连作条件下植烟土壤保育与修复

王 瑞，邓建强，谭 军（湖北省烟草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）



连作条件下植烟土壤保育与修复

王 瑞，邓建强，谭 军
（湖北省烟草公司恩施州公司，湖北 恩施 445000）

摘 要：针对山地烟区连作问题持续存在的现状，对典型烟区和烟农进行了广泛深入调查分析，围绕连作条件下土壤酸碱度调控，团粒结构改善，有益微生物群落恢复等方面开展了大量研究工作，形成了冬耕冻土、绿肥还田、施用有机肥、硝酸钾部分替代硫酸钾、施用陪嫁土和生石灰等土壤保育与修复的相关技术措施。通过大面积推广与应用，取得了良好成效，可为开展土壤生态保护工作提供有益参考。

关键词：烟叶；连作；土壤保育；土壤修复

恩施州地处鄂西南山区，是湖北省最大的烟叶产区，烟叶种植历史悠久，规模一直保持在2.7万hm2、5.0万t以上。从上世纪90年代以来，长期连作和大量使用化学肥料等原因导致植烟土壤不断退化，从而引起了生产力下降、病害加重、烟叶质量下降等严重问题。大量的研究表明，合理轮作与休耕养息是解决土壤退化的重要途径之一［1-2］。然而，山地烟区由于受耕地资源、交通条件、种植成本以及土地所有制度等诸多原因，进行轮作和土地休耕还存在诸多现实难度，多数烟农仍然保持连作的种植习惯，直到土壤彻底退化而放弃烟叶种植。“烟越种越高，越种越分散”已成为烟区不可回避的事实，烟叶种植的生态适宜区逐渐萎缩，向不适宜区域转移。土壤健康问题已严重制约了恩施州烟草产业可持续发展。

与此同时，一些烟区和部分烟农虽然连作多年，但土壤理化、生物学性状等保持良好，植烟土壤依然保持基本健康，这就启示了我们：采取适宜生态保护措施，能否可以保持连作烟田的土壤健康。从2010年开始，恩施州烟草公司对典型烟区和烟农进行了广泛深入调查分析，在连作条件下围绕土壤酸碱度调控，团粒结构改善，有益微生物群落恢复等方面开展了大量研究工作，并根据“健康土壤重保育、退化土壤重修复”的工作思路和“分类保育，分步推进”实施步骤，大力开展了植烟土壤保育工作，取得了较好的成效。本文以湖北恩施州为例，将主要研究结论与一些成功做法予以归纳总结，集成了植烟土壤保育与修复的相关技术措施，以期为其他烟区以及其他农业领域开展土壤生态保护工作提供有益参考。

1 连作条件下植烟土壤退化特征

1.1 土壤酸化

土壤酸化是我国大农业发展存在的难题，主要诱因是单一化学肥料投入过量，尤其是氮肥的过量施用［3］。同时，长年连作导致养分利用率降低，为了保持增收高产，往往大量投入氮肥，直接加快了土壤酸化进程。邓阳春等［4］对灰岩黄壤和第四纪黄壤研究表明，长期连作烟田pH值呈缓慢降低趋势，其中灰岩黄壤显著降低，年均降幅为0.07，土壤表层酸化较为明显［5］。在对恩施州植烟土壤 pH值变化调查发现，全州年均pH值降幅约为0.05，高于全国大农业平均水平 0.02［3］，部分区域性酸化程度相当严重，说明连作条件下烟田土壤酸化趋势明显，这与上述研究结论一致。

1.2 土壤微生物生存环境恶化

在长期连作与土壤环境变化的条件下，土壤微生物种群结构与数量发生了较大的变化，根际细菌和放线菌减少，土壤从细菌型向真菌型转化，根际微生物数量和种类的大幅度变化会影响植株的正常生长［6-9］。王茂胜等［10］研究表明，长期连作可显著提高烟田青枯病病原菌数量，提高烟田感染青枯病风险。从恩施州烟田的调查发现，重度连作区域青枯病发生率较其他区域提高了约40%～50%。

