烤煙油菜輪作與施肥對植煙土壤磷素含量及有效性的影響

茍小梅，曾興鑫，張 毅*，蔡 艷，李 濤，顧 勇，陳韻松，張 瀟

（1.四川農業大學資源學院，成都 611130；2.四川省煙草公司瀘州市公司，四川瀘州 646000）

連作是我國烤煙常見種植模式，其易導致植煙土壤養分失調、病蟲害加重、微環境和微生物區系改變，進而影響烤煙的生長發育[1]。大量研究表明，烤煙輪作、合理施肥和品種優化均能減輕連作障礙對烤煙產質量的影響[2-4]。王家順等[5]研究發現，烤煙與小麥、油菜、馬鈴薯輪作時，現蕾期長勢明顯優于烤煙連作，且能明顯改善煙葉品質，使煙葉內在化學成分更加協調。同時，輪作還能提高土壤微生物多樣性[6]，減少烤煙病蟲害的發生[7]。此外，平衡優化施肥能改善土壤理化性質，改變有益微生物的結構和數量，為烤煙生長提供良好的微生態環境[8]；且有機肥可以通過促進微生物的繁殖以增加土壤酚酸類物質的消耗，進而減輕烤煙連作障礙帶來的不利影響[9]。

磷作為植物生長的必需元素，土壤是其主要的供給庫，因此磷在土壤中的含量多少和有效性高低可對植物生長發育產生直接影響[10]。調查顯示，四川耕地土壤缺磷面積占1/2 以上[11]，如何在提高土壤磷素有效性的同時減輕烤煙連作障礙顯得至關重要。為此，瀘州宜賓等煙區曾大力推廣烤煙-箭筈豌豆輪作，但箭筈豌豆作為一種綠肥，無任何經濟收益，農民普遍接受度不高。油菜屬于油料作物，在活化土壤磷素方面作用顯著[12]，且在四川地區廣泛栽培。因此本研究擬選取烤煙與3 個品種的油菜輪作，在四川省瀘州市分別選用不施肥、單施化肥及有機肥化肥配施3 種施肥制度，研究烤煙油菜輪作與施肥對植煙土壤磷素含量和有效性的影響，以期為優化種植制度，提高土壤磷素有效性提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 研究區域概況

研究地點位于四川省瀘州市古藺縣箭竹苗族鄉，地處川東南。土壤類型有黃壤、水稻土、紫色土等。年平均氣溫17.7 ℃，地溫15 ℃左右，無霜期200 d，年均降水量近 710.5～1 033.9 mm，年蒸發量1 230 mm，相對濕度76%，屬云貴高原氣候。當地經濟作物以烤煙為主，素有“烤煙基地之鄉”的美稱，是什邡卷煙廠指定煙葉生產基地之一。

1.2 供試材料

供試土壤：黃壤，其基本理化性質為：pH 值5.18、全氮0.51g/kg、有機質35.16g/kg、堿解氮117.66mg/kg、速效鉀178.49 mg/kg、有效磷20.54 mg/kg。

供試油菜：川渝地區廣泛栽培的中早熟品種，分別為“重蓉油1 號”（成都市農林科學院選育，親本為 07GA×01 Tr47-1）、“德油早 1 號”（四川省三星堆油菜研究所選育，親本為核不育兩用系9701 AB×雙低品系 9508）和“GSX-1”（四川農業大學作物育種系選育，親本為DY6AB×2H293R）。

供試煙草：云煙87，由瀘州市煙草公司提供。

1.3 試驗設計與處理

試驗采取裂區設計，主因素為油菜或冬閑，設4個水平：冬閑（A1）、重蓉油 1 號（A2）、德油早 1 號（A3）、GSX-1（A4）；副因素為施肥制度，設 3 個水平：不施肥（CK），有機肥化肥配施（NPKM），施化肥（NPK，習慣施肥）。共12 個處理，3 次重復。田間隨機區組排列。

試驗于2015年9 月15 日進行油菜播種及育苗，苗齡30 d 左右，10 月11 日移栽。按當地習慣方式移栽：油菜種于煙壟上，煙壟間距1.2 m，油菜株距0.4 m，行距0.3 m，小區面積60 m2。當地油菜習慣施肥量為：N 129 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料為復合肥（8-16-24）和尿素（46-0-0），復合肥作基肥，用量為 750 kg/hm2，尿素在移栽后30 d 追施，用量為150 kg/hm2。有機肥為酒糟有機肥（2-1-2），用量為 750 kg/hm2，基施，同時扣減復合肥中氮磷鉀肥料用量。各處理按試驗設計施肥，施肥方法均為穴施。油菜收獲后，將每一小區規整后移栽煙草。煙草季（含種油菜或冬閑前茬煙草）的施肥情況為：每公頃純養分施用量為555 kg，其中 N、P2O5、K2O 施用比為 1∶1.4∶2.69，移栽前 15 d將底肥（70% N、100% P2O5、60% K2O）條施進溝，覆土起壟蓋膜，移栽后7～10 d 第1 次追肥（30% N，12% K2O），栽后 35～ 45 d 第2 次追肥（28% K2O）。烤煙其他生產管理措施按當地生產規范進行。

