土壤深耕与秸秆还田对土壤物理性状及烟叶产质量的影响

芦伟龙 董建新 宋文静 等

摘  要：为探明江西典型植烟区适宜耕作方式，改善烟区土壤理化性质，在稻烟轮作区开展田间试验研究深耕对土壤物理性状、烤烟生长与烟叶产质量的影响。结果表明，在5～10 cm土层，秸秆还田显著降低了土壤容重、增加了土壤总孔隙度、毛管孔隙和通气孔隙;在20～25 cm土层，深耕和秸秆还田均显著降低了土壤容重，提高了土壤通气孔隙。深耕显著降低了土壤的贯穿阻力，秸秆还田通过增加5～10 cm土层≥2 mm团聚体的含量进而增加了土壤大团聚体的比例。深耕和秸秆还田均能提高烟株根茎叶的干物质量、促进其对氮磷钾的吸收，以深耕处理与深耕+秸秆还田处理效果更显著。深耕和秸秆还田显著提高了烟叶产量、产值和烟叶评吸总分。利用圆盘犁深耕土壤结合水稻秸秆还田是改良植烟土壤、提高烟叶产质量的可行技术措施。

关键词：烤烟;深耕;秸秆还田;物理性状;养分吸收;产质量

中图分类号：S572.06          文章编号：1007-5119（2019）01-0025-08      DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.01.004

Abstract： In order to find out the suitable tillage methods in Jiangxi typical tobacco-growing areas， and to improve the soil physical and chemical properties in tobacco-producing areas， a field trial was carried out in the rice-tobacco rotation area of Jiangxi Province. The results showed that in the 5-10 cm soil layer， straw returning significantly reduced soil bulk density， increased soil total porosity， capillary porosity and aeration porosity; in the 20-25 cm soil layer， deep tillage and straw returning significantly reduced soil bulk density and significantly increased soil aeration porosity. Deep tillage significantly reduced the penetration resistance of the soil and straw returning to the field increased the proportion of large aggregates of soil by increasing the content of aggregates ≥2 mm in 5-10 cm soil layer. Deep tillage and straw returning increased the dry matter content of tobacco root， stem and leaf， and promoted the absorption of nitrogen， phosphorus and potassium. The effects of deep tillage and deep tillage combined with straw returning were more significant than the other treatments. Deep tillage and straw returning significantly increased tobacco yield， output value and total tobacco smoking score. In Jiangxi Province， it is a feasible technical measure to improve tobacco planting soil and tobacco yield and quality by deep ploughing soil with disk plow combined with rice straw returning.

Keywords： tobacco; deep tillage; straw returning; physical properties; nutrient absorption; yield and quality

江西省系全國烟草种植区划中最适宜与适宜区之一[1]，烤烟种植模式主要为烟稻轮作，长期单一的浅耕模式使该地区烟田土壤耕层明显变浅，土壤板结与犁底层变厚等耕层问题日益严重[2]。耕层土壤结构失调会影响土壤中的水、肥、气、热，阻碍和影响烤烟的生长发育，从而降低烤烟产质量。因此，土层深耕和培肥植烟土壤已成为提高烟叶质量的根本出路。

相关研究指出深耕能够保持土壤疏松，有益土壤的熟化，增强肥力[3]。ZHANG等[4]研究表明，深耕能加大活土层，便于根系伸展，扩大作物吸收营养的范围，使紧实土层变松碎，土壤容重减小。冀保毅等[5]研究表明，深耕能增加耕层有效土壤深度和土壤孔隙度，降低土壤容重，改善耕层土壤的物理性状。秸秆作为常见的有机物料，合理还田能够起到提高土壤养分含量，改善土壤理化性状的作用[6-7]。前人对深耕及秸秆还田的研究虽然较多，但针对烤烟方面的研究则鲜有报道。本研究基于田间试验，研究深耕结合秸秆还田对烟田土壤理化性状、烤烟生长发育和烟叶产量质量的影响，以期通过耕作方式改良烟田土壤质量，促进烟株发育，为当地烟区生产优质适产烟叶提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  试验区概况

