玉米秸秆还田方式对酸性植烟土壤肥力及烟叶产值的影响

吴岳庭，李海平，丁梦娇，张发明，李 刚，张 毅，石国荣

(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；4.湖南农业大学化学与材料科学学院，湖南 长沙 410128)

【研究意义】云南省腾冲地区处于我国南方烟区烤烟种植的核心区域，当地植烟土壤为酸性植烟土壤，肥料养分的利用效率较低，不能及时提供烟株正常生长所需的养分，植烟土壤质量及生产力受到部分影响。【前人研究进展】现有研究表明，腾冲地区酸性植烟土壤的成因与土壤中有机质含量较高，HA/FA值不协调存在较大关系[1-3]。玉米秸秆含有丰富的有机与无机养分，玉米秸秆还田能有效改善土壤蓄水、培肥能力[4-5]。【本研究切入点】本研究以未腐熟、腐熟的玉米秸秆为研究对象，研究烤烟各生育期玉米秸秆不同还田方式和还田量下土壤养分、pH、腐殖质及其组分、烟叶产值的变化。【拟解决的关键问题】此结果为探究玉米秸秆还田方式及还田量对于云南腾冲地区酸性植烟土壤肥力及烟叶产值的影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验于2019年在云南省腾冲市界头镇顺河村(98.63 E,25.42 N)进行，试验地地势平坦，灌溉与排水方便，前茬作物为油菜。当地属亚热带季风气候，分旱雨两季，年均降水量年平均降雨量为1531 mm，年平均相对湿度为77 %，烤烟生长期间处于雨季，日均温小于24 ℃。

烤烟种植品种为K326。玉米秸秆晒干后粉碎过2 mm筛，玉米秸秆各养分含量(表1)。秸秆腐熟剂、烟草专用基肥、供试土壤的基本理化性质：pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为5.68、169.25 、27.08、179.92 mg/kg，腐殖质、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)以及胡富比(HA/FA)分别为10.49 g/kg、6.16 g/kg、4.33 g/kg、0.70。

1.2 试验设计

1.2.1 试验处理 烟叶移栽时间为5月14号，在烟苗移栽前2个月将成熟玉米秸秆粉碎后与秸秆腐熟剂加水混合并用塑料覆盖，每隔1周补水、翻堆1次，使得玉米秸秆充分腐熟。在烟苗移栽前一周进行施肥起垄，在烟田施基肥起垄时将未腐熟、腐熟的玉米秸秆与基肥混匀穴施。依据未腐熟玉米秸秆与烟草专用肥之间氮素比确定玉米秸秆添加量。本试验共设置5个处理，分别为CK：空白(只施用烟草专用肥)、T1：烟草专用肥+40 kg/667m2未腐熟玉米秸秆、T2：烟草专用肥+80 kg/667m2未腐熟玉米秸秆、T3：烟草专用肥+40 kg/667m2腐熟玉米秸秆、T4：烟草专用肥+80 kg/667m2腐熟玉米秸秆。种植密度为1100株/667m2(120 cm×50 cm)，每个处理3次重复，小区面积50 m2，共计15小区，随机区组排列，田间管理按照当地特色优质烟叶生产技术规程，留叶数为16片(表2)。

1.2.2 样品采集和分析方法 土壤样品采集与检测：在烟苗移栽时(第0天)、第30天(处于生根期)、第60天(处于旺长期)、第90天(处于成熟期)在烟垄上取烟株周围耕作层(0～20 cm)土样，经过风干、磨细、过筛、混匀、装瓶后备测定分析之用。

土壤腐殖质各组分的提取参考腐殖质组成修改法[20]。提取到的腐殖质、胡敏酸(HA)以及富里酸(FA)的含碳量采用重铬酸钾外加热法测定，有效钾含量采用醋酸铵浸提(NH4OAc-K)、火焰光度法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法，有效磷含量采用碳酸氢钠法(Olsen-P)，pH采用电位法：水∶土=2.5∶1。

