深耕对植烟土壤温湿度及烤烟根系发育和经济性状的影响

刘智炫，周清明，穰中文*，黎 娟，刘勇军，唐春闺，钟越峰

1. 湖南农业大学农学院，长沙市芙蓉区农大路1 号 410128

2. 湖南省烟草科学研究所，长沙市天心区芙蓉南路一段628 号 410000

3. 湖南省烟草公司长沙市公司，长沙市劳动东路359 号 410007

目前我国植烟区实行以人工、畜力［1］和小型农田耕作机械［2］作业为主的耕作方式，然而长期在该模式下作业使土壤耕层变薄，犁底层增厚［3］，通气透水性能不良，烟株根系不发达，影响了烟叶产质量的形成［4］。深耕（粉垄深耕）是在传统耕作的基础上，进一步地深松耕层土壤，使土壤增加蓄水保湿能力，为作物生长发育提供更为适合的土壤和水分环境。深耕能够打破犁底层，改善土壤耕层结构，提高土壤肥力，从而促进作物的生长发育，进而提高作物的产量［5-6］。有研究表明，深耕能够改善土壤物理结构和理化性质，提高玉米［7］、小麦［8］、水稻［9］、马铃薯［10］等作物产量，而在烟草生产上通过条状超深耕技术可明显改善土壤理化性状，提高烟叶产量［11］。孙敬国等［12］研究发现，深耕能够改善土壤微环境，提高烟叶根系活力和上等烟比例；童文杰等［13］研究指出，深耕措施可显著改变土壤的物理结构（总孔隙度和毛管孔隙度）；潘金华等［14］研究认为，深耕措施配合低肥料用量可协调烟叶化学成分，达到增产提质的效果。前人围绕深耕在烟草上的应用多集中在与施肥相结合，研究土壤养分、理化性质的变化，以及深耕技术对烤烟生长发育和产质量的影响，而对深耕条件下土壤耕层温湿度的变化研究较少。土壤温度是土壤典型特征的重要参数之一，不但影响着土壤的理化性状［15］，同时对作物的生长发育也有着较大影响［16］；土壤湿度是影响土壤微生物群落组成的主要因素之一［17］，对烟株根系发育有显著影响［18］。鉴于此，通过田间试验，研究深耕对烟草全生育期植烟土壤温湿度、烤烟根系生长发育和产量的影响，旨在通过植烟土壤不同耕层温湿度变化，探索烟株根系发育和烟叶增产的机制，为湖南烟区构建环境友好型优质烟叶生产模式提供依据。

1 材料与方法

1.1 地点与材料

试验地点设置在湖南省长沙市浏阳市永安镇（经度113°22′2″，纬度28°17′17″），浏阳市2018 年全年平均气温18.43℃，平均相对湿度80.20%，全年累计降水量1 231.20 mm。烤烟品种为当地主栽品种G80，烤烟移栽期为2018 年3 月23 日，终烤时间7 月16 日，大田生育期115 d。大田生育期温湿度、昼夜温差和降水量见图1 和图2，数据采集自浏阳市气象站。供试土壤质地为壤质砂土，土壤基本理化性质为pH 7.85，全氮1.52 g/kg，全磷0.85 g/kg，全钾20.35 g/kg，有机质26.54 g/kg。

图1 大田生育期大气温湿度及昼夜温差的变化Fig.1 Variations in atmospheric temperature, humidity and temperature difference between day and night during field growth period

图2 大田生育期降水量的变化Fig.2 Variations in precipitation during field growth period

1.2 试验设计

采用单因素试验设计，设置两个处理，分别为对照（CK）：直接旋耕起垄12 cm（当地常规耕作方式）；处理T：运用粉垄深耕深松机（广西五丰机械有限公司）进行深耕30 cm+旋耕起垄。每处理3次重复，每小区行株距为1.20 m×0.50 m，面积为0.03 hm2。除耕作方式外，其他生产管理技术措施均按照当地优质烤烟生产技术规范执行。

1.3 测定项目及方法

采用土壤温湿度记录仪（武汉中科能慧有限公司），利用温湿度感应探头，精确定位土层深度，分土层记录温度、相对湿度，每10 cm 作为一个土层，共4 层，温湿度检测深度40 cm。温湿度的检测方式为每10 min 记录1 次，最终数据以小时平均值和日平均值计算。