1.3 土壤养分供应失衡

由于烟株对养分的选择性吸收，长期连作会导致土壤养分失衡，加之烟草的自毒效应，往往提高施肥量也很难保障烟草的正常生长。邓阳春等［4］研究结果表明连作可持续降低烟株养分吸收量，土壤有效养分含量却不同程度地增加，有效磷增幅最大，有效钾次之，有效氮最低，土壤养分利用率降低。潘文杰等［11］认为，连作使土壤全氮、碱解氮、硝态氮和铵态氮明显增加，硝化细菌、铵化细菌数量以及土壤硝化强度显著降低，直接影响到土壤中的氮转化。同时有学者提出土壤有效养分比例结构发生了明显变化，引起土壤养分失调［12-13］。在对恩施州植烟土壤养分变化普查中发现有机质含量年均降幅为0.4g/kg，速效磷和速效钾增幅为2.1mg/kg 和3.25mg/kg，土壤有机质大量消耗，磷和钾利用率下降导致大量残留，直接影响到土壤供肥平衡体系。

1.4 病害严重发生

土壤连作区域是烟叶病虫害发生的重灾区，究其原因可归纳为以下几点：第一，土壤连作导致土壤生态功能退化，土体内部环境调控失衡，病虫害发生概率大为提升；第二，烟株生长受到抑制，尤其是根部发育受限，提高了病害感染率，特别是土传病害极易侵染受体；第三，土壤长年连作打破了土壤酶催化体系，降低了对有害物质的降解能力［2］，促使毒性物质大量积累，抑制烟株生长，降低烟株自我防病能力。一般随着土壤退化，病虫危害现象逐步加重。

2 连作条件下植烟土壤保育与修复主要技术措施

2.1 冬耕冻土

在立冬前后，对烟田进行深翻，翻耕深度达到25cm以上。经过冬天的光、风、雨、雪共同作用，土壤中害虫、虫卵及病菌孢子冻死或晒死，从而减轻和抑制来年烟草病虫害的危害；同时，土壤结构得以改善，土壤的通透性和蓄水保肥能力增强。

2.2 有机肥施用

减少化学肥料、增施有机肥是现阶段我国开展土壤生态保护最直接、易推广的一项技术措施。有机肥包括生物有机肥、发酵饼肥、农家肥等种类，各地可根据生态条件、土壤条件等选择适宜品种。就恩施烟区而言，土壤偏黏、后期供氮能力较强，推广秸秆类有机肥对提高土壤C/N、改善土壤团粒结构、促进烟株早生快发以及降低后期供氮较为有利。

烟草秸秆含有大量的有机质，其特有的纤维和半纤维结构非常有利于改善土壤理化和生物学性状，是进行生物有机肥加工的良好原料。从 2007年开始，恩施州烟草公司通过开展烟草秸秆成分及养分释放规律分析、发酵及功能菌筛选、病源菌消解、生产工艺等方面开展研究，成功利用烟草秸秆废弃物研制出生物有机肥。烟草秸秆生物有机肥有机质含量≥45%，总养分（N+P2O5+K2O）≥5.0%，pH为7.5左右，有效活菌数≥0.20亿/g，推荐用量为1500kg/hm2，做基肥一次性条施，同时减少15%左右的化学肥料。

从表 1可以看出，在连作条件下连续 4年（2010—2013）施用烟草秸秆生物有机肥较单施化学肥料而言，显著提高土壤pH值、有机质含量和阳离子交换量，显著降低土壤青枯菌数量。土壤容重表现出降低趋势，总孔隙度表现出升高趋势，从而改善土壤的通透性，优化土壤水肥气热调节能力。土壤中磷酸酶活性表现出增加趋势，土壤酶体系有所活化。

表1 施用烟草秸秆生物有机肥对连作植烟土壤部分理化、生物性状指标的影响Table 1 Effect of tobacco stalk organic fertilizers on some physical and chemical and biological indexes of continuous planting tobacco soil

2.3 硝酸钾部分替代硫酸钾

传统的硫酸钾作为主要钾肥种类，是一种生理酸性肥料，长期大量使用会导致土壤酸化。利用硝酸钾替代部分硫酸钾，减少酸性肥料使用量。比例一般为硝酸钾占2/3，硫酸钾占1/3。从图1可以看出，在连作条件下连续3年（2012—2014）采用硝酸钾部分替代硫酸钾处理较单施硫酸钾而言，植烟土壤交换性总酸量降低了25%左右，土壤pH值提高约0.2，延缓了土壤酸化程度。

