何京 王津军 尹兴盛 吴宗海 沈广材 赵旭辉 刘洪华 李丽 曹娜 丛萍

摘  要：为研究土壤耕作深度与有机肥对植烟土壤肥力的快速提升效果，设置3种耕作深度（S1：深耕10 cm;S2：深耕20 cm;S3：深耕30 cm）与2种有机肥（OF：商品有机肥;FM：农家肥）的交互试验，研究一个生长季内不同处理对土壤物理结构、养分变化及酶活性的影响。结果表明：（1）耕作深度与有机肥种类对土壤物理特性无显著影响。二者互作可显著提高0～20和20～40 cm土层土壤有机质含量。S3FM可显著提高0～20 cm土层土壤有机质、全氮和硝态氮含量及20～40 cm土层土壤有机质的含量。（2）耕作深度×有机肥种类可显著影响0～20和20～40 cm土层脲酶活性。S1FM较S1OF显著提高0～20和20～40 cm土层蔗糖酶活性41.75%和14.29%;当均施用农家肥时，脲酶的活性在耕深30 cm达到最高，较其他处理增幅最高达57.89%。（3）土壤肥力质量综合评价表明，S3FM处理0～20和20～40 cm土层土壤肥力质量得分均最高，分别为0.58与0.74。可见，农家肥深耕30 cm可实现在一个生长季内提升保山植烟土壤肥力质量的目的。

关键词：耕作深度;有机肥;植烟土壤;土壤肥力

Abstract： The effect of tillage depth combined with the application of organic fertilizer on the rapid improvement of tobacco soil fertility was studied in 2020. Three tillage depths （S1： tillage depth at 10 cm; S2： tillage depth at 20 cm; S3： tillage depth at 30 cm） and two types of organic fertilizers （OF： commercial organic fertilizer， FM： farmyard manure） were set in a field experiment. Effects of different treatments on soil physical structure， nutrient content and soil enzyme activities were explored in a single growth season. The results showed： （1） Tillage depth combined with the application of organic fertilizer had no significant effect on soil physical structure. The interaction effects of tillage depth × organic fertilizer type can benefit soil organic matter content in the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers. S3FM can significantly increase the content of soil organic matter， total nitrogen and nitrate nitrogen in the 0-20 cm soil layer， and the content of soil organic matter in the 20-40 cm soil layer. （2） The interaction effects of tillage depth × organic fertilizer had significant effects on urease activity in the 0～20 cm and 20-40 cm soil layers. Compared with S1OF， S1FM treatment significantly increased the sucrase activity in 0-20 and 20-40 cm soil layers by 41.75% and 14.29%. When the type of farmyard manure was fixed， compared with other treatments， the activity of urease reached the highest significance level at the depth of 30 cm， and the increase was as high as 57.89%. （3） The comprehensive evaluation of soil fertility quality showed that S3FM had the highest soil quality scores in 0-20 cm （0.58） and 20-40 cm （0.74） soil layers， respectively. Therefore， tillage depth at 30 cm combined with organic fertilizer could achieve the purpose of improving tobacco planting soil fertility of Baoshan in a single growing season.

Keywords： tillage depth; organic fertilizer; tobacco planting soil; soil fertility

煙草作为我国重要的经济作物之一，其品质和产量在一定程度上取决于土壤肥力[1]。我国烤烟多种植于山地和丘陵区，常年手扶旋耕机浅旋耕方式导致土壤犁底层增厚、耕作层变薄，引起耕层结构失衡、肥力降低等问题[2]。可见，改善山地植烟区土壤耕层构造，提升土壤肥力质量已刻不容缓。