表1 玉米秸秆各养分含量

表2 不同试验处理秸秆及肥料施肥量

在烟叶采收时对各处理不同部位的烟叶进行挂牌后再进入烤房烘烤，按照国家烟叶分级标准进行计算各个小区烤后烟叶产量、产值等。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 18.0和GrapHpad 8.0.2对数据进行处理统计分析。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆还田方式对土壤碱解氮的影响

由图1可知，第30天时，T4处理的碱解氮含量为212.67 mg/kg显著性高于T1、T3处理。第60天时，T2、T4处理的碱解氮含量比CK处理分别高8.47、13.43 mg/kg具有显著性差异。T2、T4处理碱解氮含量比T1处理分别高3.35、8.31 mg/kg，T4处理的碱解氮含量与T1、T3处理有显著性差异(P<0.05)。到第90天时，T1、T2处理碱解氮含量显著的高于其它处理，而且T1处理和T2处理间的碱解氮含量也具有差异显著(P<0.05)。T3处理和T4处理间的土壤碱解氮含量的差异不显著。本试验中，各处理的碱解氮含量均呈现先增高再降低的变化规律。添加未腐熟玉米秸秆的处理碱解氮含量的

第90天时与其它处理比较表现出较强的供氮能力。添加80 kg/667m2腐熟玉米秸秆的处理碱解氮的含量在烟叶生根期、旺长期的氮肥能力显著性高于其他处理。试验组的碱解氮含量表明土壤碱解氮含量与玉米秸秆之间呈现正相关关系。

2.2 玉米秸秆还田方式对土壤有效磷的影响

由图2可知，在第30天时， T1、T2处理有效磷含量分别为35.36、37.14 mg/kg比CK处理分别高2.33、4.11 mg/kg，差异显著。T1、T2处理的有效磷含量显著性高于T3、T4处理。在第60和90天，T1、T2处理的有效磷的含量均显著性的高于其它处理，且在第90天时T1、T2处理间的有效磷含量具有显著性差异。从整个时期来看，各处理的有效磷含量均呈现先增高再降低的趋势，添加未腐熟玉米秸秆的处理磷肥供应能力显著性高于CK处理、T3、T4处理的碱解氮含量与CK处理差异不显著，T1、T2处间有效磷的含量未表现出显著性的差异。

2.3 玉米秸秆还田方式对土壤速效钾的影响

由图3可知，烟苗移栽后第30天时CK处理速效钾含量与T1 、T2、T3无显著性差异。 T4处理速效钾含量比T2、T3处理分别高17.27、19.00 mg/kg存在显著性差异。在第30天取完样品后追施钾肥，到第60天时土壤速效钾含量有较大幅度增加。此时CK处理的速效钾含量比T2、T3、T4处理的分别低43.94、37.55、67.02 mg/kg差异显著。T4处理的速效钾含量为419.27 mg/kg显著性大于T1处理。T2、T4的速效钾含量要高于T1、T3处理但差异不显著。从移栽到旺长期，土壤速效钾含量呈现先下降再上升的趋势。且添加未腐熟玉米秸秆的处理土壤速效钾含量要低于添加腐熟玉米秸秆的处理。

2.4 玉米秸秆还田方式对土壤pH的影响

由图4可知，第30天时，T2、T4处理的pH值分别为5.19、5.18，显著高于CK 处理。T1处理的pH

值显著性的小于T2，比CK处理高0.10差异不显著。T3、T4处理间的pH值无显著性差异。第60天时，CK处理的pH值为5.23显著性的低于T1、T3、T4处理，T1处理的pH值显著性高于T2处理，T3、T4 处理间的pH差值为0.13具有显著性差异。第90天时，T1、T2处理的pH值具有显著性差异，且显著性低于CK处理，T3、T4处理的pH值显著性比T2处理高0.09、0.08。除第30天的时候各处理的土壤pH值略有下降外，其他时间节点基本较为稳定。但添加腐熟玉米秸秆的处理其pH值整体上高于添加未腐熟玉米秸秆的处理，其中添加80 kg/667m2腐熟玉米秸秆处理的pH呈上升趋势。

