粉垄深耕结合开沟排水对土壤养分和烤烟生长发育的影响

龚 嘉，郑重谊，刘勇军，彭曙光，荊永锋，陈 焘，周清明，黎 娟

(1 湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128； 2 湖南省烟草科学研究所，湖南 长沙 410004； 3 湖南中烟工业有限责任公司，湖南 长沙 410109 ；4 湖南省烟草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000)

粉垄深耕是利用专用机械垂直旋磨粉碎土壤，自然悬浮成垄的新型耕作技术[1]。该技术能改善土壤理化性质，增加土壤微生物含量，优化土壤耕层结构，改变土壤养分在耕层中的分布，有效调蓄土壤水分的合理分配，从而促进植物根系生长发育[2-7]。研究表明，粉垄深耕可提高水稻产量和改善稻米品质[8]；促进玉米和花生前期根系生长发育，提高后期功能叶的净光合效率，从而增加其产量[9]；增加甘蔗功能叶数，提高甘蔗产量，改善甘蔗品质[10-11]。适当的粉垄深度还能提高烟叶产量和产值[12]。

烟叶生产过程中，部分稻作烟区存在稻茬烟田冬季淹水的问题，这会导致农田土壤潜育化严重、地下水位高、有毒物质多、速效养分肥效变差[13]。开沟排水是针对农田淹水改良与治理的首要技术措施，其可降低土壤密度，提高土壤孔隙度、土壤温度和养分含量，改善土壤理化性质[14-15]。研究表明，开沟排水能明显提高水稻产量，同时改善土壤透气性，降低土壤还原性物质含量，表现出脱潜特征[16]。采用水旱轮作方法，在烟稻轮作区容易发生冬季农田淹水，进而导致土壤环境恶化，但目前在水旱轮作区，有关粉垄深耕和开沟排水相结合对烟草产质量和土壤理化性质影响的研究尚未见报道。为此，本试验在烟稻轮作区开展冬闲田粉垄深耕结合开沟排水试验，研究粉垄深耕结合开沟排水对土壤理化性状及烤烟生长发育的影响，旨在改善冬季淹水烟田土壤环境, 为优质烤烟生产提供良好的土壤条件。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年3-8月在郴州市桂阳县仁义乡梧桐村汪山组进行。试验地地理位置25°46′01″N，112°41′15″E，海拔250 m。桂阳县属亚热带湿润季风气候，年平均气温17.2 ℃，年平均日照时数1 705.4 h，年平均降雨量1 385.2 mm，冬季偏暖，雨雪甚少。试验田块土壤属于鸭屎泥，质地为壤土，前作为水稻，土壤基本理化性状为：pH值7.58，土壤全氮含量2.01 g/kg，土壤全磷含量1.25 g/kg，土壤全钾含量24.17 g/kg，土壤有机质含量49.65 g/kg，土壤碱解氮含量155.59 mg/kg，土壤有效磷含量49.79 mg/kg，土壤速效钾含量408.16 mg/kg。

1.2 试验设计

在郴州市桂阳县选取往年常发生积水的植烟田块，试验采用两因素试验设计，因素1为粉垄深耕与否，即晚稻收获后不粉垄深耕和晚稻收获后粉垄深耕30 cm；因素2为排水与否，即开沟排水(在烟垄的垂直方向开深沟，围沟深度30.5 cm，垄沟深度21.5 cm)和不开沟排水；具体处理组合如下：不粉垄深耕，不深开沟排水(T1)；粉垄深耕，不深开沟排水(T2)；不粉垄深耕，深开沟排水(T3)；粉垄深耕，深开沟排水(T4)。供试品种为湘烟5号，小区面积为66.7 m2，株行距为50 cm×120 cm。试验采用随机区组排列，每组设3个重复。3月中下旬移栽烤烟，所有生产管理技术措施均与当地烤烟生产技术手册一致。

1.3 测定项目与方法

于烤烟移栽后20，40，60，80 d，采用五点取样法，于垄体上取10 cm深处土壤样品，风干、过筛后用于检测各处理土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量[17]。同时，每个处理取长势一致且具有代表性的烟株3株，将烟株分器官(根、茎和叶)烘干，称质量，计算总干物质量。烤烟移栽后60和80 d，选取各处理3株代表性烟株，采用挖掘法取样，保留根系完整，清水洗净，测定烟株根系下扎深度和一级侧根数[18]；随机选取10个根，在桌面上紧密排成一排，用直尺测量10个根的直径，记为根粗；采用氯化三苯基四氮唑(TTC)还原法测定根系活力。各处理烟叶成熟烘烤后按照国家烤烟分级标准GB 2635-1992进行分级，统计烟叶产量、产值、均价、上等烟比例和上中等烟比例。每个处理取B2F、C3F等级的烤后烟叶样品3 kg，进行烟叶主要化学成分分析。烤烟总糖、还原糖、烟碱、氯离子含量采用SKALAR连续流动分析仪测定。

