衡阳烟区植烟土壤保育技术研究与应用

单雪华++向鹏华++郭维

摘要 针对衡阳烟区“烟—稻复种”长期连作导致植烟土壤出现僵硬板结、容重偏大，酸化、微生物活动减弱，保肥、保水能力降低，土壤养分特别是微量元素的分解释放受阻等土壤退化现象，对烟区土样及不同种烟年限土样进行分析，探明了衡阳区域内植烟土壤肥力状况及土壤养分方面存在的障碍因子及不同年限烟稻连作土壤的土壤结构与养分变化规律及障碍因子，并在此基础上采取测土配方施肥、营养调控、中微量营养元素配比及绿肥种植、使用稻壳生物炭等土壤保育技术，改善了植烟土壤理化性状、协调了土壤养分、提升了衡阳植烟土壤质量，同时可增加烟叶产量，改善烟叶质量。

关键词 植烟土壤；土壤肥力；土壤保育；湖南衡阳

中图分类号 S158 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）20-0154-03

土壤是作物生长的基础，是农作物生产所需养分的根本来源，土壤肥力是衡量土壤作为农业生产基地，进行农作物生产能力的重要指标，肥沃的耕地土壤是农业可持续发展的物质基础[1]。自20世纪80年代以来，衡阳烟区推广“烟—稻复种”连作至今已逾30年，目前在局部区域出现土壤僵硬板结，容重偏大；碳、氮比例失调，腐殖质减少，土壤酸化、微生物活动减弱；土壤保肥、保水能力降低，肥料的利用率下降；土壤养分分解释放能力下降，致使养分特别是微量元素的分解释放受阻等土壤退化现象，影响了根际周围营养元素的有效供给和根系的发育，限制了烟叶产量和质量的保持与提高。为确保植烟土壤质量，达到种养结合的目的，进行植烟土壤保育研究，探明衡阳区域内植烟土壤肥力状况及土壤养分方面存在的障碍因子、不同年限烟稻连作土壤的土壤结构与养分变化规律及障碍因子，在此基础上采取测土配方施肥、营养调控、中微量营养元素配比及绿肥种植、使用稻壳生物炭等土壤保育技术[2-4]，以改善植烟土壤理化性状、协调土壤养分、提升衡阳植烟土壤质量，确保衡阳烟叶生产可持续发展。

1 衡阳烟区烟叶生产基本情况

1.1 衡阳烟区近年烟叶种植规模

自2008年起衡阳市种植烤烟稳定在7 333.33 hm2，收购烟叶1.5万t左右；种烟区域主要分布在常宁、衡南、耒阳、衡阳、祁东5个县（市）的49个乡镇385个村。

1.2 衡阳市植烟区土壤肥力现状

2008年对全市5个县（市）的301个植烟土壤进行取样化验分析，结果表明：pH值平均为6.48，适宜占48.2%，偏高占31.8%，偏低占20.1%；有机质平均为35.16 g/kg，适宜占47.2%，偏高占40.8%，偏低占12.0%；碱解氮平均为184.2 mg/kg，适宜占50.8%，偏高占47.5%，偏低占1.7%；有效磷平均为21.39 mg/kg，适宜占34.4%，偏高占49.2%，偏低占16.4%；速效钾平均为103.9 mg/kg，适宜占9.7%，偏高占1.0%，偏低占89.7%。有机质、碱解氮、有效磷等养分平均含量都较高，而速效钾平均含量较低。2014年再次进行化验，所得结果稍有变化。

1.3 衡阳市植烟区施肥现状

对衡阳市几个主要种烟区近4年农民习惯施肥量调查统计，平均施肥量为专用基肥1 050～1 200 kg/hm2、专用追肥285～375 kg/hm2、硝酸钾180～300 kg/hm2、硫酸钾300～450 kg/hm2、提苗肥75 kg/hm2、过磷酸钙300～525 kg/hm2；折纯量平均为纯N 170.7 kg/hm2、P2O5 146.4 kg/hm2、K2O 440.55 kg/hm2；衡阳烟区烤烟施肥处于一个化肥用量较大、有机肥施用量偏少的状况。

1.4 烟叶质量状况

衡阳市烤烟生产中长期大量施用化学肥料，不仅使肥料的利用率下降，还导致植烟土壤的理化性状恶化，烟叶营养比例失调，烟叶的产量、品质在不同年度、地域产生波动。具体表现是：上部叶淀粉含量高于5%比例偏大；氯在0.3%～0.7%适宜范围比例偏小，偏高的比例为20%，偏低的比例为30%；钾含量中、上部叶在1.5%～3.5%适宜范围偏低比例分别为60%和10%以上；烟碱含量上部烟高于3.5%的比例偏大；总糖、还原糖、糖碱比有待进一步优化。

