粉壟深度對(duì)山地黃壤理化特性和烤煙養(yǎng)分利用效率的影響

張敏，粟戈璇，彭曙光，劉勇軍，周米良，田峰，張明發(fā)，鄧小華，*，陳金

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2 湖南省教育科學(xué)研究院，長(zhǎng)沙 410005；3 中國(guó)煙草中南農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，湖南長(zhǎng)沙 410004；4 湖南省煙草公司湘西自治州公司，吉首416000）

土壤是作物賴以生存的重要載體。土壤耕翻可有效促進(jìn)土壤水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)，促進(jìn)作物對(duì)資源的高效利用，確保作物持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)［1，2］。山區(qū)土壤耕層變淺、通透性變差、蓄水保肥能力下降等問題與長(zhǎng)期采用小型臥式旋耕機(jī)械作業(yè)有關(guān)，已成為作物生產(chǎn)的制約因子之一［3］。粉壟作為一種立式旋耕方式，利用垂直螺旋型專用機(jī)械的鉆頭快速擾動(dòng)土壤，使其耕翻懸浮成壟而不破壞土層，既具有翻耕的深松作用，同時(shí)具有旋耕后土壤疏松、土粒粉碎均勻的特點(diǎn)［4］，已在甘蔗［5］、水稻［6］、馬鈴薯［7］、玉米［8］、小麥［9］等作物上得到應(yīng)用，但在烤煙生產(chǎn)上應(yīng)用較少。為進(jìn)一步提高山區(qū)土壤質(zhì)量，充分發(fā)揮耕作方式在土壤改良方面的作用，筆者研究了粉壟深度對(duì)山地黃壤理化特性和養(yǎng)分利用效率的影響，以為山區(qū)土壤保育技術(shù)發(fā)展和粉壟技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年在湖南省湘西自治州煙草公司科技示范園進(jìn)行。試驗(yàn)地位于28.53°N和109.45°E，海拔530 m，年日照時(shí)數(shù)1 219 h，年平均氣溫15.0℃，年降水量1 364 mm，無霜期279 d，屬亞熱帶季風(fēng)山地濕潤(rùn)氣候［10］。試驗(yàn)地前茬為玉米，黃壤土，含有機(jī)質(zhì)16.70 g／kg、堿解氮57.46 mg／kg、有效磷14.71 mg／kg、速效鉀90.87 mg／kg，pH 5.04。石灰為市售熟石灰，粉壟機(jī)械由廠家提供，旋耕機(jī)、微型起壟機(jī)由合作社提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：T1.粉壟深度50 cm；T2.粉壟深度40 cm；T3.粉壟深度30 cm；CK.常規(guī)耕作，旋耕深度16 cm。3次重復(fù)，小區(qū)面積100 m2。在烤煙移栽前10 d，均勻撒施石灰（用量為1 500 kg／hm2），然后按試驗(yàn)設(shè)計(jì)完成土壤翻耕與起壟。粉壟采用4根垂直軸旋磨細(xì)碎土壤，常規(guī)耕作采用小型拖拉機(jī)帶旋耕機(jī)旋耕作業(yè)。微型起壟機(jī)起壟，壟幅120 cm，壟高30 cm?？緹熎贩N云煙87，種植密度16 650株／hm2（1.2 m×0.5 m）?？緹煹?、磷、鉀施用量分別為109.5、139.0、300.0 kg／hm2。4月下旬移栽，7月上旬打頂（留葉16～18片），參照湘西自治州優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行田間管理。

1.3 主要檢測(cè)指標(biāo)及方法

（1）土壤檢測(cè)。翻耕前及烤煙移栽后的第30、60、90、120 d，采集0～20 cm壟體層土壤，每小區(qū)選擇5個(gè)點(diǎn)制成混合土樣。土壤pH采用電位法測(cè)定［11］；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定［11］；土壤堿解氮、有效磷和速效鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法和醋酸銨浸提火焰光度法測(cè)定［11］；土壤容重和孔隙度采用環(huán)刀法測(cè)定［11］。

（2）土壤垂直pH測(cè)定。翻耕前（FT）及烤煙移栽后30 d，用土壤原位取樣器每小區(qū)鉆取3個(gè)50 cm深的土柱，分段采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm的土壤用于測(cè)定土壤垂直pH值。

（3）氮磷鉀養(yǎng)分利用效率。烤煙移栽后70 d，每小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的5棵煙株，挖取樣株，用清水沖洗干凈。將樣株的根、莖、葉片分別收集，于恒溫箱105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重。采用H2SO4—H2O2法消煮干樣，分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度法測(cè)定植株N、P、K含量［12］。計(jì)算公式：

