绿肥混合翻压还田对土壤性状及烟叶品质的影响

杨蒙岭，蒋 豪，顾 勇，谢 强，张永辉，张 丹*

在烟草生产过程中，长期大量施用化肥会导致植烟土壤紧实、通透性变差，土壤有机质含量下降以及烟株养分利用率降低[1]。利用冬闲空茬种植绿肥并适时翻压还田可以提高土壤有机质含量、活化土壤中磷、钾等养分，提高土壤酶活性和微生物量，为后茬烤烟提供充足养分，进而有助于提高烟叶品质[2-3]。近年来，研究学者对绿肥翻压还田后土壤理化性质的改变做了大量研究，集中探讨了绿肥不同翻压量及不同绿肥种类翻压还田对土壤和作物的影响[4-5]。然而，不同种类绿肥混合翻压还田后养分释放的差异，特别是混合翻压还田后绿肥腐解与土壤酶活性以及土壤微生物量变化之间的潜在联系研究较少。因此，本试验研究绿肥不同翻压模式，包括紫云英单独翻压还田、黑麦草单独翻压还田、紫云英和黑麦草混合翻压还田对土壤养分、微生物生物量和酶活性的变化以及对烟叶主要化学成分含量的影响，解析绿肥腐解速率与土壤养分释放以及生物性状改变之间的联系，重点探讨绿肥混合翻压还田措施对土壤质量提高和烟叶品质提升所起的关键作用，为南方烟田土壤冬闲期耕作提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2016年3月下旬在四川省泸州市古蔺县箭竹苗族乡进行田间试验。供试紫云英品种为闵紫一号，黑麦草品种为卡特。土壤质地为黄壤土，土壤 pH为6.5，有机质含量24.34 g/kg，全氮含量1.17 g/kg，全钾含量为14.15 g/kg，全磷含量为0.93 g/kg，铵态氮含量为16.17 mg/kg，硝态氮含量为2.68 mg/kg。试验设3个处理：根据各小区绿肥鲜草实际产量确定各处理绿肥翻压量，紫云英单独翻压还田21 000 kg/hm2（Z）；黑麦草单独翻压还田 20 000 kg/hm2（H）；参考前人的研究结果[6]设置紫云英和黑麦草混合翻压还田（HZ）质量比为3∶1，即紫云英15 000 kg/hm2，黑麦草5000 kg/hm2。每个处理3次重复，共9个小区。采用埋袋法研究3种处理下绿肥的分解。每个处理分别称取100 g绿肥鲜样装入尼龙网袋中，其中HZ处理称取紫云英和黑麦草的鲜样质量比为3∶1，即紫云英75 g，黑麦草25 g。每个处理随机埋设12只尼龙袋，埋设深度为10 cm。烤烟种植品种为云烟87，于绿肥翻压还田后1个月移栽。烟草复合肥597 kg/hm2和酒糟有机肥746 kg/hm2在起垄前开沟条施，提苗肥74.00 kg/hm2于移栽后7 d浇施，烟草专用追肥373.00 kg/hm2于移栽后20 d打洞穴施。其他管理按照烤烟常规生产进行。

1.2 样品采集

每个小区在绿肥翻压还田后的第30天，第60天和第120天采用梅花布点法分别采集3个土壤样品，共 81个土壤样品。将土壤样品分成两份：一份自然风干研磨过筛用于土壤养分测定；一份新鲜土壤样品于4 ℃下冷藏保存，一星期内完成测定土壤酶活性和微生物生物量[7-8]。采集土壤样品的同时在每个小区随机取出3只尼龙袋，去除表面浮土及根系杂物，拆开网袋洗净样品，于 65 ℃烘箱中烘至恒重后测定其干重。烟叶成熟后按当地烘烤工艺烘烤，每个小区随机选取5片C3F等级烟叶作为一个混合样品，每个小区采集 3个烟叶样品，共 27个样品，带回实验室烘至恒重后粉碎用于相关试验分析。

1.3 测定项目与方法

土壤基本理化性质测定参照鲍士旦[9]的方法，土壤微生物生物量通过氯仿熏蒸培养法测定[10]；土壤酶活性的测定参考文献[11]：土壤磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法；蔗糖酶和淀粉酶活性测定采用二硝基水杨酸比色法；土壤脲酶活性通过靛酚比色法测定。烟叶主要化学成分测定烟碱、总氮、钾、氯，并计算氮碱比，钾氯比[12]。