2 衡阳烟区植烟土壤土壤肥力状况及主要障碍因子

对衡阳烟稻轮作区土壤每13.33 hm2采1个样，系统检测土壤有机质、pH值、有效氮、速效磷、交换性钾、交换性镁等常规指标[5]。结果表明：①衡阳植烟土壤中pH<5.0的强酸性土壤比例较大，特别是第四纪红土母质发育的土壤pH值大多在5.0以下，部分土壤甚至在4.0以下，已成为烤烟生产的第一障碍因子。②植烟土壤有机质含量整体较丰富，但不同土壤有机质总含量差异很大。③植烟土壤碱解氮含量比较丰富，而速效磷含量明显偏低，有48.3%的土壤速效磷含量小于5 mg/kg，95%以上的土壤速效钾含量处于缺乏或严重缺乏状态，制约烤烟生产。④植烟土壤钙、硫含量适宜，但绝大部分地区土壤缺镁，有88.8%的土壤镁含量低于烤烟正常生长的需求范围，且有49.0%的土壤镁含量低于0.5 cmol/kg。⑤植烟土壤有效铜和有效铁供应较充足；有效锰和有效铝含量比较适中；部分土壤有效锌含量偏低，50%以上的土壤施用锌肥有明显效果；土壤中有效硼的含量低，有49.1%的土壤有效硼的含量小于0.1 mg/kg；土壤有效氯含量很低，有效氯含量大于25 mg/kg的土壤仅占6.0%，有94.0%的土壤有效氯含量小于25 mg/kg。

2.1 不同年限烟稻复种连作土壤的障碍因子

2014年1月至2015年7月通过对衡南、常宁、耒阳烟区勘查及调查采样，探明了项目区烟田的地形地貌、成土母质、土壤类型与土地利用类型、种植制度、农业生产情况等信息。在此基础上，按照时空替代法，采用GPS定位技术，根据地形特点及田块形状，按照土壤环境一致的原则，对研究区不同种植年限土壤进行了典型采样，探明了不同连作年限对土壤物理性状、化学性状及微生物性状的影响。研究结果表明：影响连作植烟土壤质量的障碍因子表现出多因素综合性，涵盖物理、化学及生物指标；不同类型植烟土壤障碍因子表现不同，同一类型植烟土壤障碍因子表现为多因素协同作用。

2.1.1 影响红黄泥田质量指标的障碍因子。①物理指标。团聚体平均重量、直径（>0.25 mm、5～7 mm、3～5 mm及2～3 mm）、容重、总孔隙度。②化学指标。有机质、交换性钙、有效铁、有效锌、有效硼、全磷、碱解氮、速效磷、有效锰、全钾、有效硫、有效钼含量。

2.1.2 影响河潮泥质量指标的障碍因子。①物理指标。>10 mm、7～10 mm、3～5 mm、0.5～1.0 mm水稳性团聚体百分含量，团聚体平均重量、直径、容重、总孔隙度。②化学指标。pH值、交换性钙、交换性镁、有效铁、全磷、速效钾、有效锰、有机质、有效锌含量。

2.1.3 影响紫泥田质量指标的障碍因子。①物理指标。5～7 mm、3～5 mm、2～3 mm、0.5～1.0 mm、0.25～0.50 mm、>0.25 mm水稳性团聚体百分含量，毛管孔隙度、团聚体平均重量、直径、容重和总孔隙度。②化学指标。全磷、速效磷、交换性镁、有效硼含量、有机质、全氮含量、有效铁、有效铜含量。③生物指标。硫化细菌、真菌、细菌数量。

