烟田掺沙对土壤理化性质与烤烟养分积累的影响

杜杏蓉，白羽祥，王 戈，姜永雷，童文杰，赵正雄，王 娜*，邓小鹏*

烟田掺沙对土壤理化性质与烤烟养分积累的影响

杜杏蓉1，白羽祥1，王 戈1，姜永雷2，童文杰2，赵正雄1，王 娜1*，邓小鹏2*

（1.云南农业大学烟草学院，昆明 650201；2.云南省烟草农业研究院，云南 玉溪 653199）

为解决植烟水稻土质地黏重、烤烟生长发育受阻的问题，以云南玉溪烤烟5年连作的水稻土为研究对象，通过掺沙改变土壤粒级组成，研究土壤水稳性团聚体组成、理化指标、酶活性以及烤烟养分吸收与干物质积累情况，并分析了其相关性。结果表明，与未掺沙处理比较，掺沙30%、60%后砂粒含量分别显著增加了44.55%、58.59%（<0.05），黏粒、粉砂粒含量随掺沙量的增加而降低。掺沙后，<0.25 mm粒级团聚体含量显著降低（<0.05），大团聚体含量增加，土壤团聚体稳定性大小为掺沙30%>掺沙60%>不掺沙；土壤pH、过氧化氢酶活性增加，有机质、速效钾等主要养分含量降低，掺沙30%后土壤蔗糖酶、酸性磷酸酶活性分别比不掺沙处理显著提高了20.42%、268.69%（<0.05）；烟株干物质、氮磷钾元素累积量均增加，其中掺沙30%时增幅最大，并且干物质和养分累积量也最高。Pearson相关分析与冗余分析表明，土壤机械组成对土壤性状和养分累积的影响显著，多数生长指标、土壤pH、过氧化氢酶活性与砂粒含量极显著正相关（<0.01），与黏粒、粉砂粒含量极显著负相关（<0.01），土壤团聚体稳定性与砂粒含量正相关。综上，本试验中水稻土掺沙比例为30%为宜，此比例掺沙可以明显改善土壤结构，改良土壤质量，阻滞土壤酸化，增加烟株对养分的吸收，促进烟株生长。

烤烟；连作；掺沙；理化性状；养分

近些年来植烟土壤的保育与改良迫在眉睫，掺沙作为一种物理改良措施，在我国有悠久的应用历史[1]。大量的研究表明，在种植蔬菜的灌耕土[2]、种植玉米的盐碱土[3-4]、种植小麦的盐碱地[5]中掺沙，可以有效改善土壤的理化性质，增加孔隙度，从而改善土壤的通气透水性，促进作物对养分的吸收，在一定程度上提高作物产量。柯油松等[6]、陈杰等[7]发现在种植烤烟的黏重牛肝土中掺沙，可以改变耕层的土壤结构，改善烤烟生长的环境，优化农艺性状指标，促进烟株生长，提高烤烟的产质量。

云南是我国清香型烤烟的主要产区[8]，水稻土是该区域内主要的植烟土壤类型，并且该区域内烤烟种植多分布于山区、半山区，难以实现大面积轮作，连作制度长期存在，土壤板结、耕层变浅等问题也日益突显。目前关于西南植烟区水稻土掺沙改良方面的研究相对较少。因此，本文拟以云南烟区连作5年黏壤土质地的水稻土为研究对象，通过外源河沙添加，探讨掺沙比例单一因素影响下的土壤机械组成、土壤水稳性团聚体、土壤理化指标以及烤烟养分变化情况，并建立土壤机械组成与水稳性团聚体、酶活性、养分特征的联系，为缓解植烟土壤质地黏重问题和改良土壤结构提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以K326为烤烟供试品种。其中，河沙为玉溪市易门县老鹰窝山的天然河沙，pH为7.10，养分含量为有机质3.66 g/kg，全氮0.07 g/kg，全磷0.10 g/kg，全钾22.57 g/kg，水解性氮84.28 mg/kg，有效磷8.46 mg/kg，速效钾66.39 mg/kg；含黏粒（<0.002 mm）3.46%，粉砂粒（0.02～0.002 mm）2.18%，砂粒（2～0.02 mm）94.36%，容重为1.52 g/cm3；水稻土取自玉溪市江川县九溪镇烤烟连作5年的水稻田中，黏壤土，含黏粒23.56%，粉砂粒30.97%，砂粒45.47%，pH为5.25，含有机质14.34 g/kg，全氮0.74 g/kg，全磷0.20 g/kg，全钾29.24 g/kg，水解性氮77.72 mg/kg，有效磷16.46 mg/g，速效钾117.75 mg/kg，容重1.37 g/cm3。