2.4 施用“陪嫁土”

在烟苗移栽或“井窖”封口时施用“陪嫁土”，有效改善烟株根系环境，促进了烟苗早生快发。“陪嫁土”按15 000～22 500kg/hm2的用量配制，在移栽前30 d完成。配制方法为：过5 mm筛网的土壤中加入10%草木灰、10%农家肥（或生物有机肥）和 5‰烟草专用复合肥以及适量水分，混合均匀，覆盖薄膜后充分堆积发酵腐熟。从表2可以看出，施用“陪嫁土”可以提高烟株根际土壤对酸碱的缓冲能力，有效改善土壤酸碱环境。

2.5 绿肥还田

图1 施用硝酸钾对连作植烟土壤交换性酸和pH的影响Fig.1 Effect of potassium nitrate on exchange acidity and pH of continuous planting tobacco soil

表2 陪嫁土对烟株根际土壤酸碱调控的影响Table 2 Effect of nutrition soil on regulation of pH of tobacco rhizosphere soil

绿肥还田主要针对亚健康土壤、贫瘠土壤、明显退化区域采取的修复措施。要根据不同海拔确定不同绿肥品种、播种量、播种时期和翻压时期。在1200 m以下区域一般种植紫花苕子或箭舌豌豆，播种量为30～37.5kg/hm2；1200 m以上区域一般种植油菜（15～22.5kg/hm2）或小麦（37.5～45kg/hm2）等耐寒品种。在800 m以下区域，在8月下旬土壤翻耕后播撒，在 12月中下旬结合冬耕伐土整体翻压绿肥。800～1200 m区域，在9月中下旬土壤翻耕后播撒，第2年3月中旬进行整体绿肥翻压；在1200 m以上区域，在9月下旬至10月上旬，完全清除地膜和烟草秸秆后，沿垄沟垡土后或松动烟垄后进行条播，第2年4月，将绿肥压到垄体内，深度距垄面20cm以上。

通过连续5年（2009—2013）定位研究表明（表3），持续进行绿肥还田后，土壤容重表现出降低趋势，土壤物理结构得到改善；土壤有机质、碱解氮含量和速效磷含量显著提高；土壤青枯病原菌显著减少，微生物总量表现出增加趋势，微生态环境得到改善。

表3 绿肥还田对连作植烟土壤部分理化、生物学性状指标的影响Table 3 Effect of green manure technology on some physical and chemical and biological indexes ofcontinuous planting tobacco soil

2.6 施用生石灰

该技术主要针对重度酸化区域实施，即治理前土壤pH值小于5.0的区域。根据土壤酸碱度状况，移栽前45 d均匀撒施。施用量按照恩施州经验算法进行估算，即石灰用量（kg/hm2）=（6-土壤pH）×1500，该公式来源于“湖北省烟田酸化机理及修复治理关键性技术研究与应用”技术报告，石灰用量最大限定值为3000kg/hm2。同时，土壤pH＜4.5的田块建议施用石灰后隔1年再种植烟叶。连续施用时间不超过3年，且土壤pH大于5.5时，停止施用，因为长期和过量施用石灰会造成土壤板结。

通过连续3年（2012—2014）在pH小于5.0的重度酸化植烟土壤上开展的定位研究表明，通过连续3年施用石灰，土壤pH值可升高0.7左右，交换性总酸下降约30%（图2），起到了快速提高土壤酸碱度和土壤消毒的作用，达到了酸化治理目标。

3 恩施州植烟土壤保育与修复技术应用情况

目前，已在恩施州8个县市的10个基地单元和“清江源”科技园区建立了3160 hm2的土壤保育示范区和5900 hm2的土壤保育辐射区；在恩施城郊基地青堡村和阳雀坝村、宣恩晓关基地单元古路槽村、宣恩椒园基地单元凉风村、咸丰丁寨苦枣坪村建立5个退化土壤治理核心示范区。完成全州9个监控点和500个示范点酸化治理以及平衡施肥提供了数据支撑。通过整理、分析近年来3000余份土壤检测数据、烟叶生长发育状况、病害状况等，初步区划全州植烟土壤环境质量等级。