單位面積N（P、K）積累量（kg／hm2）＝煙株（器官）含N（P、K）量（%）×煙株（器官）干物質(zhì)量（g）×種植密度／1000；

N（P、K）養(yǎng)分吸收效率（FAE，%）＝單位面積煙株N（P、K）積累量／單位面積施N（P、K）量×100；

N（P、K）養(yǎng)分利用效率（FUE，kg／kg）＝單位面積煙葉干物質(zhì)量／單位面積施N（P、K）量；

N（P、K）煙葉生產(chǎn)效率（LPE，kg／kg）＝單位面積煙葉干物質(zhì)量／單位面積煙株N（P、K）素積累總量；

N（P、K）收獲指數(shù)（HI，%）＝單位面積煙葉中的N（P、K）積累量／單位面積煙株N（P、K）積累量×100。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Microsoft Excel 2003和SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉壟對(duì)植煙土壤物理性狀的影響

2.1.1 土壤容重

土壤容重是土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，影響土壤通透性、保肥保水能力及微生物的數(shù)量和活性［13］。由圖1可知，隨烤煙生育進(jìn)程推進(jìn)，植煙土壤容重逐漸增加；粉壟處理（T1、T2、T3）的土壤容重顯著低于傳統(tǒng)耕作（CK）。在烤煙移栽后30 d，T1、T2、T3處理的土壤容重較CK分別降低了7.7%、8.5%、10.0%；移栽60 d后，T1、T2、T3處理的土壤容重較CK分別降低了10.9%、12.3%、13.0%；移栽90 d后，T1、T2、T3處理的土壤容重較CK分別降低了10.0%、10.7%、11.4%；移栽120 d后，T1、T2、T3處理的土壤容重較CK 分別降低了9.2%、9.9%、9.9%。

圖1 植煙土壤容重動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of tobacco-planting soil bulk density

2.1.2 土壤孔隙度

土壤孔隙是水分、養(yǎng)分、空氣和微生物等的貯存庫、傳輸通道和活動(dòng)空間，與土壤通氣性和持水性緊密相關(guān)，反映土壤涵養(yǎng)水源、吸持水分及保障氣體暢通的能力［13］。由圖2可知，隨烤煙生育進(jìn)程的推進(jìn)，植煙土壤孔隙度會(huì)逐漸降低；粉壟處理（T1、T2、T3）土壤孔隙度顯著高于傳統(tǒng)耕作（CK）?？緹熞圃院?0 d，T2、T3處理土壤孔隙度顯著高于T1，可能是因?yàn)門1處理攪動(dòng)了底土層。在烤煙移栽后30 d，T1、T2、T3處理的土壤孔隙度較CK分別提高了9.0%、14.5%、15.7%；移栽60 d后，T1、T2、T3處理的土壤孔隙度較CK分別提高了10.7%、11.6%、12.4%；移栽90 d后，T1、T2、T3處理的土壤孔隙度較CK分別提高了11.6%、13.3%、12.2%；移栽120 d后，T1、T2、T3處理的土壤孔隙度較CK分別提高了14.4%、14.2%、14.6%。

圖2 植煙土壤孔隙度動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of tobacco-planting soil porosity

2.2 粉壟對(duì)植煙土壤p H的影響

2.2.1 pH動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，不同處理的土壤pH差異不顯著?？緹熞圃院?0、60、90、120 d，土壤pH較本底值（5.0）分別提高了32.9%～37.0%、25.4%～29.8%、8.3%～10.9%、3.7%～7.8%?？梢?，隨烤煙生育進(jìn)程，植煙土壤pH會(huì)有所下降，特別是移栽后90～120 d，土壤pH下降較多，這可能是施用石灰造成的［14，15］。

圖3 植煙土壤p H動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of tobacco-planting soil p H

2.2.2 pH垂直變化

由圖4可知，T1、T2、T3、CK、FT土壤的pH垂直變化范圍分別為6.1～6.7、4.9～6.8、4.6～6.8、4.7～6.9、4.6～5.0。T1的0～50 cm土壤pH均在6.0以上，T2的0～40 cm土壤pH在6.0以上，T3的0～30 cm土壤pH在6.0以上，CK的0～20 cm土壤pH在6.0以上，F(xiàn)T的0～50 cm土壤pH均在6.0以下。在0～20 cm，T1、T2、T3、CK的土壤pH差異不顯著，但顯著高于FT；在20～30 cm，T1、T2、T3的土壤pH差異不顯著，但顯著高于CK、FT，CK土壤pH也顯著高于FT；在30～40 cm，T1、T2的土壤pH差異不顯著，但顯著高于T3、CK、FT，T3土壤pH也顯著高于CK、FT；在40～50 cm，T1的土壤pH顯著高于T2、T3、CK、FT，但T2、T3、CK、FT差異不顯著。表明粉壟有利于石灰等調(diào)酸劑充分與土壤混勻，可提高土壤調(diào)酸效果。

