改良剂施用对酸性植烟土壤养分的影响效应

2020-11-04张龙辉粟戈璇邓小华娄晓平江智敏周米良张明发

中国烟草科学 2020年5期

张龙辉，粟戈璇，邓小华*，娄晓平，江智敏，周米良，田峰，张明发

（1.湖南农业大学农学院，长沙 410128；2.浙江中烟工业有限责任公司，杭州 310009；3.湖南省烟草公司湘西州公司，湖南湘西 416000）

良好的土壤条件是实现优质烟叶可持续生产的基础[1-2]。土壤酸化会导致土壤理化性质恶化[3-4]，降低土壤中微生物和酶活性[5-6]，加重作物病害的发生[7]，进而影响烤烟生长发育及烟叶品质[8-9]。我国烟田土壤酸化较为普遍，关于酸性土壤改良的技术也很多[3-4,10]。石灰常被用于改良酸性烟田[5]；石灰配施绿肥能有效降低土壤容重，提高土壤有机质、碱解氮、有效磷等养分含量[11]，其改良酸性土壤的效果要优于单施石灰[12]；酸性水稻土施用生石灰能有效增加作物的产量，且种植烤烟施用生石灰1500 kg/hm2的增产效果最佳[13]。但过量施用生石灰会导致土壤钾、镁有效性降低及锰、锌缺乏[14]。由于土壤的缓冲性，施石灰处理在移栽后30 d 时土壤pH 升至最高后明显降低[15]，致使改良后的酸性土壤pH 在烤烟大田中后期仍处于较低水平。酸性土壤改良剂传统施用方法是在烤烟整地时一次性施入土壤，而分二次施用酸性土壤改良剂是否能更好地维持酸性土壤pH 改良效果，其研究一直是空白。前人对土壤改良剂及其施用时间、施用量的单因素研究较多，对土壤改良剂种类、施用时间、施用量互作效应的研究较少。鉴于此，本研究针对酸性山地土壤种植烤烟的特点，研究改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对土壤主要养分的影响，为酸性土壤改良理论和技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2018 年4 月23 日至8 月25 日在湖南省湘西州花垣县（28°31′35″N，109°27′4″E）进行。该地平均海拔530.0 m，年均气温15.0 ℃，年降雨量1363.8 mm，无霜期279.0 d，日照时数1219.2 h，属亚热带季风山地湿润气候区。供试土壤类型为黄红壤，土壤pH 5.12，有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为17.24 g/kg、133.70 mg/kg、14.35 mg/kg、122.68 mg/kg。烤烟品种为云烟87，4 月24 日移栽；熟石灰为当地市售；土壤调理剂为某企业商品化产品（CaO≥30%，SiO2≥3.5%，有机质≥5.0%）。

1.2 试验设计

试验为3 因素，即改良剂种类（A）、施用时间（B）、施用量（C）。每个因子设2 个水平，水平的确定参照产区单因素试验结果。改良剂种类为石灰（A1），酸性土壤调理剂（A2）。改良剂施用时间为移栽前10 d，结合整地起垄施用（全田撒施，再起垄）为B1；移栽后40 d，结合揭膜培土施用（撒施于垄上，再培土）为B2。改良剂施用量为低用量（C1，750 kg/hm2），高用量（C2，1500 kg/hm2）。处理组合为A1B1C1、A1B2C1、A1B1C2、A1B2C2、A2B1C1、A2B2C1、A2B1C2、A2B2C2，另设一个CK（当地常规栽培，不施用改良剂），共9 个处理。重复3 次，共27 个小区，随机区组排列。小区面积40.8 m2，行距为1.2 m，株距0.5 m。烤烟施氮量109.5 kg/hm2，m(N):m(P2O5):m(K2O)=1:1.27:2.73。其他田间管理和生产措施一致，均按湘西优质烤烟生产技术规程进行。