耕作措施对土壤肥力有重要影响。大量研究表明深耕可打破犁底层，降低土壤容重，增加土壤孔隙度[3]，还可提高耕层土壤铵态氮、硝态氮、有效磷以及速效钾含量[4]，有利于土壤养分的转化和利用[5]。有机肥替代化肥是我国实施化肥零增长行动的重要措施之一。当前农业生产中常用的有机肥主要是商品有机肥和农家肥。商品有机肥经无公害化处理后具有肥效高、施用量少等特点。耿明明等[6]研究发现，施用商品有机肥较化肥可提高植烟土壤有机质及有效养分的含量。范文思等[7]对植烟土壤一年的施肥研究显示，施用农家肥处理的速效钾和速效磷含量可较常规施肥提高30.44%和19.52%。这是由于农家肥不仅富含易为作物吸收利用的营养成分，而且为土壤微生物提供了良好的N、P、K及小分子有机物[8]。

从前人研究可见，深耕和施用有机肥均可提高烟田土壤肥力，然而二者互作对山地植烟区土壤理化性质的影响较少涉及。本研究针对保山植烟土壤耕层变浅、结构性变差、犁底层上移等问题以及山地特殊的农机作业环境，从物理结构、养分含量及土壤酶活性等方面入手，研究土壤耕作深度与增施有机肥在一個生长季内对植烟土壤肥力的影响，以期为快速缓解山地植烟区土壤耕层障碍，提高土壤肥力提供理论依据和技术支持。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

试验地位于云南省保山市隆阳区西邑乡（99°30 E，24°93 N），海拔1602 m，为典型的山地植烟区，属亚热带季风气候，年均气温16.2 ℃，年均降水量1 082.7 mm。土壤类型为红壤，质地为黏土（砂粒17.44%、粉粒26.90%、黏粒55.66%），种植模式为烤烟—油菜轮作。土壤基本理化性质见表1。

1.2  试验设计

试验于2020年进行，设置10 cm（S1）、20 cm（S2）、30 cm（S3）3种耕作深度，以及施用商品有机肥（OF，有机质40.00%，N 2.77%，P2O5 1.48%，K2O 1.15%）和农家肥（FM，有机质14.50%，N 0.83%，P2O5 0.38%，K2O 0.15%）2种肥料种类的交互试验，共计6个处理，每个处理3次重复。农家肥选用当地腐熟农家肥，结合当地农业技术推广总站建议和两种肥料特性制定施肥用量，见表2。S1为常规旋耕，选用手扶旋耕机（功率为6.3 kW）将0～10 cm土层土壤均匀混合;S2、S3分别选用1GZ-120遥控履带自走式耕地机和1004型农用拖拉机，牵引功率分别为12.1 kW和73.5 kW，深耕后再用旋耕机作业1遍。烤烟品种为K326，2月中旬育苗，5月7日基肥条施、起垄，5月8日移栽。每个小区110 m2，株距0.50 m，垄距1.20 m。

1.3  样品采集与测定方法

1.3.1  样品采集  分别于2020年4月（烤烟移栽期）和2020年8月（烤烟采收期）在田间分别用环刀采集各小区0～20和20～40 cm土层的土壤，测定土壤容重和土壤总孔隙度。

烤烟移栽期和采收期各小区按照对角线法取3

个采样点，用直径为5 cm土钻分别采集0～20 cm、20～40 cm土层的土壤，田间拣去植物残根和石砾等置于封口塑料袋中，带回实验室备用。将取回的土壤样品一部分经过风干与研磨，用于测定土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量和土壤酶活性;另一部分储存于4 ℃冰箱中，用于测定土壤中硝态氮、铵态氮的含量。

1.3 测定方法

用环刀法测定容重、总孔隙度[9]。有机质用重铬酸钾-硫酸外加热法测定;全氮用半微量凯氏定氮法测定;铵态氮、硝态氮用1 mol/L KCl溶液浸提，用SEAL AA3连动流动分析仪测定[10];有效磷的测定用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法;速效钾的测定用乙酸铵浸提-火焰光度计法[11]。蔗糖酶和纤维素酶用3，5-二硝基水杨酸比色法测定，脲酶用靛酚蓝比色法[12]测定。