1.4 数据处理

试验数据分析采用Microsoft Office 2007和SPSS23.0，采用Duncan’s法在P=0.05水平下检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 粉垄深耕结合开沟排水对土壤养分的影响

由表1可知，移栽后20 d，粉垄深耕结合开沟排水处理(T4)的土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量均显著大于常规处理(T1)，T2、T3处理的土壤有机质、速效钾、碱解氮含量也显著大于T1处理。移栽后40 d，土壤速效养分含量以T4处理表现较好，其次是T2、T3处理,以T1处理表现最差。移栽后60 d，土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮含量从大到小均表现出T4>T2>T3>T1，T4处理土壤速效养分含量均显著大于T1处理，而T2、T3处理土壤速效养分含量之间无显著性差异。移栽后80 d，T4处理土壤有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量较T1处理分别提高39.08%，30.78%，29.55%和21.42%。综合来看，在移栽后20～80 d，粉垄深耕结合开沟排水(T4)处理土壤养分指标表现最好，常规处理(T1)表现最差，粉垄深耕(T2)、开沟排水(T3)也能不同程度改善土壤养分状况，但效果较二者结合要差。

表1 粉垄深耕结合开沟排水对土壤养分释放的影响Table 1 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on soil nutrient release

2.2 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟根系生长的影响

由表2可知，移栽后60 d， T2、T3、T4处理不同程度提高了烤烟根系深度，从大到小表现为T4>T2>T3>T1，其中T4处理效果最佳，且与T1处理间差异显著，其余各处理间差异不显著；烤烟根系活力不同程度提高，从大到小表现为T4>T2>T3>T1;T2、T4处理一级侧根数显著高于T1、T3处理; 烤烟根粗大小表现为T4>T2>T3>T1，其中T2、T4处理显著大于T1处理。移栽后80 d，T2、T3、T4处理均不同程度提高了烤烟根系深度、根系活力、一级侧根数和根粗，其中T4处理烤烟根系深度显著高于T1、T3处理；根系活力表现为T4>T3>T2>T1，各处理间差异显著；一级侧根数表现为T4>T2>T3>T1，T4显著大于T1，其余各处理间差异不显著；T2、T4处理根粗显著大于T1、T3处理。表明在烤烟移栽后60和80 d，粉垄深耕(T2)与开沟排水(T3)处理均能促进烤烟根系生长发育，提高根系活力。综合来看，粉垄深耕结合开沟排水(T4)处理表现最好，其次为粉垄深耕(T2)和开沟排水(T3)处理，常规处理(T1)表现最差。

表2 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟根系生长的影响Table 2 Effects of deep ploughing in powder ridge combined with ditching and drainage on root growth of flue-cured tobacco

2.3 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟干物质积累的影响

粉垄深耕结合开沟排水对烤烟干物质量积累的影响结果见表3。

表3 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟干物质量积累的影响Table 3 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on dry matter accumulation of flue-cured tobacco g/株

由表3可知，移栽后20 d，烤烟根干物质量表现为T4>T2>T3>T1，T4处理显著高于T1、T2和T3处理，T2和T3处理显著高于T1处理；茎、叶和总干物质量均无显著差异。移栽后40 d，烤烟总干物质量表现为T4>T3>T2>T1，T4和T3处理显著大于T1处理；各器官干物质量无显著性差异。移栽后60 d，烤烟根干物质量表现为T4>T3>T2>T1，T4处理显著大于其他3个处理；茎干物质量和总干物质量也都表现为T4>T3>T2>T1，T1处理均显著小于其他3个处理；各处理叶干物质量无显著差异。移栽后80 d，T4处理烤烟各器官干物质量均最高，T1处理均最低，二者之间差异显著；T2和T3处理烤烟根、叶和总干物质量显著大于T1处理。在烤烟移栽后40，60，80 d 3个时期，与常规处理(T1) 相比，粉垄深耕(T2)和开沟排水(T3)均能提高烤烟各器官干物质量, 二者结合处理(T4)效果更佳，在烤烟移栽后80 d时提升比例最大。

2.4 粉垄深耕结合开沟排水对烤后烟叶化学成分的影响

由表4可知，烤烟上部叶的总糖和还原糖含量分别在17.00%～20.87%和13.93%～18.06%，均表现为T4>T3>T2>T1；烟碱含量各处理无显著差异；氯离子含量表现为T1>T3>T4>T2，其中T2与T4处理间无显著差异，其余各处理间差异显著。烤烟中部叶的总糖、还原糖含量均表现为T4>T3>T2>T1，T1处理均显著小于其他3个处理；烟碱含量各处理间无显著差异;氯离子含量表现为T1>T3>T2>T4，其中T1处理显著高于其他3个处理，而T2与T4处理间无显著差异。

表4 粉垄深耕结合开沟排水对烤后烟叶化学成分的影响Table 4 Effect of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on the chemical composition of flue-cured tobacco leaves

