不同耕作方式及耕地深度对贵阳植烟土壤及烤烟质量的影响

刁朝强,邓兆权,林 松,祖庆学,饶 陈,任春燕,李余江,程传策

(1.贵州省烟草公司 贵阳市公司,贵州 贵阳 550001;2.河南农业大学 烟草学院,河南 郑州 450002)

贵阳烟区为喀斯特地貌,耕层较薄,再加上烟草常年连作、化肥的大量施用、有机肥用量不足等,致使植烟土壤耕性退化、土壤结构遭到破坏、有机质含量下降、土壤生物活性降低、营养元素利用率下降,最终造成烤烟的产量和品质下降[1-6]。因此寻求提高烟田土壤质量、改善烟田土壤环境、保障烤烟产质量稳步提升,同时不增加种烟成本、不破坏植烟土壤环境的耕作方式显得十分迫切。

耕作方式对土壤质量有重要影响。当前贵阳烟区旋耕为主要耕作方式,但长期旋耕造成土壤耕层变浅、结构紧实、土壤团聚体数量减少,进而导致植烟土壤水、肥、气、热供给不协调,土壤质量明显下降,从而限制了烟株根系生长发育,阻碍了烤烟产量和品质的提高。越来越多的研究表明,耕作方式的改良可以有效地改善耕层土壤质量。周虎等[7]的研究结果表明旋耕处理尽管可以使表层土壤容重降低,但也导致土壤犁底层变浅。孔晓民等[8]和刘淑梅等[9]的研究结果均表明深耕可以打破犁底层,降低深层土壤容重。肖慧等[10]的研究结果表明深耕能够保持土壤疏松和水分适宜,有益于土壤的熟化,增强肥力,加速土壤升温,改善土壤微生物群落的活动,加速有机物的利用和分解,缓解自毒物质及病原微生物对植物的伤害。孙敬国等[11]研究发现深耕有助于提升土壤温度,改善土壤微环境,提升烟株根系活力和提高烟叶产量。孟祥东等[12]的研究结果表明深耕+前膜后草覆盖促进了烤烟叶片叶绿素的降解,维持了较高的类胡萝卜索及其降解产物的含量,有效地提高了烤烟品质。

目前,何种耕作方式更有利于烟草的生长及土壤肥力的保持,尚无定论,为此,本文系统比较了不同耕作方式及耕作深度对烟田土壤物理、化学和生物性状的影响,以期更好地改良烟田土壤结构,提高烟叶品质。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验于2017年3～9月在贵阳市开阳县进行,供试烤烟品种为当地主栽品种云烟87。试验地土壤类型为黄壤土,在4月20日移栽,株行距为50 cm×120 cm,土壤基础肥力状况为有机质28.32 mg/g、碱解氮50.24 mg/kg、速效钾118.57 mg/kg、速效磷17.98 mg/kg。本试验设两个因素：耕作方式和耕作深度,其中耕作方式又设旋耕、松地和翻地3个水平,耕作深度又设15 cm和35 cm,共组合成6个处理,分别为: T1为旋耕15 cm,T2为旋耕35 cm,T3为松地15 cm,T4为松地35 cm,T5为翻地15 cm,T6为翻地35 cm。每个处理3次重复,采用随机区组排列,每个小区面积为66.7 m2。试验田各处理所有农事操作在同一天内完成；其它田间管理措施均按当地烟叶生产技术方案。

1.2 测定项目与测定方法

1.2.1 土壤指标 分别在移栽后30 d、60 d、90 d、120 d，在试验地各小区按五点取样法采集耕层土壤,以烟株为圆心，在半径5 cm、深度10～20 cm处采集土样,每个小区取1份；将部分鲜土保存于4 ℃冰箱里，用于测量土壤微生物量碳和水溶性碳；将剩余土样风干后过筛，用于测定土壤养分含量。土壤水溶性碳、氮含量的测定采用水提取过滤,用TOC仪测定浸提液浓度的方法[13]。土壤微生物量碳、氮的测定采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法,熏蒸和未熏蒸的样品分别用0.5 mol/L的K2SO4浸提30 min,用TOC仪测定浸提液浓度[14]。土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾氧化法[13]。土壤碱解氮含量的测定采用碱解扩散法[13]。土壤速效磷含量的测定采用钒钼蓝比色法[13]。土壤速效钾含量的测定采用火焰光度计法[13]。土壤脲酶活性的测定采用比色法[15]。土壤蔗糖酶活性的测定采用3,5-二硝基水杨酸比色法[15]。