1.4 土壤樣品采集

在油菜尚未移栽前，選擇晴天的上午按5 點混合取樣法采集試驗地0～20 cm 耕層土壤樣品；在烤煙移栽后至收獲的 30、60、90、120 d，在每個小區采用蛇形法多點采取距植株0～20 cm 耕層土樣，混合均勻后，去除石礫及動植物殘渣，取部分鮮樣置于4 ℃冰箱保存，剩余土樣經過風干、磨細、分別過2.00 mm 孔徑（10 目）和 0.149 mm 孔徑（100 目）的篩子、混勻保存以備用。

1.5 分析方法

土壤樣品分析測定項目參照《土壤農業化學分析方法》[13]，具體方法如下：

土壤全磷：酸溶-鉬銻抗比色法測定。

土壤有效磷：Olsen 法測定。

酸性磷酸酶：采用J.Sardans 等[14]的方法。

1.6 數據處理

數據分析過程中，區組以隨機因子對待，其余的因子（油菜品種、施肥方式）均以固定因子處理。處理間的交互作用顯著性分析均用標準F 檢驗進行，采用最小顯著差數法（LSD）進行多重比較；所有數據均運用 Microsoft Excel 2013 處理、作圖，SPSS20.0 進行統計分析。

磷素活化系數（PAC）=有效磷/（全磷×1 000）×100%[15]

2 結果與分析

2.1 烤煙油菜輪作及施肥對土壤全磷的影響

由表1 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個生長時期對土壤全磷的影響均達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應僅在90 d時達顯著水平。在90 d 之前，各輪作處理土壤全磷含量均高于連作，其中重蓉油1 號、GSX-1 與連作達顯著差異，分別比連作提高了1.70%～4.85%、2.27%～4.85%；120 d 時，土壤全磷含量在1.69～1.75 g/kg之間，GSX-1 處理最高，且顯著高于連作處理，其他品種之間無明顯差異。此外，在烤煙各個生育時期，NPKM 和NPK 處理的全磷含量均顯著高于對照，而NPKM 與NPK 處理之間無明顯差異。一個輪作周期后，NPKM 和NPK 處理全磷含量相較對照提高了9.26%、9.88%。

2.2 烤煙油菜輪作及施肥對土壤有效磷的影響

由表2 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個生長時期對土壤有效磷的影響均達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應均未達顯著水平。相同處理下，土壤有效磷含量隨著烤煙生育期的推進呈逐漸下降的趨勢。在同一生長時期，各輪作處理有效磷含量均高于連作，除30 d 的GSX-1 處理外，其余均達到顯著水平。在輪作處理中，重蓉油1 號處理的土壤有效磷含量在整個烤煙季均最大，德油早1 號次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 號相較GSX-1 提高了5.18%～14.39%。此外，在烤煙各個生育時期，施肥對土壤有效磷含量的影響表現為NPKM ＞NPK ＞CK，且均達到顯著水平。一個輪作周期后，NPKM 和NPK 處理有效磷含量相較CK 提高了 18.84%、10.12%。

表2 烤煙油菜輪作及施肥對土壤有效磷的影響Table 2 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil available phosphorus mg·kg-1

2.3 烤煙油菜輪作及施肥對土壤磷素活化系數的影響

磷素活化系數（PAC）通常用來表征土壤磷素活化能力，其值越大，土壤磷素有效性越高[16]。由圖1分析可知，在同一生長時期，各輪作處理的土壤磷素活化系數均高于連作，30 d 的GSX-1 處理除外。在輪作處理中，重蓉油1 號處理的磷素活化系數在整個烤煙季均最大，德油早1 號次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 號相較GSX-1 提高了2.17%～15.66%。除此之外，各主處理土壤磷素活化系數變化趨勢基本一致，隨烤煙生育期的推進總體呈下降趨勢。在所有主處理下，NPKM 處理的土壤磷素活化系數在烤煙生長前期明顯高于CK 和NPK 處理，分別提高了22.78%～45.92%、15.39%～48.22%。隨著生育期的推進，差異幅度逐漸減小，而CK 和NPK 處理在烤煙整個生長期差異都不大。

2.4 烤煙油菜輪作及施肥對土壤酸性磷酸酶的影響

由表4 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個生長時期對土壤酸性磷酸酶的影響均達到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應均未達顯著水平。相同處理下，土壤酸性磷酸酶含量隨著烤煙生育期的推進呈先減小后增加的趨勢。在烤煙同一生長時期，各輪作處理的土壤酸性磷酸酶含量均顯著高于連作，提升幅度為4.29%～13.52%。在輪作處理中，重蓉油1 號處理酸性磷酸酶含量在整個烤煙季均最大，30 天時各品種間無顯著差異，其余時期均顯著高于GSX-1 處理，分別增加了6.00%、7.11%、5.60%。此外，在烤煙各個生育時期，施肥對土壤酸性磷酸酶含量的影響表現為NPKM＞NPK＞CK，除 120 d 外，其余時期 NPKM、NPK 與對照差異顯著。一個輪作周期后，NPKM 處理的土壤酸性磷酸酶活性較CK 和NPK 處理分別提高了6.87%、5.26%。