试验于2017年3月在江西省吉安市安福县严田镇山背村（27°22′27″N，114°22′19″E）进行，试验区实行烤烟-水稻轮作种植制度，供试烤烟品种为云烟87，起垄种植。供试土壤为水稻土，试验开始前土壤养分状况：pH 4.79，有机质20.47 g/kg，全氮1.52 g/kg，全磷0.33 g/kg，全钾11.45 g/kg，碱解氮92.07 mg/kg，有效磷19.25 mg/kg，速效钾 67.04 mg/kg，氯离子0.20 mg/kg。试验秸秆为前茬的水稻秸秆，主要矿质养分含量：全氮8.41 g/kg，全磷1.40 g/kg，全钾1.45 g/kg，全钙3.65 g/kg，全镁2.70 g/kg。耕层土壤质地为中壤土。

1.2  试验设计

本试验设计4种处理方式。旋耕（CT）：水稻收获后秸秆全部移出田间，植烟前旋耕机作业2遍，耕深约15 cm;旋耕+秸秆还田（CTS）：水稻收获后秸秆粉碎全量还田，植烟前旋耕机作业2遍，耕深约15 cm;深耕（DT）：水稻收获后秸秆全部移出田间，植烟前圆盘犁作业1遍，旋耕机作业2遍，耕深25～30 cm;深耕+秸秆还田（DTS）：水稻收获后秸秆粉碎全量还田，植烟前圆盘犁作业1遍，旋耕机作业2遍，耕深25～30 cm。每個处理分别设3次重复，各小区面积均为55 m2，株距50 cm，行距120 cm。3月8日移栽，N、P2O5和K2O施用量分别为7.5、6.75、22.5 kg/hm2。

1.3  样品采集及测定

烤烟收获后分别测定各小区土壤的基本物理性状。用土壤紧实度仪（SC900）测定0～45 cm土层土壤穿透阻力。用环刀采集5～10 cm、20～25 cm、40～45 cm土壤样品测定土壤容重、土壤孔隙度等[8]，采用湿筛法测定团聚体[9]，取样位置如图1。

烤烟达到平顶期后，每个小区取3株烟株，分根、茎、叶在105 ℃下杀青30 min，然后70 ℃烘干至恒质量，称其质量记录。经H2SO4-H2O2法消煮后，凯氏定氮法测定氮含量，钒钼黄分光光度计法测定磷含量，火焰光度计法测定钾含量[10]。

各小区烟叶单采单收，初烤后进行计产计值。采集C3F等级初烤烟叶，送农业部烟草产业产品质量监督检验测试中心测定还原糖[11]、总糖[11]、总植物碱[12]、总氮[13]、钾[14]及氯[15]含量，进行烤烟感官质量评吸。

1.4  数据分析

采用Microsoft Excel 2007和Origin Pro 8.6 进行数据以及表格处理;采用SAS 9.3进行统计分析，显著性水平设为α=0.05。

2  结  果

2.1  深耕与秸秆还田对土壤物理性状的影响

如图2所示，深耕与秸秆还田的综合作用对土壤容重的影响较为明显，但是二者的单独作用在各土层表现却不一致。在5～10 cm土层，旋耕和旋耕+秸秆还田处理之间以及深耕和深耕+秸秆还田处理之间差异达到了显著水平，表明秸秆还田对浅层土壤容重的影响较大;在20～25 cm土层，旋耕和深耕处理之间，旋耕+秸秆还田和深耕+秸秆还田处理之间，旋耕和旋耕+秸秆还田处理之间以及深耕和深耕+秸秆还田处理之间差异均达到了显著水平，表明深耕和秸秆还田均可显著降低土壤容重;在40～45 cm土层，各处理之间差异不显著，但仍表现出深耕处理容重低于旋耕处理。

在5～10 cm土层，旋耕与深耕处理之间土壤总孔隙度的差异达到显著水平，而旋耕与旋耕+秸秆还田处理之间土壤的总孔隙度、毛管孔隙、通气孔隙均达到显著水平，说明深耕和秸秆还田皆有提高土壤孔隙度的作用;在20～25 cm土层，深耕+秸秆还田较旋耕+秸秆还田处理显著增加了土壤的总孔隙度以及通气孔隙，深耕较旋耕处理也有所增加，但未达到显著差异水平，表明在此土层深耕对土壤孔隙度影响更大。在40～45 cm土层，各处理之间土壤总孔隙度与毛管孔隙度差异不显著，反而深耕与深耕+秸秆还田处理分别较旋耕与旋耕+秸秆还田处理的通气孔隙显著降低，这可能是深翻时采用的圆盘犁机具作业时，由于机具自身重量对下层土壤产生的压实作用导致的（图2）。