2.2 不同年限烟稻复种连作土壤的土壤结构与养分变化

选取具有代表性的不同连作年限烟稻复种连作区域土壤进行跟踪研究，比较不同年限烟稻连作土壤的土壤结构与养分变化规律，结果表明：①烟田土壤pH值与土壤养分有显著相关，pH值在5.5～6.5之间时土壤养分形态有利于烤烟吸收利用，最适宜烤烟的优质生产；随着连作年限的延长土壤pH值先升后降，当连作年限超过7年，土壤酸化，pH值逐渐降低，不宜植烟。②适宜烤烟生产的土壤有机质含量一般在10～35 g/kg之间，烟稻复种连作年限在7年以内时，土壤有机质含量变化不明显，维持在30.0 g/kg左右；连作达到7年时因土壤的微生物矿化速效下降，有机质含量增加导致植烟土壤逐渐退化。③对植烟土壤速效养分跟踪发现，随着烟稻连作年限的延长，土壤碱解氮含量的变化趋势是先降后升，其中连作7年土壤碱解氮含量达到最低，为145.6 mg/kg；当连作超过7年后，碱解氮含量逐渐升高，而速效磷的含量则较为稳定，平均11.18 mg/kg，土壤速效钾含量则随连作年限的延长逐渐升高，这与每年烟田施钾肥量较多相关。④各连作年限的土壤有效硫、交换性钙和水溶性氯含量均以连作7年时相对较低，不利于均衡供应烤烟所需矿质营养。⑤连作达7年时，土壤中的锌、铜、锰、铁的有效含量相对最低，固定较多，不利于烤烟吸收利用。

从烟稻复种不同连作年限土壤养分分析结果看，衡阳烟区烟稻复种连作年限达7年以上，土壤出现酸化现象，pH值下降，有机质含量增加，植烟土壤可利用的中、微元素含量降低，其中土壤交换性钙、镁含量降低较快，土壤质量出现退化现象，烟叶的产量质量也开始下降。研究结果认为，衡阳市所属各县烤烟连作年限应在7年以内，烟稻复种连作年限超过7年的烟田应采取轮作、休耕等措施培肥地力，改善土壤质量，以保证烤烟生产质量的持续提升。

2.3 不同年限烟稻复种连作土壤的烤烟产量、质量情况

选取具有代表性的烟稻复种连作区域，确定烟稻复种连作年限分别为1、4、7、10、13年共5个烤烟田块为取样点，按照五点法取样，对烤烟产量、质量进行研究。结果表明：①连作年限第10年、13年的烟叶产量较第1年分别减少了160.8、258.3 kg/hm2，产值分别减少了6 728.10、10 801.35元/hm2，均价减少了1.04、1.74元/kg，其中，连作第13年的烟叶产量和产值与均价均显著低于连作1、4、7年，而与连作10年无显著性差异。各连作年限上中等烟叶比例指标无显著性差异，上中等烟比例则以连作4年最高，其次是连作7年，而连作1年最小。②不同连作年限对中部烟叶常规化学成分的影响研究表明，各连作年限烟田所产烟叶钾含量都较适宜，氮、烟碱偏高，总糖和还原糖总体较适中，淀粉含量偏高，氯含量偏低。糖碱比以连作1、4年较好，介于6～10之间，钾氯比以连作前7年相对较好，都高于10，可保证烟叶有较好的燃烧性。

综合各指标来看，连作年限7年内能获得较好质量的烟叶，当连作年限超过7年时，则随着种烟年限的增加，烟叶质量随之降低。

3 衡阳烟区植烟土壤保育培肥技术

3.1 绿肥种植技术的研究与应用

3.1.1 筛选了适合衡阳烟区冬季播种绿肥最佳品种。2013—2014年对冬季不同绿肥品种还田研究结果表明：紫云英、毛叶苕子、箭舌豌豆及混播，在烤烟移栽前的2月底翻压还田，几个品种能产生绿肥生物量7 920～16 080 kg/hm2，折合干物质1 141.5～3 088.5 kg/hm2。通过分析绿肥干物质中养分含量，相当于纯N 37.5～117.0 kg/hm2、K2O 10.05～96.00 kg/hm2、P2O5 3.75～9.75 kg/hm2。几个绿肥品种中以紫云英生物量、N、P、K含量都比较高，改善土壤理化性状效果好，固钾作用明显。紫云英适宜播种以10月底至11月上、中旬烤烟种植垄后播种较好，有利于绿肥出苗，早生快发，翻压以4月上、中旬烤烟中耕培土时进行为宜。

3.1.2 冬季播种绿肥能有效培肥植烟土壤。研究结果表明：冬闲烟田种植绿肥翻压还田，能利用生物的生长富集效应加速土壤物质的生物转化，促进土壤物质和养分的循环，增加对土壤的物质和养分投入，实现土壤的改良。翻压还田后能使土壤有机质含量提高，有效改善土壤的物理性状，表现为土壤容重降低、总孔隙度增加、持水能力增强、阳离子交换量明显提高。在烤烟移栽前翻压还田，种植紫云英能产生绿肥生物量16 080 kg/hm2，折合有干物质3 088.5 kg/hm2，相当于纯N 117 kg/hm2、K2O 96 kg/hm2；与不播种绿肥相比，绿肥翻压还田后，紫云英处理的土壤有机质含量提高了5.67%，pH值提高0.5，土壤容重降低0.038 g/cm3，土壤最大田间持水量增加2.0%。绿肥翻压还田能使土壤微生物获得充足的碳源和能源，刺激土壤微生物的繁殖和活动，提高土壤的生物肥力。绿肥翻压还田后，土壤微生物总量增加了20.4%～52.6%，放线菌的数量增加了72.3%～129.7%，真菌增加了38.9%～111.9%，紫云英处理表现效果最好。

