垂直深旋耕对植烟土壤理化性状和烤烟生长的影响

邓永晟 张敏 李伟 刘勇军 彭曙光 田峰 张仲文 章程 江智敏 陈金 粟戈璇 邓小华

摘要：为明确垂直深旋耕改良植烟±壤和促进烤烟生长的应用效果，以传统耕作方式为对照，研究了垂直深旋耕对植烟土壤理化性状、烤烟根系和地上部分生长、干物质积累、经济性状和烟叶化学成分的影响。结果表明，①垂直深旋耕可提高0-40cm耕层土壤pH0.140.16，有利于提高石灰改良酸性土壤效果垂直深旋耕可降低土壤容重0.11-0.12g/cm3，提高土壤孔隙度4.66681百分点，增加土壤有机质1.5-1.93gkg，提高烤烟大田中后期土壤氮、钾的有效性③垂直深旋耕可促进烤烟根系发育，有利大田中后期烤烟地上部分生长;④垂直深旋耕有利于烟叶的干物质、氮、磷、钾的积累，传统耕作方式有利于烟茎的干物质、氮、磷、钾的积累和烟叶烟碱的积累：⑤垂直深旋耕可提高烟叶产量14.42%和产值12.42及烟叶钾含量。垂直深旋耕可加深士壤耕层，改善土壤理化特性，增加改良剂施用效果，促进烤烟生长，提高烤烟种植效益。

关键词：耕作方式;垂直深旋耕;植煙土壤烤烟生长烤烟产质量

目前的酸性土壤改良没有实现表层与表下层土壤酸度的同步改良，效果不甚理想。山区烤烟种植多采用刀辊转轴与被耕地面平行的卧式旋耕机实现翻耕，导致植烟壤出现耕层变浅、犁底层升高、板结与蓄水保肥能力下降等问题，制约烤烟生产。因此，植烟土壤酸化、耕作层浅已成为山区烤烟种植迫切需要解決的问题。垂直深旋耕作为种新型的耕作方式，采用转轴垂直于被耕地面的立式螺旋形钴头实现深耕、深松、碎土等深旋耕作业叫，既具有犁翻耕的深松作用，同时具有旋耕后土壤疏松、土粒粉碎均匀的特点，能够提高土壤中的速效养分含量，增加赤红壤的中团聚体含量，有效改善小麦生育中后期田间微环境，降低岩溶区甘蔗地士壤优先流的发生，提高土壤的保肥蓄水能力。已在多种作物増产提质上得到应用，而在烤烟生产上少有报道。为研究该耕作方式在土壤改良和烤烟增产提质方面的效果，本研究探讨了垂直深旋耕对山区烟稻轮作田土壤理化特性、烤烟生长、烟叶经济性状和化学成分的影响，以期为山区植烟土壤保育技术的进一步发展和优质烟叶生产提供理论支撑。

1材料与方法

试验地基本情况

试验于2019年在湖南省花垣县科技示范园（28.53°N，109.45E，属亚热带季风山地湿润气候区，海拔530m年均气温15.0℃，年降雨量1364mm，无霜期279d，年日照时数1219h）进行。试验地实行一年一季的烟稻轮作，前茬为水稻，土壤为黄壤发育的水稻土，020cm基础土壤数据为pH52，有机质17.01gkg，碱解氮83.75mgkg，有效磷1606mgkg，速效钾10646mgkg。烤烟品种为云烟87。