1.4  数据分析

采用Excel 2019处理数据和制作图表。利用SAS 9.4软件进行方差分析以及主成分分析，用最小显著性差异（LSD）法进行差异显著性检验。通过提取主成分并计算得分以评价土壤肥力质量。主成分分析土壤肥力综合得分计算公式[13]：

F=F1*δ1+F2*δ2 +···+Fn*δn

式中：F指土壤肥力综合得分;F1～Fn指第1～n个主成分的得分;δ1～δn为第1～n个主成分的方差贡献率。

2  结  果

2.1  不同耕深与有机肥种类对植烟土壤理化性质的影响

由图1看出，不同处理对两个土层的容重和总孔隙度均无显著影响，但能显著影响土壤养分变化。

双因素方差分析结果表明，在0～20 cm土层，耕作深度×有机肥种类对土壤有机质、全氮及硝态氮含量有显著影响。当均施用农家肥时，S3处理较S2和S1处理分别显著提升土壤有机质15.93% （p<0.05）和16.36% （p<0.05），提升土壤全氮11.86% （p<0.05）和17.30% （p<0.05），提升土壤硝态氮23.04% （p<0.05）和91.07% （p<0.05）。有机肥种类是影响土壤铵态氮变化的显著因子，S2FM处理较S1OF与S3OF显著提升铵态氮含量30.66% （p<0.05）与32.59% （p<0.05）。耕作深度是影响有效磷变化的显著因子，其中S1OF与S1FM处理提高最显著，较其他处理增幅26.35%～52.23% （p<0.05）。耕作深度、有机肥种类均是影响速效钾变化的显著因子，不同处理土壤速效钾含量在233.50～ 415.65 mg/kg范围内变化，以S1FM和S2FM处理的最高，S1OF和S2OF次之，S3OF与S3FM最低。可见，施用农家肥处理对于0～20 cm土层各养分含量的提升均具有显著优势。

在20～40 cm土层，耕作深度×有机肥种类对有机质和速效钾含量有显著影响。S3FM较S3OF可显著提高土壤有机质的含量，增幅达23.39% （p<0.05）;当均施用农家肥时，随着耕作深度的增加，有机质含量逐渐增加，而速效钾的含量随着耕作深度的增加逐渐降低。对于全氮含量变化，S3FM较其他处理显著提高全氮含量，增幅为11.40%～18.78% （p<0.05）。对于硝态氮含量变化，S3OF与S3FM处理最高，较其他处理增幅42.85%～148.87% （p<0.05），耕作深度和有机肥种类均是影响硝态氮变化的显著因子。不同处理的铵态氮含量在1.13～1.61 mg/kg范围内变化，S2OF、S2FM、S3OF和S3FM最高，S1FM次之，S1OF最低，耕作深度是影响铵态氮变化的显著因子。有机肥种类是影响土壤有效磷变化的显著因子，其中S1FM处理最高，较施用商品有机肥最高增幅达73.28% （p<0.05）。可见，S3FM处理对于提升20～40 cm土层土壤有机质、全氮、硝态氮及铵态氮含量均具有显著优势，而S1FM处理更利于20～40 cm土层有效磷以及速效鉀含量的提升。

2.2  不同耕深与有机肥种类对植烟土壤酶活性的影响

由图2可知，在0～20 cm土层，耕作深度×有机肥种类对蔗糖酶和脲酶的活性有显著影响。土壤蔗糖酶活性以S1FM和S2OF处理最高，S1OF最低;而土壤脲酶活性则以S3OF最低。S1耕深下FM处理较OF处理显著提高蔗糖酶活性41.75% （p<0.05），S3耕深下FM处理较OF处理显著提高脲酶活性53.33% （p<0.05）;当均施用农家肥时，蔗糖酶和脲酶活性随着耕作深度的增加呈先降低后升高的趋势。纤维素酶活性以S1FM处理最高，较其他处理增幅1.41%～33.33%，且与S3OF处理差异显著。可见，S1FM对于提升蔗糖酶和纤维素酶活性有显著优势，但深耕配施商品有机肥不利于土壤脲酶活性的提升。

