改良劑施用對(duì)酸性植煙土壤養(yǎng)分的影響效應(yīng)

張龍輝，粟戈璇，鄧小華*，婁曉平，江智敏，周米良，田 峰，張明發(fā)

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128；2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，杭州 310009；3.湖南省煙草公司湘西州公司，湖南 湘西 416000）

良好的土壤條件是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)煙葉可持續(xù)生產(chǎn)的基礎(chǔ)[1-2]。土壤酸化會(huì)導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)惡化[3-4]，降低土壤中微生物和酶活性[5-6]，加重作物病害的發(fā)生[7]，進(jìn)而影響烤煙生長發(fā)育及煙葉品質(zhì)[8-9]。我國煙田土壤酸化較為普遍，關(guān)于酸性土壤改良的技術(shù)也很多[3-4,10]。石灰常被用于改良酸性煙田[5]；石灰配施綠肥能有效降低土壤容重，提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷等養(yǎng)分含量[11]，其改良酸性土壤的效果要優(yōu)于單施石灰[12]；酸性水稻土施用生石灰能有效增加作物的產(chǎn)量，且種植烤煙施用生石灰1500 kg/hm2的增產(chǎn)效果最佳[13]。但過量施用生石灰會(huì)導(dǎo)致土壤鉀、鎂有效性降低及錳、鋅缺乏[14]。由于土壤的緩沖性，施石灰處理在移栽后30 d 時(shí)土壤pH 升至最高后明顯降低[15]，致使改良后的酸性土壤pH 在烤煙大田中后期仍處于較低水平。酸性土壤改良劑傳統(tǒng)施用方法是在烤煙整地時(shí)一次性施入土壤，而分二次施用酸性土壤改良劑是否能更好地維持酸性土壤pH 改良效果，其研究一直是空白。前人對(duì)土壤改良劑及其施用時(shí)間、施用量的單因素研究較多，對(duì)土壤改良劑種類、施用時(shí)間、施用量互作效應(yīng)的研究較少。鑒于此，本研究針對(duì)酸性山地土壤種植烤煙的特點(diǎn)，研究改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)土壤主要養(yǎng)分的影響，為酸性土壤改良理論和技術(shù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)于2018 年4 月23 日至8 月25 日在湖南省湘西州花垣縣（28°31′35″N，109°27′4″E）進(jìn)行。該地平均海拔530.0 m，年均氣溫15.0 ℃，年降雨量1363.8 mm，無霜期279.0 d，日照時(shí)數(shù)1219.2 h，屬亞熱帶季風(fēng)山地濕潤氣候區(qū)。供試土壤類型為黃紅壤，土壤pH 5.12，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別為17.24 g/kg、133.70 mg/kg、14.35 mg/kg、122.68 mg/kg。烤煙品種為云煙87，4 月24 日移栽；熟石灰為當(dāng)?shù)厥惺?；土壤調(diào)理劑為某企業(yè)商品化產(chǎn)品（CaO≥30%，SiO2≥3.5%，有機(jī)質(zhì)≥5.0%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為3 因素，即改良劑種類（A）、施用時(shí)間（B）、施用量（C）。每個(gè)因子設(shè)2 個(gè)水平，水平的確定參照產(chǎn)區(qū)單因素試驗(yàn)結(jié)果。改良劑種類為石灰（A1），酸性土壤調(diào)理劑（A2）。改良劑施用時(shí)間為移栽前10 d，結(jié)合整地起壟施用（全田撒施，再起壟）為B1；移栽后40 d，結(jié)合揭膜培土施用（撒施于壟上，再培土）為B2。改良劑施用量為低用量（C1，750 kg/hm2），高用量（C2，1500 kg/hm2）。處理組合為A1B1C1、A1B2C1、A1B1C2、A1B2C2、A2B1C1、A2B2C1、A2B1C2、A2B2C2，另設(shè)一個(gè)CK（當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培，不施用改良劑），共9 個(gè)處理。重復(fù)3 次，共27 個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積40.8 m2，行距為1.2 m，株距0.5 m?？緹熓┑?09.5 kg/hm2，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.27:2.73。其他田間管理和生產(chǎn)措施一致，均按湘西優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