土壤的贯穿阻力是反映土壤紧实度的重要参数，一定程度上反映了植物根系下扎的难易程度。由图3可见，与旋耕相比，深翻明显降低了土壤的贯穿阻力。旋耕和旋耕+秸秆还田处理分别在22.5 cm和27.5 cm深处出现坚硬土层，紧实度仪难以继续深入。在12.5 cm以上土层，深耕处理的贯穿阻力均大于深耕+秸秆还田处理，旋耕和旋耕+秸秆还田之间无明显规律。在12.5 cm以下土层中，大多数情况下贯穿阻力表现为深耕<深耕+秸秆还田<旋耕+秸秆还田<旋耕。深耕打破了犁底层上层部分，减少了犁底层的厚度，增加了疏松土层的厚度，为根系的生长提供了良好的条件。

一般将>0.25 mm的土壤团聚体划分为大团聚体，反之为微团聚体。表1示出，在5～10 cm土层，深耕+秸秆还田和旋耕+秸秆还田2个秸秆

图3  深耕和秸秆还田对土壤穿透阻力的影响

Fig. 3  Effects of deep tillage and straw returning on soil penetration resistance

还田的处理>0.25 mm的大团聚体含量显著高于旋耕和深耕处理，其中主要是增加了≥2 mm团聚体的含量，而<0.25 mm的微团聚体含量则反之，说明秸秆还田可以提高表层土壤的大团聚体含量。各处理对20～25 cm土层的团聚体无显著影响。在40～45 cm土层，旋耕处理>0.25 mm的大团聚体含量最高，但是其≥2 mm团聚体的含量却最低，主要是增加了0.5～1.0 mm和0.25～0.5 mm团聚体的含量;深耕处理>0.25 mm的大团聚体含量最低，但是≥2 mm团聚体的含量却最高;旋耕+秸秆还田和深耕+秸秆还田处于上述两个处理之间，且二者之间无显著差异。

2.2  深耕与秸秆还田对烟株干物质量的影响

由图4可知，烤烟平顶期，与旋耕相比，深耕处理烤烟的根、茎、叶以及整株的干物质积累量均显著增加，增幅分别为78.95%、28.54%、31.77%、24.53%;与旋耕+秸秆还田相比，深耕+秸秆还田处理烤烟的根、茎的干物质积累量显著增加，增幅分别达到了39.36%、16.66%。旋耕与旋耕+秸秆还田处理、深耕与深耕+秸秆还田处理之间，烤烟叶片及总干物质积累量达到显著差异，但根、茎的干物质积累量无显著差异。可见，深耕和秸秆还田处理均能促进烤烟干物质积累，较秸秆还田处理，深耕对烤烟干物质积累的影响在根、茎、叶以及总量上均表现更明显。

2.3  深耕与秸秆还田对烟株养分吸收的影响

由图5A可知，与旋耕处理相比，深耕处理的烤烟根、茎、叶以及整株的氮素积累量显著升高，增幅达到了66.71%、25.49%、29.10%、21.71%;与旋耕+秸秆还田处理相比，深耕+秸秆还田处理的烤烟茎中氮素积累量显著升高，增幅为44.04%，根、叶中氮素积累量差异未达到显著水平。由图5B可知，与旋耕处理相比，深耕处理的烤烟根、茎、叶及整株磷元素积累量显著升高，增幅达到了79.19%、29.53%、35.71%、42.68%;与旋耕+秸秆还田处理相比，深耕+秸秆还田处理的烤烟根、茎及整株磷元素积累量显著升高，增幅为53.62%、43.78%、31.72%，叶中磷元素积累量未达到显著水平。由图5C可知，与旋耕处理相比，深耕处理的烤烟根、叶及整株的钾元素积累量显著升高，增幅达到了78.48%、45.73%、46.44%，叶中钾积累量也有所增加但未达到显著水平;与旋耕+秸秆还田处理相比，深耕+秸秆还田处理的烤烟根、茎及整株钾元素积累量显著升高，增幅为41.98%、29.28%、22.12%，叶中钾元素积累量差异不显著。

