不同耕作方式及耕地深度對貴陽植煙土壤及烤煙質量的影響

刁朝強,鄧兆權,林 松,祖慶學,饒 陳,任春燕,李余江,程傳策

(1.貴州省煙草公司 貴陽市公司,貴州 貴陽 550001;2.河南農業大學 煙草學院,河南 鄭州 450002)

貴陽煙區為喀斯特地貌,耕層較薄,再加上煙草常年連作、化肥的大量施用、有機肥用量不足等,致使植煙土壤耕性退化、土壤結構遭到破壞、有機質含量下降、土壤生物活性降低、營養元素利用率下降,最終造成烤煙的產量和品質下降[1-6]。因此尋求提高煙田土壤質量、改善煙田土壤環境、保障烤煙產質量穩步提升,同時不增加種煙成本、不破壞植煙土壤環境的耕作方式顯得十分迫切。

耕作方式對土壤質量有重要影響。當前貴陽煙區旋耕為主要耕作方式,但長期旋耕造成土壤耕層變淺、結構緊實、土壤團聚體數量減少,進而導致植煙土壤水、肥、氣、熱供給不協調,土壤質量明顯下降,從而限制了煙株根系生長發育,阻礙了烤煙產量和品質的提高。越來越多的研究表明,耕作方式的改良可以有效地改善耕層土壤質量。周虎等[7]的研究結果表明旋耕處理盡管可以使表層土壤容重降低,但也導致土壤犁底層變淺。孔曉民等[8]和劉淑梅等[9]的研究結果均表明深耕可以打破犁底層,降低深層土壤容重。肖慧等[10]的研究結果表明深耕能夠保持土壤疏松和水分適宜,有益于土壤的熟化,增強肥力,加速土壤升溫,改善土壤微生物群落的活動,加速有機物的利用和分解,緩解自毒物質及病原微生物對植物的傷害。孫敬國等[11]研究發現深耕有助于提升土壤溫度,改善土壤微環境,提升煙株根系活力和提高煙葉產量。孟祥東等[12]的研究結果表明深耕+前膜后草覆蓋促進了烤煙葉片葉綠素的降解,維持了較高的類胡蘿卜索及其降解產物的含量,有效地提高了烤煙品質。

目前,何種耕作方式更有利于煙草的生長及土壤肥力的保持,尚無定論,為此,本文系統比較了不同耕作方式及耕作深度對煙田土壤物理、化學和生物性狀的影響,以期更好地改良煙田土壤結構,提高煙葉品質。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

本試驗于2017年3～9月在貴陽市開陽縣進行,供試烤煙品種為當地主栽品種云煙87。試驗地土壤類型為黃壤土,在4月20日移栽,株行距為50 cm×120 cm,土壤基礎肥力狀況為有機質28.32 mg/g、堿解氮50.24 mg/kg、速效鉀118.57 mg/kg、速效磷17.98 mg/kg。本試驗設兩個因素：耕作方式和耕作深度,其中耕作方式又設旋耕、松地和翻地3個水平,耕作深度又設15 cm和35 cm,共組合成6個處理,分別為: T1為旋耕15 cm,T2為旋耕35 cm,T3為松地15 cm,T4為松地35 cm,T5為翻地15 cm,T6為翻地35 cm。每個處理3次重復,采用隨機區組排列,每個小區面積為66.7 m2。試驗田各處理所有農事操作在同一天內完成；其它田間管理措施均按當地煙葉生產技術方案。

1.2 測定項目與測定方法

1.2.1 土壤指標 分別在移栽后30 d、60 d、90 d、120 d，在試驗地各小區按五點取樣法采集耕層土壤,以煙株為圓心，在半徑5 cm、深度10～20 cm處采集土樣,每個小區取1份；將部分鮮土保存于4 ℃冰箱里，用于測量土壤微生物量碳和水溶性碳；將剩余土樣風干后過篩，用于測定土壤養分含量。土壤水溶性碳、氮含量的測定采用水提取過濾,用TOC儀測定浸提液濃度的方法[13]。土壤微生物量碳、氮的測定采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法,熏蒸和未熏蒸的樣品分別用0.5 mol/L的K2SO4浸提30 min,用TOC儀測定浸提液濃度[14]。土壤有機質含量的測定采用重鉻酸鉀氧化法[13]。土壤堿解氮含量的測定采用堿解擴散法[13]。土壤速效磷含量的測定采用釩鉬藍比色法[13]。土壤速效鉀含量的測定采用火焰光度計法[13]。土壤脲酶活性的測定采用比色法[15]。土壤蔗糖酶活性的測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法[15]。