1.3 主要检测指标及方法

于烤烟移栽后60、90 和120 d，每个小区采用梅花形5 点取样法，在垄中的两烟株之间采集0～20 cm 耕层土壤的农化样，5 点的农化样制成混合土样，经自然风干、去杂、研磨过不同孔径筛后，采用电位法测定pH（水土比为1:1），重铬酸钾外加热法测定有机质，碱解扩散法测定碱解氮，碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定有效磷，醋酸铵浸提-火焰光度法测定速效钾[16]。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 及IBM Statistics SPSS 20.0 软件进行数据处理和统计分析。采用三因素方差分析，新复极差法进行多重比较。当方差分析检定为显著性差异时引入pEta2值（）[17-18]来比较改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对烤烟指标影响的程度。当0.01＜≤0.06 表示低度影响效应，0.06＜≤0.14 表示中度影响效应，＞0.14 为高度影响效应[17-18]。将某一指标的改良剂种类、施用时间、施用量及其互作的平均值求和后转换为百分率，其结果便是某一指标总变异贡献率的大小；将某一指标的取样时间的pEta2平均值求和后转换为百分率，其结果便是某一指标取样时间变异贡献率的大小。

2 结果

2.1 施用改良剂对土壤pH 的影响

由表1 可知，施用石灰的土壤pH 在烤烟移栽后第60 天显著高于施用酸性土壤调理剂的，在移栽后90 d 显著低于施用酸性土壤调理剂的；改良剂施用量750 kg/hm2的土壤pH 值在烤烟移栽后60 d时显著低于施用量1500 kg/hm2。不同组合处理中，在移栽后60 d 时，A1B2C2、A1B1C2的pH 相对较高；90 d 时，A2B2C1、A1B2C2的pH 相对较高；120 d 时，8 个施用改良剂处理的土壤pH 较CK 显著提高了7.50%～10.38%，以A1B2C1、A1B2C2、A2B2C1、A2B2C2的pH 相对较高。表明施用石灰或酸性土壤调理剂能显著提高土壤pH；以烤烟揭膜培土时施用750 或1500 kg/hm2的pH 较高。

从表2 看出，改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对移栽后60 d 的土壤pH 影响较大（变异贡献率48.78%），对移栽后120 d 的土壤pH 影响较小（20.33%），说明施用改良剂之后，随着时间的推移，对土壤pH 的影响减弱。几个试验因素相比，改良剂施用时间对土壤pH 的影响最大（变异贡献率27.72%），其次是改良剂种类（17.08%），而改良剂种类×时间互作影响最小（5.26%）。

表1 改良剂施用对土壤pH 的影响Table 1 Effects of amendment application on organic matter contents in soil pH

表2 土壤pH 效应的p 值和值Table 2 P and values of organic matter content in soil pH

2.2 改良剂施用对土壤有机质含量的影响

由表3 可知，在整个生育期，施用酸性土壤调理剂的土壤有机质显著高于施用石灰的；改良剂施用量1500 kg/hm2的显著高于施用750 kg/hm2的。不同组合处理中，A2B1C2、A2B2C2的土壤有机质含量相对较高；且在移栽后120 d 时，施改良剂的各处理土壤有机质含量显著高于CK，较CK 增高了18.90%～33.64%。可见，施用改良剂均能显著提高土壤有机质含量；在整地起垄或揭膜培土时期施用1500 kg/hm2的酸性土壤调理剂最有利于提高土壤有机质含量。

从表4 看，在整个生育期，改良剂种类、施用量均显著影响土壤有机质含量（p＜0.05），其中改良剂种类对土壤有机质含量的影响最大（变异贡献率45.28%），其次是改良剂施用量（28.30%），而改良剂施用时间×用量互作和三者互作的影响较小。

2.3 改良剂施用对土壤碱解氮含量的影响

由表5 可知，施用改良剂能不同程度地提高土壤碱解氮含量，其中在移栽后60 d 时，A1B2C2、A2B2C2的土壤碱解氮含量相对较高；在移栽后90 d时，A1B2C2的土壤碱解氮含量相对较高；在移栽后120 d 时，A1B1C2、A1B2C2、A2B1C2、A2B2C2的土壤碱解氮含量相对较高，且各处理较CK 提高了31.02%～61.01%。且在整个生育期，改良剂施用量为1500 kg/hm2的土壤碱解氮含量显著高于施用量750 kg/hm2；以结合整地时施用1500 kg/hm2的最好。

