不同类型土壤调理剂对保山烟区酸化土壤改良效果研究

周杰文，张发明，李海平，肖志新，段志超，周冀衡*，范 伟，张 毅

(1.湖南农业大学生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.云南省烟草公司保山市公司，云南 保山 678000；3.湖南中烟工业有限责任公司，湖南 长沙 410014)

【研究意义】土壤环境会影响到烟草的生长发育以及烟叶的内在成分，烤烟的产质产量与土壤的一些理化性质有着不可分割的联系[1]。土壤的酸碱性是能够直接影响到烟叶质量的重要土壤理化性质之一[2]，适合烤烟生长发育的土壤pH值区间大约在5.5～6.5之间[3]。土壤酸化会影响到土壤中有益微生物的生命活动，也会影响到施入土壤中肥料的分解与转化以及土壤本身肥力的效用以及养分保持能力等，从而影响到加载于土壤之上的烟草的生长发育以及产质量[4]。依据以往研究来看，保山烟区内植烟土壤pH值低于5.5的占比达30.1 %，这已经成为限制当地特色优质烟叶生产的重要因素之一[5]。腾冲县地区约有67.6 %的植烟土壤呈现为弱酸性，强酸性植烟土壤的占比达31.4 %[6]。强酸性土壤环境会导致土壤养分的有效性降低，使植烟土壤养分协调性变差，严重的会影响烟草根系的生长发育以及对养分的吸收，进而导致多发根茎性病害[7]。因此，对当前保山烟区较为严重的土壤酸化进行改良具有重要的意义。【前人研究进展】引起土壤酸化的原因主要分为自然因素和人为因素[7]，针对后者，通过施用一些新型的生物有机肥来改变传统耕施方式对酸化土壤进行改良，已经成为了研究热点之一[8]。近年来一些研究采用了不同的土壤调理剂来对酸化土壤进行改良研究[9-11]，结果表明：一些土壤调理剂的施用能显著提高植烟酸化土壤上种植的烟叶的产质量，使烟株能较好的生长发育，改良了土壤的一些理化性质，扩大了土壤有益微生物种群及其分布范围，且施用土壤调理剂与传统耕作方式相比具有用量少、省时省力、效果明显等特点[12]。石灰、白云石为常规改良土壤酸化产品，但随着对传统酸性土壤改良剂研究的深入，其弊端也日渐显现，长期在酸性土壤中施用石灰会出现复酸化现象，形成“石灰板结田”，引起钙镁拮抗等[13]；钙镁磷肥、矿物钾肥(利用钾长石煅烧而成，K2O≤8 %)除具有改良土壤酸化的功能，还分别含有部分磷、钾素；矿物钾肥(NaOH-KOH水热法，K2O≥24 %)为利用钾长石为原料研发的新型土壤调理剂[农肥(2014)临字8098号]；新型增钾型生物有机肥主要成分为木本泥炭，富含有机质，能作为一种新型土壤调理剂施入土壤。【本研究切入点】本试验选用不同土壤调理剂石灰、白云石、钙镁磷肥、矿物钾肥(煅烧法)、矿物钾肥(水热法)、新型增钾型生物有机肥进行大田试验研究其改良酸化土壤的效果，筛选出最佳的酸性土壤调理剂。【拟解决的关键问题】为保山烟区酸化土壤保育与改良提供一条可行的途径。

1 材料与方法

1.1 试验区域土壤理化性质

供试土壤耕层理化性质见表1。

1.2 试验材料

烤烟种植品种为K326。土壤调理剂石灰、白云石粉、钙镁磷肥购于当地；2种矿物钾肥均购于山西紫光钾业有限公司(煅烧法矿物钾肥，含4 %K2O、水热法矿物钾肥，含27 %K2O)；新型增钾型生物有机肥购于香港中向国际有限公司，含K2O 10 %。

1.3 试验设计

烟苗于5月初进行移栽，100 %无病虫壮苗移栽，种植密度为16 500株/hm2。烟垄高30 cm、面宽35～40 cm、底宽80～90 cm，垄面平整，不低于25 cm，垄体饱满，横、直、斜看一条线。各处理具体施肥情况见表2。试验采用随机区组，每个处理3次重复，总计21个小区，单个小区面积约为50 m2。采用当地优质烟叶生产技术规程进行田间管理措施。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品 收获后根际土样(烟株茎周边5～10 cm)：每试验小区均利用土钻取0～15 cm土样作为培土层土样，取15～30 cm土样作为培土层以下土样，测定相关土壤理化指标。