1.3 主要檢測指標(biāo)及方法

于烤煙移栽后60、90 和120 d，每個(gè)小區(qū)采用梅花形5 點(diǎn)取樣法，在壟中的兩煙株之間采集0～20 cm 耕層土壤的農(nóng)化樣，5 點(diǎn)的農(nóng)化樣制成混合土樣，經(jīng)自然風(fēng)干、去雜、研磨過不同孔徑篩后，采用電位法測定pH（水土比為1:1），重鉻酸鉀外加熱法測定有機(jī)質(zhì)，堿解擴(kuò)散法測定堿解氮，碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷，醋酸銨浸提-火焰光度法測定速效鉀[16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 及IBM Statistics SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。采用三因素方差分析，新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。當(dāng)方差分析檢定為顯著性差異時(shí)引入pEta2值（）[17-18]來比較改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)烤煙指標(biāo)影響的程度。當(dāng)0.01＜≤0.06 表示低度影響效應(yīng)，0.06＜≤0.14 表示中度影響效應(yīng)，＞0.14 為高度影響效應(yīng)[17-18]。將某一指標(biāo)的改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作的平均值求和后轉(zhuǎn)換為百分率，其結(jié)果便是某一指標(biāo)總變異貢獻(xiàn)率的大??；將某一指標(biāo)的取樣時(shí)間的pEta2平均值求和后轉(zhuǎn)換為百分率，其結(jié)果便是某一指標(biāo)取樣時(shí)間變異貢獻(xiàn)率的大小。

2 結(jié)果

2.1 施用改良劑對(duì)土壤pH 的影響

由表1 可知，施用石灰的土壤pH 在烤煙移栽后第60 天顯著高于施用酸性土壤調(diào)理劑的，在移栽后90 d 顯著低于施用酸性土壤調(diào)理劑的；改良劑施用量750 kg/hm2的土壤pH 值在烤煙移栽后60 d時(shí)顯著低于施用量1500 kg/hm2。不同組合處理中，在移栽后60 d 時(shí)，A1B2C2、A1B1C2的pH 相對(duì)較高；90 d 時(shí)，A2B2C1、A1B2C2的pH 相對(duì)較高；120 d 時(shí)，8 個(gè)施用改良劑處理的土壤pH 較CK 顯著提高了7.50%～10.38%，以A1B2C1、A1B2C2、A2B2C1、A2B2C2的pH 相對(duì)較高。表明施用石灰或酸性土壤調(diào)理劑能顯著提高土壤pH；以烤煙揭膜培土?xí)r施用750 或1500 kg/hm2的pH 較高。

從表2 看出，改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)移栽后60 d 的土壤pH 影響較大（變異貢獻(xiàn)率48.78%），對(duì)移栽后120 d 的土壤pH 影響較?。?0.33%），說明施用改良劑之后，隨著時(shí)間的推移，對(duì)土壤pH 的影響減弱。幾個(gè)試驗(yàn)因素相比，改良劑施用時(shí)間對(duì)土壤pH 的影響最大（變異貢獻(xiàn)率27.72%），其次是改良劑種類（17.08%），而改良劑種類×?xí)r間互作影響最小（5.26%）。

表1 改良劑施用對(duì)土壤pH 的影響Table 1 Effects of amendment application on organic matter contents in soil pH

表2 土壤pH 效應(yīng)的p 值和值Table 2 P and values of organic matter content in soil pH

表2 土壤pH 效應(yīng)的p 值和值Table 2 P and values of organic matter content in soil pH

2.2 改良劑施用對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表3 可知，在整個(gè)生育期，施用酸性土壤調(diào)理劑的土壤有機(jī)質(zhì)顯著高于施用石灰的；改良劑施用量1500 kg/hm2的顯著高于施用750 kg/hm2的。不同組合處理中，A2B1C2、A2B2C2的土壤有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高；且在移栽后120 d 時(shí)，施改良劑的各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于CK，較CK 增高了18.90%～33.64%?？梢姡┯酶牧紕┚茱@著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；在整地起壟或揭膜培土?xí)r期施用1500 kg/hm2的酸性土壤調(diào)理劑最有利于提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