在20～40 cm土层，耕作深度×有机肥种类对脲酶和纤维素酶的活性有显著影响。土壤脲酶和纤维素酶活性均以S3FM处理最高，而土壤蔗糖酶则以S1FM处理最高。S3耕深下FM处理较OF处理显著提高脲酶活性71.43% （p<0.05），S1耕深下FM处理较OF处理显著提高纤维素酶活性42.55% （p<0.05）;当均施用农家肥时，脲酶活性随着耕作深度的增加呈现先降低后升高的趋势，以S3FM处理的增幅最高为57.89% （p<0.05），纤维素酶的活性随着耕作深度的增加逐渐升高，但差异不显著。耕作深度和有机肥种类均是影响蔗糖酶活性的显著因子，S1FM较其他处理显著提高蔗糖酶活性，增幅为12.78%～78.23% （p<0.05）。可见，S1FM对于提升蔗糖酶活性有显著优势，而S3FM处理更利于土壤脲酶活性的提高。

2.3  土壤肥力质量综合评价

本文分别选择容重、总孔隙度、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾、蔗糖酶、脲酶和纤维素酶等11个指标衡量土壤肥力质量状况。将累积贡献百分率≥85%作为提取原则，得到4个主成分，累积贡献率为88.16%（表3）。主成分1-4的特征值分别为3.59、2.76、1.81和1.54，贡献率分别为32.59%、25.05%、16.50%和14.02%。第1主成分因子（F1）在有机质、全氮、硝态氮和铵态氮等指标上的载荷系数较大，第2主成分因子（F2）有效磷和速效钾的载荷系数最大，可见土壤养分因子对土壤肥力具有优先决定作用。第3主成分因子（F3）蔗糖酶和脲酶的载荷系数最大，第4主成分因子（F4）总孔隙度的载荷系数最大，可见土壤生物酶因子和物理因子也是决定土壤肥力的重要因素。

由表4可知，对于0～20 cm土层，各处理的土壤肥力综合得分大小顺序为S3OF（−0.43）<S1OF（−0.27）<S2FM（0.18）<S1FM（0.24）<S2OF（0.37）< S3FM（0.58），S3FM处理得分最高，高于其他处理56.76%～334.88%。对于20～40 cm土层，各处理的综合得分大小顺序为S3OF（−0.76）<S1OF（−0.58）<S2OF（−0.27）<S1FM（0.04）<S2FM（0.17）<S3FM（0.74），S3FM处理的综合得分仍为最高，较其他处理提高197.37%～1 750.00%。可见，在一个生长季内，S3FM处理是提升0～20和20～40 cm土层土壤肥力的较优措施。

3  讨  论

3.1  耕深与有机肥种类对植烟土壤理化性质的影响

土壤容重和总孔隙度是反映土壤松紧和结构状况的重要指标。大量研究结果表明[14-15]，深耕和施用腐熟农家肥可以改善土壤物理特性，然而本研究中不同处理下的土壤容重与总孔隙度没有显著差异，可能与试验年限较短有关[16]。今后需进一步开展多年定位试验，以明确不同耕深与有机肥种类对土壤物理特性的影响。

