土壤调理剂施用对植烟酸化土壤pH值和烤烟根系特性的影响

陈 闺，周杰文，李海平，张发明，李春顺，柳 立，张 毅，*

(1.湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128； 2.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128； 3.云南省烟草公司保山市公司，云南 保山 678000； 4.江苏中烟工业有限责任公司，江苏 南京 210011； 5.湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128)

植烟土壤的酸化会对烤烟根系生长发育和优质烟叶生产带来不同程度的负面影响，如降低根系养分利用效率，加剧根际病虫害，降低烟叶产质量等[1]。Hou等[2]研究了植烟土壤pH值对烤烟根系形态和活力、地上部分农艺性状，及干物质积累的影响，结果表明，适合湘西烟区烤烟生长的土壤pH值在5～7，但以弱酸性为最好。近年来，云南保山烟区不同生态区域的植烟土壤都出现了不同程度的酸化问题，其中，腾冲市、昌宁县植烟土壤酸化问题较为严重，并有进一步加剧的趋势。郭豪等[3]研究了土壤改良剂对丹东地区酸性土壤pH值的改良效果，及其对烤烟产量、质量的影响，结果表明，施用1 200 kg·hm-2的白云石粉改良效果最好，其次为生石灰1 200 kg·hm-2+硫酸镁75 kg·hm-2的组合，施用其他改良剂对酸性土壤pH值也都有一定的改良作用，且能在一定程度上提高烤烟的产量与质量。

植烟酸化土壤改良是一个长期渐进的过程，会受到土壤母质、自然生态环境、栽培耕作措施等多方面因素的共同影响，但土壤酸化对优质烟叶生产带来的限制却亟待解决[4-6]。不同生态区植烟酸化土壤的致酸因子差异较大，可能的致酸因子及其对策包括：(1)交换性钙、交换性镁等偏低，土壤有效硫和交换性酸偏高，土壤阳离子交换量(CEC)与盐基饱和度偏低等[6]，对此，可以增施充分腐熟后的有机肥，并配施碱性土壤改良剂(富含钙、镁、硅等元素)；(2)土壤有机质组分不合理，活性有机质组分比例偏低，对此，可以施用碱性土壤改良剂(富含钙、镁、硅等元素)，并搭配腐殖酸等活性有机组分。生产上，通常采取施用石灰、白云石、矿物钾肥和腐殖酸类产品等土壤调理剂的方法对植烟酸化土壤进行改良，但这些方法在不同地区的改良效果不尽相同。本研究拟开展盆栽试验，选取不同类型的土壤调理剂，以保山烟区典型植烟酸化土壤为例，研究其对烟株根际土壤pH值、烤烟根系特性的影响，以期为保山烟区植烟酸化土壤改良提供一定的技术与理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验地点

云南省腾冲市界头烤烟生产专业合作社育苗大棚。

1.2 供试材料

试验于2018年4—9月进行，烤烟品种为K326，采取盆栽方式进行，选取长势一致的六叶一心烟苗进行移栽。试验中所使用的植烟酸化土壤(0～20 cm耕层土壤)分别取自腾冲市界头镇、昌宁县鸡飞镇。腾冲市界头镇海拔1 620 m，年平均气温14.8 ℃，年降水量1 600～1 700 mm，属典型的亚热带季风气候，土壤类型为水稻土；昌宁县鸡飞镇海拔1 860 m，年平均气温18.0 ℃，年降水量1 100 mm，属典型的亚热带季风气候，土壤类型为旱地土。供试土壤理化性质如表1所示。试验中所使用的有机无机复混肥(简记为C1，N 7%，P2O512%，K2O 19%)、氮钾肥(简记为C2，N 16%，K2O 30%)购于云南云叶化肥股份有限公司，硝酸铵(简记为C3，N 15%)、磷酸二铵(简记为C4，N 16%，P2O546%)、硫酸钾(K2O 50%)、钙镁磷肥(P2O518%)购于南宁市广肥农资有限公司，石灰购于山东绿沣肥料有限公司，木本泥炭基腐殖酸钾(以下简称为腐殖酸钾，含K2O 10%)购于北京中向利丰科技有限公司，水热法矿物钾肥(以下简称为矿物钾肥，含K2O 4%)购于北京中科建成矿物技术有限公司。

表1 供试土壤理化性质

1.3 试验设计

盆栽试验利用普通PVC塑料桶进行。选取的2种植烟酸化土壤风干后过20目筛，然后装柱，每桶分别装入土壤15 kg。试验土柱分2层进行装柱：0～15 cm层，过筛后土壤与不同配方的土壤调理剂，及硫酸钾等化学肥料分别混匀后进行装柱；15～30 cm层，过筛后土壤直接装柱。所有处理均设置3次重复，各处理氮、磷、钾用量一致。土壤水分保持在田间持水量的60%左右，如不足则补浇，试验共进行60 d。

