耕作深度和秸秆还田互作对土壤团聚体组成和烟叶钾、氯含量的影响

范艺宽，毛家伟，孙大为，张 翔，杨立均，李 亮，司贤宗，吴俊林

(1.河南省烟草公司，河南郑州450018;2.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南 郑州450002;3.驻马店市烟草公司，河南驻马店463000)

豫南烟区是河南省优质烟叶产区之一［1］，近年来由于生产上耕作深度普遍偏浅，加上长期大量施用化学肥料，忽视了有机肥料的施用，造成烟田耕层过浅、土壤板结、烟株根系发育不良，进而影响烟叶的产量与品质。土壤紧实会影响植株地下部的生长发育状况［2］，疏松的土壤环境有利于作物根系的伸展和根量的积累［3］。耕层深浅决定烟株根系的生长，进而影响其产、质量［4］。童文杰等［5］研究表明，深耕对改良土体结构、促进土壤蓄水、优化烤烟根系构型以及增加烟叶产量、产值有较好效果。徐天养等［6］研究表明，在云南烟区，烟株最大叶面积、整株干质量以及氮、磷、钾吸收量均随耕作深度增加而增大，烤后烟叶产量、产值以耕作深度为40 cm处理最高。大量研究结果表明，秸秆还田能提高土壤有机质含量和根际土壤细菌、放线菌和纤维分解菌的数量，提高土壤团聚体稳定性，增加烟株株高、茎围和节距，改善烟叶品质，提高烟叶的产量和产值［7-10］。针对豫南烟区耕作及土壤存在的问题，研究了耕作深度和秸秆还田互作对土壤团聚体结构和烟叶钾、氯含量的影响，以期找出适宜的烤烟耕作模式，为生产优质适产烟叶提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2016年在河南省泌阳县杨家集乡董庄村进行，试验点土壤耕层基础理化性状为:pH值7.4，有机质含量 11.8 g/kg，碱解氮含量 95.3 mg/kg，速效磷含量18 mg/kg，速效钾含量131.7 mg/kg。试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。试验前茬均为烟草，供试烤烟品种为云烟87。供试肥料种类有:芝麻饼肥(N 5%)、一铵(N 11%、P2O544%)、硝铵磷(N 32%、P2O54%)、硫酸钾(K2O 50%)。

1.2 试验设计

试验采取大区对比设计，不设重复，小区面积240 m2。设耕作深度(H)和秸秆翻压(S)2个因素，耕作深度(H)设3个水平，分别为:H1(耕作深度20 cm)、H2(耕作深度 30 cm)、H3(耕作深度40 cm);秸秆翻压(S)设2个水平，分别为:S0(不翻压秸秆)、S1(秸秆翻压，翻压量为6 000 kg/hm2)。试验共设 6个处理，分别为 H1S1、H1S0、H2S1、H2S0、H3S1、H3S0。各处理氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)用量相同，分别为 67.5、101.25、236.25 kg/hm2。折算后肥料具体施用量为:饼肥375 kg/hm2，全部条施;一铵 223.24 kg/hm2，全部条施;硝铵磷 75.6 kg/hm2，全部穴施;硫酸钾 472.5 kg/hm2，其中 50%条施、20%穴施、30%追施。烟株行距1.2 m、株距0.5 m。试验于4月25日移栽，9月11日采烤结束。其他各项田间生产管理措施统一均按当地规范化措施进行。

1.3 测定项目

1.3.1 土壤团聚体结构 于试验结束后，采集0～20 cm表层原状土，每个土样由2个采样点组成，每处理重复3次，将采集的原状土样装入硬质塑料盒中带回实验室，土壤团聚体结构分析采用沙维诺夫法［11］进行。

1.3.2 经济性状 各小区单独计产、分级，计算产量和产值。

1.3.3 烟叶钾、氯含量 分别在移栽后30、45、60 d取各处理烟株的中部叶，在105℃下杀青30 min，然后在70℃下烘干至恒质量，粉碎过0.425 mm筛后，按文献［12］分析测定全钾和氯的含量。

1.3.4 烤后烟叶钾、氯含量 烟叶烘烤后，各处理取下部叶(X2F)、中部叶(C3F)和上部叶(B2F)参考文献［13］测定钾和氯的含量。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010和DPS软件对试验数据进行统计分析，并进行Duncan’s新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对植烟土壤团聚体组成的影响