图2 施用生石灰对土壤交换性酸和pH的影响Fig.2 Effect of lime on exchange acidity and pH of continuous planting tobacco soil

在总结过去几年植烟土壤保育与修复技术研究结果的基础上，恩施州制定了8项土壤保育技术和4项土壤修复技术措施，形成恩施植烟土壤保育与修复技术规程。全州植烟土壤实现了3个100%的土壤保育技术，即 100%推广烟草秸秆生物有机肥、100%推广陪嫁土施用技术、100%推广硝酸钾部分替代硫酸钾技术。每年度施用沼液（沼渣）、农家肥面积达到6667 hm2；推广绿肥还田技术达到6667 hm2。从2010以来用生石灰改良酸性土壤累计达到6667 hm2。2015年施用1000 t生物质炭治理严重退化土壤67 hm2。

在多种保育与修复措施联合实施下，恩施州植烟土壤pH逐步恢复到5.5～6.5范围内， 土壤理化性状和微生物环境逐渐改善，较好控制了根茎部病害的发生，得到了烟农的广泛支持。随着土壤质量的改善，曾经的退化烟区逐步恢复，“清江源”烟叶质量得到稳步提升，为“黄鹤楼”、“利群”、“中华”、“芙蓉王”等品牌原料供应提供了坚实的保障。

4 问题与建议

国内外围绕土壤保育与修复开展了大量的研究与应用工作，提出深耕松土，科学施肥，增施有机肥，绿肥翻压，秸秆还田等成熟的技术措施，近年来又在生物质炭还田、土壤化学或生物修复剂开发等方面开展了探索与实践［14-19］。恩施州在充分借鉴这些成熟技术的基础上，结合实际，按照“引进-吸收-应用-再创新”过程开展植烟土壤保育与修复工作，在实施过程中注重以下几个方面的结合：一是注重健康土壤的保育与退化土壤的修复相结合。土壤保育是构建现有良好的烟区土壤环境的基础，其技术成熟，重在落实，贵在坚持。退化土壤的修复过程长久，相关技术难题需进一步破解，其难度较大，但对优质烟区的恢复意义巨大。二是单项技术与集成技术相结合。单项技术是集成技术体系的重要组成部分，集成技术是单项技术的总结与综合。通过单项技术与集成技术相结合的理念，有的放矢、分类实施，达到“1+1＞2”的效果。三是注重点与面相结合。点是做好面上推广的重要抓手，面是点上示范效果的有效展示。通过示范和推广的并重并举，可强化技术的推广力度，达到以点带面，以局部带动整体的目的。四是注重研究与应用相结合。研究的目的和价值重在实践应用，在开展植烟土壤生态保护过程中要充分借鉴已有研究成果，突出成熟技术的推广应用。在应用治理技术同时，要结合生态实际，进一步开展土壤修复相关机理研究，丰富与完善相关技术体系。

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Ecological Protection and Remediation of Tobacco-Growing Soils in Continuous Cropping Regions

WANG Rui， DENG Jianqiang， TAN Jun
（Enshi Tobacco Company of Hubei Province Corporation， Enshi， Hubei 445000， China）

Abstract:According to the current situation of continuous cropping problem in mountainous regions which will remain for a certain period， an in-depth investigation on typical areas and farmers was executed by Enshi tobacco company of Hubei Province.A lot of related research （i.e.： soil pH of regulation， crumb structure improvement， beneficial microbial community restoration） were carried out， and a number of ecological protection and remediation technologies （i.e..： ploughing， green manure technology， organic manure fertilization， potassium nitrate， nutrition soil and lime application） were developed.The integration of the technologies was successfully applied to the recovery and development of Enshi tobacco producing regions， which can provide useful reference for other tobacco growing regions and other agricultural systems.

Keywords:tobacco； continuous cropping； soil protection； soil remediation

中图分类号：S572.062

文章编号：1007-5119（2016）02-0083-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2016.02.015

基金项目：国家烟草专卖局重点项目“‘清江源’生态富硒烟叶生产关键技术研究与应用”（110201202014）

作者简介：王 瑞（1975-），男，高级农艺师，博士，主要从事生态环境和微生物工程方面研究。E-mail：wangrui2999@126.com

收稿日期：2015-09-11 修回日期：2016-01-20