土壤pH 复合电极法，土壤碱解氮 碱解扩散法，土壤有效磷 0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提法，土壤有机质 重铬酸钾法，土壤全氮 半微量开氏蒸馏法，土壤速效钾 1 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法，土壤缓效钾1 mol/L热HNO3浸提-火焰光度法，土壤交换性钙、交换性镁1.0 mol/L NH4OAC 浸提-原子吸收分光光度法。

1.4.2 植株样品 烤烟采烤时期，不同处理小区选择长势一致的烤烟5株，按成熟度采烤，各小区烟叶采收后按当地常规烘烤方法烘烤，分级标准参照烤烟42级国家标准(GB 2635-92)，分级后对各小区烤烟总产量及各等级烟叶重量进行统计，并参照国家规定的2015年云南省保山市散叶收购价格测算经济性状，并统计中等烟比例、中上等烟比例。每个小区分别取X2F，C3F，B2F 3个部位的烤后烟叶各1.5 kg，分别测定常规化学指标。烟草全氮 H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法，烟草钾 YC/T 217-2007，烟草氯 YC/T 162-2011，烟碱 蒸馏-紫外分光光度法，淀粉、总糖、还原糖 YCT 159-2002连续流动法，蛋白质 YC/T 166-2003。

表1 供试土壤耕层的理化性质Table 1 Basic characteristics of plough horizon

表2 不同处理各小区施肥情况Table 2 Fertilization situations of different experimental plots under different treatments (kg/hm2)

注：试验施纯N 133.5 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 312 kg/hm2。
Note:The test applied pure N 133.5 kg/hm2,P2O5126 kg/hm2,K2O 312 kg/hm2.

1.5 数据处理与分析

采用SPSS 19.0和Excel等现代统计学软件进行相关数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂对烤烟收获后根区土壤化学性质的影响

2.1.1 施用土壤调理剂不同耕层植烟土壤pH变化 由图1可知，钙镁磷肥对酸化土壤的改良效果有限，这与曾维爱等的研究一致[14]，除此之外，施用了其余5种土壤调理剂的处理耕层植烟土壤pH均有提高。其中以T2处理效果最显著，0～15 cm耕层土壤pH5.84，15～30 cm土样pH为6.16，与T1处理有显著性差异；其次是T5处理，0～15 cm耕层土壤pH为5.65，15～30 cm耕层土壤pH达6.02。T2～T7处理耕层土壤pH值均处于5.5～6.5最适区间。不同调理剂对植烟土壤耕层pH提升效果由大到小排列：T2>T5>T3>T6>T7>T4>T1。

2.1.2 土壤调理剂对植烟土壤速效养分的影响 土壤碱解氮是土壤中易水解的氮的总和，通常也称水解氮，能反映土壤近期内氮素供应情况[15]。由表3可以看出，施用新型增钾型生物有机肥可以显著提高耕层土壤碱解氮的含量(P<0.05)，施用矿物钾肥(水热法)能有效提高15～30 cm耕层土壤碱解氮含量，显著高于空白对照15.55 %。施用钙镁磷肥对耕层土壤有效磷含量的提高有一定效果，T4处理显著高于空白对照18.59 %。土壤钾素主要肥力的来源于速效钾和缓效钾。缓效性钾和速效性钾二者之间存在着动态平衡，是土壤钾库容的指示器[15]。由表3可知，施用矿物钾肥能提高耕层土壤速效钾和缓效钾的含量，施用矿物钾肥(煅烧法)耕层土壤速效钾含量显著高于空白对照35.14 %，施用矿物钾肥(水热法)耕层土壤缓效钾含量显著高于空白对照13.11 %。施用石灰处理耕层土壤速效钾、缓效钾含量处于较低水平，0～15 cm耕层土壤T6处理速效钾、缓效钾含量分别极显著高于T2处理62.13 %、33.97 %，15～30 cm耕层土壤T5处理速效钾、缓效钾含量分别极显著高于T2处理82.59 %、24.01 %。

图1 施用土壤调理剂不同耕层植烟土壤pH变化Fig.1 Changes of pH in different tobacco planting tillage soils with different soil conditioners