3.1.3 种植绿肥能提高烤烟中上等烟比例和产量。冬季播种绿肥，种植烤烟的产量和中上等烟比例均得到提高，中上等烟比例比不种植绿肥提高0.68%～0.87%。

3.2 衡阳烟区连作植烟土壤修复技术

3.2.1 稻壳生物质炭修复技术。在烤烟起垄后移栽前7 d穴施或条施10.5～12.0 t/hm2，并与专用基肥充分拌匀，烤烟收获后测定土壤碱解氮、速效钾、最大田间持水量，分别增加17.42%、36.29%、6.50%，土壤容重降低0.033 g/cm3，土壤的pH值有上升的趋势。烤烟产量提高16.05～35.40 kg/hm2；中、上等烟比例为96.96%～97.05%，比对照提高0.67%～0.76%；产值增加325.20～1 044.75元/hm2。

3.2.2 蚯蚓生物修复技术研究。在烟田放养蚯蚓试验表明：采用蚯蚓原位修复模式在烟稻轮作区有一定技术难度。在衡阳烟稻轮作区，由于雨水较多，烟田多为烟稻轮作区，遇到大雨，排水不畅，极易造成淹水，极大地影响到蚯蚓的生长。另一方面，到了采摘期，随着下、中部叶采收完成，夏季高温，加上烟垄上几乎没有覆盖物，导致土温可以达到43 ℃以上的高温，也不利于后期蚯蚓生长。但前期气温较适宜时，蚯蚓表现出良好的活性、迁移性，能较好地繁殖。蚯蚓粪提高土壤理化性状。试验结果表明，施蚯蚓粪能有效提高植烟土壤的有机质水平，改善土壤的物理性状，表现为土壤容重降低、总孔隙度增加、持水能力增强、阳离子交换量明显提高。在烤烟起垄后移栽前7 d穴施或条施蚯蚓粪4.5～10.5 t/hm2，并与专用基肥充分拌匀，烤烟收获后测定结果表明：与对照处理相比，土壤pH值升高0.11～0.54，土壤容重降低0.06～0.09 g/cm3，土壤最大田间持水量增加2.6%～3.5%，土壤微生物总量增加32%～47%，放线菌的数量增加67.1%～103.2%，真菌增加38.9%～111.9%，细菌增加10.0%～29.8%，土壤有机质含量提高5.7%～10.8%，碱解氮提高7.8%～24.8%，速效钾含量提高4.1%～7.5%，土壤有机质、碱解氮、速效钾也随施用量的加大呈增加趋势。施用蚯蚓粪产量提高4.05～98.70 kg/hm2，中、上等烟比例提高0.91%～1.65%；产值增收1 180.20～2 762.55元/hm2，研究范围内，以施10.5 t/hm2最佳。

3.2.3 增施有机肥提质技术研究。试验结果表明：2种类型饼粕型（多元型饼粕、单一菜枯型饼粕）烟草专用基肥处理烟叶单产量高达2 776.5～2 787.0 kg/hm2，二者均显著高于单施化肥处理的2 427 kg/hm2，上中等烟叶比例均在88%以上，比单施化肥高10.3%～11.3%。施用饼粕型烟草专用基肥，烟叶内在化学成分更协调、各组分比例更适宜，能有效改善烟叶的燃烧性，并有利于改善烟叶的刺激性与吸味，以多元型饼粕型烟草专用基肥处理对烟叶化学成分、燃烧性、刺激性和吃味影响效果最好。多元饼粕型烟草专用基肥与单一菜枯饼粕型烟草专用基肥相比能提高烟叶新植二烯5.25%、酶德拉反应产物类6.06%、苯丙氨酸降解产物9.84%，改善烟叶吸食时的烟量感和口感，使烟草的吸味变得醇和，增加烟气的浓度，提高致香物质6.21%。分别从风格特征、质量评价、烟气特征等方面综合评分上看，施多元饼粕型烟草专用基肥的烟叶评吸质量得分为46.2分，单一菜枯饼粕型烟草专用基肥的烟叶烟气口感得分为45.8分，单施化肥处理其评吸质量得分为45.4分。