1.2试验材料

石灰为市售熟石灰，施用量为2250kghm21垂直深旋耕起垄机由湖南田野现代智能装备有限公司生产，普通旋耕机、微型起垄机由合作社提供。

3试验设计

试验设垂直深旋耕和起垄1次性作业方式（T，简称垂直深旋耕），旋耕和起垄2次作业方式（CK，简称传统耕作）两个处理。T，垂直深旋耕方式，选用可实现垂直深旋耕和起垄的一体机，该机采用4根垂直轴旋切粉碎土壤，土壤翻耕和起垄一次性作业完成，垄幅120cm，垂直旋耕深度40cm，垄高30cm，松土层50cm。CK，传统耕作方式，采用小型拖拉机带旋耕机旋耕作业，土壤翻耕和起垄分2次作业完成，垄幅120cm，翻耕深度20cm左右，垄高30cm，松层30cm。设3个重复，小区面积300m2。土壤翻耕前均匀施熟石灰，烤烟移栽前10d完成土壤翻耕和起垄。烤烟施氮量109.50kg/hm2，m（N）：m（P2Os）：m（K2O）=1：1.27：2.73。烟草专用饼肥、专用基肥等条施，分3次施用追肥。烤烟种植行株距为1.2mx0.5m，4月下旬移栽，7月上旬打顶，留叶16～18片，其他栽培管理措施同湘西自治州优质烤烟生产技术规程。

1.4取样及测定方法

1.4.1土壤理化特性测定于烟田翻耕前及烤烟移栽后25、5080、120d，每处理选择5个点采用环刀法测定土壤容重和孔隙度;采集020cm垄体层土壤，制成混合土样。土壤pH采用电位法测定;土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾分别采用重铬酸钾容量法、碱解扩散法、碳酸钠浸提钼锑抗比色法、醋酸铵浸提-火焰光度法测定川。在移栽后25d，每个处理采用土壤原位取样器钻取3个50cm深的土柱，分切成0～-10、10～20、20～30、30-40、40-50cm的土柱用于测定土壤pH。

1.4.2根系形态指标测定每个处理于烤烟移栽后25、50、80、120d选择5株代表性烟株。25d，小心挖取全株根系，用水冲洗干浄：50d，采用植物根系取样器（直径10cm，高度20cm）在离烟株5cm的垄脊和垄侧各取1个土柱;80d，采用植物根系取样器在离烟株8cm的垄脊和垄侧各取1个土柱120d，采用植物根系取样器在离烟株10cm的垄脊和垄侧各取1个土柱。用水泡土柱，使根土分离并冲洗干净，用网筛承接根系，尽量保持根系完整。采用LA-2400多参数根系分析系统测定根长、根表面积、根体积、根直径及根尖数。120d的根系形态数据是垄脊和垄侧的平均值。

1.4.3烤烟生长指标调查每个处理标记5株烟进行观察，于移栽后25、50、80d，按照标准YCT1422010测定株高、茎围、叶片数、叶长、叶宽等。叶面积=叶长x叶宽x0.6345。20d测定最大叶：50d测定下部、中部、上部烟叶，分别为从下往上数第2～4叶、第6-9叶、第11～13叶：80d测定中部和上部烟叶，分别为从上往下数第2～4叶、第89叶。

1.4.4烤烟干物质及全氮、全磷、全钾、烟碱含量测定于移栽后70d，每个处理选择5株代表性烟株，分切为根、茎、叶片，在105℃杀青30min，80℃C烘千至恒重后测定干物质量。植株用H2SO4-H1O2消煮，采用凯氏定氮法测定全氮，钼抗比色法定全磷，火焰光度法测定全钾，烟碱含量采用荷兰SKALARSan++流动分析仪测定。氮（磷、钾、烟碱）积累量（mg株）移栽后70d单株干物重（g）X单株含氮（磷、钾、烟碱）量（）×10。干物质（氮、磷、钾、烟碱）分配率（%）=某器官干物质（氮、磷、钾、烟碱）量植株干物质（氮、磷钾、烟碱）总量×100。

1.4.5烤烟经济性状考查每个处理单采、单烤，由分级专家分级后，考查上等烟比例、中等烟比例、均价、产量、产值等烟叶经济性状。

1.4.6烟叶化学成分测定各处理选取具有代表性的B2F、C3F等级烟叶，采用荷兰SKALARSAN++间隔流动分析仪测定总糖、还原糖、总氮、烟碱、氯含量，火焰光度法测定烟叶钾含量。糖碱比为总糖与烟碱的比值，氮碱比为总氮与烟碱的比值，钾氯比为钾与氯的比值。