2.5 玉米秸秆还田方式对土壤腐殖质组成的影响

由表3可知，在第30天时，T1处理与T3、T4处理的腐殖质含量的均差为0.72、1.29 g/kg无显著性差异，T1、T2处理与T4处理的腐殖质含量有显著差异。T3、T4处理的腐殖质含量比CK处理的高0.55、1.23 g/kg差异显著。在第60天时各处理间的腐殖质含量无显著性差异。在第90天时，CK处理的腐殖质含量显著性小于T2处理，T1处理与T2处理的腐殖质分别为11.75、12.17 g/kg存在显著性差异，T2处理的腐殖质含量显著性高于T3、T4处理。

第30天时，T4处理的富里酸含量为6.89 g/kg显著性高于T1、T2处理。在第60、90天时，T1、T2处理的富里酸含量与T3、T4处理无显著性差异。

第30天时，T1、T2处理的胡敏酸含量显著性低于T3处理，T4处理的胡敏酸含量为9.47 g/kg显著性的高于CK、T1处理。第60天时各处理间的胡敏酸含量无显著性差异。第90天时，CK处理的胡敏酸含量为5.46 g/kg比T1、T2处理的胡敏酸含量低0.61、2.25 g/kg，它们间差异显著，T1处理的胡敏酸含量著性的低于T2处理。T2处理的胡敏酸含量比T3、T4处理高1.8、 2.43 g/kg呈现显著性差异。T3、T4处理间的胡敏酸含量无显著性差异。

对不同处理相同取样时期土壤HA/FA值进行分析得出，它们间无显著性差异。从第0～90天期间，CK处理的HA/FA值无显著性差异。T1、T2处理的 HA/FA值呈现逐渐减小的趋势，但无显著性差异。T3、T4 的HA/FA值则表现为先减小后增大的趋势。

表3 玉米秸秆还田方式对土壤腐殖质组成的影响

表4 玉米秸秆还田方式对烟叶经济效益的影响

2.6 玉米秸秆还田方式对烟叶经济效益的影响

由表4可知，试验处理中添加未腐熟玉米秸秆和添加腐熟玉米秸秆的处理，其产值、中上等烟比例产均要高于CK处理，其中T4处理的产值为3981.16元/667m2显著性高于CK、T2处理。CK处理的上等烟和中上等烟分别为68.25 %、8.68 %比例显著性低于T1、T4处理。CK处理的上等烟比例显著性高于T2、T3处理。将添加腐熟玉米秸秆与未腐熟玉米的处理、对照组的烤后烟叶进行比较，它们之间的差异主要体现在中上等烟叶比例的差异上，其中常规施肥的处理中上等烟比例最低，添加腐熟玉米秸秆的处理烤后烟叶上等烟叶的比例高于添加未腐熟玉米秸秆的处理。综合比较各处理间烤后烟叶经济效益得出：添加腐熟玉米的处理>添加未腐熟玉米的处理>对照。

3 讨 论

3.1 玉米秸秆还田方式对土壤无机养分的影响

本研究表明添加玉米秸秆能一定程度上增加土壤碱解氮含量，且添加玉米秸秆的量与土壤碱解氮的含量存在明显的正相关关系。其中添加未腐熟玉米秸秆的处理在第90天时土壤碱解氮含量有明显增加，在此之前的碱解氮含量较其他处理偏低可能与玉米秸秆腐解过程中微生物对氮素的需求有关[6-7]。本研究中添加腐熟玉米秸秆的处理土壤碱解氮含量在生根期、旺长期显著性高于添加未腐熟玉米秸秆的处理，与叶超等[8]的研究结论基本一致性。据赵海霞等[1-2]的研究表明腐殖酸与外源微生物的双重作用下能有效提高土壤氮肥利用效率。本试验中添加未腐熟玉米秸秆的处理土壤有效磷含量显著性增加，这可能与玉米秸秆腐熟过程中微生物代谢旺盛有关，据黄欣欣等[11-14]的研究表明土壤中酶活性的增加能有效提高土壤中的总磷、有效磷的含量。但添加腐熟玉米秸秆的处理土壤有效磷含量无显著性增加，可能与腐熟玉米秸秆的添加量以及土壤胡敏酸的含量有关，王慧[15]的研究表明土壤中胡敏酸会与磷酸盐结合形成稳定的络合物，从而降低土壤有效磷的含量。本研究表明添加玉米秸秆的处理能有效提升土壤速效钾的含量速效，与杨祥波[15]等有机肥能在一定程度上增加土壤速效钾含量，王振宙等[16]的土壤中速效钾的含量与有机质的含量存在高度的线性相关关系等研究结果基本一致。