1.2.2 烤烟指标 分别在烟苗移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d,在每个小区选取长势一致的烟株10棵,测定株高、叶长、叶宽、茎围、有效叶数,并根据公式：叶面积=叶长×叶宽×0.6345[16]计算叶面积。在烟叶成熟后(移栽后90 d)，选择生长均匀一致的烟株按部位全部采收；烟叶由当地初烤后,各小区取1 kg中部(C3F)等级烟叶,进行烟样的化学成分和香气组成分析；采用AAⅢ型连续流动化学分析仪测定初烤烟样的总氮、还原糖、烟碱、钾、氯含量；将每个处理的烟叶在45 ℃下烘干,磨碎过60目筛,采用内标法(内标为硝基苯),通过HP5890-5972气质联用仪进行中性致香物的定性和定量测定和分析。

1.2.3 烤后烟叶的经济性状 对烤后烟样进行分级,各个级别单独称样、记产。依据当地烟叶收购价格计算产值。

1.3 数据处理

使用DPS 7.05软件,采用Duncan氏新复极差法比较不同处理间各种指标之间的差异;使用OriginPro 8.5进行相关数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式及深度对土壤速效养分及有机质含量的影响

2.1.1 碱解氮含量 不同耕作方式及深度对土壤碱解氮含量的影响见表1。从表1中可以看出,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对4个时期的土壤碱解氮含量均影响显著。其中,耕作方式对移栽后30 d、60 d时土壤碱解氮含量的影响达到了0.001的显著水平,对90 d和120 d时的影响达到了0.01显著水平;耕作深度对移栽后30 d、60 d和90 d时土壤碱解氮含量的影响均达到了0.001显著水平,对120 d时的影响达到了0.01显著水平;两者的交互效应对4个时期土壤碱解氮含量的影响均达到了0.001显著水平。

此外，30 d和60 d时土壤碱解氮含量在3种耕作方式间差异均显著,而90 d和120 d时的土壤碱解氮含量在旋耕和翻地之间差异不显著。总体来看,在3种耕作方式中,以翻地的土壤碱解氮含量最高,其次是旋耕,翻地方式下的土壤碱解氮含量最低。对于两个耕作深度而言,在旋耕方式和翻地方式下,35 cm耕作深度下的土壤碱解氮含量均高于15 cm下的。

表1 耕作方式及深度对土壤碱解氮含量的影响 mg/kg

注:同列数据后附“ns”、“*”、“**”、“***”分别表示在同一时期某因素不同水平间或两个因素互作(不同处理)间差异不显著、在0.05水平下差异显著、在0.01水平下差异显著、在0.001水平下差异显著。下同。

2.1.2 速效钾含量 不同耕作方式及深度对土壤速效钾含量的影响见表2。从表2中可以看出,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对土壤速效钾含量的影响在4个不同的时期不同。其中,耕作方式对30 d、60 d和90 d时土壤速效钾含量的影响分别达到了0.05、0.01和0.001的显著水平;耕作深度只对30 d时土壤速效钾含量的影响极显著；两者交互效应对4个时期土壤速效钾含量的影响均显著,其中30 d、90 d和120 d达到0.001显著水平,60 d达到0.01显著水平。

表2 耕作方式及深度对土壤速效钾含量的影响 mg/kg

2.1.3 速效磷含量 不同耕作方式及深度对土壤速效磷含量的影响见表3。从表3中可以看出,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对土壤速效磷含量的影响在4个不同的时期均显著。其中,耕作方式对30 d和60 d时土壤速效磷含量的影响达到了0.01显著水平,对90 d和120 d时土壤速效磷含量的影响达到了0.001显著水平;耕作深度及两者交互效应对4个时期土壤速效磷含量的影响均达到了0.001显著水平。

在翻地和松土两种耕作方式下,随着耕作深度的增加,土壤中速效磷含量显著降低；而在旋耕方式下,随着耕作深度的增加,90 d和120 d时土壤速效磷含量显著降低。可见对于贵阳市的烟区而言,由于喀斯特地貌,土壤保水保肥能力差,深耕会导致土壤中有效磷的淋失。

表3 耕作方式及深度对土壤速效磷含量的影响 mg/kg

2.1.4 有机质含量 不同耕作方式及深度对土壤有机质含量的影响见表4。从表4中可以看出,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对土壤有机质含量的影响在4个不同的时期有所不同。其中,耕作方式对30 d时土壤有机质含量的影响达到了0.01显著水平,对60 d时土壤有机质含量的影响不显著,对90 d和120 d时土壤有机质含量的影响达到了0.001显著水平;两者交互效应对30 d、60 d、90 d和120 d时土壤有机质含量的影响分别达到了0.01、0.05、0.001和0.001显著水平。