圖4 植煙土壤p H垂直變化Fig.4 Vertical changes of tobacco-planting soil pH

2.3 粉壟對(duì)植煙土壤養(yǎng)分的影響

2.3.1 有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量是耕地土壤基礎(chǔ)肥力的重要指標(biāo)，與土壤結(jié)構(gòu)性、吸附性、通透性、滲透性等緊密相關(guān)［13］。由圖5可知，隨烤煙生育進(jìn)程的推進(jìn)，植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量先升后降；粉壟處理以移栽后90 d土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，傳統(tǒng)耕作則以移栽后60 d的土壤有機(jī)質(zhì)含量最高；不同旋耕深度的土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，但粉壟處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著高于傳統(tǒng)耕作（CK），烤煙移栽后30、60、90、120 d，粉壟處理（T1、T2、T3）土壤有機(jī)質(zhì)含量較CK分別提高了1.0%～9.6%、15.0%～29.4%、14.1%～20.0%、22.7%～36.7%。結(jié)果表明，粉壟可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

圖5 植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of organic matter contents in tobacco-planting soil

2.3.2 堿解氮

土壤氮含量高低和氮供應(yīng)能力大小決定了農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和耕地的生產(chǎn)潛力［16］。由圖6可知，隨烤煙生育進(jìn)程的推進(jìn)，植煙土壤堿解氮含量逐漸下降。烤煙移栽30 d后，T2、T3處理的土壤堿解氮含量顯著高于T1、CK；烤煙移栽后60、90、120 d，粉壟處理（T1、T2、T3）的土壤堿解氮含量顯著高于傳統(tǒng)耕作（CK）。

2.3.3 有效磷

磷是作物生長(zhǎng)發(fā)育和優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)必需的大量元素，作物獲得的磷主要來自土壤磷庫?？緹煼N植殘留磷較多，表層土壤有效磷含量遠(yuǎn)高于底層土壤［17］。由圖7可知，烤煙移栽后30 d，粉壟40～50 cm的土壤有效磷含量相對(duì)較低，是因?yàn)榉蹓艑⒉糠值讓油寥婪狭吮硗翆樱灰圃院?0、120 d，粉壟30～40 cm的土壤有效磷含量相對(duì)較高，是因?yàn)榉蹓呕罨送寥离y溶性磷［4］。因此，適當(dāng)控制粉壟深度，有利于提高土壤有效磷含量。

圖7 植煙土壤有效磷含量動(dòng)態(tài)變化Fig.7 Dynamic changes of available phosphorus contents in tobacco-planting soil

2.3.4 速效鉀

烤煙是喜鉀作物，種植烤煙需大量施用鉀肥，耕作層土壤殘留的鉀遠(yuǎn)高于底層土壤［17］。由圖8可知，烤煙移栽后30 d，粉壟的土壤速效鉀含量顯著高于CK，且隨粉壟深度增加（T3至T1），土壤速效鉀含量降低?？緹熞圃院?0、90、120 d，T2、T3處理的土壤速效鉀含量顯著高于T1、CK?？梢?，粉壟有利于提高土壤速效鉀含量。

圖8 植煙土壤速效鉀含量動(dòng)態(tài)變化Fig.8 Dynamic changes of available potassium contents in tobacco-planting soil

2.4 粉壟對(duì)養(yǎng)分利用效率的影響

（N、P、K）-FAE、（N、P、K）-HI、（N、P、K）-FUE、（N、P、K）-LPE從不同的角度描述了烤煙對(duì)氮肥、磷肥、鉀肥的利用效率。

從氮肥生產(chǎn)效率看，粉壟處理（T1、T2、T3）的N-FAE、N-FUE顯著高于CK。從氮素利用效率看，不同處理的N-HI差異不顯著；T2、CK的NLPE顯著高于T1、T3（表1）。說明粉壟可提高氮肥生產(chǎn)效率。