3.2.4 植烟土壤调酸技术研究。最适宜烤烟生长的土壤pH值为5.5～6.5。研究证明，施用石灰可以提升土壤的pH值，且pH值高低随着石灰施用量的增加而增加。施用适量的石灰明显促进烟株的生长发育，增加株高和有效叶片数，扩大叶面积，增加烤烟的钾含量和B2F烟叶还原糖，降低B2F烟叶烟碱，糖碱比更协调，显著增加烤烟产量和产值，提高烤烟中上部烟叶比例。施用石灰量以750 kg/hm2为最适宜。

3.2.5 测土配方施肥技术。以衡阳植烟土壤普查数据为基础，进行测土配方施肥研究，在衡阳市烟草主产区耒阳、常宁、衡南进行“3415”正交试验及校正试验24个，结果表明：烟草对氮素利用率最高达到41.8%，其次是钾素利用率为20.27%，最低的是磷素利用率只有10.13%；汇总衡阳市12个“3415”试验结果，分别以碱解氮、有效磷、速效钾为自变量X，以土壤有效养分校正系数为依变量Y，建立最佳数学模型为：YN=0.059 337+18.395 4/XN（F=3.104*）、YP=0.057 270+6.539 5/XP（F=104.3**）、YK=0.053 701+34.481 2/XK（F=56.1**），制定了土壤有效养分提供量的检索表，为制定准确的施肥量提供依据。

3.2.6 植烟土壤中微量营养元素保育技术研究。针对衡阳市植烟土壤中微量营养元素含量及其施用效果进行研究，从2002—2015年取土样666个，分析结果表明：随着种烟年限的推后，硫平均含量呈逐年递增趋势，到了2015年全市硫平均含量高达143.5 mg/kg，已远大于适宜值（10～20 mg/kg），全市平均有97.24%的植烟土壤硫超标，因此在生产施肥过程中应注意控施硫肥，以避免烤烟过多吸收硫而降低烟叶品质。植烟土壤镁肥试验表明，衡阳烟区仅有10.6%的植烟土壤镁含量适中，89.4%的植烟土壤镁含量偏低，增施MgSO4对烤烟生长有一定的促进作用，以225 kg/hm2处理的表现最好，能显著或极显著促进烟叶增产，提高烟叶产值和均价，增加上中等烟比例。植烟土壤氯肥试验表明：植烟土壤土壤水溶性氯平均含量为11.5 mg/kg，47.4%土壤水溶性氯含量处于偏低水平，14%土壤水溶性氯含量偏高，对氯含量偏低的植烟土壤增施氯肥75～150 kg/hm2可提高烟叶中氯离子含量，调节糖碱比，提高烟叶的可燃性，改善烟叶的吸食质量。

4 衡阳烟区连作植烟土壤保育技术集成与应用

衡阳烟区采用边研究边示范、边推广的办法，依据不同种烟区域的土壤检测结果，调整相应的烟草专用基肥与追肥肥料配方，制定相应的施肥方案，实行套餐制供肥和精准施肥。同时根据试验结果，组装了绿肥+稻壳生物质炭+蚯蚓粪+配方套餐肥、绿肥+稻壳生物质炭+饼肥+配方套餐肥2种土壤保育模式并进行了推广应用，2013—2015年3年累计推广应用7 504.67 hm2。其中绿肥+稻壳生物炭+蚯蚓粪+配方套餐推广应用3 336.67 hm2，平均产量2 274 kg/hm2，比对照增产81 kg/hm2，上等烟叶比例59.27%，比对照提高5.74%；绿肥+稻壳生物炭+饼肥+配方套餐模块推广应用4 168 hm2，平均产量2 277 kg/hm2，比对照增产87 kg/hm2，上等烟叶比例60.46%，比对照提高6.08%。

5 结语

衡阳烟区通过土壤培肥修复技术，使土壤物理性状、化学成分及微生物群落得到改善，分别使土壤pH值升高0.10～0.50，土壤容重降低0.05～0.08 g/cm3，土壤最大田间持水量增加2.0%～3.0%，土壤微生物总量增加30%～40%，放线菌的数量增加60%～100%，真菌增加35%～100%，细菌增加10%～25%，土壤有机质含量提高5%～10%，碱解氮提高了5%～20%，速效钾含量提高4%～7%。植烟土壤区域所产烟叶质量稳定，达到可持续发展要求，取得了良好的经济效益、社会效益和生态效益。

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