表4 耕作方式及深度对土壤有机质含量的影响 g/kg

2.2 不同耕作方式及深度对土壤酶活性的影响

2.2.1 脲酶活性 不同耕作方式及深度对土壤脲酶活性的影响见表5。从表5中可以看出,除耕作深度对60 d时土壤脲酶活性的影响不显著外,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对土壤脲酶活性的影响均显著。其中,耕作方式及两者交互效应对4个时期土壤脲酶活性的影响均达到了0.001显著水平,而深度对30 d、60 d和120 d时土壤脲酶活性的影响均达到了0.001显著水平。

进一步对试验数据分析发现,耕作方式及深度对不同时期土壤脲酶活性的影响不同。对30 d时土壤脲酶活性而言,在旋耕方式下其随着深度增加而降低,而在翻地和松地方式下其随着深度增加而增加;60 d时土壤脲酶活性的变化趋势与30 d时的相反;对90 d时土壤脲酶活性而言,在旋耕方式和松土方式下其随着深度增加而减少,而在翻地方式下其随着深度增加而增加;在3种耕作方式下,120 d时土壤脲酶活性均有随着深度增加而降低的趋势。

表5 耕作方式及深度对土壤脲酶活性的影响 μg/g

2.2.2 蔗糖酶活性 不同耕作方式及深度对土壤蔗糖酶活性的影响见表6。从表6中可以看出,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对土壤蔗糖酶活性的影响均显著。在旋耕方式下,30 d、60 d、90 d和120 d时的土壤蔗糖酶活性均随着深度的增加而显著降低;在翻地方式下,土壤蔗糖酶活性随着深度的增加而增加;在松地方式下,土壤蔗糖酶活性随着深度的增加也呈现显著增加的趋势。

表6 耕作方式及深度对土壤蔗糖酶活性的影响 μg/g

2.3 不同耕作方式及深度对土壤可溶性碳、氮含量的影响

2.3.1 可溶性碳含量 不同耕作方式及深度对土壤中可溶性碳含量的影响见表7。从表7中可以看出,除耕作方式对120 d时土壤可溶性碳含量的影响不显著外,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对其他几个时期土壤可溶性碳含量的影响均显著。

此外，30 d时土壤可溶性碳含量在松地和旋耕方式下都随着深度增加而增加,而在翻地方式下随着深度增加而下降；60 d时土壤可溶性碳含量在旋耕方式下随着深度增加而增加,而在翻地和松地方式下随着深度增加而降低;90 d时土壤可溶性碳含量在3种耕作方式下均随着深度增加而降低;120 d时土壤可溶性碳含量在旋耕和松地方式下随着深度增加而显著降低,而在翻地方式下随着深度增加而增加。

表7 耕作方式及深度对土壤中可溶性碳含量的影响 mg/kg

2.3.2 可溶性氮含量 不同耕作方式及深度对土壤中可溶性氮含量的影响见表8。从表8中可以看出,除耕作方式对60 d时土壤可溶性氮含量的影响及两者交互效应对90 d时土壤可溶性氮含量的影响不显著外,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对其他几个时期土壤可溶性氮含量的影响均显著。

表8 耕作方式及深度对土壤中可溶性氮含量的影响 mg/kg

2.4 不同耕作方式及深度对烤烟农艺性状的影响

2.4.1 株高 从表9中可以看出,耕作方式对移栽后45～90 d烤烟株高的影响均显著,而深度对株高的影响不显著,两者的交互效应只对75 d时的株高有显著的影响。可见,对于株高而言,主要影响因素为耕作方式。3种耕作方式中以旋耕的效果最显著。可见,对于贵阳市地区的喀斯特地貌而言,由于耕层相对较浅,采取合适的耕作方式尤为关键。

表9 耕作方式及深度对烤烟株高的影响 cm

2.4.2 茎围 由表10可知：耕作方式对60 d和75 d时茎围的影响显著；深度对各时期茎围的影响均不显著；两者的交互效应只对60 d时的茎围有显著的影响。可见,对于茎围而言,主要影响因素为耕作方式。

表10 耕作方式及深度对烤烟茎围的影响 cm

2.4.3 叶片数 表11表明,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对烤烟整个生育期的叶片数均无显著的影响。

