土壤調(diào)理劑施用對植煙酸化土壤pH值和烤煙根系特性的影響

陳 閨，周杰文，李海平，張發(fā)明，李春順，柳 立，張 毅，*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128； 3.云南省煙草公司保山市公司，云南 保山 678000； 4.江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210011； 5.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410128)

植煙土壤的酸化會對烤煙根系生長發(fā)育和優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)帶來不同程度的負(fù)面影響，如降低根系養(yǎng)分利用效率，加劇根際病蟲害，降低煙葉產(chǎn)質(zhì)量等[1]。Hou等[2]研究了植煙土壤pH值對烤煙根系形態(tài)和活力、地上部分農(nóng)藝性狀，及干物質(zhì)積累的影響，結(jié)果表明，適合湘西煙區(qū)烤煙生長的土壤pH值在5～7，但以弱酸性為最好。近年來，云南保山煙區(qū)不同生態(tài)區(qū)域的植煙土壤都出現(xiàn)了不同程度的酸化問題，其中，騰沖市、昌寧縣植煙土壤酸化問題較為嚴(yán)重，并有進一步加劇的趨勢。郭豪等[3]研究了土壤改良劑對丹東地區(qū)酸性土壤pH值的改良效果，及其對烤煙產(chǎn)量、質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，施用1 200 kg·hm-2的白云石粉改良效果最好，其次為生石灰1 200 kg·hm-2+硫酸鎂75 kg·hm-2的組合，施用其他改良劑對酸性土壤pH值也都有一定的改良作用，且能在一定程度上提高烤煙的產(chǎn)量與質(zhì)量。

植煙酸化土壤改良是一個長期漸進的過程，會受到土壤母質(zhì)、自然生態(tài)環(huán)境、栽培耕作措施等多方面因素的共同影響，但土壤酸化對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)帶來的限制卻亟待解決[4-6]。不同生態(tài)區(qū)植煙酸化土壤的致酸因子差異較大，可能的致酸因子及其對策包括：(1)交換性鈣、交換性鎂等偏低，土壤有效硫和交換性酸偏高，土壤陽離子交換量(CEC)與鹽基飽和度偏低等[6]，對此，可以增施充分腐熟后的有機肥，并配施堿性土壤改良劑(富含鈣、鎂、硅等元素)；(2)土壤有機質(zhì)組分不合理，活性有機質(zhì)組分比例偏低，對此，可以施用堿性土壤改良劑(富含鈣、鎂、硅等元素)，并搭配腐殖酸等活性有機組分。生產(chǎn)上，通常采取施用石灰、白云石、礦物鉀肥和腐殖酸類產(chǎn)品等土壤調(diào)理劑的方法對植煙酸化土壤進行改良，但這些方法在不同地區(qū)的改良效果不盡相同。本研究擬開展盆栽試驗，選取不同類型的土壤調(diào)理劑，以保山煙區(qū)典型植煙酸化土壤為例，研究其對煙株根際土壤pH值、烤煙根系特性的影響，以期為保山煙區(qū)植煙酸化土壤改良提供一定的技術(shù)與理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

云南省騰沖市界頭烤煙生產(chǎn)專業(yè)合作社育苗大棚。

1.2 供試材料

試驗于2018年4—9月進行，烤煙品種為K326，采取盆栽方式進行，選取長勢一致的六葉一心煙苗進行移栽。試驗中所使用的植煙酸化土壤(0～20 cm耕層土壤)分別取自騰沖市界頭鎮(zhèn)、昌寧縣雞飛鎮(zhèn)。騰沖市界頭鎮(zhèn)海拔1 620 m，年平均氣溫14.8 ℃，年降水量1 600～1 700 mm，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤類型為水稻土；昌寧縣雞飛鎮(zhèn)海拔1 860 m，年平均氣溫18.0 ℃，年降水量1 100 mm，屬典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，土壤類型為旱地土。供試土壤理化性質(zhì)如表1所示。試驗中所使用的有機無機復(fù)混肥(簡記為C1，N 7%，P2O512%，K2O 19%)、氮鉀肥(簡記為C2，N 16%，K2O 30%)購于云南云葉化肥股份有限公司，硝酸銨(簡記為C3，N 15%)、磷酸二銨(簡記為C4，N 16%，P2O546%)、硫酸鉀(K2O 50%)、鈣鎂磷肥(P2O518%)購于南寧市廣肥農(nóng)資有限公司，石灰購于山東綠灃肥料有限公司，木本泥炭基腐殖酸鉀(以下簡稱為腐殖酸鉀，含K2O 10%)購于北京中向利豐科技有限公司，水熱法礦物鉀肥(以下簡稱為礦物鉀肥，含K2O 4%)購于北京中科建成礦物技術(shù)有限公司。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.3 試驗設(shè)計

