烤烟油菜轮作及平衡施肥对土壤有机碳含量的影响

何佶弦，苟小梅，蔡 艳，肖 玲，李 涛，罗凯文，张启莉，孙志普，顾会战

（1四川省烟草公司广元市公司，四川广元 628000；2四川农业大学资源学院，成都 611130）

0 引言

烤烟是一种忌连作作物，长期连续种植会导致病原微生物迅速繁衍，化感物质积累，大量消耗有机碳和氮，破坏土壤结构，降低土壤质量和生产力[1]。大量研究表明，实行合理轮作及平衡施肥可以减轻烤烟连作障碍的危害，改善土壤生态环境[2-4]。其中，轮作不仅可以改变作物残体的数量和类型，进而影响有机质的矿化和固定过程，而且可以提高烟草的产质量，增加土壤碳氮含量[5]。此外，在烤烟种植中为了追求高产，化肥施用量不断增加，这很容易造成烤烟未利用的化肥损失，且过量施氮会改变烤烟生长后期的有机碳和全氮，降低成熟度，增加烟碱含量[6-7]。因此，合理轮作和平衡施肥对于保障植烟土壤的持续利用和烟叶生产的健康发展具有重要意义。

土壤有机碳是评价土壤质量和土壤肥力的重要指标之一，不仅可以通过生物转化提供必需的植物养分，还能改善土壤的物理性质，如土壤结构、持水量和渗透率等[8]。土壤可溶性有机碳是比总有机碳更敏感的指标，在土壤养分积累中起着关键作用，直接影响微生物活性、有机碳稳定性以及土壤养分有效性[9-10]。四川省是国内的烤烟主产区，但其长期采取烤烟连作（冬闲）单一种植模式和以化肥为主的施肥习惯导致土壤肥力日益下降、烟叶产质量偏低。本研究选择对土壤养分活化效果显著的油菜与烤烟轮作，结合平衡施肥措施（减施氮肥和增施磷肥），探究烤烟油菜轮作及平衡施肥对土壤总有机碳和可溶性有机碳含量的影响，以期为优化种植制度和改善土壤质量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究地点为广元市烟草公司科技园区，位于广元市剑阁县(31°31'—32°17'N，105°9'—105°49'E)，地处四川盆地北部边缘，海拔为820 m，属亚热带湿润季风气候，年均气温15.4℃，年均降水量1039.4 mm，年均日照时数1328.3 h，无霜期270 天。依据中国土壤分类系统，境内农田土壤类型主要为紫色土和黄壤。

1.2 试验材料

1.2.1 供试土壤 黄壤，其基本理化性质为pH 6.68、有机质10.55 g/kg、全氮0.34 g/kg、碱解氮34.81 mg/kg、有效磷8.74 mg/kg、速效钾103.76 mg/kg。

1.2.2 供试油菜 川渝地区广泛栽培的中早熟品种，分别为‘重蓉油1 号’（成都市农林科学院选育，亲本为07GA×01 Tr47-1）、‘德油早1 号’（四川省三星堆油菜研究所选育，亲本为核不育两用系9701 AB×双低品系9508）和‘GSX-1’（四川农业大学作物育种系选育，亲本为DY6AB×2H293R）

1.2.3 供试烤烟‘云烟87’，由广元市烟草公司提供。

1.3 试验设计

试验采取裂区设计，主因素为油菜或冬闲，设冬闲(A1)、‘重蓉油1 号’(A2)、‘德油早1 号’(A3)、‘GSX-1’(A4)4 个水平；副因素为平衡施肥制度，设常规施肥(B1)、减氮施肥(B2)、增磷施肥(B3)3个水平；共12个处理，3次重复，田间随机区组排列。

试验于2015 年9 月15 日进行油菜集中播种和育苗，苗龄50天左右，10月28日移栽。按当地习惯方式移栽，油菜行距0.6 m、株距0.4 m，小区面积为162 m2。油菜施肥量为N 14.6 kg/hm2、K2O 2.5 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料为复合肥(20-0-5)和尿素(46-0-0)，复合肥做基肥，尿素在移栽后40天追施。施肥方式均为穴施。

油菜收获后，将每个小区进行规整进入烤烟季。

烤烟季常规施肥量为N 7.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用复合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有机肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通过磷酸钙(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，移栽7天后施提苗肥硝酸钾(13.5-0-44.5)7 kg/hm2，30天后施追肥硫酸钾(0-0-53)12 kg/hm2、硝酸钾(13.5-0-44.5)3 kg/hm2、复合肥(10-15-25)10 kg/hm2。