1.2.2 烤煙指標 分別在煙苗移栽后30 d、45 d、60 d、75 d、90 d,在每個小區選取長勢一致的煙株10棵,測定株高、葉長、葉寬、莖圍、有效葉數,并根據公式：葉面積=葉長×葉寬×0.6345[16]計算葉面積。在煙葉成熟后(移栽后90 d)，選擇生長均勻一致的煙株按部位全部采收；煙葉由當地初烤后,各小區取1 kg中部(C3F)等級煙葉,進行煙樣的化學成分和香氣組成分析；采用AAⅢ型連續流動化學分析儀測定初烤煙樣的總氮、還原糖、煙堿、鉀、氯含量；將每個處理的煙葉在45 ℃下烘干,磨碎過60目篩,采用內標法(內標為硝基苯),通過HP5890-5972氣質聯用儀進行中性致香物的定性和定量測定和分析。

1.2.3 烤后煙葉的經濟性狀 對烤后煙樣進行分級,各個級別單獨稱樣、記產。依據當地煙葉收購價格計算產值。

1.3 數據處理

使用DPS 7.05軟件,采用Duncan氏新復極差法比較不同處理間各種指標之間的差異;使用OriginPro 8.5進行相關數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式及深度對土壤速效養分及有機質含量的影響

2.1.1 堿解氮含量 不同耕作方式及深度對土壤堿解氮含量的影響見表1。從表1中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對4個時期的土壤堿解氮含量均影響顯著。其中,耕作方式對移栽后30 d、60 d時土壤堿解氮含量的影響達到了0.001的顯著水平,對90 d和120 d時的影響達到了0.01顯著水平;耕作深度對移栽后30 d、60 d和90 d時土壤堿解氮含量的影響均達到了0.001顯著水平,對120 d時的影響達到了0.01顯著水平;兩者的交互效應對4個時期土壤堿解氮含量的影響均達到了0.001顯著水平。

此外，30 d和60 d時土壤堿解氮含量在3種耕作方式間差異均顯著,而90 d和120 d時的土壤堿解氮含量在旋耕和翻地之間差異不顯著。總體來看,在3種耕作方式中,以翻地的土壤堿解氮含量最高,其次是旋耕,翻地方式下的土壤堿解氮含量最低。對于兩個耕作深度而言,在旋耕方式和翻地方式下,35 cm耕作深度下的土壤堿解氮含量均高于15 cm下的。

表1 耕作方式及深度對土壤堿解氮含量的影響 mg/kg

注:同列數據后附“ns”、“*”、“**”、“***”分別表示在同一時期某因素不同水平間或兩個因素互作(不同處理)間差異不顯著、在0.05水平下差異顯著、在0.01水平下差異顯著、在0.001水平下差異顯著。下同。

2.1.2 速效鉀含量 不同耕作方式及深度對土壤速效鉀含量的影響見表2。從表2中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對土壤速效鉀含量的影響在4個不同的時期不同。其中,耕作方式對30 d、60 d和90 d時土壤速效鉀含量的影響分別達到了0.05、0.01和0.001的顯著水平;耕作深度只對30 d時土壤速效鉀含量的影響極顯著；兩者交互效應對4個時期土壤速效鉀含量的影響均顯著,其中30 d、90 d和120 d達到0.001顯著水平,60 d達到0.01顯著水平。

表2 耕作方式及深度對土壤速效鉀含量的影響 mg/kg

2.1.3 速效磷含量 不同耕作方式及深度對土壤速效磷含量的影響見表3。從表3中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對土壤速效磷含量的影響在4個不同的時期均顯著。其中,耕作方式對30 d和60 d時土壤速效磷含量的影響達到了0.01顯著水平,對90 d和120 d時土壤速效磷含量的影響達到了0.001顯著水平;耕作深度及兩者交互效應對4個時期土壤速效磷含量的影響均達到了0.001顯著水平。

在翻地和松土兩種耕作方式下,隨著耕作深度的增加,土壤中速效磷含量顯著降低；而在旋耕方式下,隨著耕作深度的增加,90 d和120 d時土壤速效磷含量顯著降低。可見對于貴陽市的煙區而言,由于喀斯特地貌,土壤保水保肥能力差,深耕會導致土壤中有效磷的淋失。

表3 耕作方式及深度對土壤速效磷含量的影響 mg/kg

2.1.4 有機質含量 不同耕作方式及深度對土壤有機質含量的影響見表4。從表4中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對土壤有機質含量的影響在4個不同的時期有所不同。其中,耕作方式對30 d時土壤有機質含量的影響達到了0.01顯著水平,對60 d時土壤有機質含量的影響不顯著,對90 d和120 d時土壤有機質含量的影響達到了0.001顯著水平;兩者交互效應對30 d、60 d、90 d和120 d時土壤有機質含量的影響分別達到了0.01、0.05、0.001和0.001顯著水平。