2.5 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟经济性状的影响

由表5可知，从烤烟产量来看，T4处理表现最优，显著高于其他3个处理。从烤烟产值来看，T4处理表现最优，T1处理表现最差，依次表现为T4>T2>T3>T1，T4处理显著高于其他3个处理。从烤烟均价来看，T4和T2处理均表现最优，T1处理表现最差，T2和T4处理的均价显著大于T1和T3处理。从上等烟比例和上中等烟比例来看，上等烟比例T4处理最高，T3处理最低；上中等烟比例T4处理最高，T1处理最低，但各处理差异不显著。综合分析认为，粉垄深耕结合开沟排水(T4)处理表现均最优，烤烟产量较T1、T2和T3处理分别提高了8.8%，6.8%和7.2%，产值分别提高了13.4%，6.9%和9.7%，明显增加了烤烟的经济效益。

表5 粉垄深耕结合开沟排水对烤烟经济性状的影响Table 5 Effects of powder ridge deep tillage combined with ditch drainage on economic properties of flue-cured tobacco

3 讨 论

土壤是烤烟生长的基础，土壤条件的优劣直接影响烤烟生长发育及品质。湖南烟稻轮作区耕层深度较浅，土壤速效养分存在表聚现象[19]，部分烟区农田冬季长期浸水，会导致土壤潜育化严重，还原性物质增多，通气性变差，速效养分贫乏[20]。前人研究表明，粉垄深耕可有效降低土壤容重，增大土壤孔隙度，增加土壤有机质和速效养分含量[6,21]，粉垄深耕结合外源有机碳输入还可以调节土壤pH值，提高土壤碱解氮、有效磷及速效钾的含量[22]。本研究结果表明，粉垄深耕处理的土壤速效养分及有机质含量在整个生育期中均高于常规处理，开沟排水处理在烤烟移栽后60和80 d时土壤速效养分均高于常规处理，但二者单一处理在烤烟生长旺盛阶段对某些速效养分的提升并不明显；粉垄深耕结合开沟排水处理在烤烟整个生育期内土壤速效养分含量均为最高，且与常规处理差异达到显著水平。这可能是由于粉垄深耕与开沟排水都有改善土壤质地、提高土壤速效养分的作用，二者叠加作用效果显著，因此粉垄深耕时有必要配合开沟排水措施。

深松条件下有利于根系突破犁底层的障碍，增加深层土壤的根系分布，能延缓后期根系衰老进程，促进烤烟根系生长发育[23-24]。本试验中，在烤烟移栽后60和80 d，粉垄深耕结合开沟排水均能较常规处理显著促进烤烟根系生长发育，提高烤烟根系活力，这是由于粉垄深耕增大了土壤孔隙度，提高了土壤通气性，而开沟排水降低了地下水位，可以防止根系长期浸水，这些措施都能改善根系生长环境，有利于根系生长发育。粉垄深耕能够促进烟草、水稻干物质的积累[25-26]。本试验在烤烟移栽后40，60和80 d时，粉垄深耕较常规处理提高了烤烟各器官干物质量，在烤烟移栽后80 d时提升比例最大, 粉垄深耕结合开沟排水处理也能起到相同作用，且效果更佳。

粉垄深耕和开沟排水都能提高烟叶产量和产值[12,27]。本试验中各处理之间上等烟比例和上中等烟比例无显著性差异，但与常规处理相比，粉垄深耕、开沟排水和粉垄深耕结合开沟排水处理在烤烟产量、产值和均价上都有提高，其中粉垄深耕结合开沟排水提升幅度最大，与常规处理、粉垄深耕、开沟排水处理相比，产量分别提高了8.8%，6.8%和7.2%，产值分别提高了13.4%，6.9%和9.7%，可见粉垄深耕结合开沟排水较其对应的单一处理能获得更高的经济效益。

4 结 论

粉垄深耕与开沟排水两项农艺措施相结合，能明显改善植烟土壤理化性质，增加土壤速效养分及有机质含量，尤其是土壤碱解氮含量。烤烟移栽后80 d，粉垄深耕结合开沟排水处理土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮含量较常规处理分别提高39.08%，30.78%，29.55%和21.42%，差异达到显著水平；与常规处理相比，烤烟生育中后期粉垄深耕结合开沟排水处理根系生长发育更好，根系活力更高；烤烟移栽后40，60，80 d时，粉垄深耕结合开沟排水能提高烤烟各器官干物质量; 粉垄深耕结合开沟排水能调节烤后烟叶化学性状，虽未能明显提高上等及中上等烟比例，但产量和产值较常规处理分别显著提高了8.8%和13.4%，从而提高了烤烟的经济效益。说明粉垄深耕结合开沟排水可以有效改善烟稻轮作区冬季农田淹水导致的土壤潜育化严重和速效养分肥效差的问题。