减氮处理施肥量为N 6.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用复合肥(10-15-25)20 kg/hm2，磷酸二氢钾(0-52-35)5 kg/hm2，商品有机肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通过磷酸钙(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常规施肥处理。

增磷处理施肥量为N 7.0 kg/hm2、P2O511.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用复合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有机肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通过磷酸钙(0-12-0)30 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常规施肥处理。

烤烟其他田间农艺措施同常规。

1.4 土壤样品采集及测定

在油菜尚未移栽前和移栽后的30、60、90、120、150、180天，以及烤烟季的30、60、90、120天，在每个小区采用蛇形法多点采取距植株0～20 cm 耕层土样，混合均匀后，去除石砾及动植物残渣，自然风干后磨细过筛，用于土壤总有机碳和可溶性有机碳的测定。土壤总有机碳采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定[11]，土壤可溶性有机碳采用重铬酸钾氧化-容量法测定[12]。

1.5 数据处理

所有数据均采用Excel 2010 整理，采用SPSS 20软件进行数据方差分析，用单因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan法进行差异显著检验(P<0.05)。采用Excel 2010进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 烤烟油菜轮作对油菜季土壤有机碳的影响

2.1.1 土壤总有机碳含量 由图1 分析可知，随着油菜生育期的推进，不同处理的土壤总有机碳(TOC)含量差异先增大后减小。其中，油菜移栽初期（30天）时土壤TOC在处理间未达到显著水平，其余时期的差异均显著(P<0.05)。油菜移栽中期（90、120 天）时，土壤TOC 含量以‘德油早1 号’最高(10.25、9.95 g/kg)，分别为对照的1.87、1.82倍；移栽后期（150、180天）时，TOC含量则以‘重蓉油1 号’最高(8.87、6.65 g/kg)。从油菜移栽初期到收获，除‘德油早1号’外，其余土壤TOC含量均有所上升，上升幅度分别为21.2%、23.9%、7.7%，其中‘重蓉油1号’与烤烟轮作对油菜季土壤TOC含量的提升效果最佳。

图1 烤烟油菜轮作及平衡施肥对油菜季土壤TOC含量的影响

2.1.2 土壤可溶性有机碳含量 由图2 分析可知，随着油菜生育期的推进，土壤可溶性有机碳(DOC)含量变化较大。在油菜移栽初期（30、60 天），土壤DOC 含量以冬闲处理最高(21.01、23.22 mg/kg)；移栽中后期（90、120、150天），DOC含量则以‘德油早1号’最高(14.32、21.07、14.04 mg/kg)，相较对照处理分别提高151.67%、60.84%和164.91%；至收获期（180 天），DOC 以‘重蓉油1 号’最高(25.31 mg/kg)。整体而言，轮作处理的土壤DOC 含量均有不同程度的上升，上升幅度分别为67.50%、10.73%、166.49%，其中‘GSX-1’与烤烟轮作时对油菜季土壤DOC含量的提升效果最优。

图2 烤烟油菜轮作对油菜季土壤DOC含量的影响

2.2 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤有机碳的影响

2.2.1 土壤总有机碳含量 由表1 可知，在烤烟整个生育期内，除A3B1、A4B1外，其他土壤TOC含量均有所增加，且均在60或90天时达到最大值。在A1处理中，B2 处理的土壤TOC 含量在整个生育期内均最高，分别为B1 的1.12、1.26、1.67 和1.20 倍，且在60、90 天与其他处理间的差异达显著水平(P<0.05)。在A2 处理中，B2与B1处理间的土壤TOC含量差异显著，在60、120天时以B2处理最高。此外，A3处理的土壤TOC含量在烤烟生长初期（30天）以B1处理最高(7.85 g/kg)，生长中期（60、90天）以B2处理最高(7.44、14.84 g/kg)，生长后期（120天）以B3处理最高(8.82 g/kg)。A4处理的土壤TOC含量在移栽后30、90天以B1处理最高(8.31、10.46 g/kg)，在60、120天则表现为B2>B1>B3。