盆栽試驗利用普通PVC塑料桶進行。選取的2種植煙酸化土壤風(fēng)干后過20目篩，然后裝柱，每桶分別裝入土壤15 kg。試驗土柱分2層進行裝柱：0～15 cm層，過篩后土壤與不同配方的土壤調(diào)理劑，及硫酸鉀等化學(xué)肥料分別混勻后進行裝柱；15～30 cm層，過篩后土壤直接裝柱。所有處理均設(shè)置3次重復(fù)，各處理氮、磷、鉀用量一致。土壤水分保持在田間持水量的60%左右，如不足則補澆，試驗共進行60 d。

試驗處理設(shè)置如下：CK，以煙農(nóng)常規(guī)施肥為基礎(chǔ)，每盆施N 3.2 g、P2O53.2 g、K2O 7.3 g；T1，在CK基礎(chǔ)上每盆增施10 g石灰；T2，在CK基礎(chǔ)上每盆施用10 g硫酸鉀(為保證各處理養(yǎng)分含量一致，該處理施肥時在CK基礎(chǔ)上減去硫酸鉀所含的K2O量)；T3，在CK基礎(chǔ)上每盆施用2.5 g腐殖酸鉀和7.5 g礦物鉀肥(為保證各處理養(yǎng)分含量一致，該處理施肥時在CK基礎(chǔ)上減去腐殖酸鉀和礦物鉀肥所含的K2O量)；T4，在CK基礎(chǔ)上每盆施用2.5 g腐殖酸鉀和7.5 g鈣鎂磷肥(為保證各處理養(yǎng)分含量一致，該處理施肥時在CK基礎(chǔ)上減去腐殖酸鉀所含的K2O量和鈣鎂磷肥所含的P2O5量)。將各處理下由C1～C4所提供的養(yǎng)分含量及其相應(yīng)的化肥用量整理于表2。

表2 各處理的化肥用量

1.4 測定項目與方法

盆栽試驗進行過程中，每隔10 d利用土鉆分別鉆取0～15 cm土層樣品(距離煙株中心5 cm位置)，測定土壤pH值(浸提液中的水土體積質(zhì)量比為2.5∶1)[4]。

于試驗的第60天進行煙株和土壤樣品采集，測定烤煙地上部生物量(干重)、根系生物量(干重)、根系活力與ATP酶活性、根際土壤有機酸含量。根系活力采用TTC法進行測定[7-8]；根系A(chǔ)TP酶活性利用K+-ATPase試劑盒(上海杰美基因醫(yī)藥科技有限公司)進行測定(以鮮重計)[9-10]；根際土壤有機酸含量參照王衛(wèi)東等[11]方法，土壤樣品經(jīng)1%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸浸提，對提取液進行濃縮、溶解后，有機酸酯化形成羥肟酸，與Fe3+反應(yīng)生產(chǎn)紅色絡(luò)合物，在500 nm下比色測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤pH值的動態(tài)影響

短期內(nèi)(0～40 d)，施用石灰(T1處理)對提高土壤pH值的效果最好，剛施用時(0 d)兩地供試土壤的pH值均已高于6.0(圖1)。其他處理之中，T3和T4處理的土壤pH值僅低于T1處理，效果次之，T2處理的土壤pH值始終低于T1、T3、T4處理，在雞飛鎮(zhèn)的供試土壤上，T2處理的土壤pH值還始終低于CK處理。其間，隨著煙株的生長，各處理的土壤pH值總體呈下降趨勢，但在界頭鎮(zhèn)的供試土壤上，T3處理的土壤pH值在10～20 d由5.08變?yōu)?.30，這一變化有利于烤煙苗期根系的生長發(fā)育。