试验处理设置如下：CK，以烟农常规施肥为基础，每盆施N 3.2 g、P2O53.2 g、K2O 7.3 g；T1，在CK基础上每盆增施10 g石灰；T2，在CK基础上每盆施用10 g硫酸钾(为保证各处理养分含量一致，该处理施肥时在CK基础上减去硫酸钾所含的K2O量)；T3，在CK基础上每盆施用2.5 g腐殖酸钾和7.5 g矿物钾肥(为保证各处理养分含量一致，该处理施肥时在CK基础上减去腐殖酸钾和矿物钾肥所含的K2O量)；T4，在CK基础上每盆施用2.5 g腐殖酸钾和7.5 g钙镁磷肥(为保证各处理养分含量一致，该处理施肥时在CK基础上减去腐殖酸钾所含的K2O量和钙镁磷肥所含的P2O5量)。将各处理下由C1～C4所提供的养分含量及其相应的化肥用量整理于表2。

表2 各处理的化肥用量

1.4 测定项目与方法

盆栽试验进行过程中，每隔10 d利用土钻分别钻取0～15 cm土层样品(距离烟株中心5 cm位置)，测定土壤pH值(浸提液中的水土体积质量比为2.5∶1)[4]。

于试验的第60天进行烟株和土壤样品采集，测定烤烟地上部生物量(干重)、根系生物量(干重)、根系活力与ATP酶活性、根际土壤有机酸含量。根系活力采用TTC法进行测定[7-8]；根系ATP酶活性利用K+-ATPase试剂盒(上海杰美基因医药科技有限公司)进行测定(以鲜重计)[9-10]；根际土壤有机酸含量参照王卫东等[11]方法，土壤样品经1%(体积分数)盐酸浸提，对提取液进行浓缩、溶解后，有机酸酯化形成羟肟酸，与Fe3+反应生产红色络合物，在500 nm下比色测定。

2 结果与分析

2.1 对土壤pH值的动态影响

短期内(0～40 d)，施用石灰(T1处理)对提高土壤pH值的效果最好，刚施用时(0 d)两地供试土壤的pH值均已高于6.0(图1)。其他处理之中，T3和T4处理的土壤pH值仅低于T1处理，效果次之，T2处理的土壤pH值始终低于T1、T3、T4处理，在鸡飞镇的供试土壤上，T2处理的土壤pH值还始终低于CK处理。其间，随着烟株的生长，各处理的土壤pH值总体呈下降趋势，但在界头镇的供试土壤上，T3处理的土壤pH值在10～20 d由5.08变为5.30，这一变化有利于烤烟苗期根系的生长发育。

图1 不同处理对烟株土壤pH值的影响

40～60 d，在界头镇供试土壤上，除T1处理的土壤pH值还在下降外，其余处理均有上升或趋稳的趋势；在鸡飞镇供试土壤上，除了T1和CK处理的土壤pH值还在明显下降外，其他处理的土壤pH值呈趋稳或略升的趋势。至60 d时，两地供试土壤的pH值均以T4处理最高。

相同供试土壤上，柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 对烤烟根际土壤有机酸含量的影响

不同处理下，烤烟根际土壤有机酸含量有显著(P<0.05)差异(图2)。在两地的供试土壤上，均以T4处理的根际土壤有机酸含量最高(界头镇为0.73 cmol·kg-1，鸡飞镇为0.76 cmol·kg-1)。在界头镇供试土壤上，根际土壤有机酸含量最低的为T1处理(0.43 cmol·kg-1)，且显著(P<0.05)低于其他处理，推测是因为在当地植烟土壤上施用石灰会产生钙镁拮抗问题；在鸡飞镇供试土壤上，T2处理的根际土壤有机酸含量最低(0.52 cmol·kg-1)，且显著(P<0.05)低于其他处理，可能是由于该处理下过高的硫含量限制了烤烟根系的生理代谢活动。

2.3 对烤烟根系特征指标的影响

与CK、T1、T2处理相比，在两地的供试土壤上，T3和T4处理的烤烟根系活力与根系ATP酶活性均显著(P<0.05)增高(图3)，这有利于根系对土壤养分的吸收与利用。在两地的供试土壤上，与CK相比，石灰或K2SO4的施用(处理1或处理2)并没有显著提高烤烟的根系活力，在界头镇的供试土壤上，石灰的施用导致烤烟根系活力较CK显著(P<0.05)降低，在鸡飞镇的供试土壤上，硫酸钾的施用导致烤烟根系活力较CK显著(P<0.05)降低。另外，在两地的供试土壤上，与CK相比，石灰的施用均导致烤烟根系ATP酶活性显著(P<0.05)降低，但硫酸钾的施用对烤烟根系ATP酶活性无显著影响。