2.1.3 施用土壤调理剂不同耕层植烟土壤交换性钙、镁的变化 土壤持水、保肥能力主要是用土壤中交换性钙镁的含量来评价，其同时也是改良土壤和土壤保育的重要依据之一[16-18]。交换性钙、镁是作物生长期不可或缺的中量营养元素，若植物缺钙则会影响生长发育，节距较短，植株脆弱；植物缺镁，叶片会失绿，植物组织中的淀粉含量减少[19-20]。酸性土壤限制作物生长的主要因素是H+、Al3+的毒害和Ca、Mg的缺乏[21]。由图2可知，施用新型增钾型生物有机肥能有效提高0～15 cm耕层土壤交换性钙、镁含量，分别显著高于对照39.83 %、53.22 %。表土层的酸度能够通过施用石灰使之降低, 但要使底层土壤的pH值升高却是一个较为缓慢的过程[21-22]，这是由于底层土壤的酸度与Ca2+、Mg2+在土壤剖面中的移动有正相关[23]。施用土壤调理剂后，15～30 cm耕层土壤交换性钙、镁含量都有不同程度的增加，说明各类型土壤调理剂均有利于Ca2+、Mg2+在耕层土壤中的移动；施用石灰处理，15～30 cm耕层土壤交换性钙、镁含量分别显著高于对照87.77 %、27.74 %，说明施用石灰处理Ca2+、Mg2+在耕层土壤中的移动较快。

表3 土壤调理剂对植烟土壤养分的影响Table 3 Effect of soil conditioners on tobacco planting soil nutrient (mg/kg)

表4 不同处理烤后烟叶经济性状统计Table 4 Statistics of economic characters of tobacco leaf in different treatments

2.2 不同土壤调理剂对烤烟产质产量的影响

2.2.1 不同土壤调理剂对烤后烟叶经济性状的影响 对各处理烤烟经济性状进行分析，结果显示(表4)：施用不同土壤改良剂能够提升烤烟的经济性状。T5处理烤烟的产量最高，与对照处理相比，产量提高了286.26 kg/hm2；T5处理的产值也是最高的，达62 101.49元/hm2，产值相比对照提高了11 158.47元/hm2，上等烟比例68.19 %，是7个处理中最大的。除施用了钙镁磷肥的T4处理烤烟产量略低于CK外，其余各处理的烤烟产量、产值均比对照处理要高，各处理产值由大到小：T5>T7>T6>T2>T3>T4>T1；施用了土壤改良剂的各处理烤烟上等烟、中上等烟比例均大于未施调理剂的CK处理，但各处理烟叶经济性状指标差异不显著。

图2 施用土壤调理剂不同耕层植烟土壤交换性钙、镁的变化Fig.2 Changes of exchangeable calcium and magnesium in different tillage tobacco soils with different soil amendments

表5 不同处理烤后烟叶化学成分含量统计Table 5 Statistics of chemical composition of tobacco leaf in different treatments

2.2.2 不同土壤调理剂对烤烟化学成分含量的影响 由表5可知，各处理下部叶化学成分中，T7处理总糖、还原糖含量分别显著高于T5处理43.96 %、59.66 %；蛋白质含量T6处理显著高于对照45.24 %，各处理蛋白质含量均处于7 %～10 %的适宜蛋白质取值区间；钾含量以T6处理最佳，达2.91 %，其次是T5处理和T7处理，T5处理显著高于T2处理30.30 %。各处理中部叶化学成分，CK处理总氮、烟碱含量最低，T6处理的总氮含量显著高于对照41.76 %，T2处理烟碱含量显著高于T1处理57.64 %；钾含量以T5处理最高，达2.51 %，仅有T1、T3、T4处理中部叶钾含量低于2 %；氯含量以T4与T7最大，均高达0.88 %，其它各处理均在0.4 %～0.8 %的烟叶氯含量最适区间。上部烟叶化学成分受不同土壤改良剂施用的影响较小，只有总氮、淀粉含量存在差异性，上部叶总氮含量较高的是T4、T5处理，分别达到2.72 %、2.73 %；T1、T3处理烟叶淀粉含量较高，分别达到7.02 %、7.43 %。