圖1 不同處理對煙株土壤pH值的影響

40～60 d，在界頭鎮(zhèn)供試土壤上，除T1處理的土壤pH值還在下降外，其余處理均有上升或趨穩(wěn)的趨勢；在雞飛鎮(zhèn)供試土壤上，除了T1和CK處理的土壤pH值還在明顯下降外，其他處理的土壤pH值呈趨穩(wěn)或略升的趨勢。至60 d時，兩地供試土壤的pH值均以T4處理最高。

相同供試土壤上，柱上無相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 對烤煙根際土壤有機酸含量的影響

不同處理下，烤煙根際土壤有機酸含量有顯著(P<0.05)差異(圖2)。在兩地的供試土壤上，均以T4處理的根際土壤有機酸含量最高(界頭鎮(zhèn)為0.73 cmol·kg-1，雞飛鎮(zhèn)為0.76 cmol·kg-1)。在界頭鎮(zhèn)供試土壤上，根際土壤有機酸含量最低的為T1處理(0.43 cmol·kg-1)，且顯著(P<0.05)低于其他處理，推測是因為在當(dāng)?shù)刂矡熗寥郎鲜┯檬視a(chǎn)生鈣鎂拮抗問題；在雞飛鎮(zhèn)供試土壤上，T2處理的根際土壤有機酸含量最低(0.52 cmol·kg-1)，且顯著(P<0.05)低于其他處理，可能是由于該處理下過高的硫含量限制了烤煙根系的生理代謝活動。

2.3 對烤煙根系特征指標(biāo)的影響

與CK、T1、T2處理相比，在兩地的供試土壤上，T3和T4處理的烤煙根系活力與根系A(chǔ)TP酶活性均顯著(P<0.05)增高(圖3)，這有利于根系對土壤養(yǎng)分的吸收與利用。在兩地的供試土壤上，與CK相比，石灰或K2SO4的施用(處理1或處理2)并沒有顯著提高烤煙的根系活力，在界頭鎮(zhèn)的供試土壤上，石灰的施用導(dǎo)致烤煙根系活力較CK顯著(P<0.05)降低，在雞飛鎮(zhèn)的供試土壤上，硫酸鉀的施用導(dǎo)致烤煙根系活力較CK顯著(P<0.05)降低。另外，在兩地的供試土壤上，與CK相比，石灰的施用均導(dǎo)致烤煙根系A(chǔ)TP酶活性顯著(P<0.05)降低，但硫酸鉀的施用對烤煙根系A(chǔ)TP酶活性無顯著影響。

圖3 不同處理對烤煙根系活力與ATP酶活性的影響

圖4 不同處理對煙株根系生物量的影響

圖5 不同處理對煙株地上部生物量的影響

2.4 對煙株生物量的影響

在界頭鎮(zhèn)的供試土壤上，與CK相比，T3和T4處理的根系生物量分別顯著(P<0.05)增加了46.09%、83.70%；T2與CK處理差異不顯著；T1處理的根系生物量最低，每盆僅有8.02 g，顯著(P<0.05)低于其他處理(圖4)。在雞飛鎮(zhèn)的供試土壤上，與CK相比，各處理的根系生物量均無顯著差異，但T2處理的根系生物量顯著(P<0.05)低于除CK外的其他處理。

在兩地的供試土壤上，均以T1處理的煙株地上部生物量最低，尤其是在界頭鎮(zhèn)的供試土壤上，其地上部生物量顯著(P<0.05)低于其他處理，在雞飛鎮(zhèn)的供試土壤上，其地上部生物量亦顯著(P<0.05)低于除T2外的其他處理。此外，在兩地的供試土壤上，T3和T4處理的煙株地上部生物量均顯著(P<0.05)高于其他處理，T2處理的煙株地上部生物量與CK無顯著差異。這表明，在保山煙區(qū)利用石灰進行酸化土壤改良，會給苗期煙株的生長發(fā)育帶來一定程度的負(fù)面影響。