1.5统计分析方法

采用Microsoft Excel2003和SPSS17.0进行数据处理和统计分析。采用Duncan法检验显著性。

2结果

2.1对植烟土壤pH的影响

由图1A可知，烤烟移栽后25、50、80、120d，T处理和CK耕作层土壤pH差异不显著处理移栽后25、50、80、120d土壤pH的变异系数较CK分别低了1.83、127、1.95、2.14百分点表明垂直深耕方式较传统耕作方式耕作层土壤pH的均匀度好。由图1B可知，T处理10～20、20-30、30～40、40-50cm壤pH均高于CK，其中10-20、2030、30-40cm差异显著。T处理和CK不同土层土壤pH极差分别为0.50、0.59，变异系数分别为3.81%、

4.38%，表明垂直深旋耕方式可减小土壤pH的垂直差异，显著提高10-40cm土壤pH，主要原因是传统耕作方式的土壤搅动深度一般小于30cm，而垂直深耕方式的土壤搅动达到了50cm，既有利于石灰在表土层混匀，又能使部分石灰混入深层土壤与表下层土混匀，实现表土与表下层土壤的酸度同步改良，提高石灰改良土壤的效果。

2.2对植烟土壤理化特性的影响

由表1可知，烤烟移栽后25、50、80、120d的壤容重均表现为T显著低于CK;土壤孔隙度均为T处理显著高于CK。烤烟移栽后25、50、80dT处理土壤有机质显著高于CK。烤烟移栽后25d的土壤碱解氮是T处理显著低于CK;移栽后50、80d的土壤碱解氮是T处理显著高于CK。烤烟移栽后25、50、80、120d，T处理土壤有效磷显著低于CK。烤烟移栽后25、50d的土壤速效钾是T显著低于CK;移栽后80d的土壤速效钾是T显著高于CK。

2.3对烤烟生长的影响

2.3.1对烤烟地下部根系生长的影响由表2可知，在烤烟移栽后25d，T处理根系长度、表面积、体积、根尖数均显著大于CK，较CK的根系发育更好。在烤烟移栽后50d，垄脊根系长度、表面积、体积、根尖数均表现为T处理显著大于CK，垄侧根系长度、表面积、体积、根尖数为T处理显著小于CK;在烤烟移栽后80d，垄脊根系长度、表面积、根尖数均为T处理显著大于CK，垄脊根系体积、平均直径为T处理显著小于CK，垄侧根系长度、表面积、体积为T处理显著大于CK。烤烟移栽后120d，T处理根系长度、表面积、体积、平均直径、根尖数与CK差异不显著。

2.3.2对烤烟地上部生长的影响由表3可知，在移栽后25d，T处理株高、茎围、叶片数、最大叶面积均显著大于CK。移栽后50d，T处理株高、茎围、中部烟叶面積均显著大于CK，叶片数、下部烟叶和上部烟叶面积差异不显著。在烤烟移栽后80d，T处理株高、中部烟叶面积、上部烟叶面积均显著大于CK，表明T处理地上部分生长发育较CK好。可见，传统耕作在旺长前期烤烟生长要优于垂直深旋耕方式;但垂直深旋耕有利于烤烟后期生长。

2.4对烤烟物质积累与分配的影响

由表4可知，烤烟积累的干物质、氮、磷、钾、烟碱主要分配给烟叶，T较CK分配给烟叶的相对较多，CK较T分配给烟茎的相对较多。从烤烟干物质积累量看，T千物质积累量大于CK，主要表现为烟根、烟叶的干物质积累量较多，但CK的烟茎干物质积累量要大于TT氮积累量大于CK，主要表现为烟叶的氮积累量较多，但CK的烟茎氮积累量要大于TT磷积累量大于CK，主要表现为烟根、烟叶的磷积累量较多烟株钾积累量大于CK，主要表现为烟根、烟叶的钾积累量较多，但CK的烟茎钾积累量要大于T：从烟碱积累量看，两种耕作方式差异不显著，但T烟根烟碱积累量大于CK，烟叶烟碱积累量小于CK。垂直深旋耕的烤烟长势旺，有利于烟叶干物质、氮、磷、钾的积累，传统耕作方式有利于烟茎干物质、氮、磷、钾积累和烟叶烟碱积累。2.5对烤烟经济性状的影响