2.2.3 不同土壤调理剂对烤烟评吸质量的影响 由表6可知，与CK相比，下部烟叶评吸质量受不同土壤调理剂影响不大，各处理之间总得分差异性较小。中部叶评吸质量总得分相比于CK处理均有所提高，T7处理最高，为76.50分，其次是T6处理评吸质量得分76.33分，二者与CK处理达显著差异；T5、T6、T7中部叶杂气分值占比较高，且显著高于CK处理；各处理中部叶评吸质量得分T7>T6>T3>T4=T2>T5>T1。施用土壤调理剂对上部叶评吸质量影响较大，香气量、余味、杂气等指标均有较大差异性；T7处理的香气量为所有处理中最大，评吸得分为16.33分，T6处理排第二，达16.17分，这两个处理的香气量评吸得分显著高于T4、T2处理；T5、T6、T7处理的余味评吸得分最高，三者余味评吸得分均达到19分，分别显著高于T1、T3、T4处理0.5分左右；T3、T5、T6在杂气这一项评吸中得分最高，均达到14分，显著高于T1与T4；T6处理在上部叶评吸质量总得分中是最高的，为75.17分，各处理上部叶评吸质量得分T6>T7>T5>T3>T2>T1>T4。

表6 不同处理烤后烟叶评吸质量统计Table 6 Statistics of smoking quality of tobacco leaf in different treatments

3 讨 论

通过本试验，石灰作为最常用的酸化土壤调理剂，在烤烟生长季能有效提高耕层土壤pH，降低土壤酸度，显著增加耕层土壤交换性钙含量，与相关研究结论相符，合理施用石灰能有效的中和表土层的酸度；增加土壤钙含量，降低土壤中钼以及磷的固定，中和过量铝、铁、锰等离子，防止毒害土壤；提高土壤益生菌活动，改良土壤部分物理性状，提高土壤pH值[24-25]。但本研究也表明，石灰调理剂与其它调理剂相比，不利于土壤肥力以及烤烟产量、产值、上等烟比例及评吸质量的提高。0～15 cm耕层土壤矿物钾肥(水热法)处理速效钾、缓效钾含量分别极显著高于石灰处理62.13 %、33.97 %，15～30 cm耕层土壤矿物钾肥(煅烧法)处理速效钾、缓效钾含量分别极显著高于石灰处理82.59 %、24.01 %。有相关研究结论，无论是否施用钾肥，石灰的施用都会显著的降低土壤溶液中的速效钾和缓效态钾[26]。克服施用石灰引起的钙镁钾拮抗及土壤肥力下降的问题，对于石灰改善土壤酸化的作用时间，防止出现复酸化现象还有待探讨。

施用新型增钾型生物有机肥不仅可以降低土壤酸化，还能显著增加土壤碱解氮、交换性钙、镁的含量，能改善烟叶品质，提高烤烟产质量。其中碱解氮含量显著高于对照13.04 %，烤烟的产量较其它处理最大，与对照比产量提高了316.85 kg/hm2，下部烟叶总糖、还原糖含量最高，分别为23.84 %、22.40 %。这与李军营等[27]研究结果一致，有机肥可以提高土壤对与外界酸化作用的缓冲能力，同时在分解的过程中能够形成一些腐殖质，给土壤中的有益微生物提供较为良好的生存环境，这些益生菌进行生命反应产生的生物酶能够分离土壤胶体吸附的氢离子，防止土壤中酸性物质过多积累。

矿物钾肥(煅烧法、水热法)改善土壤酸性效果仅次于石灰，矿物钾肥(水热法)富含的枸溶性钾还可以部分替代硫酸钾、硝酸钾等水溶性钾肥的施用，避免土壤中硫素的过量积累，防止土壤酸化的加剧；T5、T6处理能显著增加土壤速效钾、缓效钾、烟叶钾含量，实现增钾提质。矿物钾肥(水热法)能有效提高15～30 cm耕层土壤碱解氮含量，显著高于对照15.55 %；能改善烟叶品质，C3F钾氯比最高，为4.37；烤烟上部叶评吸质量最高，为75.17。矿物钾肥(煅烧法)处理的产值最高，达62 101.49元/hm2，产值相比对照提高了11 158.47元/hm2，上等烟比例68.19 %，为7个处理最大值，但下部烟叶总糖、还原糖含量最低，烟碱含量最高，中部烟叶评吸质量较其它土壤调理剂处理低。

4 结 论

综合改良土壤pH、土壤养分效果和提高烤烟品质、产量几方面，在石灰、白云石粉、钙镁磷肥、矿物钾肥(水热法)、矿物钾肥(煅烧法)、新型增钾型生物有机肥这6种土壤调理剂中，以矿物钾肥(水热法)、新型增钾型生物有机肥效果最佳。新型增钾型生物有机肥可以提高土壤对外界酸化作用的缓冲能力，使土壤pH值在自然条件下不会因外界条件改变而剧烈变化，因此施用化学改良剂时可以配合施用生物有机肥，使改良剂的改良效果更加稳定有效。

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