表11 耕作方式及深度对烤烟叶片数的影响 片

2.4.4 叶面积 从表12可以看出,耕作方式对烟株叶面积的影响在45 d时显著,而深度对叶面积的影响在75 d时显著,两者的交互效应在各时期均不显著。

2.5 不同耕作方式及深度对烟叶常规化学成分的影响

从表13中可以看出：对于烟叶总糖和还原糖含量而言,其在旋耕方式下随着深度的增加而增加,在松地方式下变化没有规律，而在翻地方式下随着深度的增加而显著降低;烟叶烟碱、钾离子及氯离子含量在几个处理之间并无显著性变化。

表12 耕作方式及深度对烤烟叶面积的影响 m2

表13 耕作方式及深度对烟叶常规化学成分含量的影响 %

2.6 不同耕作方式及深度对烤烟烟叶中性致香物质含量的影响

由表14可见不同处理烟叶的中性致香物质含量存在着较大的差异。从中性致香物质总含量来看,以翻地35 cm下最高,旋耕15 cm下次之；在耕地15 cm深的情况下,旋耕方式下的烟叶中性致香物质含量最高。此外，在旋耕和松土两种方式下烤烟中性致香物质含量随着深度的增加呈现减少趋势。新植二烯和类胡萝卜素类是造成这些差异的主要原因。

表14 耕作方式及深度对烤烟中性致香物质含量的影响 μg/g

续表14：

香气前体物质分类香气成分T1T2T3T4T5T6其他类愈创木酚1.060.910.720.590.981.102,6-壬二烯醛0.160.320.210.210.220.26藏花醛0.180.160.510.940.140.16b-环柠檬醛0.480.500.280.250.310.51螺岩兰草酮0.500.750.610.570.620.68总量2.382.642.332.572.272.72致香物质总量1236.121149.05861.68741.651004.841364.23

2.7 不同耕作方式及深度对烤烟经济性状的影响

从表15中可以看出：烤烟产量以松地35 cm处理下最高,以旋耕15 cm处理下最低；均价以旋耕35 cm处理下最高;产值以旋耕35 cm处理下最高,以翻地15 cm处理下最低;上等烟比例以旋耕15 cm处理下最高,以旋耕35 cm处理下最低;中上等烟比例以旋耕35 cm处理下最高,以翻地15 cm处理下最低。综合看来,以旋耕35 cm处理下的烤烟产值和中上等烟比例最高。

2.8 不同耕作方式及深度对烤烟经济效益的影响

从表16可以看出：在同一耕作方式下,耕作深度35 cm下的产值均高于15 cm下的,其中在翻地方式下前者较后者的增加幅度最大,产值提高了13.01%,新增经济效益为7774.80元/hm2;其次是松地方式下,产值提高了10.53%,新增经济效益为6533.85元/hm2。在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的产值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增经济效益9271.80元/hm2。

表15 耕作方式及深度对烤烟经济性状的影响

表16 耕作方式及深度对烤烟经济效益的影响

注: 1个工(工作8 h)的成本按100元计算。

3 结论与讨论

本研究结果表明：在3种方式中,以翻地下的土壤碱解氮含量最高；在旋耕和翻地方式下,耕深35 cm下的土壤碱解氮含量均高于15 cm下的;在翻地和松地方式中,随着耕作深度的增加,土壤中速效磷含量显著降低。

30 d时土壤脲酶活性在旋耕方式下随着耕作深度增加而降低,而在翻地和松地方式下则相反;90 d时土壤脲酶活性在旋耕和松土方式下随着深度增加而减少,而在翻地方式下则相反;在3种耕作方式下,120 d时土壤脲酶活性均随着深度增加而降低。在旋耕方式下,移栽后30 d、60 d、90 d和120 d时的土壤蔗糖酶活性均随着深度增加而显著降低;在翻地或松地方式下,土壤蔗糖酶活性随着深度的增加而增加或显著增加。

除耕作方式对120 d时土壤可溶性碳含量的影响不显著外,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对其他几个时期土壤可溶性碳含量的影响均显著。除耕作方式对60 d时土壤可溶性氮含量的影响及两者交互效应对90 d时土壤可溶性氮含量的影响不显著外,耕作方式、耕作深度及两者交互效应对其他几个时期土壤可溶性氮含量的影响均显著。

耕作方式对烤烟的株高、茎围影响较大,其中旋耕方式的效果较好。在旋耕方式下烟叶的总糖和还原糖含量随耕作深度增加而增加,在翻地方式下则相反。烟叶中性致香物质总含量以翻地35 cm下最高,以旋耕15 cm下次之，且在旋耕和翻地方式下其随着深度的增加而减少。

在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的烤烟产值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增经济效益9271.80元/hm2。