]，且可通過旋切刀的垂直攪拌，將石灰、綠肥等改良劑與土壤攪拌，充分均勻混入表層土壤和表下層土壤。

傳統(tǒng)耕作機械是采用刀輥轉(zhuǎn)軸與被耕地面平行的臥式旋耕機實現(xiàn)翻耕。垂直深旋耕提高了土壤粉碎程度，可激發(fā)土壤有效養(yǎng)分釋放[16]，有利于烤煙根系發(fā)育和下扎，促進烤煙生長和干物質(zhì)積累，提高烤煙產(chǎn)量。

有研究發(fā)現(xiàn)，施用有機碳肥可提高作物產(chǎn)量、質(zhì)量及抗逆性[18，19]，顯示了有機碳肥的優(yōu)勢。有機碳肥多為液態(tài)，易水溶而被植物吸收，能快速見效，還可提高土壤的生物肥力和物理肥力，提高土壤中N、P、K等礦質(zhì)營養(yǎng)元素的利用率，從而提升化肥利用率[10]。有機碳肥已應(yīng)用在油茶林改良[20]、馬鈴薯連作障礙緩解[21]、蕹菜增產(chǎn)[22]等多種農(nóng)林作物上，并取得了良好的效果。本研究發(fā)現(xiàn)其對山地烤煙也具有明顯的增產(chǎn)提質(zhì)效果，與垂直深旋耕結(jié)合可改良酸性土壤和提高烤煙種植效益。

試驗結(jié)果表明，垂直深旋耕可提高全耕作層土壤pH，降低土壤容重，提高土壤孔隙度。采用垂直深旋耕配施有機碳肥，可增加土壤有機質(zhì)，提高植煙土壤氮、磷、鉀的有效性。以垂直深旋耕結(jié)合2次施用有機碳肥改良酸性土壤的效果最好。