1.2 试验设计

2020年4—8月在云南省农业科学研究院玉溪研和试验基地开展温室盆栽试验，设置不掺沙（CK）、掺沙30%（T1）、掺沙60%（T2）3个处理（掺沙比例按体积比来计算），3次重复，每重复栽烟10盆，盆钵为黑色牛筋桶，长380 mm、宽295 mm、高325 mm，容量为30 L，共植烟90盆。苗龄45 d时移栽，移栽前每盆一次性施用90 g烟草复合肥，（N）∶（P2O5）∶（K2O）=12∶6∶24，病虫害防治及其他管理措施参照当地优质烟叶生产管理办法执行。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 土壤理化性状测定 移栽后90 d，在各处理的每个重复中选取长势中等的3株，去除表面凋落物，用环刀法采集0～20 cm土层的原状土5个，装入硬质塑料盒中带回实验室作为一个样本，共采集9个土壤样本。在阴凉处自然风干后，用于土壤理化指标测定。土壤容重、孔隙度采用环刀法（NY/T 1121.4—2006），土壤机械组成采用比重计法（NY/T 1121.3—2006），土壤水稳性团聚体采用湿筛法（NY/T 1121.19—2008），pH采用电位法（NY/T 1377—2007），有机质含量采用重铬酸钾-硫酸外加热法（NY/T 1121.6—2006），有效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提、钼锑抗比色法（NY/T 1121.7—2014），速效钾含量采用中性乙酸铵浸提、火焰分光光度法（NY/T 889—2004），全氮含量采用半微量开氏法（NY/T 53—1987），全磷含量采用氢氧化钠熔融、钼锑抗比色法（NY/T 88—1988），全钾测定采用氢氧化钠熔融、火焰分光光度法（NY/T 87—1988），水碱性氮含量采用碱解扩散法（DB51/T 1875-2014）测定。

1.3.2 土壤酶活性测定 将土壤样品风干后分别过40目筛和60目筛，采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定蔗糖酶活性，高锰酸钾滴定法测定过氧化氢酶活性，苯酚钠-次氯酸钠比色法测定脲酶活性，磷酸苯二钠比色法测定酸性磷酸酶活性[9]。

1.3.3 烤烟干物质及养分积累测定 各处理选取长势中等的烟株9株，将烟株的根系用清水冲淋后，根、茎、叶分别记鲜质量后放入烘箱，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，分别称量。后用打粉机将各器官粉碎过40目筛，测定植株氮、磷、钾含量。采用H2SO4-H2O2法消煮样品，半微量凯氏定氮法测定全氮，钼锑抗比色法测定全磷，火焰光度计法测定全钾[10]。计算各器官氮、磷、钾累积量。

1.4 数据处理

水稳性团聚体稳定性指标：重量平均直径（MWD）、几何平均直径（GMD）[11]；分形维数（）计算方法如公式（1）-（3）[12]：

式中：R，某粒径团聚体平均直径；W，某粒径团聚体的质量分数；0，全部粒级土粒质量之和；W，直径小于d土粒的累积质量；max，最大粒级团聚体的平均直径。

试验数据采用Excel 2010和SPSS 22.0进行处理和分析（显著水平为<0.05）。处理间差异采用Duncan多重比较方法，相关性分析采用Pearson相关分析法，使用Canoco 5软件进行RDA分析。

2 结 果

2.1 不同掺沙比例对植烟土壤理化特性的影响

2.1.1 对容重、总孔隙度及土壤机械组成的影响从表1可以看出，掺沙对土壤的物理性状有显著的影响。其中，土壤容重随掺沙量的增加而增大，与CK相比，T1、T2分别增加了11.42%、14.88%，且各处理间差异显著；总孔隙度与土壤容重的变化趋势相反，掺沙后土壤总孔隙度显著降低，T1、T2分别比CK降低了12.64%、18.96%。土壤机械组成在不同处理间有显著差异，砂粒是各处理机械组成的主要粒级，占比均在54%以上。与CK相比，T1和T2黏粒、粉砂粒分别降低了47.33%和59.04%、57.00%和77.84%；砂粒含量则以T2处理最高，与CK相比，T1、T2增幅分别为44.55%、58.59%。