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，起着保证和协调土壤中水、肥、气、热，影响土壤微生物活性、酶的种类和活性，维持和稳定土壤疏松熟化层等方面的作用［14］。从表1可以看出，不同耕作深度处理粒级＞2 mm的土壤团聚体含量表现为:耕作深度40 cm＞耕作深度30 cm＞耕作深度20 cm，方差分析结果(表2)表明，不同耕作深度处理粒级＞2 mm的团聚体含量差异达极显著水平;在耕作深度20、30 cm时，秸秆翻压处理提高了粒级＞2 mm的团聚体含量，但差异不显著。粒级1～2 mm的团聚体含量比较，随着耕作深度增加，团聚体含量呈降低趋势，方差分析结果显示，不同耕作深度处理差异达显著水平。粒级0.5～1 mm的团聚体含量比较，除在耕作深度40 cm外，秸秆翻压处理较不翻压秸秆处理均显著降低。耕作深度、秸秆翻压及其交互作用对粒级0.25～0.5 mm团聚体含量的影响均达极显著水平(表2)，在耕作深度20、30 cm时，秸秆翻压处理均较不翻压处理显著降低了粒级 0.25～0.5 mm团聚体含量。方差分析结果表明，不同耕作深度粒级＜0.25 mm的团聚体含量差异极显著，除在耕作深度40 cm外，秸秆翻压处理均较不翻压秸秆处理显著降低粒级＜0.25 mm的团聚体含量。一般把粒级＞0.25 mm的团聚体称为土壤团粒结构体，其数量与土壤肥力状况呈正相关［15］。由表1可见，增加耕作深度和秸秆翻压均能有效降低粒级＜0.25 mm的土壤团聚体含量，即提高粒级≥0.25 mm的土壤团聚体含量，进而提高土壤肥力。

表1 不同处理植烟土壤各粒级土壤团聚体的含量 %

表2 植烟土壤团聚体含量的方差分析(F值)

2.2 不同处理对烤烟经济性状的影响

由表3可见，不同耕作深度处理烤烟产量表现为:耕作深度40 cm(2 784 kg/hm2)＞耕作深度30 cm(2 741.7 kg/hm2) ＞耕作深度 20 cm(2 669.5 kg/hm2)，方差分析结果(表4)表明，不同耕作深度处理对烤烟产量的影响不显著，而秸秆翻压处理极显著增加了烤烟产量，在耕作深度40 cm时秸秆翻压处理的烤烟产量较不翻压秸秆处理增加774 kg/hm2。不同耕作深度处理烤烟产值表现为:耕作深度30 cm(64 870元/hm2)＞耕作深度20 cm(63 224元/hm2)＞耕作深度40 cm(60 658元/hm2)，在相同的耕作深度下，秸秆翻压均显著增加了烤烟的产值，耕作深度20、30、40 cm时秸秆翻压处理的烤烟产值较不翻压秸秆处理分别增加 18.3%、16.6%、25.3%。均价和上等烟比例均以处理H2S1最高，分别为24.64元/kg 和 32.8%。

表3 不同处理对烤烟经济性状的影响

表4 烤烟经济性状的方差分析(F值)

2.3 不同处理对烟叶中钾、氯含量的影响

由图1A可见，随着烟株生育进程的推进，烟叶中钾含量总体呈逐渐下降的趋势。移栽后30 d，不同耕作深度处理烟叶全钾含量表现为:耕作深度30 cm＞耕作深度40 cm＞耕作深度20 cm，在耕作深度20 cm条件下，秸秆翻压处理显著降低了烟叶全钾含量，其他耕作深度下，秸秆翻压处理均提高了烟叶全钾含量。移栽后45 d，在耕作深度30 cm和40 cm条件下，秸秆翻压处理均提高了烟叶的全钾含量。不同耕作深度处理相比，以耕作深度30 cm处理烟叶全钾含量最高。移栽后60 d，在耕作深度30 cm和40 cm条件下，秸秆翻压处理均较不翻压秸秆处理显著提高了烟叶的全钾含量。

图1 不同处理对烟叶中钾、氯含量的影响

由图1B可见，随着耕作深度的增加，烟叶中氯离子含量总体呈下降趋势。在耕作深度20 cm条件下，秸秆翻压处理在各时期均较不翻压秸秆处理显著提高烟叶的氯离子含量，在耕作深度30 cm和40 cm条件下，移栽后45、60 d秸秆翻压处理均较不翻压秸秆处理显著降低了烟叶中的氯离子含量。

2.4 不同处理对烤后烟叶中钾、氯含量的影响

钾是烟草的主要品质元素，提高烟叶钾含量能改善烟叶组织结构，使烟叶富有弹性，香吃味好［16］。由图2A可见，不同耕作深度处理3个部位烤后烟叶钾含量均表现为:耕作深度30 cm＞耕作深度40 cm＞耕作深度20 cm。在秸秆翻压条件下，耕作深度30 cm处理3个部位烤后烟叶钾含量均显著高于耕作深度20 cm处理。在秸秆翻压条件下，耕作深度30 cm和40 cm处理与耕作深度20 cm相比，下部叶(X2F)钾含量提高 0.18～0.31个百分点，中部叶(C3F)钾含量提高 0.12～0.21个百分点，上部叶(B2F)钾含量提高0.11～0.18个百分点。与不翻压处理相比，除耕作深度20 cm处理的下部叶(X2F)外，秸秆翻压处理其他耕作深度各部位烟叶钾含量均有一定增加，各处理间相比，均以处理H2S1各部位烤后烟叶钾含量最高。