表3 改良剂施用对土壤有机质含量的影响Table 3 Effects of amendment application on organic matter contents in tobacco-planting soil g/kg

表4 土壤有机质含量效应的p 值和值Table 4 p and values of organic matter content in tobacco-planting soil

表5 改良剂施用对土壤碱解氮含量的影响Table 5 Effects of amendment application on alkaline nitrogen contents in tobacco-planting soil mg/kg

从表6 看出，改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对移栽后60 d 的碱解氮含量影响最大（变异贡献率43.22%），其次是移栽后90 d（39.83%），对移栽后120 d 影响最小（16.95%）。几个试验因素相比，改良剂施用量对植烟土壤碱解氮含量影响最大（变异贡献率29.96%），其次是改良剂施用时间（19.49%），而改良剂施用时间×用量互作影响较小（7.94%）。

2.4 改良剂施用对土壤有效磷含量的影响

由表7 可知，在烤烟移栽后60、120 d 时，施用石灰的土壤有效磷含量显著高于施用酸性土壤调理剂的。从不同处理看，在移栽后60 d 时，A1B1C2、A1B2C1、A1B2C2的土壤有效磷含量相对较高，均与CK 差异显著；在移栽后90 d 时土壤有效磷含量差异均不显著；在移栽后120 d 时，A1B1C1、A1B1C2的土壤有效磷含量相对较高，均与CK 差异显著，且各处理较CK 提高了1.11%～21.16%。可见，施用改良剂均能提高土壤有效磷含量；施用石灰比施用酸性土壤调理剂效果好，且以烤烟整地起垄时施用的效果更佳。

表6 土壤碱解氮含量效应的p 值和值Table 6 P and values of alkaline nitrogen contents in tobacco-planting soil

表7 改良剂施用对土壤有效磷含量的影响Table 7 Effects of amendment application on available phosphorus contents in tobacco-planting soil mg/kg

从表8 看出，在烤烟移栽后60 d 时，改良剂种类显著影响有效磷含量（p<0.05）；在移栽后120 d时，改良剂种类、施用时间均显著影响有效磷含量（p<0.05）。改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对移栽后120 d 时的有效磷含量影响最大（变异贡献率50.00%），其次是移栽后60 d（34.38%），对移栽后90 d 影响最小（15.63%）。几个试验因素相比，改良剂种类对有效磷含量影响最大（57.14%），其次是改良剂施用时间（24.68%），而改良剂施用量、改良剂种类×时间×用量互作影响较小（1.30%和0%）。

2.5 改良剂施用对土壤速效钾含量的影响

由表9 可知，在整个生育期，施用石灰的土壤速效钾含量显著高于酸性土壤调理剂；结合整地起垄施用改良剂的土壤速效钾含量在移栽期内均显著高于结合揭膜培土施用；A1B1C1、A1B1C2的土壤速效钾含量均相对较高；其中在移栽后120 d 时土壤速效钾含量较CK提高了5.56%～22.49%。可见，在结合整地起垄时施用改良剂均能有效提高土壤速效钾含量，而在结合揭膜培土时施用改良剂则会降低土壤速效钾含量。

从表10 看出，改良剂种类、时间、种类×时间互作均对各个移栽时期的土壤速效钾含量有显著影响。改良剂种类、施用时间、施用量及其互作对移栽后120 d 的速效钾含量影响最大（变异贡献率38.28%），其次是移栽后90 d（33.60%），对移栽后60 d 的速效钾含量影响最小（28.13%）。几个试验因素相比，改良剂施用时间对速效钾含量影响最大（变异贡献率31.44%），其次是改良剂种类×时间互作（21.40%），而改良剂施用时间×用量对其影响最小（3.68%）。