2.1.2 对土壤水稳性团粒结构组成及稳定性的影响 由表2可知，掺沙对水稳性团聚体各粒级含量有较大的影响，除了>5 mm粒级团聚体外，T2与CK的其他各粒级团聚体含量间均存在显著差异；CK与T1的>5 mm、<0.5 mm粒级团聚体含量在差异显著。<0.25 mm粒级团聚体含量在各处理中占比最高，CK该粒级团聚体含量（57.32%）高于其他粒级团聚体含量的总和，T1、T2该粒级团聚体含量分别比CK显著降低了25.14%、37.00%。0.25～0.5 mm粒级团聚体在各处理间差异显著，其含量CK

表1 不同掺沙处理土壤容重、总孔隙度及机械组成

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(＜0.05)，下同｡

Note: data marked without the same letters within the same column indicated significant difference at＜0.05, the same below.

表2 不同掺沙处理土壤的水稳性团粒结构组成

注：柱上不同小写字母表示处理间差异显著（p<0.05），下同。

2.1.3 对土壤化学特性的影响 从表3可以看出，掺沙处理对土壤化学性状有显著的影响。植烟土壤掺沙后，土壤pH随掺沙量的增加而增加，T1、T2比CK显著增加了13.16%、22.29%。有机质、全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾的含量与pH的变化趋势相反，各指标含量均随掺沙比例增加而降低。除全磷外，CK、T1、T2各指标间差异显著。其中，掺沙处理后水解性氮、速效钾含量降幅较大，T1和T2比CK显著降低了53.00%和78.43%、48.10%和62.93%。

2.2 不同掺沙比例对植烟土壤酶活性的影响

土壤酶活性反映了土壤中各种生物化学过程的强度和方向。由图2可知，土壤蔗糖酶和酸性磷酸酶活性表现出相同变化趋势，均以T1处理最高、CK次之、T2最低，并且各处理间差异显著。与CK 相比，T1的蔗糖酶活性显著提高了20.42%，酸性磷酸酶活性显著提高了268.69%；T2的蔗糖酶、酸性磷酸酶活性分别显著降低了17.89%和14.64%。过氧化氢酶和脲酶活性在各处理中呈现出相反的变化趋势，其中，过氧化氢酶活性随掺沙量的增加而增加，T1、T2与CK间差异显著，但T1、T2间无显著差异；掺沙后脲酶活性显著降低，与CK相比，T1、T2分别显著降低了32.21%、46.96%。

表3 不同掺沙处理土壤的化学性状

图2 不同掺沙处理土壤酶活性

2.3 不同掺沙比例对烟株干物质及养分积累的影响

2.3.1 对烟株干物质积累的影响 图3显示，掺沙后各器官干物质积累量均显著增加。T1、T2叶片干物质分别较CK显著增加28.37%、22.31%，T1、T2间无显著差异；T1与CK、T2间茎部干物质差异显著，T2与CK间无显著差异；T1、T2根部干物质分别比CK显著增加了129.16%、80.45%；总的干物质积累量，T1最高、T2次之、CK最低。

图3 不同掺沙处理干物质累积量

2.3.2 对烟株氮、磷、钾养分吸收的影响 由图4可见，就氮素而言，T1和T2的根、茎、叶部积累量均显著高于CK，T1根、茎积累量显著高于T2，叶部与T2差异不显著；磷素，T1和T2的根、茎、叶部积累量均显著高于CK，T1和T2茎、叶间无显著差异。钾素，T1和T2的根、叶部累积量分别比CK显著高出352.52%和203.40%、30.67%和16.97%；茎部累积量T1显著高于CK和T2，CK与T2间差异不显著。总体来看，T1烟株氮、磷、钾3种元素吸收最多。

2.4 植烟土壤机械组成与土壤理化指标及物质积累相关性分析

由表4可看出，土壤物理指标中，容重、0.25～ 0.5 mm粒级团聚体与砂粒含量极显著正相关，与黏粒、粉砂粒极显著负相关；分形维数（）、1～2 mm、＜0.25 mm粒级团聚体以及总孔隙度与砂粒含量极显著负相关，与黏粒、粉砂粒极显著正相关；0.5～1 mm粒级团聚体与砂粒含量显著正相关，与黏粒、粉砂粒显著负相关；土壤MWD、GWD与砂粒含量正相关，与黏粒、粉砂粒负相关。烤烟生长指标根干物质量、叶干物质量、氮素积累量以及磷素积累量与砂粒含量极显著正相关，与黏粒极显著负相关。过氧化氢酶活性与砂粒含量极显著正相关，与黏粒、粉砂粒极显著负相关，脲酶活性与砂粒含量极显著负相关，与黏粒、粉砂粒极显著正相关。土壤化学指标pH与砂粒含量极显著正相关，与黏粒、粉砂粒极显著负相关，有机质、全氮、全磷、全钾、水解性氮、有效磷、速效钾与砂粒含量极显著负相关，与黏粒、粉砂粒极显著正相关。

表4 土壤机械组成与土壤理化指标及物质积累的相关性分析

注：*表示显著相关（＜0.05）；**表示极显著相关（＜0.01）。

Note: * indicates a significant correlation at 0.05 level; ** indicates a highly significant correlation at 0.01 level.