2.5 土壤磷素指標間的相關關系

將土壤全磷、有效磷、磷素活化系數與酸性磷酸酶相互做Pearson 相關性分析，結果如表5 所示。土壤磷素活化系數與有效磷、酸性磷酸酶均呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數達到0.975、0.914，而與全磷含量表現為負相關。除此之外，酸性磷酸酶與全磷、有效磷也具有正相關關系，其中與有效磷的相關系數為0.929，達到極顯著相關水平。而全磷與有效磷雖存在正相關關系，但未達到顯著水平。

3 討論與結論

圖1 烤煙油菜輪作及施肥對土壤磷素活化系數的影響Figure 1 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil phosphorus activation coefficient

表4 烤煙油菜輪作及施肥對土壤酸性磷酸酶的影響Table 4 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil acid phosphatase mg·g-1·d-1

土壤全磷反映土壤磷庫的大小和潛在的供磷能力，主要來源于成土母質和肥料[17]。而有效磷作為土壤磷庫中最有效的部分，是表征土壤供磷能力、確定磷肥用量和評價農田磷環境風險的關鍵指標[18]。二者之比則為磷素活化系數（PAC），可用來衡量土壤磷素的有效性。相關研究表明，PAC 小于2.0%時說明全磷很難轉化為有效磷，有效性不高[19]。本研究發現，相比烤煙連作，烤煙油菜輪作能顯著提高土壤中全磷、有效磷含量，這與李清華等[20]的結論相同，主要原因是作物對土壤養分具有特定的選擇性吸收規律，亦能通過根系分泌物、根茬或土壤生物群落結構等因素影響土壤養分庫組成，導致土壤養分強度發生變化[21]。除此之外，王婷婷等[22]研究發現，施肥（尤其是施有機肥）能顯著提高土壤的磷素活化系數；張建軍等[23]也有類似的研究結果。而在本研究中，單施化肥和有機肥化肥配施處理PAC 值在烤煙整個生長季均高于不施肥，且差異達到顯著水平。同時有機肥化肥配施處理的PAC 值均高于單施化肥，原因在于有機肥施入后土壤有機質含量增加，其分解產生的有機酸能活化無效磷，且磷的部分吸附位點被有機肥產生的有機陰離子占據，使土壤對磷的吸附能力降低，磷素有效性提高[24]。

表5 土壤磷含量與酸性磷酸酶的相關關系Table 5 Correlation between soil phosphorus content and acid phosphatase

土壤磷酸酶可催化磷酸肝或脂類的水解，其活性的高低直接影響著有機磷的分解轉化及其生物有效性[25]，其中酸性磷酸單酯酶對土壤磷素變化較為敏感[26]，與植物的磷素養分關系更為密切。本研究中，烤煙油菜輪作下土壤酸性磷酸酶活性高于烤煙連作，且差異達到顯著水平。一個輪作周期后，輪作處理的酸性磷酸酶含量提高了7.20%～13.20%，這與尤垂淮[27]的研究結論一致，但與賈健等[28]的結論存在差異，這可能與烤煙品種、采樣時期和土壤自身肥力等因素有關。除此之外，汪林等[29]通過田間小區試驗，研究了不同施肥對提高烤煙生育期內土壤酶活性和供肥能力的影響，結果發現，各施肥處理較不施肥均能提高土壤酸性磷酸酶活性，這與本研究結果相似。在本研究中，在烤煙各個生育時期，施肥對土壤酸性磷酸酶含量的影響表現為有機肥化肥配施＞單施化肥＞不施肥，除烤煙成熟期外，其余時期有機肥化肥配施、單施化肥處理與不施肥差異顯著。而在烤煙生長中后期，有機肥化肥配施處理的酸性磷酸酶含量顯著高于單施化肥，原因可能是烤煙生長中后期土壤溫度上升，促進了有機肥、植物殘體的分解，土壤微生物可利用的營養成分增多，活性增強，酸性磷酸酶活性提高，從而促進了土壤磷素循環[30]。

相比烤煙連作，烤煙油菜輪作能顯著提高土壤全磷、有效磷含量及酸性磷酸酶活性，其中重蓉油1號提高有效磷含量和酸性磷酸酶活性效果最顯著。此外，有機肥化肥配施有利于促進土壤磷素轉化過程，增加有效磷含量，其磷素活化能力明顯優于單施化肥和不施肥處理。綜上，重蓉油1 號油菜與烤煙輪作和有機肥化肥配施時土壤磷素含量和有效性較高，是當地較優的種植模式。