根据刘国顺等[17]关于烟株大田生长期对氮、磷、钾肥的吸收主要集中在烟苗移栽后第36～77天之间，在烟叶进入成熟期则需要降低氮肥提高烟叶品质等研究结果，结合本试验中添加玉米秸秆后土壤无机养分的变化规律表明添加一定量的腐熟玉米秸秆更能有效提高肥料利用率和土壤供肥能力。

3.2 玉米秸秆还田方式对土壤pH的影响

本研究表明玉米秸秆还田能在一定程度提高高土壤pH，与丁玉梅等[18]的研究结果基本一致，本研究中土壤pH值在第30天时的降低这可能与烟株生根期根系活力较强，根系分泌物增多有关[19-20]。添加腐熟玉米秸秆的处理其pH值在各时期的变化要小于其它处理，可能与腐熟玉米秸秆中活性碳组分含量以及富里酸含量较高对于pH的变化具有一定的缓冲能力有关。

3.3 玉米秸秆还田方式对土壤腐殖质组分的影响

本试验中添加80 kg/667m2腐熟玉米秸秆、未腐熟玉米秸秆的处理腐殖质含量分别在第30、90天时与其他处理其他处理间表现出显著性差异，这与盖艳双等[21-22]秸秆还田能显著提高土壤腐殖质含量，已充分腐熟的秸秆还田后对土壤腐殖化程度的提高更为显著的结论基本一致。本研究表明土壤腐殖质含量与玉米秸秆的添加量之间存在一定的正相关关系。添加未腐熟玉米秸秆的处理HA有明显的增加，且增加速度快于添加腐熟玉米秸秆的处理，据王旭东等[23-26]的研究表明秸秆腐解形成的腐殖质类型会受所处环境的影响，这可能与当地酸性植烟土壤中微生物腐解有机质后生成的腐殖质组分的胡敏酸含量较大有关。本试验中添加腐熟玉米秸秆处理的HA/FA值呈现先减小后增大的趋势，这与Xu Y等[27-28]土壤腐殖质本身的长期稳定性具有较强的缓冲性的研究结果一致。本表明添加所添加的腐熟玉米秸秆在一定程度上能提高土壤FA含量进而改善土壤中HA/FA值，且FA的变化量与添加腐熟玉米秸秆的量存在着正相关关系。

3.4 玉米秸秆还田方式对烟叶经济效益的影响

烤后烟叶经济效益与烟叶在大田期干物质积累具有密切的关系，施加有机肥能有效提高土壤微生物活性，进而调节土壤各速效养分的含量，有利于烟株的吸收与利用，提高烟叶的产值、产量[29-30]。添加腐熟玉米秸秆的处理在一定程度上降低了烟叶生根期、旺长期土壤的HA/FA值，提高了酸性土壤供肥能力，同时提高了烟株的根系活力有利于烟叶朝着优质鲜烟叶方向生长。而添加未腐熟玉米秸秆的处理玉米秸秆的腐解过程提高了酸性土壤中微生物活性，增强了土壤中酶活性，间接提高了烟叶经济效益，但对于土壤肥力改善存在一定的滞后性。

4 结 论

本研究表明，添加腐熟玉米秸秆和未腐熟玉米秸秆均能在一定范围内改善腾冲地区酸性植烟土壤肥力，有利于烟叶产值、产量的增加。添加未腐熟玉米秸秆还田能有效提高磷肥利用效率。腐熟玉米秸田秆还能有效提高腾冲地区酸性植烟氮、钾肥的供应能力，一定范围内提高土壤FA含量降低HA/FA值，提高土壤pH值，及时满足烟叶生长对肥料的需求，提高烤后烟叶的经济效益。