图3 不同处理对烤烟根系活力与ATP酶活性的影响

图4 不同处理对烟株根系生物量的影响

图5 不同处理对烟株地上部生物量的影响

2.4 对烟株生物量的影响

在界头镇的供试土壤上，与CK相比，T3和T4处理的根系生物量分别显著(P<0.05)增加了46.09%、83.70%；T2与CK处理差异不显著；T1处理的根系生物量最低，每盆仅有8.02 g，显著(P<0.05)低于其他处理(图4)。在鸡飞镇的供试土壤上，与CK相比，各处理的根系生物量均无显著差异，但T2处理的根系生物量显著(P<0.05)低于除CK外的其他处理。

在两地的供试土壤上，均以T1处理的烟株地上部生物量最低，尤其是在界头镇的供试土壤上，其地上部生物量显著(P<0.05)低于其他处理，在鸡飞镇的供试土壤上，其地上部生物量亦显著(P<0.05)低于除T2外的其他处理。此外，在两地的供试土壤上，T3和T4处理的烟株地上部生物量均显著(P<0.05)高于其他处理，T2处理的烟株地上部生物量与CK无显著差异。这表明，在保山烟区利用石灰进行酸化土壤改良，会给苗期烟株的生长发育带来一定程度的负面影响。

3 讨论

引起土壤酸化的原因主要可分为自然因素和人为因素[6]。保山市植烟土壤pH值呈逐年下降的趋势，下降趋势由西北方向与东南方向逐渐向中部地区减小。位于保山市东南部的昌宁县植烟土壤pH值的发展趋势与位于西南部的腾冲市有所类似，辖区内土壤均有酸化加剧的现象。造成这种趋势的原因除当地气候、土壤母质的自然因素影响外，还可能包括诸如肥料施用种类、用量，以及耕作管理不当等人为因素的影响[1，12]。适宜烟草生长的植烟土壤pH值一般为5.5～6.5[6]。据调查，2011年腾冲市植烟土壤pH值小于5.5的样本占30.7%，到2016年这一比例增加到68.1%；2011年昌宁县植烟土壤pH值小于5.5的样本占17.9%，到2016年这一比例增加到49.4%[12]。土壤调理剂的施用能够调节烟株根际土壤pH值[13-14]。本研究中，移栽烟株后，两地供试土壤的pH值均呈下降趋势。分析其原因，可能是前期烟株生长过程中植株根系活动旺盛，产生大量CO2和根际分泌物等所致。同时，土壤中养分盐基离子被吸收等也会导致烟株根系土壤pH值快速下降[15-16]。

本研究表明，施用土壤调理剂会对烟株根系产生较大的影响，这与唐莉娜等[24]、朱克亚等[25]的研究结论一致。有研究发现，当根际土壤pH值从7.5下降到4.5时，烟草不同生育时期的根体积、干质量、根系吸收面积都呈降低趋势，并与土壤pH值表现出显著的相关性[26-27]。与其他处理相比，施用腐殖酸钾+矿物钾肥、腐殖酸钾+钙镁磷肥处理的烤烟根系活力和根系ATP酶活性均显著增高，这有利于增强根系对土壤养分的吸收与利用。而且，根系活力和ATP酶活性的改变也会进一步影响烟株根系、地上部生物量。试验条件下，石灰施用并没有显著提高烤烟根系活力和根系ATP酶活性，甚至还会在一定程度上导致烤烟根系活力和根系ATP酶活性的降低。土壤酸化使土壤中H+增加、净电荷减少，易造成钙、镁、钾等养分离子的吸附量显著减少，从而使植物在生长过程中更易产生缺素症等症状[28]。施用腐殖酸钾+矿物钾肥、腐殖酸钾+钙镁磷肥处理的烟株生长情况明显优于其他处理，原因之一可能是，腐殖酸钾、矿物钾肥和钙镁磷肥的加入，能为烟株生长发育提供足够的钙、镁、钾等营养元素。

综上，本研究表明，与常规施肥(CK)相比，在本试验条件下，施用硫酸钾会在一定程度上加剧土壤酸化；施用石灰虽然能在短时间内提高土壤pH值，但会出现复酸化现象；施用腐殖酸钾+矿物钾肥、腐殖酸钾+钙镁磷肥能够减缓植烟酸化土壤的持续酸化，使土壤pH值在自然条件下不致因外界条件的改变而剧烈变化，且有利于烟株的生长发育，改良效果较好。因此，在云南保山烟区的植烟酸化土壤上，可以在常规施肥的基础上配合施用腐殖酸钾+矿物钾肥、腐殖酸钾+钙镁磷肥，以稳定有效地改良植烟酸化土壤。