表8 土壤有效磷含量效应的p 值和值Table 8 P and values of available phosphorus contents in tobacco-planting soil

表9 改良剂施用对土壤速效钾含量的影响Table 9 Effects of amendment application on available potassium contents in tobacco-planting soil mg/kg

表10 土壤速效钾含量效应的p 值和值Table 10 P and values of available potassium contents in tobacco-planting soil

3 讨论

改良剂在施用初期会消耗土壤中的H+，可显著提高土壤pH，但随着土壤黏粒中潜性酸释放和土壤缓冲性能的发挥，以及烤烟根系酸性物质的分泌，其土壤pH 会呈下降趋势[15]。施用石灰、粉煤灰、生物炭等改良剂能有效地改善土壤养分的有效性[19-20]。本试验中，施用调理剂后，土壤有机质含量呈递增趋势，且高用量的改良剂能明显提高植烟土壤有机质含量。其主要的原因可能是添加的土壤调理剂本身成分含有有机质，且随着土壤调理剂施入，pH 升高，微生物活性旺盛[21]，土壤结构、通气性和渗透性得到改善[22]，加速了有机残体的分解，因而提高了土壤有机质含量。本研究结果表明，施用石灰能显著提高土壤碱解氮的含量，这与邓小华等[5]的研究结果相一致，其主要的原因可能是石灰能显著改善土壤酸性环境，提高土壤铵氧化细菌的生物多样性[23]和微生物的活性[21]，从而加速土壤氮的矿化。黄化刚等[24]研究表明，施用改良剂能提高土壤有效磷的含量，这与本研究结果一致，其原因可能是施用改良剂在提高土壤pH 的同时，能减弱土壤对磷素的固定作用[25]，并且能通过还原、酸溶和络合溶解以及促进解磷微生物增殖等活化土壤中难以利用的磷素，使其转化为可溶态磷[26]，提高了磷的有效性。

改良剂施用时间对土壤速效钾含量影响不同。在整地时施用土壤改良剂，可较好地促进改良剂均匀掺拌进入土壤，施用改良剂有利于根系微生物和酶活性增加，促进根系生长，使发达的根系和主根能吸收深层土壤中的钾素，提高K+的亲和力，从而打破土壤中各种形态钾的平衡，使得土壤中的矿物钾不断转为有效钾，从而提高了土壤中的速效钾含量[27]，所以在结合整地起垄时施用改良剂均能有效提高土壤速效钾含量。但是，在培土揭膜时施用土壤改良剂主要集中在表土层，土壤改良剂的主要成分CaO 可以使固钾矿物层间“晶穴”中的H3+O 或铝化合物从层间移出，提高土壤的固钾容量，降低土壤中水溶性钾和交换性钾含量[28]，导致在揭膜培土时施用改良剂的土壤速效钾含量低于对照。

不同土壤改良剂对土壤养分的影响不同。酸性土壤调理剂的主要成分为CaO 和MgO，但CaO 的比例一般在40%～60%，所以其改良强酸性土壤的效果低于石灰。但本研究结果表明，施用酸性土壤调理剂比石灰更能促进土壤有机质和碱解氮含量的提高，其原因还有待进一步研究。研究结果表明，改良剂种类对有机质和有效磷含量影响最大，主要原因是有机质能竞争减少磷的吸附位点，减少磷的吸附，增加磷的移动性，进一步提高磷的有效性。

在多因素试验中，一般用F值或平方和（SS）进行多变量效应强弱进行粗略比较[29]。本研究将值当做多变量效果度量指标，能较客观地反映变量效应强弱，是因为该值是因变量受不同因素影响所致方差的比例，是扣除了其他效果项影响后的效果项和参数估计值的净相关平方值[17]，可以反应独立变项效果的真实强度[18,30]，对多因素试验中的多变量强弱比较较为真实，在结果分析中采用变异比例，更清楚地反映了各时期和因素对各指标的影响强弱和某一指标以及取样时间变异贡献率的大小。