從表4 看，在整個(gè)生育期，改良劑種類、施用量均顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量（p＜0.05），其中改良劑種類對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響最大（變異貢獻(xiàn)率45.28%），其次是改良劑施用量（28.30%），而改良劑施用時(shí)間×用量互作和三者互作的影響較小。

2.3 改良劑施用對(duì)土壤堿解氮含量的影響

由表5 可知，施用改良劑能不同程度地提高土壤堿解氮含量，其中在移栽后60 d 時(shí)，A1B2C2、A2B2C2的土壤堿解氮含量相對(duì)較高；在移栽后90 d時(shí)，A1B2C2的土壤堿解氮含量相對(duì)較高；在移栽后120 d 時(shí)，A1B1C2、A1B2C2、A2B1C2、A2B2C2的土壤堿解氮含量相對(duì)較高，且各處理較CK 提高了31.02%～61.01%。且在整個(gè)生育期，改良劑施用量為1500 kg/hm2的土壤堿解氮含量顯著高于施用量750 kg/hm2；以結(jié)合整地時(shí)施用1500 kg/hm2的最好。

表3 改良劑施用對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Table 3 Effects of amendment application on organic matter contents in tobacco-planting soil g/kg

表4 土壤有機(jī)質(zhì)含量效應(yīng)的p 值和值Table 4 p and values of organic matter content in tobacco-planting soil

表4 土壤有機(jī)質(zhì)含量效應(yīng)的p 值和值Table 4 p and values of organic matter content in tobacco-planting soil

表5 改良劑施用對(duì)土壤堿解氮含量的影響Table 5 Effects of amendment application on alkaline nitrogen contents in tobacco-planting soil mg/kg

從表6 看出，改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)移栽后60 d 的堿解氮含量影響最大（變異貢獻(xiàn)率43.22%），其次是移栽后90 d（39.83%），對(duì)移栽后120 d 影響最小（16.95%）。幾個(gè)試驗(yàn)因素相比，改良劑施用量對(duì)植煙土壤堿解氮含量影響最大（變異貢獻(xiàn)率29.96%），其次是改良劑施用時(shí)間（19.49%），而改良劑施用時(shí)間×用量互作影響較?。?.94%）。

2.4 改良劑施用對(duì)土壤有效磷含量的影響

由表7 可知，在烤煙移栽后60、120 d 時(shí)，施用石灰的土壤有效磷含量顯著高于施用酸性土壤調(diào)理劑的。從不同處理看，在移栽后60 d 時(shí)，A1B1C2、A1B2C1、A1B2C2的土壤有效磷含量相對(duì)較高，均與CK 差異顯著；在移栽后90 d 時(shí)土壤有效磷含量差異均不顯著；在移栽后120 d 時(shí)，A1B1C1、A1B1C2的土壤有效磷含量相對(duì)較高，均與CK 差異顯著，且各處理較CK 提高了1.11%～21.16%。可見，施用改良劑均能提高土壤有效磷含量；施用石灰比施用酸性土壤調(diào)理劑效果好，且以烤煙整地起壟時(shí)施用的效果更佳。

表6 土壤堿解氮含量效應(yīng)的p 值和值Table 6 P and values of alkaline nitrogen contents in tobacco-planting soil

表6 土壤堿解氮含量效應(yīng)的p 值和值Table 6 P and values of alkaline nitrogen contents in tobacco-planting soil

表7 改良劑施用對(duì)土壤有效磷含量的影響Table 7 Effects of amendment application on available phosphorus contents in tobacco-planting soil mg/kg