由表5可知，两种耕作方式的上等烟比例、中等烟比例和均价差异不显著，但垂直深旋耕的烤烟产量、产值均显著高于传统耕作。可见，垂直深旋耕可提高烟叶产量和产值。

2.6对烤后烟叶化学成分的影响

由表6可知，从B2F、C3F等级看，垂直深旋耕的烟叶总糖和还原糖含量低于传统耕作方式（在适宜范围内），烟叶钾含量相对较高。

3讨论

耕作方式是影响植烟土壤质量化及可持续利用的重要外因3。传统卧式旋耕机是水平旋耕，而垂直深旋耕机械包括垂直深旋耕和起垄机械两大部分，可实现深耕和起垄一次作业完成。垂直深旋耕机械的多把旋耕刀切削、撞击、捶打、挤压土壤，能把全耕层土壤粉碎成细小颗粒，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增强土壤肥力，有利于作物根系发育和下扎2，促进作物生长和干物质积累，提高作物产量。本研究结果还表明，垂直深旋耕细碎士壤加了通气性，可能有利于土壤微生物活动和稻秸残茬分解，故而提高了土壤有机质。垂直深旋耕处理烤烟移栽后25d的土壤碱解氮较CK低，移栽后50、80d较CK高;可能是由于深耕后部分底层土壤翻入表土层，短期内稀释了土壤碱解氮，但垂直深旋耕细碎土壤有利于肥料吸附，可减少肥料淋溶失，故有利于提高后期土壤碱解氮。垂直深旋耕土壤细碎和通气性好，也有利于土壤无效钾转化为有效钾，提高土壤速效钾含量。

实现表层与表下层土壤酸度的同步改良可提高酸性士壤改良效果。传统方法是将酸性土壤改良剂撒施在土壤表层，然后进行耕翻，改良剂主要散布在土壤表土层，较难实现全耕层土壤改良。采用垂直深旋耕机械，通过深耕和深松作业将石灰改良剂与土壤搅拌均匀，使改良剂掺混入0～50cm土壤中，实现全耕层土壤都分布有石灰，可提高石灰改良酸性土壤的效果。

传统旋耕机作业的耕深一般在12～16cm，长期旋耕容易在耕作层和心土层之间形成一层坚硬的犁型底层，导致耕层浅和地力下降，也使植烟土壤养分出现表聚现象2。垂直深旋耕虽然提高了土壤粉碎程度，可激发土壤有效养分释放，但由于打破了稻田犁底层，部分底层土壤翻入表土，烤烟大田前期土壤养分相对较低，会导致耕作第1年种植的烤烟生育前期生长稍慢2。但是，垂直深旋耕的养分激发效应，细碎土壤对养分的吸附作用而导致的流失减少，以及深松土壤对烤烟根系生长的促进作用，会导致烤烟中后期生长发育加快2。这是烤烟生产应用该技术时需注意的地方。

4结论

在山区烟稻轮作田，垂直深旋耕方式通过深耕、深松、碎土打破了犁底层，有利于石灰改良酸性士壤提高全耕作层土壤pH，可降低土壤容重，提高土壤孔隙度，加土壤有机质，提高烤烟大田中后期土壤氮钾的有效性。垂直深旋耕可促进烤烟根系发育和下扎，有利大田中后期烤烟地上部分生长。垂直深旋耕有利于烟叶的干物质及氮磷钾的积累传统耕作方式有利于烟茎的干物质、氮磷钾和烟叶烟碱的积累。垂直深旋耕可提高烟叶产量产值及烟叶钾含量，提高烤烟种植效益。但是本研究只是垂直深旋耕在第1年的试验结论，有关垂直深旋耕改良土壤的持续效应还有待继续研究。

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