土壤有机质是土壤的重要组成成分，是表征土壤肥力的重要指标。氮、磷、钾养分是土壤肥力状况的基础指标，对植物生长起着至关重要的作用。本研究结果表明，耕作深度和有机肥种类二者交互作用能显著提升0～20 cm土层土壤有机质、全氮及硝态氮含量，以农家肥深耕30 cm处理效果最佳。一方面是因为农家肥中含有丰富的有机物质，附着于土壤颗粒中直接增加土壤有机质含量;另一方面是因为深耕有利于形成良好的土壤环境，从而提高土壤微生物活性，加快土壤养分转化，促进了土壤中碳、氮的积累[17-18]。另外，本研究中农家肥耕深10 cm处理的土壤有效磷以及速效钾含量最高，原因可能是浅耕处理植株长势较弱，从土壤中吸收养分较少，大量的养分在土壤富集[19]。研究发现，耕作深度是影响0～20和20～40 cm土层速效钾的显著因子，当施用有机肥时，随着耕作深度增加速效钾的含量逐渐降低。这与董建新等[20]的结论不一致，原因可能在于其供试土壤质地为壤土，而本试验为黏土，土壤质地差异较大。土壤质地是决定土壤通透性、保肥性和耕作性等的重要因素[21]，黏粒较多的土壤对养分的保蓄能力较强，因此不易向下迁移。

3.2  耕深与有机肥种类对植烟土壤酶活性的影响

蔗糖酶参与土壤有机碳积累与分解转化过程，是评价土壤肥力水平的重要指标。脲酶与土壤供氮能力有密切关系，能够表征土壤氮素的供应程度[22]，纤维素酶在碳循环中起重要作用，其含量反映了纤维素物质的利用情况。通过分别测定蔗糖酶、脲酶和纤维素酶变化情况能够综合反映土壤有机物质分解转化和合成状况，用于评价土壤质量具有一定的客观性[23]。本研究表明，耕作深度×有机肥种类对0～20 cm土层蔗糖酶活性有显著影响，10 cm耕深下农家肥处理较商品有机肥显著提高蔗糖酶的活性，原因是有机质主要集中在耕层，农家肥能提供土壤进行物质循环与能量转化所需的碳源，所以有利于蔗糖酶活性增强[24]。另外，耕作深度、有机肥种类和二者的交互作用对20～40 cm土层土壤脲酶和纤维素酶活性的影响达到显著水平，农家肥深耕30 cm处理可显著提高土壤脲酶活性。深耕处理会使肥料直接到达下层土壤，腐熟农家肥中还有大量腐殖酸类物质，在直接补充土壤有机质的同时也为土壤微生物提供养料，刺激微生物生长代谢，促进土壤酶活性提升[25-26]。

3.3  耕深与有机肥种类对土壤肥力质量影响的评价

当前，主成分分析法已成为大多数学者定量评价土壤肥力质量的主要方法之一[27]，通过主成分分析结果能够直观反映土壤肥力质量，判断不同措施对土壤肥力质量的影响。本文共选择11个土壤指标对不同土壤肥力质量进行评价，结果表明农家肥深耕30 cm处理0～20和20～40 cm土层土壤肥力质量综合得分均最高，这是由于深耕为土壤微生物提供良好的生存环境，而农家肥的施入又为土壤微生物提供充足的原料，因此，在一个生长季内农家肥深耕30 cm处理是提升0～20和20～40 cm土层土壤肥力的较优措施，今后仍需进一步明确深耕配施有机肥对土壤肥力的长期影响。

4  结  论

在一个生长季内，耕作深度和有机肥种类二者交互作用显著影响了0～20、20～40 cm土层土壤有机质含量和脲酶活性，但对土壤物理特性无显著影响。农家肥耕深30 cm处理可显著提高0～20 cm土壤有机质、全氮和硝态氮的含量;均施用农家肥时，随着耕作深度的增加，硝态氮的含量逐渐上升而速效钾的含量逐渐降低。农家肥耕深10 cm处理在0～20和20～40 cm土层提升蔗糖酶活性方面有显著优势，较相同耕深下施用商品有机肥显著提高41.75%和14.29%;当均施用农家肥时，脲酶活性在耕深30 cm达到最高，较其他处理增幅最高达57.89%。主成分分析结果表明，农家肥深耕30 cm还田处理0～20和20～40 cm土层的土壤肥力质量得分均达到最高，是快速提高土壤肥力较优措施，可以考虑在山地植烟区推广应用。

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