2.5 植烟土壤机械组成与土壤理化指标及物质积累的冗余分析

由图5A可知，第一坐标轴解释了总变异的95.93%，可以反映土壤机械组成对生长指标影响的大部分信息，生长指标均与砂粒含量正相关，与黏粒、粉砂粒负相关，其中砂粒、黏粒向量所占权重较大，是引起植株养分变化的关键因子（=0.0005）。由图5B可知，第一坐标轴解释了总变异的81.43%，土壤MWD、GWD、0.25～1 mm粒级团聚体与黏粒、粉砂粒含量负相关，与砂粒含量正相关，其结果与相关性分析一致。由图5C可知，第一坐标轴解释了总变异的98.11%，可以反映土壤机械组成对土壤化学指标影响的大部分信息，土壤化学指标中仅pH与砂粒含量正相关，有机质、全氮、全钾等土壤化学成分与砂粒含量负相关。由图5D可知，第一坐标轴解释了总变异的68.04%，过氧化氢酶活性与黏粒、粉砂粒含量间负相关，与砂粒含量正相关；脲酶活性则与砂粒含量负相关，与黏粒、粉砂粒含量正相关。

3 讨 论

添加河沙是一种通过改变土壤粒级组成来调节土壤团粒结构的物理改良措施。本研究表明，植烟土壤掺沙后砂粒含量显著增加，黏粒、粉砂粒含量显著降低，随掺沙量的增加水稻土由粘壤土质地向砂质壤土、砂土转变，使土壤质地适宜烤烟栽培，有利于促进烟株根系向深层土壤生长和养分吸收，为烤烟生长提供良好的根际环境[13]。试验结果显示，掺沙改变了土壤机械组成，进而影响了水稳性团聚体构造，掺沙增加了土壤中0.5～1 mm、0.25～0.5 mm两个粒级的水稳性大团聚体的含量，减少了<0.25 mm的微团聚体含量，增强了土壤团聚体稳定性。相关性分析表明，微团粒与砂粒含量显著负相关，土壤MWD、GWD与砂粒正相关，说明大团聚体含量多的土壤结构相对而言更稳定[14]。掺沙后土壤容重增加，孔隙度降低，这与前人在植烟土壤的研究结果相似[15]，但与菜田[2]、玉米田[3]土壤的研究结果相反，其原因可能是研究的土壤类型存在差异。研究表明土壤容重与土壤质地相关[16]，一般黏重土壤和沙质土壤的容重高于壤土。另外本研究相比而言掺沙量更高，河沙的容重也明显高于烤烟种植的土壤，可能是掺沙后土壤孔隙度降低的另一原因。

图5 土壤机械组成分别与生长指标（A）、土壤物理指标（B）、土壤化学指标（C）、土壤酶（D）的冗余分析

掺沙对土壤化学性状有显著影响。掺沙可以提高土壤pH，且随着掺沙比例增加提高幅度增大[17]，这可能是因为连作5年的水稻土为酸性，河沙为中性，添加河沙后，协调了土壤的酸碱度，阻滞土壤酸化。掺沙对土壤养分和土壤酶活性也有显著的影响，前人研究表明，土壤有机质、水解性氮、有效磷及速效钾等主要土壤养分含量随掺沙比例增加而降低[2]，蔗糖酶、磷酸酶活性则表现为“低促高抑”[15]，本研究也得出了相同的结果。掺沙30%土壤养分各指标降低程度显著小于掺沙60%，可能是由于黏粒含量与土壤有机质、全氮、水解性氮显著正相关[18]，高比例掺沙后土壤多以砂粒为主，黏粒含量显著降低，在一定程度上对养分固持能力减弱，养分易流失[2]。由此可见，掺沙改变了土壤颗粒组成，使土壤水稳性团聚体结构发生变化，进而对土壤化学特性和土壤酶活性造成影响。

