烤煙油菜輪作及平衡施肥對土壤有機碳含量的影響

何佶弦，茍小梅，蔡 艷，肖 玲，李 濤，羅凱文，張啟莉，孫志普，顧會戰

（1四川省煙草公司廣元市公司，四川廣元 628000；2四川農業大學資源學院，成都 611130）

0 引言

烤煙是一種忌連作作物，長期連續種植會導致病原微生物迅速繁衍，化感物質積累，大量消耗有機碳和氮，破壞土壤結構，降低土壤質量和生產力[1]。大量研究表明，實行合理輪作及平衡施肥可以減輕烤煙連作障礙的危害，改善土壤生態環境[2-4]。其中，輪作不僅可以改變作物殘體的數量和類型，進而影響有機質的礦化和固定過程，而且可以提高煙草的產質量，增加土壤碳氮含量[5]。此外，在烤煙種植中為了追求高產，化肥施用量不斷增加，這很容易造成烤煙未利用的化肥損失，且過量施氮會改變烤煙生長后期的有機碳和全氮，降低成熟度，增加煙堿含量[6-7]。因此，合理輪作和平衡施肥對于保障植煙土壤的持續利用和煙葉生產的健康發展具有重要意義。

土壤有機碳是評價土壤質量和土壤肥力的重要指標之一，不僅可以通過生物轉化提供必需的植物養分，還能改善土壤的物理性質，如土壤結構、持水量和滲透率等[8]。土壤可溶性有機碳是比總有機碳更敏感的指標，在土壤養分積累中起著關鍵作用，直接影響微生物活性、有機碳穩定性以及土壤養分有效性[9-10]。四川省是國內的烤煙主產區，但其長期采取烤煙連作（冬閑）單一種植模式和以化肥為主的施肥習慣導致土壤肥力日益下降、煙葉產質量偏低。本研究選擇對土壤養分活化效果顯著的油菜與烤煙輪作，結合平衡施肥措施（減施氮肥和增施磷肥），探究烤煙油菜輪作及平衡施肥對土壤總有機碳和可溶性有機碳含量的影響，以期為優化種植制度和改善土壤質量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究地點為廣元市煙草公司科技園區，位于廣元市劍閣縣(31°31'—32°17'N，105°9'—105°49'E)，地處四川盆地北部邊緣，海拔為820 m，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15.4℃，年均降水量1039.4 mm，年均日照時數1328.3 h，無霜期270 天。依據中國土壤分類系統，境內農田土壤類型主要為紫色土和黃壤。

1.2 試驗材料

1.2.1 供試土壤 黃壤，其基本理化性質為pH 6.68、有機質10.55 g/kg、全氮0.34 g/kg、堿解氮34.81 mg/kg、有效磷8.74 mg/kg、速效鉀103.76 mg/kg。

1.2.2 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）

1.2.3 供試烤煙‘云煙87’，由廣元市煙草公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采取裂區設計，主因素為油菜或冬閑，設冬閑(A1)、‘重蓉油1 號’(A2)、‘德油早1 號’(A3)、‘GSX-1’(A4)4 個水平；副因素為平衡施肥制度，設常規施肥(B1)、減氮施肥(B2)、增磷施肥(B3)3個水平；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 日進行油菜集中播種和育苗，苗齡50天左右，10月28日移栽。按當地習慣方式移栽，油菜行距0.6 m、株距0.4 m，小區面積為162 m2。油菜施肥量為N 14.6 kg/hm2、K2O 2.5 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料為復合肥(20-0-5)和尿素(46-0-0)，復合肥做基肥，尿素在移栽后40天追施。施肥方式均為穴施。

油菜收獲后，將每個小區進行規整進入烤煙季。

烤煙季常規施肥量為N 7.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用復合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有機肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，移栽7天后施提苗肥硝酸鉀(13.5-0-44.5)7 kg/hm2，30天后施追肥硫酸鉀(0-0-53)12 kg/hm2、硝酸鉀(13.5-0-44.5)3 kg/hm2、復合肥(10-15-25)10 kg/hm2。

減氮處理施肥量為N 6.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用復合肥(10-15-25)20 kg/hm2，磷酸二氫鉀(0-52-35)5 kg/hm2，商品有機肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常規施肥處理。

增磷處理施肥量為N 7.0 kg/hm2、P2O511.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用復合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有機肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)30 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常規施肥處理。