1.4 数据处理

数据统计分析采用SPSS 19.0，通过Turkey检验法进行方差分析，使用Origin 9.0绘图。

2 结 果

2.1 不同处理绿肥腐解速率及土壤性状变化

由图 1a看出，各处理绿肥腐解速率变化趋势均为先升高后降低，腐解速率均在60 d达到最大，其中黑麦草单独翻压还田和混合翻压还田处理最大腐解速率明显高于紫云英单独翻压还田。图 1 b显示土壤pH的变化趋势均为先下降后升高，在翻压还田60 d后pH最低。绿肥翻压还田60～120 d内，紫云英单独翻压还田和混合翻压还田处理土壤 pH均显著提高，黑麦草单独翻压还田处理pH变化不显著。由此可见，不同处理下土壤pH变化趋势与绿肥腐解速率变化趋势相反，这可能是因为绿肥腐解产生大量的有机酸使土壤pH显著降低。

由图 2a可知，在烟草生长期内，混合翻压处理下土壤有机质含量变化不明显，紫云英单独翻压处理有机质含量在60 d时显著降低，黑麦草单独翻压还田处理在120 d时土壤有机质含量显著降低。烟草生长期内不同处理下土壤全氮含量变化差异不显著（图 2b）。从图 2c可以看出，绿肥翻压后30～60 d内，混合翻压还田处理下土壤速效磷含量显著增加，而单种绿肥翻压还田处理对土壤速效磷含量变化影响并不显著。在烟草生长期内，各处理下土壤速效钾含量变化趋势为先上升后显著下降，在60 d时达到最大值（图2d），这说明混合翻压还田处理下绿肥腐解能够释放更多的速效磷，显著提高土壤供磷能力。

图1 不同绿肥翻压模式下(a)绿肥腐解速率和(b)土壤pH变化Fig. 1 Effects of different green manure addition patterns on (a) green manure decomposition rates and (b)soil pH

图2 不绿肥翻压模式下(a)土壤有机质、(b)全氮、(c)速效磷和(d)速效钾含量变化Fig. 2 Effects of different green manure addition patterns on the contents of (a) soil O.M, (b) total nitrogen, (c) available phosphorus and (d) available potassium

2.2 不同处理土壤酶活性和微生物量含量变化

由表1看出，紫云英单独翻压还田处理下土壤中性磷酸酶，脲酶，蔗糖酶，淀粉酶活性均为先降低后升高；黑麦草单独翻压还田处理下土壤中性磷酸酶和脲酶变化趋势为先增高后降低，蔗糖酶和淀粉酶变化趋势为一直升高；混合翻压还田处理下土壤中性磷酸酶变化趋势为先增高后降低，脲酶活性变化一直降低，蔗糖酶和淀粉酶变化趋势为一直升高。从表1还可以看出，绿肥翻压还田后30 d，不同处理间土壤酶活性差异不显著。绿肥翻压还田后60 d，混合翻压还田和黑麦草单独翻压还田处理下土壤酶活性显著高于紫云英单独翻压还田处理。绿肥翻压还田后 120 d，混合翻压还田处理土壤酶活性较高，其中脲酶和淀粉酶活性显著高于单种绿肥翻压还田处理。

表1 不同绿肥翻压模式下土壤酶活性变化Table 1 Effects of different green manure addition patterns on soil enzyme activities mg/(g·d)

由表2可知，绿肥翻压还田后30 d，各处理间土壤微生物量碳和氮含量含量差异不显著，翻压还田后120 d，混合翻压还田处理下土壤微生物量碳、氮含量显著高于单种绿肥翻压还田处理。烟草生长期内不同处理中微生物量磷含量变化趋势不同：黑麦草单独翻压还田处理下土壤微生物量磷含量先升高后降低；紫云英单独翻压还田处理下土壤微生物量磷含量呈一直降低的趋势；混合翻压还田处理下土壤微生物量磷含量先降低后升高。在绿肥翻压还田后 120 d，混合翻压还田处理下土壤微生物磷显著高于单种绿肥翻压还田处理。这说明紫云英和黑麦草混合翻压处理更能提高土壤微生物生物量和土壤酶活性，改善土壤微环境。

表2 不同绿肥翻压模式下土壤微生物碳氮磷含量的变化Table 2 Effects of different green manure addition patterns on soil microbial biomass mg/kg