表4 耕作方式及深度對土壤有機質含量的影響 g/kg

2.2 不同耕作方式及深度對土壤酶活性的影響

2.2.1 脲酶活性 不同耕作方式及深度對土壤脲酶活性的影響見表5。從表5中可以看出,除耕作深度對60 d時土壤脲酶活性的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對土壤脲酶活性的影響均顯著。其中,耕作方式及兩者交互效應對4個時期土壤脲酶活性的影響均達到了0.001顯著水平,而深度對30 d、60 d和120 d時土壤脲酶活性的影響均達到了0.001顯著水平。

進一步對試驗數據分析發現,耕作方式及深度對不同時期土壤脲酶活性的影響不同。對30 d時土壤脲酶活性而言,在旋耕方式下其隨著深度增加而降低,而在翻地和松地方式下其隨著深度增加而增加;60 d時土壤脲酶活性的變化趨勢與30 d時的相反;對90 d時土壤脲酶活性而言,在旋耕方式和松土方式下其隨著深度增加而減少,而在翻地方式下其隨著深度增加而增加;在3種耕作方式下,120 d時土壤脲酶活性均有隨著深度增加而降低的趨勢。

表5 耕作方式及深度對土壤脲酶活性的影響 μg/g

2.2.2 蔗糖酶活性 不同耕作方式及深度對土壤蔗糖酶活性的影響見表6。從表6中可以看出,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對土壤蔗糖酶活性的影響均顯著。在旋耕方式下,30 d、60 d、90 d和120 d時的土壤蔗糖酶活性均隨著深度的增加而顯著降低;在翻地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加而增加;在松地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加也呈現顯著增加的趨勢。

表6 耕作方式及深度對土壤蔗糖酶活性的影響 μg/g

2.3 不同耕作方式及深度對土壤可溶性碳、氮含量的影響

2.3.1 可溶性碳含量 不同耕作方式及深度對土壤中可溶性碳含量的影響見表7。從表7中可以看出,除耕作方式對120 d時土壤可溶性碳含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對其他幾個時期土壤可溶性碳含量的影響均顯著。

此外，30 d時土壤可溶性碳含量在松地和旋耕方式下都隨著深度增加而增加,而在翻地方式下隨著深度增加而下降；60 d時土壤可溶性碳含量在旋耕方式下隨著深度增加而增加,而在翻地和松地方式下隨著深度增加而降低;90 d時土壤可溶性碳含量在3種耕作方式下均隨著深度增加而降低;120 d時土壤可溶性碳含量在旋耕和松地方式下隨著深度增加而顯著降低,而在翻地方式下隨著深度增加而增加。

表7 耕作方式及深度對土壤中可溶性碳含量的影響 mg/kg

2.3.2 可溶性氮含量 不同耕作方式及深度對土壤中可溶性氮含量的影響見表8。從表8中可以看出,除耕作方式對60 d時土壤可溶性氮含量的影響及兩者交互效應對90 d時土壤可溶性氮含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對其他幾個時期土壤可溶性氮含量的影響均顯著。

表8 耕作方式及深度對土壤中可溶性氮含量的影響 mg/kg

2.4 不同耕作方式及深度對烤煙農藝性狀的影響

2.4.1 株高 從表9中可以看出,耕作方式對移栽后45～90 d烤煙株高的影響均顯著,而深度對株高的影響不顯著,兩者的交互效應只對75 d時的株高有顯著的影響。可見,對于株高而言,主要影響因素為耕作方式。3種耕作方式中以旋耕的效果最顯著。可見,對于貴陽市地區的喀斯特地貌而言,由于耕層相對較淺,采取合適的耕作方式尤為關鍵。

表9 耕作方式及深度對烤煙株高的影響 cm

2.4.2 莖圍 由表10可知：耕作方式對60 d和75 d時莖圍的影響顯著；深度對各時期莖圍的影響均不顯著；兩者的交互效應只對60 d時的莖圍有顯著的影響。可見,對于莖圍而言,主要影響因素為耕作方式。

表10 耕作方式及深度對烤煙莖圍的影響 cm

2.4.3 葉片數 表11表明,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對烤煙整個生育期的葉片數均無顯著的影響。