3 討論

引起土壤酸化的原因主要可分為自然因素和人為因素[6]。保山市植煙土壤pH值呈逐年下降的趨勢，下降趨勢由西北方向與東南方向逐漸向中部地區(qū)減小。位于保山市東南部的昌寧縣植煙土壤pH值的發(fā)展趨勢與位于西南部的騰沖市有所類似，轄區(qū)內(nèi)土壤均有酸化加劇的現(xiàn)象。造成這種趨勢的原因除當(dāng)?shù)貧夂?、土壤母質(zhì)的自然因素影響外，還可能包括諸如肥料施用種類、用量，以及耕作管理不當(dāng)?shù)热藶橐蛩氐挠绊慬1，12]。適宜煙草生長的植煙土壤pH值一般為5.5～6.5[6]。據(jù)調(diào)查，2011年騰沖市植煙土壤pH值小于5.5的樣本占30.7%，到2016年這一比例增加到68.1%；2011年昌寧縣植煙土壤pH值小于5.5的樣本占17.9%，到2016年這一比例增加到49.4%[12]。土壤調(diào)理劑的施用能夠調(diào)節(jié)煙株根際土壤pH值[13-14]。本研究中，移栽煙株后，兩地供試土壤的pH值均呈下降趨勢。分析其原因，可能是前期煙株生長過程中植株根系活動旺盛，產(chǎn)生大量CO2和根際分泌物等所致。同時，土壤中養(yǎng)分鹽基離子被吸收等也會導(dǎo)致煙株根系土壤pH值快速下降[15-16]。

本研究表明，施用土壤調(diào)理劑會對煙株根系產(chǎn)生較大的影響，這與唐莉娜等[24]、朱克亞等[25]的研究結(jié)論一致。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根際土壤pH值從7.5下降到4.5時，煙草不同生育時期的根體積、干質(zhì)量、根系吸收面積都呈降低趨勢，并與土壤pH值表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性[26-27]。與其他處理相比，施用腐殖酸鉀+礦物鉀肥、腐殖酸鉀+鈣鎂磷肥處理的烤煙根系活力和根系A(chǔ)TP酶活性均顯著增高，這有利于增強根系對土壤養(yǎng)分的吸收與利用。而且，根系活力和ATP酶活性的改變也會進一步影響煙株根系、地上部生物量。試驗條件下，石灰施用并沒有顯著提高烤煙根系活力和根系A(chǔ)TP酶活性，甚至還會在一定程度上導(dǎo)致烤煙根系活力和根系A(chǔ)TP酶活性的降低。土壤酸化使土壤中H+增加、凈電荷減少，易造成鈣、鎂、鉀等養(yǎng)分離子的吸附量顯著減少，從而使植物在生長過程中更易產(chǎn)生缺素癥等癥狀[28]。施用腐殖酸鉀+礦物鉀肥、腐殖酸鉀+鈣鎂磷肥處理的煙株生長情況明顯優(yōu)于其他處理，原因之一可能是，腐殖酸鉀、礦物鉀肥和鈣鎂磷肥的加入，能為煙株生長發(fā)育提供足夠的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素。

綜上，本研究表明，與常規(guī)施肥(CK)相比，在本試驗條件下，施用硫酸鉀會在一定程度上加劇土壤酸化；施用石灰雖然能在短時間內(nèi)提高土壤pH值，但會出現(xiàn)復(fù)酸化現(xiàn)象；施用腐殖酸鉀+礦物鉀肥、腐殖酸鉀+鈣鎂磷肥能夠減緩植煙酸化土壤的持續(xù)酸化，使土壤pH值在自然條件下不致因外界條件的改變而劇烈變化，且有利于煙株的生長發(fā)育，改良效果較好。因此，在云南保山煙區(qū)的植煙酸化土壤上，可以在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上配合施用腐殖酸鉀+礦物鉀肥、腐殖酸鉀+鈣鎂磷肥，以穩(wěn)定有效地改良植煙酸化土壤。