烤煙其他田間農藝措施同常規。

1.4 土壤樣品采集及測定

在油菜尚未移栽前和移栽后的30、60、90、120、150、180天，以及烤煙季的30、60、90、120天，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，自然風干后磨細過篩，用于土壤總有機碳和可溶性有機碳的測定。土壤總有機碳采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定[11]，土壤可溶性有機碳采用重鉻酸鉀氧化-容量法測定[12]。

1.5 數據處理

所有數據均采用Excel 2010 整理，采用SPSS 20軟件進行數據方差分析，用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan法進行差異顯著檢驗(P<0.05)。采用Excel 2010進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 烤煙油菜輪作對油菜季土壤有機碳的影響

2.1.1 土壤總有機碳含量 由圖1 分析可知，隨著油菜生育期的推進，不同處理的土壤總有機碳(TOC)含量差異先增大后減小。其中，油菜移栽初期（30天）時土壤TOC在處理間未達到顯著水平，其余時期的差異均顯著(P<0.05)。油菜移栽中期（90、120 天）時，土壤TOC 含量以‘德油早1 號’最高(10.25、9.95 g/kg)，分別為對照的1.87、1.82倍；移栽后期（150、180天）時，TOC含量則以‘重蓉油1 號’最高(8.87、6.65 g/kg)。從油菜移栽初期到收獲，除‘德油早1號’外，其余土壤TOC含量均有所上升，上升幅度分別為21.2%、23.9%、7.7%，其中‘重蓉油1號’與烤煙輪作對油菜季土壤TOC含量的提升效果最佳。

圖1 烤煙油菜輪作及平衡施肥對油菜季土壤TOC含量的影響

2.1.2 土壤可溶性有機碳含量 由圖2 分析可知，隨著油菜生育期的推進，土壤可溶性有機碳(DOC)含量變化較大。在油菜移栽初期（30、60 天），土壤DOC 含量以冬閑處理最高(21.01、23.22 mg/kg)；移栽中后期（90、120、150天），DOC含量則以‘德油早1號’最高(14.32、21.07、14.04 mg/kg)，相較對照處理分別提高151.67%、60.84%和164.91%；至收獲期（180 天），DOC 以‘重蓉油1 號’最高(25.31 mg/kg)。整體而言，輪作處理的土壤DOC 含量均有不同程度的上升，上升幅度分別為67.50%、10.73%、166.49%，其中‘GSX-1’與烤煙輪作時對油菜季土壤DOC含量的提升效果最優。

圖2 烤煙油菜輪作對油菜季土壤DOC含量的影響

2.2 烤煙油菜輪作及平衡施肥對烤煙季土壤有機碳的影響

2.2.1 土壤總有機碳含量 由表1 可知，在烤煙整個生育期內，除A3B1、A4B1外，其他土壤TOC含量均有所增加，且均在60或90天時達到最大值。在A1處理中，B2 處理的土壤TOC 含量在整個生育期內均最高，分別為B1 的1.12、1.26、1.67 和1.20 倍，且在60、90 天與其他處理間的差異達顯著水平(P<0.05)。在A2 處理中，B2與B1處理間的土壤TOC含量差異顯著，在60、120天時以B2處理最高。此外，A3處理的土壤TOC含量在烤煙生長初期（30天）以B1處理最高(7.85 g/kg)，生長中期（60、90天）以B2處理最高(7.44、14.84 g/kg)，生長后期（120天）以B3處理最高(8.82 g/kg)。A4處理的土壤TOC含量在移栽后30、90天以B1處理最高(8.31、10.46 g/kg)，在60、120天則表現為B2>B1>B3。

表1 烤煙油菜輪作及平衡施肥對烤煙季土壤TOC含量的影響g/kg

2.2.2 土壤可溶性有機碳含量 由表2 可知，在烤煙整個生育期內，除A3B1、A3B3外，其他土壤DOC含量均有所下降。在A1處理中，B1處理的土壤DOC含量在整個生育期內均最高，且在60、90、120 天與其他處理間的差異達顯著水平(P<0.05)。A2處理的土壤DOC含量在烤煙生長初期（30天）以B3處理最高(55.11 mg/kg)，生長中期（60天）以B2處理最高(45.04 mg/kg)，生長中后期（90、120天）以B1處理最高(41.18、35.02 mg/kg)。此外，在A3處理中，土壤DOC含量在移栽后30、120天以B3 處理最高(25.24、28.15 mg/kg)，在60、90 天則表現為B1>B3>B2。在A4 處理中，土壤DOC 含量在烤煙移栽后30、60 天以B1 處理最高(70.32、32.67 mg/kg)，且與B2 處理間的差異達顯著水平，在90、120 天則表現為B3>B2>B1。