2.4  深耕与秸秆还田对烤烟产质量的影响

2.4.1  深耕与秸秆还田对烤烟产量的影响  由表

2可知，深耕处理显著增加了烤烟的产量、产值，对烤烟均价影响不明显;其中，深耕处理较旋耕处理产量产值增幅分别为23.53%、21.76%;深耕+秸秆还田处理较旋耕+秸秆还田处理烤烟产量产值增幅分别为25.76%、25.55%。而秸稈还田处理下烤烟的产量、产值及均价均显著提高。

2.4.2  深耕与秸秆还田对烟叶化学成分的影响  由表3可知，与旋耕处理相比，深耕处理的还原糖显著增加，总糖、总植物碱、总氮、钾、氯含量无显著差异。与旋耕+秸秆还田处理相比，深耕+秸秆还田处理还原糖、总糖、总植物碱、总氮、钾、氯含量无显著差异。旋耕+秸秆还田处理和旋耕处理相比较，总植物碱含量显著降低，其余5

项化学成分均无显著差异。

2.4.3  深耕与秸秆还田对烤烟感官评吸质量的影响  由表4可知，烤烟感官评吸质量得分为深耕+秸秆还田>旋耕+秸秆还田>深耕>旋耕，说明深耕和秸秆还田均能提高烤烟的评吸质量，以深耕+秸秆还田的处理得分最高。

3  讨  论

相关研究表明[16-19]，在壤土地块上，深耕显著降低了土壤的穿透阻力与土壤容重，在土壤耕 层相对浅、土壤较紧实田地，深耕可以有效的改  善土壤质量。本试验结果显示，深耕措施较旋耕 处理显著降低表层及次表层土的土壤容重，降低 了土壤贯穿阻力，同时显著增加土壤孔隙度，增 加土壤的通气性，改善土壤结构从而改善作物根 系生长环境。此外，秸秆还田显著降低了表层土的土壤容重，增加了土壤孔隙度，但其对深层土的影响较小，这与前人的研究结果基本一致[20-22]。田慎重等[23]研究表明，秸秆还田显著增加了土壤大团聚体的含量。本试验结果显示，施加秸秆还田的两个处理分别较相应不还田处理显著增加了土壤大团聚体的含量，说明秸秆还田有利于微团聚体团聚成更大粒级的团聚体。

深翻能促进有机质在耕层土壤中的积累，提高作物对氮素利用率，提高耕层土壤中的氮、磷和钾等营养元素的含量[19]。石磊等[24]研究表明，深耕30 cm处理的烟株叶面积较耕作15 cm处理显著增加。李浩等[25]研究发现耕层的加深会提高作物产量和生物量。本研究结果显示深耕显著增加烤烟平顶期时的生物量，促进了植株的生长发育，其中，深耕处理显著促进了烤烟根系的生长，这也为烤烟对营养元素的吸收打下基础。此外，深耕显著增加了烤烟对氮、磷、钾3种营养元素的积累，这也与烤烟的生物量增加基本一致。

作物生长发育需要适宜的土壤环境，作物产

量更与土壤环境密切相关。孔凡磊等[26]、周静等[27]研究表明，不同耕作通过改变农田土壤物理性状从而影响土壤水热状况和养分供应，进而影响作物生长发育特性，最终影响作物产量。曹海莲等[28]

研究显示秸秆还田可以增加作物产量，改善烤烟的质量。本研究结果显示，深耕和秸秆还田显著提高了烤烟的产量与产值，降低了烤后烟叶的植物碱的含量，增加了烤烟的感官评吸质量。

4  结  论

采用圆盘耙深耕打破了犁底层上层5 cm，减少了犁底层的厚度，增加了疏松土层的厚度;深耕与秸秆还田有效改善了耕层土壤的物理性状，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，增加了土壤大团聚体的比重，减小土壤贯穿阻力。土壤环境的改善有效促进了烤烟根系的生长发育，增加烤烟的生物量累积，提高了烤烟对土壤养分的吸收，进一步提高了烤烟的产量、产值和烟叶质量。

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