本研究结果表明，＜0.25 mm粒级团聚体、土壤养分含量多与砂粒极显著负相关，与黏粒、粉砂粒极显著正相关。相关性分析与冗余分析表明，土壤机械组成是影响土壤性状的关键指标，掺沙对植烟土壤理化特性有一定的调节作用，但掺沙比例不是越高越好，土壤中有机质、全氮、速效钾等养分含量则随掺沙比例的增加而显著降低。验证了前人土壤机械组成与土壤团聚体组成和土壤养分间关系密切[8]的结果。

掺沙后烟株的干物质累积量和氮磷钾营养元素累积量都增加。研究结果显示，不同掺沙比例下烟株各器官干物质、养分累积量间存在差异，掺沙30%各指标值均最高，显著高于CK和掺沙60%处理，试验条件下低比例掺沙效果更佳。马彦霞等[2]、张宇航等[4]关于不同供试作物的研究均得出了相同的结论。

4 结 论

在本试验条件下，连作5年的黏重植烟土壤掺沙后，土壤容重、砂粒含量、大团聚体含量增加，土壤团聚体稳定性增强；微团聚体含量、黏粒含量、土壤pH和土壤主要养分含量降低；烟株干物质、氮磷钾营养元素累积量增加。相关及冗余分析表明，土壤机械组成对土壤理化性状、土壤酶活性、植株干物质与养分累积的影响显著，生长指标、pH、土壤稳定性、过氧化氢酶活性与砂粒含量显著正相关，微团粒、土壤主要养分含量、脲酶活性与黏粒、粉砂粒显著正相关。综合来看，掺沙可在一定程度上改善土壤结构，增强土壤团聚体稳定性，抑制土壤酸化，减少土壤对养分固持，促进烟株吸收利用，增加干物质累积量。掺沙30%是本试验条件下黏重水稻土改良的适宜掺沙比例。

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Effects of Sand Mixing in Tobacco Fields on Soil Physicochemical Properties and Nutrient Accumulation of Flue-cured Tobacco

DU Xingrong1, BAI Yuxiang1, WANG Ge1, JIANG Yonglei2, TONG Wenjie2, ZHAO Zhengxiong1, WANG Na1*, DENG Xiaopeng2*

(1. College of Tobacco Science, Yunnan Agriculture University, Kunming 650201, China; 2. Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences, Yuxi, Yunnan 653199, China)

To find out the solutions to the problems of clayey soil texture and blocked growth and development of flue-cured tobacco, the paddy soil with continuous cropping of flue-cured tobacco for five years in Yuxi, Yunnan Province was taken as the research object. The composition of soil grain size was changed by exogenous sand mixing. The composition of soil water-stable aggregates, physicochemical indexes, enzyme activities, nutrient absorption, and dry matter accumulation of flue-cured tobacco were studied, and the correlation was analyzed. The results showed that compared with the treatment without sand mixing, the sand content increased by 44.55% and 58.59% after sand mixing of 30% and 60% (<0.05), respectively. The content of clay and silt decreased with the increase of sand mixing. After sand incorporation, the content of <0.25 mm particle size agglomerates significantly decreased and the content of large agglomerates increased, and the stability of soil agglomerates was 30% sand incorporation > 60% sand incorporation > no sand incorporation; Soil pH and catalase activity increased, organic matter, available potassium and other major nutrients decreased, and the activities of sucrase and acid phosphatase after 30 % sand addition increased by 20.42% and 268.69%, compared with no sand addition. Pearson correlation analysis and redundancy analysis showed that the effect of soil mechanical composition on soil properties and nutrient accumulation was significant. Most of the growth indexes, soil pH, and catalase activity were positively correlated with sand content (<0.01), and negatively correlated with clay and silt content (<0.01). Soil aggregate stability was positively correlated with sand content. In summary, the proportion of 30% sand in paddy soil was appropriate in this experiment, which could significantly improve soil structure and quality, block soil acidification, enhance nutrient absorption, and promote tobacco plant growth.

flue-cured tobacco; continuous cropping; mixing sand; physical and chemical properties; nutrient material

10.13496/j.issn.1007-5119.2022.04.005

S572.01

A

1007-5119（2022）04-0032-08

中国烟草总公司云南省公司科技计划重点项目（2019530000241011）；云南省科技厅基础研究专项（2020001AU070006）；云南省教育厅科学研究基金项目（2020Y0166）

杜杏蓉（1996-），女，在读研究生，主要从事烟草栽培与土壤微生态环境研究。E-mail：1044315455@qq.com

，E-mail：王 娜，383817632@qq.com；邓小鹏，hddxp@163.com

2021-10-12

2022-06-06