從磷肥生產(chǎn)效率看，粉壟處理（T1、T2、T3）的P-FAE、P-FUE顯著高于CK，隨粉壟深度增加（T3至T1），P-FAE、P-FUE增加。從磷素利用效率看，粉壟處理（T1、T2、T3）的P-LPE顯著低于CK；P-HI以T3最高，其次是CK，T1、T2相對(duì)較低（表1）。說明粉壟可提高磷肥的生產(chǎn)效率，但粉壟40～50 cm的磷素利用在移栽后60 d反而較低，說明適宜的粉壟深度可提高磷素的利用效率。

從鉀肥生產(chǎn)效率看，粉壟處理（T1、T2、T3）的K-FAE、K-FUE顯著高于CK，隨粉壟深度增加（T3至T1），K-FAE、K-FUE增加。從鉀素利用效率看，粉壟處理（T1、T2、T3）的K-LPE顯著低于CK；T3、CK的K-HI顯著高于T1、T2（表1）?？梢姡蹓趴商岣哜浄实睦眯?，但粉壟40～50 cm的鉀素利用效率在移栽60 d后較低，可能與其根系發(fā)達(dá)積累鉀素比例較大有關(guān)。

表1 不同處理的N、P、K養(yǎng)分利用效率Table 1 Nutrient utilization efficiency of N，P and K in different treatments

3 討論

土壤物理特性是土壤功能的重要指標(biāo)之一，受耕作方式的影響顯著［18］。有研究表明，粉壟可降低土壤容重、提高土壤孔隙度，改善土壤耕層物理特性。主要原因是粉壟耕作方式不同于傳統(tǒng)耕作：傳統(tǒng)耕作是水平安裝的臥式旋耕機(jī)，只對(duì)土壤進(jìn)行耕翻；而粉壟采用立式螺旋形鉆頭（4根鉆頭轉(zhuǎn)軸垂直于被耕地面）切削、捶打、撞擊、擠壓土壤，將土壤垂直旋磨、粉碎并自然懸浮成壟，土壤顆粒更細(xì)。因此，粉壟可實(shí)現(xiàn)深耕、深松、碎土［4，19］，改善土壤環(huán)境，從而為作物根系生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的條件。

土壤養(yǎng)分是土壤基礎(chǔ)肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是土壤理化性狀和生物學(xué)特性的綜合反映，直接影響土壤生產(chǎn)力的高低，受耕作方式的影響顯著［13］。合理的土壤耕作可改善土壤耕層結(jié)構(gòu)，提高土壤質(zhì)量，減少土壤中養(yǎng)分和水分的流失［20］。但不合理的耕作方式易導(dǎo)致農(nóng)田耕作層變淺和養(yǎng)分流失，嚴(yán)重阻礙作物根系生長(zhǎng)和產(chǎn)量提升［21］。本試驗(yàn)的土壤為冬閑地，雜草生物量大，粉壟可將雜草殘茬粉碎并與土壤混勻，增加了土壤通透性，有利于土壤微生物活動(dòng)和雜草殘茬腐解，從而提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量。粉壟后土壤更細(xì)碎，孔隙度增大，有利于土壤吸附氮、磷、鉀養(yǎng)分，可減少肥料流失；粉壟過程中的機(jī)械摩擦和土壤環(huán)境條件的改善，可促進(jìn)土壤中固定的P、K重新釋放出來，可激發(fā)土壤有效養(yǎng)分［4，19］，從而提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

酸性土壤改良劑施用效果是否理想，與改良劑是否與土壤攪拌均勻有關(guān)［22-24］。有研究表明，粉壟在粉碎土壤的同時(shí)，可將石灰等調(diào)酸劑與土壤充分混勻，從而更有利于提高土壤pH值。本研究中，石灰施用量較傳統(tǒng)酸性土壤改良的石灰施用量大，所以可在短時(shí)間內(nèi)（30 d左右）提高土壤的pH約2個(gè)單位，但由于土壤的緩沖作用，至烤煙收獲時(shí)，土壤pH值下降。粉壟的垂直鉆頭在粉碎土壤的同時(shí)，由于振動(dòng)作用，可將部分石灰?guī)е?0 cm以下的土層，從而實(shí)現(xiàn)表層土壤與表下層土壤的同步改良。所以，粉壟不僅有利于提高土壤改良劑在表層土壤的作用，還有利于表下層土壤的改良，提高石灰改良酸性土壤的效果。

4 結(jié)論

山地植煙土壤采用粉壟結(jié)合施用石灰，降低了土壤容重，增加了土壤孔隙度，提高了土壤pH均勻度，有利于酸性土壤改良。粉壟可提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，提高土壤養(yǎng)分的有效性和氮磷鉀肥料的生產(chǎn)效率，從而為優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)提供良好的土壤環(huán)境。