土壤温度、相对湿度日较差=当日小时最高值-当日小时最低值

烤烟移栽后20、40、60 和80 d 时，每小区选取长势相近的烟株3 株，采用破坏性取样，参照文献［19］测定其烟株根系下扎深度和一级、二级侧根数量。烟叶烘烤结束后，按照国家烟叶分级标准［20］对每小区烟叶进行分级和产量统计。

1.4 数据处理

利用Excle 和SPSS 24.0 软件进行数据方差分析和作图。采用Duncan’s 新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 深耕对植烟土壤温度的影响

2.1.1 土壤日均温度

图3 不同耕层土壤日均温度的变化Fig.3 Variations in average daily temperature of soils in different arable layers

由图3 可知，大田生育期深耕（T）与常规耕作（CK）相比，不同耕层的土壤日均温度变化趋势基本一致，总体上呈现上升的趋势；且随着土壤耕层的加深日均温度逐渐降低。在30 cm 耕层，深耕的土壤日均温度略高于常规耕作，提高0.20～0.60 ℃，最大温差不超过0.77 ℃。对烤烟大田生育期植烟土壤的温度进行线性回归分析，发现常规耕作和深耕的R2均在0.8 以上，且深耕的R2大于常规耕作，说明深耕的拟合效果优于常规耕作。

2.1.2 土壤温度日较差

由图4 可知，不同耕层常规耕作的土壤温度日较差在0～13 ℃之间，明显高于深耕处理（0～6 ℃）；4 月中旬以后，不同耕层土壤温度日较差总体上变化稳定，常规耕作一般低于5 ℃，深耕处理一般低于3 ℃。说明深耕能有效地降低土壤耕层的温度日较差，日均土壤温度的变化幅度降低。从不同耕层来看，在大田生育前期10 cm 耕层土壤温度日较差变化较大，20 cm 耕层次之；30 cm 和40 cm 耕层土壤温度日较差变化均较小。

2.2 深耕对植烟土壤相对湿度的影响

2.2.1 日均相对湿度

图4 不同处理土壤温度日较差的变化Fig.4 Variations in daily temperature range of soils under different treatments

图5 不同耕层土壤日均相对湿度的变化Fig.5 Variations of average daily relative humidity of soils in different arable layers

由图5 可知，从10 cm 耕层土壤相对湿度来看，CK 土壤相对湿度在30%～40%之间，T 处理相对湿度在26%～40%之间，烤烟整个生育期土壤相对湿度变化幅度均较小。从20 cm 耕层土壤相对湿度来看，CK 土壤相对湿度在32%～51%之间，T处理土壤相对湿度在25%～59%之间，整个生育期土壤相对湿度变化幅度略高于10 cm 耕层土壤。从30 cm 耕层土壤相对湿度来看，CK 土壤相对湿度在34%～55%之间，T 处理土壤相对湿度在29% ～69%之间，整个生育期土壤相对湿度变化幅度较大，总体上T 处理的土壤相对湿度明显高于CK。从40 cm 耕层土壤相对湿度来看，CK 土壤相对湿度在38%～69%之间，T 处理土壤相对湿度在39%～78%之间，总体上T 处理土壤相对湿度明显高于CK。从整个生育期来看，随着耕层深度的加深土壤相对湿度总体上呈上升的趋势，在30 cm 和40 cm 耕层T 处理土壤日均湿度明显高于CK，说明深耕的土壤保湿能力优于常规耕作。

2.2.2 相对湿度日较差

由图6 可知，常规耕作的土壤相对湿度日较差在0～45%之间，深耕的土壤相对湿度日较差在0～36%之间。CK 土壤相对湿度日较差变化幅度较大的是10 cm 耕层；T 处理土壤相对湿度日较差变化幅度较大的是30 cm 耕层和40 cm 耕层，而10 cm耕层土壤变化幅度最小，与CK 相反。

图6 不同处理相对湿度日较差的变化Fig.6 Variations in daily range of relative humidity under different treatments

2.3 深耕对烤烟根系发育的影响

2.3.1 深耕对根系下扎深度的影响

由图7 可知，烟株移栽后20 d，根系下扎深度无显著差异；烟株移栽后40 d，T 处理与CK 相比烟株根系下扎深度增加4.50 cm，差异达到极显著水平（p＜0.01）；烟株移栽后60 d，T 处理与CK 相比烟株根系下扎深度增加4.80 cm，差异达到显著水平（p＜0.05）；烟株移栽后80 d，T 处理比CK 烟株根系下扎深度增加8.07 cm，差异达到极显著水平（p＜0.01）。这说明深耕有利于烟株根系生长。