從表8 看出，在烤煙移栽后60 d 時(shí)，改良劑種類顯著影響有效磷含量（p<0.05）；在移栽后120 d時(shí)，改良劑種類、施用時(shí)間均顯著影響有效磷含量（p<0.05）。改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)移栽后120 d 時(shí)的有效磷含量影響最大（變異貢獻(xiàn)率50.00%），其次是移栽后60 d（34.38%），對(duì)移栽后90 d 影響最?。?5.63%）。幾個(gè)試驗(yàn)因素相比，改良劑種類對(duì)有效磷含量影響最大（57.14%），其次是改良劑施用時(shí)間（24.68%），而改良劑施用量、改良劑種類×?xí)r間×用量互作影響較?。?.30%和0%）。

2.5 改良劑施用對(duì)土壤速效鉀含量的影響

由表9 可知，在整個(gè)生育期，施用石灰的土壤速效鉀含量顯著高于酸性土壤調(diào)理劑；結(jié)合整地起壟施用改良劑的土壤速效鉀含量在移栽期內(nèi)均顯著高于結(jié)合揭膜培土施用；A1B1C1、A1B1C2的土壤速效鉀含量均相對(duì)較高；其中在移栽后120 d 時(shí)土壤速效鉀含量較CK提高了5.56%～22.49%。可見，在結(jié)合整地起壟時(shí)施用改良劑均能有效提高土壤速效鉀含量，而在結(jié)合揭膜培土?xí)r施用改良劑則會(huì)降低土壤速效鉀含量。

從表10 看出，改良劑種類、時(shí)間、種類×?xí)r間互作均對(duì)各個(gè)移栽時(shí)期的土壤速效鉀含量有顯著影響。改良劑種類、施用時(shí)間、施用量及其互作對(duì)移栽后120 d 的速效鉀含量影響最大（變異貢獻(xiàn)率38.28%），其次是移栽后90 d（33.60%），對(duì)移栽后60 d 的速效鉀含量影響最小（28.13%）。幾個(gè)試驗(yàn)因素相比，改良劑施用時(shí)間對(duì)速效鉀含量影響最大（變異貢獻(xiàn)率31.44%），其次是改良劑種類×?xí)r間互作（21.40%），而改良劑施用時(shí)間×用量對(duì)其影響最?。?.68%）。

表8 土壤有效磷含量效應(yīng)的p 值和值Table 8 P and values of available phosphorus contents in tobacco-planting soil

表8 土壤有效磷含量效應(yīng)的p 值和值Table 8 P and values of available phosphorus contents in tobacco-planting soil

表9 改良劑施用對(duì)土壤速效鉀含量的影響Table 9 Effects of amendment application on available potassium contents in tobacco-planting soil mg/kg

表10 土壤速效鉀含量效應(yīng)的p 值和值Table 10 P and values of available potassium contents in tobacco-planting soil

表10 土壤速效鉀含量效應(yīng)的p 值和值Table 10 P and values of available potassium contents in tobacco-planting soil

3 討 論

改良劑在施用初期會(huì)消耗土壤中的H+，可顯著提高土壤pH，但隨著土壤黏粒中潛性酸釋放和土壤緩沖性能的發(fā)揮，以及烤煙根系酸性物質(zhì)的分泌，其土壤pH 會(huì)呈下降趨勢[15]。施用石灰、粉煤灰、生物炭等改良劑能有效地改善土壤養(yǎng)分的有效性[19-20]。本試驗(yàn)中，施用調(diào)理劑后，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈遞增趨勢，且高用量的改良劑能明顯提高植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量。其主要的原因可能是添加的土壤調(diào)理劑本身成分含有有機(jī)質(zhì)，且隨著土壤調(diào)理劑施入，pH 升高，微生物活性旺盛[21]，土壤結(jié)構(gòu)、通氣性和滲透性得到改善[22]，加速了有機(jī)殘?bào)w的分解，因而提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明，施用石灰能顯著提高土壤堿解氮的含量，這與鄧小華等[5]的研究結(jié)果相一致，其主要的原因可能是石灰能顯著改善土壤酸性環(huán)境，提高土壤銨氧化細(xì)菌的生物多樣性[23]和微生物的活性[21]，從而加速土壤氮的礦化。黃化剛等[24]研究表明，施用改良劑能提高土壤有效磷的含量，這與本研究結(jié)果一致，其原因可能是施用改良劑在提高土壤pH 的同時(shí)，能減弱土壤對(duì)磷素的固定作用[25]，并且能通過還原、酸溶和絡(luò)合溶解以及促進(jìn)解磷微生物增殖等活化土壤中難以利用的磷素，使其轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)磷[26]，提高了磷的有效性。