表2 烤煙油菜輪作及平衡施肥對烤煙季土壤DOC含量的影響 mg/kg

3 結論

在油菜季，土壤有機碳含量均有不同程度的上升，上升幅度為7.7%～166.49%；輪作處理的有機碳含量相較對照有所增加，且在收獲期（180天）以‘重蓉油1號’最高。在烤煙整個生育期內，除個別處理外，其他土壤的總有機碳含量呈上升趨勢，可溶性有機碳含量呈下降趨勢，且收獲期的有機碳含量以‘重蓉油1 號’最高。在烤煙收獲期，除‘德油早1號’外，土壤總有機碳含量均以減氮處理最高。綜上，‘重蓉油1 號’油菜與烤煙輪作和減施氮肥時土壤有機碳含量較高，是當地較優的種植模式。

4 討論

有機碳對土壤物理化學性質及生物活性影響顯著，增加有機碳含量可改善土壤微團聚體結構，提高土壤結構穩定性和保水保肥能力，對維持土壤質量和保持穩定的產量起著關鍵作用[13]。作為土壤有機碳中最活躍的組分，可溶性有機碳主要來源于植物凋落物、根系分泌物、微生物活動等，具有移動性強、易分解轉化和不穩定的特點，可被微生物直接利用，對土壤有機碳的周轉及生態環境有重要意義[14-15]。實行合理輪作可改變作物殘體和根系的數量及類型，進而影響土壤有機碳的含量及固定礦化[16]。本研究發現，在油菜季，除個別處理外，油菜烤煙輪作的土壤總有機碳和可溶性有機碳含量相比烤煙連作均有所增加，這可能是因為油菜根系分泌物組分中有較高比例的多糖、脂質類物質，而多糖、脂質類物質能膠結團聚體，提高土壤的固碳能力[17-18]。另一方面，與冬閑處理相比，種植油菜可以提高土地覆蓋率，減少土壤的碳侵蝕[19]。同時油菜屬于蕓薹屬作物，根系穿透能力強，入土較深，改善了土壤耕性，對土壤物理性狀產生了積極作用[20]。

當地烤煙大田生育期集中在4—9月，煙田冬閑期長，利用冬閑期種植其他作物是改善土壤結構、平衡土壤養分狀況、緩解烤煙連作障礙、促進煙農增收的有效措施。輪作制度和施肥方式對土壤碳含量影響顯著[3]。張福韜等[21]研究發現輪作能促進土壤穩定性結構形成，有利于碳氮固定于微團聚體中，提高土壤有機質。本研究中，烤煙季采用雙因素裂區設計，探究輪作和平衡施肥對土壤碳含量的影響。其中，平衡施肥可調節養分的儲存和轉化，提高微生物活性和作物產質量，是保障土壤肥力和生產力的必要舉措。陳祥等[22]研究表明，氮磷鉀平衡施肥對夏玉米籽粒有顯著的增產作用。陳建國等[23]研究了平衡施肥對缺磷水稻土的生態效應，結果顯示，平衡施肥能顯著提高土壤肥力、氮鉀養分利用率和微生物生物量。王永華等[24]研究發現，在冬小麥和夏玉米輪作體系中，通過氮磷鉀平衡施肥，可提高農作物產量。本研究結果顯示，在烤煙整個生育期內，除個別處理外，輪作的土壤有機碳和可溶性有機碳含量均高于冬閑處理，原因包括：（1）輪作處理中，油菜殘體經過土壤生物的腐殖化作用和土壤膠體的固定作用形成有機質，在植煙土壤中積累，且殘體中的碳可轉化為活性有機碳[25]；（2）烤煙油菜輪作也會改善土壤環境和微生物群落多樣性，真菌菌絲和微生物產物的增加可以促進微團聚體向大團聚體的轉變，進一步擴大有機碳的庫存[26]。此外，就施肥方式而言，減施氮肥處理的效果較好，這是因為肥料氮能促進土壤有機質的積累和大團聚體的形成，但過量的氮會導致有機碳礦化，進而對有機碳的積累產生負面效應[27]。