2.3 不同处理烟叶主要化学成分含量

由图3看出，不同绿肥翻压模式处理下烟叶烟碱和氯含量差异不显著。相对于单种绿肥翻压还田处理，混合翻压还田处理显著提高了烟叶的总氮含量（2.40 %）、氮碱比（0.74）、钾含量（1.91%）和钾氯比（5.76）。

3 讨 论

烟叶内在化学成分的协调性是衡量烟叶质量的重要因素，优质烟叶总氮和烟碱含量为1.5%～3.5%左右、氯含量0.3%～0.8%、钾含量2.0%～3.5%、氮碱比为0.8～0.9、钾氯比大于4[12]。本研究初步探明，绿肥混合翻压还田后烟叶总氮、烟碱、钾含量和钾氯比达到优质烤烟标准，并优于单种绿肥翻压还田处理。这一结果显示，混合翻压还田处理下土壤养分结构可能优于单种绿肥翻压还田处理，能为烟草生长提供更为充足的养分，提高烟叶品质[13]。但不同翻压模式和翻压品种对土壤性状的影响不同[14-15]。本试验还发现，混合翻压还田处理活化土壤养分能力高于单种绿肥翻压还田处理，特别是土壤中的磷。这可能是由于黑麦草自身碳氮比高（大于 35∶1），紫云英碳氮比较低（约为17∶1），混合翻压还田处理的碳氮比更接近微生物最宜活动的碳氮比（25∶1），微生物活动剧烈，促进了土壤养分的活化[16-17]。各处理绿肥腐解变化趋势与土壤速效钾，速效磷变化趋势相似，均为先升高后降低，并在绿肥翻压还田后60 d达到最大值，这一结果说明绿肥翻压还田后的30～60 d内，绿肥大量腐解释放的养分可能高于烟草生长的需求量，土壤养分含量上升。60 d后烟草进入旺长期，烟草生长所需的养分高于绿肥腐解所释放的养分含量，土壤中养分含量降低。本试验结果表明，在绿肥翻压还田后60 d达到绿肥腐解速率的最大值，这比前人的研究结果推迟30 d左右[18-19]。土壤温度和碳氮比可能是本研究中影响绿肥腐解速率的重要因素。本研究将绿肥埋入土壤时间在 3月，土壤温度较低延缓绿肥腐解，绿肥还田30 d后烟草移栽施入了大量的化肥尤其是氮肥，适宜的碳氮比加快了绿肥腐解[21-22]。

此外，土壤磷酸酶、脲酶活性高低可在一定程度上反映土壤中有机磷的生物有效性和供氮能力。土壤蔗糖酶对增加土壤中易溶性营养物质起重要作用，反映土壤熟化程度和肥力水平[23]。研究表明，绿肥翻压还田后能显著提高土壤的酶活性[2,24]。本研究发现，在绿肥翻压还田后60～120 d，混合翻压还田处理下土壤酶活性均显著高于单独翻压紫云英处理。这可能是因为绿肥混合翻压为土壤提供了更多的有机质，增加了土壤微生物的碳源和土壤酶的保护性位点，并改善了土壤的理化性质，为微生物生长活动提供了良好的环境[25-27]。微生物量碳、氮是土壤中易于利用的养分库及有机物分解和氮矿化的动力，其变化可反映土壤耕作制度和土壤肥力的变化[28]。本研究表明，土壤微生物量碳、氮含量在绿肥翻压还田后60 d达到峰值，这可能与绿肥腐解速率及烟株吸肥规律有关，在绿肥还田30 d后烟苗移栽基肥施入，加速绿肥分解，为土壤中的微生物提供了大量有机碳源，30～60 d内微生物大量繁殖。随后，烟草进入旺长期吸收了土壤中大量的养分，易分解的有机物质逐渐减少，微生物量随之降低[29-30]。

图3 不同绿肥翻压模式下烟叶烟碱和总氮(a)、氯和钾含量(b)变化Fig. 3 Effects of different green manure addition patterns on the contents of tobacco nicotine, total nitrogen (a) and Cl, K (b)

4 结 论

试验结果表明，紫云英和黑麦草混合翻压还田有助于南方烟田土壤养分的补充和烟草的生长。该翻压模式不仅能显著增加土壤速效磷含量，活化土壤中难以利用的矿质养分，还能显著增强土壤脲酶和淀粉酶活性，增加土壤微生物碳、氮含量，为土壤微生物提供更为适宜的生存环境，进而促进优良烟叶品质的形成。

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