改良劑施用時(shí)間對(duì)土壤速效鉀含量影響不同。在整地時(shí)施用土壤改良劑，可較好地促進(jìn)改良劑均勻摻拌進(jìn)入土壤，施用改良劑有利于根系微生物和酶活性增加，促進(jìn)根系生長，使發(fā)達(dá)的根系和主根能吸收深層土壤中的鉀素，提高K+的親和力，從而打破土壤中各種形態(tài)鉀的平衡，使得土壤中的礦物鉀不斷轉(zhuǎn)為有效鉀，從而提高了土壤中的速效鉀含量[27]，所以在結(jié)合整地起壟時(shí)施用改良劑均能有效提高土壤速效鉀含量。但是，在培土揭膜時(shí)施用土壤改良劑主要集中在表土層，土壤改良劑的主要成分CaO 可以使固鉀礦物層間“晶穴”中的H3+O 或鋁化合物從層間移出，提高土壤的固鉀容量，降低土壤中水溶性鉀和交換性鉀含量[28]，導(dǎo)致在揭膜培土?xí)r施用改良劑的土壤速效鉀含量低于對(duì)照。

不同土壤改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響不同。酸性土壤調(diào)理劑的主要成分為CaO 和MgO，但CaO 的比例一般在40%～60%，所以其改良強(qiáng)酸性土壤的效果低于石灰。但本研究結(jié)果表明，施用酸性土壤調(diào)理劑比石灰更能促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量的提高，其原因還有待進(jìn)一步研究。研究結(jié)果表明，改良劑種類對(duì)有機(jī)質(zhì)和有效磷含量影響最大，主要原因是有機(jī)質(zhì)能競爭減少磷的吸附位點(diǎn)，減少磷的吸附，增加磷的移動(dòng)性，進(jìn)一步提高磷的有效性。

在多因素試驗(yàn)中，一般用F值或平方和（SS）進(jìn)行多變量效應(yīng)強(qiáng)弱進(jìn)行粗略比較[29]。本研究將值當(dāng)做多變量效果度量指標(biāo)，能較客觀地反映變量效應(yīng)強(qiáng)弱，是因?yàn)樵撝凳且蜃兞渴懿煌蛩赜绊懰路讲畹谋壤?，是扣除?其他效果項(xiàng)影響后的效果項(xiàng)和參數(shù)估計(jì)值的凈相關(guān)平方值[17]，可以反應(yīng)獨(dú)立變項(xiàng)效果的真實(shí)強(qiáng)度[18,30]，對(duì)多因素試驗(yàn)中的多變量強(qiáng)弱比較較為真實(shí)，在結(jié)果分析中采用變異比例，更清楚地反映了各時(shí)期和因素對(duì)各指標(biāo)的影響強(qiáng)弱和某一指標(biāo)以及取樣時(shí)間變異貢獻(xiàn)率的大小。

4 結(jié) 論

施用酸性土壤改良劑對(duì)土壤pH 和主要養(yǎng)分含量有顯著的改良作用。但不同改良劑類型、不同施用時(shí)間、不同施用量對(duì)不同土壤指標(biāo)的影響和影響程度存在不同。綜合施用改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響效果看，在烤煙整地時(shí)施用1500 kg/hm2的石灰或酸性土壤調(diào)理劑較好。