2.3.2 深耕对烤烟根系生长的影响

由表1 可知，烟株根系一级侧根数在移栽后60 d 时两处理间差异不显著，80 d 时T 处理烟株根系一级侧根数比CK 提高40.57%，差异达到显著水平（p＜0.05）；二级侧根数在60 d 时T 处理的二级侧根数比CK 处理提高26.37%，差异达到极显著水平（p＜0.01），移栽后80 d T 处理的烟株根系二级侧根数比CK 提高36.35%，差异达到极显著水平（p＜0.05）。

图7 烟株根系下扎深度的比较Fig.7 Depth of root system of tobacco plant

表1 不同处理侧根数量的比较Tab.1 Comparison of numbers of lateral roots between different treatments

2.4 深耕对烤烟经济性状的影响

由表2 可知，处理与对照间的烤烟经济性状指标差异达到显著水平。T 处理产量与CK 相比提高7.44%，差异达到显著水平（p＜0.05）；T 处理上等烟比例比CK 提高33.44%，差异达到极显著水平（p＜0.01）；T 处理均价比CK 提高17.66%，差异达到极显著水平（p＜0.01）；T 处理产值比CK 提高26.51%，差异也达到极显著水平（p＜0.01）。说明深耕能够显著提高烤烟的产量和产值。

表2 不同处理烤烟经济性状指标的比较Tab.2 Comparison of economic traits of flue-cured tobacco between different treatments

3 讨论

本研究表明，大田生育期不同耕层土壤日均温度总体上呈上升趋势，且日均温度随着土壤耕层的加深而逐渐降低，这与陆华天等［21］的研究结果相似。深耕的土壤温度日较差明显低于常规耕作，说明深耕能够明显降低土壤日均温度的波动，使土壤昼夜温差减小。其原因可能是由于深耕打破了土壤犁底层，改变了土壤原有的耕层结构，造成不同土层的土壤上下悬浮交换［22］，使土层间土壤结构变化均匀、土壤变得疏松，从而有利于土壤温度的传导，降低了不同耕层的土壤日均温度的变化幅度。本研究中大气昼夜温差基本在5～15 ℃之间，有研究表明昼夜温差大，有利于烟株的养分运输，进而促进烟株生长发育［23］，也有学者［24］认为昼夜温差小有利于烟株的生长发育，但其作用机制尚不明确，有待进一步深入研究。

土壤湿度的稳定可为作物生长提供良好的土壤环境［25］。Zhu 等［26］研究表明土壤相对湿度随着耕层的加深而增加；本研究表明，随着土壤耕层深度的加深土壤相对湿度呈现上升的趋势，与文献［26］的研究结果一致。本研究中，在30 cm和40 cm耕层深耕的土壤日均相对湿度明显高于常规耕作，这可能与深耕方式有利于土壤水分下渗，提高深层土壤的蓄水保湿能力有关［27］。

前人研究表明，深耕能够促进作物的根系生长、增加水分利用率、提高产量和经济效益［14，28］。本研究中，烤烟移栽后60 d 两处理烤烟一级侧根数的差异不显著，而移栽后80 d 的差异达到显著水平，这可能是由于60 d 时烤烟正处于旺长初期，一级侧根发育尚不完全；而移栽后80 d 时烤烟处于旺长后期，烟株一级侧根的发育基本完成，因此造成差异。本试验对深耕处理土壤温湿度的变化进行了初步研究，而有关土壤温湿度影响烤烟根系生长的机制还有待进一步试验。

4 结论

大田生育期不同土层温度总体上呈上升的变化趋势，与大气温度变化基本一致，且日均温度随着土壤耕层的加深而逐渐降低，且深耕的土壤温度日较差明显低于常规耕作。土壤相对湿度随着耕层深度的加深呈现上升的趋势，在30 cm 和40 cm耕层深耕的土壤日均相对湿度明显高于常规耕作，增加了耕层土壤的保湿能力，为根系生长的水分需求提供了保障。烤烟移栽后80 d，深耕的根系下扎深度增加8.07 cm，差异达到极显著水平（p＜0.01），且增加了一级、二级侧根数量。深耕处理的烟叶产量比常规耕作提高7.44%，上等烟比例提高33.44%，产值提高26.51%。因此，深耕可减少不同耕作层土壤温度日较差，增加土壤的保湿能力，促进烤烟根系的生长发育，进而提高烟草的产量和产值。