表1 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤TOC含量的影响g/kg

2.2.2 土壤可溶性有机碳含量 由表2 可知，在烤烟整个生育期内，除A3B1、A3B3外，其他土壤DOC含量均有所下降。在A1处理中，B1处理的土壤DOC含量在整个生育期内均最高，且在60、90、120 天与其他处理间的差异达显著水平(P<0.05)。A2处理的土壤DOC含量在烤烟生长初期（30天）以B3处理最高(55.11 mg/kg)，生长中期（60天）以B2处理最高(45.04 mg/kg)，生长中后期（90、120天）以B1处理最高(41.18、35.02 mg/kg)。此外，在A3处理中，土壤DOC含量在移栽后30、120天以B3 处理最高(25.24、28.15 mg/kg)，在60、90 天则表现为B1>B3>B2。在A4 处理中，土壤DOC 含量在烤烟移栽后30、60 天以B1 处理最高(70.32、32.67 mg/kg)，且与B2 处理间的差异达显著水平，在90、120 天则表现为B3>B2>B1。

表2 烤烟油菜轮作及平衡施肥对烤烟季土壤DOC含量的影响 mg/kg

3 结论

在油菜季，土壤有机碳含量均有不同程度的上升，上升幅度为7.7%～166.49%；轮作处理的有机碳含量相较对照有所增加，且在收获期（180天）以‘重蓉油1号’最高。在烤烟整个生育期内，除个别处理外，其他土壤的总有机碳含量呈上升趋势，可溶性有机碳含量呈下降趋势，且收获期的有机碳含量以‘重蓉油1 号’最高。在烤烟收获期，除‘德油早1号’外，土壤总有机碳含量均以减氮处理最高。综上，‘重蓉油1 号’油菜与烤烟轮作和减施氮肥时土壤有机碳含量较高，是当地较优的种植模式。

4 讨论

有机碳对土壤物理化学性质及生物活性影响显著，增加有机碳含量可改善土壤微团聚体结构，提高土壤结构稳定性和保水保肥能力，对维持土壤质量和保持稳定的产量起着关键作用[13]。作为土壤有机碳中最活跃的组分，可溶性有机碳主要来源于植物凋落物、根系分泌物、微生物活动等，具有移动性强、易分解转化和不稳定的特点，可被微生物直接利用，对土壤有机碳的周转及生态环境有重要意义[14-15]。实行合理轮作可改变作物残体和根系的数量及类型，进而影响土壤有机碳的含量及固定矿化[16]。本研究发现，在油菜季，除个别处理外，油菜烤烟轮作的土壤总有机碳和可溶性有机碳含量相比烤烟连作均有所增加，这可能是因为油菜根系分泌物组分中有较高比例的多糖、脂质类物质，而多糖、脂质类物质能胶结团聚体，提高土壤的固碳能力[17-18]。另一方面，与冬闲处理相比，种植油菜可以提高土地覆盖率，减少土壤的碳侵蚀[19]。同时油菜属于芸薹属作物，根系穿透能力强，入土较深，改善了土壤耕性，对土壤物理性状产生了积极作用[20]。

当地烤烟大田生育期集中在4—9月，烟田冬闲期长，利用冬闲期种植其他作物是改善土壤结构、平衡土壤养分状况、缓解烤烟连作障碍、促进烟农增收的有效措施。轮作制度和施肥方式对土壤碳含量影响显著[3]。张福韬等[21]研究发现轮作能促进土壤稳定性结构形成，有利于碳氮固定于微团聚体中，提高土壤有机质。本研究中，烤烟季采用双因素裂区设计，探究轮作和平衡施肥对土壤碳含量的影响。其中，平衡施肥可调节养分的储存和转化，提高微生物活性和作物产质量，是保障土壤肥力和生产力的必要举措。陈祥等[22]研究表明，氮磷钾平衡施肥对夏玉米籽粒有显著的增产作用。陈建国等[23]研究了平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应，结果显示，平衡施肥能显著提高土壤肥力、氮钾养分利用率和微生物生物量。王永华等[24]研究发现，在冬小麦和夏玉米轮作体系中，通过氮磷钾平衡施肥，可提高农作物产量。本研究结果显示，在烤烟整个生育期内，除个别处理外，轮作的土壤有机碳和可溶性有机碳含量均高于冬闲处理，原因包括：（1）轮作处理中，油菜残体经过土壤生物的腐殖化作用和土壤胶体的固定作用形成有机质，在植烟土壤中积累，且残体中的碳可转化为活性有机碳[25]；（2）烤烟油菜轮作也会改善土壤环境和微生物群落多样性，真菌菌丝和微生物产物的增加可以促进微团聚体向大团聚体的转变，进一步扩大有机碳的库存[26]。此外，就施肥方式而言，减施氮肥处理的效果较好，这是因为肥料氮能促进土壤有机质的积累和大团聚体的形成，但过量的氮会导致有机碳矿化，进而对有机碳的积累产生负面效应[27]。