表11 耕作方式及深度對烤煙葉片數的影響 片

2.4.4 葉面積 從表12可以看出,耕作方式對煙株葉面積的影響在45 d時顯著,而深度對葉面積的影響在75 d時顯著,兩者的交互效應在各時期均不顯著。

2.5 不同耕作方式及深度對煙葉常規化學成分的影響

從表13中可以看出：對于煙葉總糖和還原糖含量而言,其在旋耕方式下隨著深度的增加而增加,在松地方式下變化沒有規律，而在翻地方式下隨著深度的增加而顯著降低;煙葉煙堿、鉀離子及氯離子含量在幾個處理之間并無顯著性變化。

表12 耕作方式及深度對烤煙葉面積的影響 m2

表13 耕作方式及深度對煙葉常規化學成分含量的影響 %

2.6 不同耕作方式及深度對烤煙煙葉中性致香物質含量的影響

由表14可見不同處理煙葉的中性致香物質含量存在著較大的差異。從中性致香物質總含量來看,以翻地35 cm下最高,旋耕15 cm下次之；在耕地15 cm深的情況下,旋耕方式下的煙葉中性致香物質含量最高。此外，在旋耕和松土兩種方式下烤煙中性致香物質含量隨著深度的增加呈現減少趨勢。新植二烯和類胡蘿卜素類是造成這些差異的主要原因。

表14 耕作方式及深度對烤煙中性致香物質含量的影響 μg/g

續表14：

香氣前體物質分類香氣成分T1T2T3T4T5T6其他類愈創木酚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-環檸檬醛0.480.500.280.250.310.51螺巖蘭草酮0.500.750.610.570.620.68總量2.382.642.332.572.272.72致香物質總量1236.121149.05861.68741.651004.841364.23

2.7 不同耕作方式及深度對烤煙經濟性狀的影響

從表15中可以看出：烤煙產量以松地35 cm處理下最高,以旋耕15 cm處理下最低；均價以旋耕35 cm處理下最高;產值以旋耕35 cm處理下最高,以翻地15 cm處理下最低;上等煙比例以旋耕15 cm處理下最高,以旋耕35 cm處理下最低;中上等煙比例以旋耕35 cm處理下最高,以翻地15 cm處理下最低。綜合看來,以旋耕35 cm處理下的烤煙產值和中上等煙比例最高。

2.8 不同耕作方式及深度對烤煙經濟效益的影響

從表16可以看出：在同一耕作方式下,耕作深度35 cm下的產值均高于15 cm下的,其中在翻地方式下前者較后者的增加幅度最大,產值提高了13.01%,新增經濟效益為7774.80元/hm2;其次是松地方式下,產值提高了10.53%,新增經濟效益為6533.85元/hm2。在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的產值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增經濟效益9271.80元/hm2。

表15 耕作方式及深度對烤煙經濟性狀的影響

表16 耕作方式及深度對烤煙經濟效益的影響

注: 1個工(工作8 h)的成本按100元計算。

3 結論與討論

本研究結果表明：在3種方式中,以翻地下的土壤堿解氮含量最高；在旋耕和翻地方式下,耕深35 cm下的土壤堿解氮含量均高于15 cm下的;在翻地和松地方式中,隨著耕作深度的增加,土壤中速效磷含量顯著降低。

30 d時土壤脲酶活性在旋耕方式下隨著耕作深度增加而降低,而在翻地和松地方式下則相反;90 d時土壤脲酶活性在旋耕和松土方式下隨著深度增加而減少,而在翻地方式下則相反;在3種耕作方式下,120 d時土壤脲酶活性均隨著深度增加而降低。在旋耕方式下,移栽后30 d、60 d、90 d和120 d時的土壤蔗糖酶活性均隨著深度增加而顯著降低;在翻地或松地方式下,土壤蔗糖酶活性隨著深度的增加而增加或顯著增加。

除耕作方式對120 d時土壤可溶性碳含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對其他幾個時期土壤可溶性碳含量的影響均顯著。除耕作方式對60 d時土壤可溶性氮含量的影響及兩者交互效應對90 d時土壤可溶性氮含量的影響不顯著外,耕作方式、耕作深度及兩者交互效應對其他幾個時期土壤可溶性氮含量的影響均顯著。

耕作方式對烤煙的株高、莖圍影響較大,其中旋耕方式的效果較好。在旋耕方式下煙葉的總糖和還原糖含量隨耕作深度增加而增加,在翻地方式下則相反。煙葉中性致香物質總含量以翻地35 cm下最高,以旋耕15 cm下次之，且在旋耕和翻地方式下其隨著深度的增加而減少。

在不同耕作方式、不同耕作深度下,以松土35 cm的烤煙產值最高,比翻地15 cm提高了15.45%,新增經濟效益9271.80元/hm2。