氯是影响烟叶质量的主要指标，适宜的氯含量使烟叶质地柔软，切丝率高，破损小，填充力强，燃烧性好，烟叶氯含量超过1.0%，烟叶燃烧性变差，品质下降［17］。对于河南烟区尤其是豫中烟区，烟叶氯离子含量偏高是较为突出的问题［18］。由图2B可见，不同部位烤后烟叶氯离子含量总体表现为:上部叶(B2F)＞中部叶(C3F)＞下部叶(X2F)。不同耕作深度处理相比，各部位烤后烟叶氯离子含量总体表现为:耕作深度40 cm＞耕作深度20 cm＞耕作深度30 cm。与不翻压秸秆处理相比，在耕作深度20 cm时，秸秆翻压处理均提高了各部位烤后烟叶的氯离子含量;在耕作深度30 cm和40 cm时，秸秆翻压处理均降低了各部位烤后烟叶氯离子含量，其中，下部叶(X2F)降低 0.07～0.12 个百分点，中部叶(C3F)降低 0.03～0.06 个百分点，上部叶(B2F)降低 0.07～0.13个百分点。

图2 不同处理对烤后烟叶中钾、氯含量的影响

3 结论与讨论

土壤团聚体的形成是一个复杂的物理、化学及生物化学过程，其数量和质量是衡量土壤结构性好坏的重要指标［19］。刘中良等［20］研究表明，施用有机厩肥既可以提高土壤有机碳的含量，又可以促进土壤团聚体的形成。张鹏等［21］研究表明，在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤团聚体含量具有明显作用。从本研究结果看，随着耕作深度的增加，粒级＜0.25 mm的土壤团聚体含量降低，即粒级≥0.25 mm团聚体含量明显增加，除耕作深度40 cm外，秸秆翻压处理均显著降低了粒级＜0.25 mm的团聚体含量。

有研究表明，适度增加耕作深度能提高烟叶产量和产值［4，22］。本试验结果表明，烤烟产量随着耕作深度的增加而增加，而产值则表现为耕作深度30 cm＞耕作深度20 cm＞耕作深度40 cm，这可能是由于在常规耕作(20 cm)基础上增加耕作深度至40 cm，大量犁底层的土壤被耕翻到烟田上层，进而对烟叶产值造成了不良影响。大量研究表明，秸秆还田对培肥地力、促进烟株生长发育和提高烟叶品质具有重要意义［23-25］。本试验结果与已有报道一致，秸秆翻压处理显著增加了烟叶的产量和产值，在耕作深度40 cm时产值增幅达25.3%。

烟叶含钾量偏低是历年来河南烟区烟叶品质的主要限制因子［26］。近年来，河南部分烟区烟叶氯离子含量呈上升趋势，工业企业对此有一定反映。韩富根等［27］研究表明，通过垄下深松处理可以降低烟叶中氯离子含量，提高烟叶钾含量。孟祥东等［28］研究表明，深耕、垄下深松及秸秆覆盖对烟叶钾、氯的吸收有促进作用。本试验结果表明，烟叶中钾含量随着烟株生育进程呈逐渐下降的趋势。移栽后60 d，在秸秆翻压条件下，耕作深度30、40 cm处理与常规耕作(20 cm)相比均显著提高了烟叶的全钾含量。从烟叶的氯离子含量看，在常规耕作(20 cm)条件下，秸秆翻压处理较不翻压秸秆处理在各时期均显著增加了烟叶的氯离子含量;而在增加耕作深度条件下，秸秆翻压处理较不翻压秸秆处理在移栽后45、60 d均显著降低了烟叶的氯离子含量。刘加红等［29］研究表明，秸秆覆盖能显著增加烤后烟叶的钾含量，对烟叶氯离子含量的影响不显著。介晓磊等［30］研究表明，“前膜后秸”覆盖栽培的烟草，烟叶含钾量大幅增加而含氯量最低。本试验烤后烟叶样品钾、氯含量分析结果表明，不同耕作深度处理相比，3个部位烤后烟叶的钾含量均表现为:耕作深度30 cm＞耕作深度40 cm＞耕作深度20 cm，氯离子含量均表现为:耕作深度40 cm＞耕作深度20 cm＞耕作深度30 cm;与不翻压处理相比，除耕作深度20 cm外，秸秆翻压处理其他耕作深度各部位烤后烟叶钾含量均有一定增加，而氯离子含量则均有所降低。

综合来看，在豫南烟区，生产中较适宜的耕作模式为耕作深度30 cm+秸秆翻压处理，此耕作模式可有效增加土壤中粒级≥0.25 mm的团聚体含量，提高烟叶产量、产值，增加烤后烟叶的钾含量，降低氯离子含量。

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