3种土壤改良剂对烟田土壤性质和烟叶生长及质量的影响

时间：2024-05-24

程培军，张翔*，李亮，司贤宗，索炎炎，宋正熊，孔德辉，王彦江

(1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450000；2.洛阳市烟草公司，河南洛阳 471700；3.卢氏县园艺工作总站，河南三门峡 472000)

土壤改良剂是用于改良土壤物理、化学和生物性质，使其更适宜作物生长的一类物料，能有效改善土壤孔隙度和土壤养分状况，并对土壤微生物及生物酶活性产生积极影响，从而为植物的生长提供适宜的条件[1，2]。朱克亚等[3]研究表明，施农林废弃物研制成的改良剂能够提高土壤田间持水量的16.5%，明显增加烤烟产量，增产了27.6%。黄化刚等[4]研究表明，施用多孔状无机矿物改良剂能提升上等烟比例达3.6%。郑亚楠等[5]研究发现，施用聚丙烯酸盐类改良剂处理的烤烟根长、根体积和根冠比显著高于常规处理。张子颖等[6]研究发现绿色木霉改良剂配施高碳基肥料对烤烟田间病害的病情指数和发病率有明显的影响。

土壤改良剂对河南烟田土壤效应的研究表明，施微生物菌剂对预防黑胫病有明显效果[7]；施用生物质炭能增加土壤硝态氮含量[8]；施腐殖酸调理剂能提高烟田含水量[9]。沸石、膨润土和矿物肥是天然无机土壤改良剂，在棉花[10]、玉米[11]、小麦[12]、水稻[13]、黑籽雀稗[14]等作物上施用有提高作物产量和改良土壤的效果，然而未见沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂在河南烟田施用的报道，因此，在河南开展多点田间试验，再结合河南烟区的土壤环境，探讨了3种土壤改良剂对烟田土壤性质和烟叶生长的影响，旨在找出最优土壤改良剂，为河南烤烟田间土壤改良提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于河南省襄城县汾陈乡李营村和洛宁县小界乡王庄进行，试验地肥力均匀一致，地势平坦，排灌方便。襄城县土壤的基础理化性质：pH值为8.23，有机质含量为10.0 g/kg，全氮含量为0.84 g/kg，碱解氮含量为63.8 mg/kg，有效磷含量为7.3 mg/kg，速效钾含量为124 mg/kg，氯离子含量为19.1 mg/kg。洛宁县土壤的基础理化性质：pH值为7.80，有机质含量为11.5 g/kg，全氮含量为0.88 g/kg，碱解氮含量为72.1 mg/kg，有效磷含量为21.7 mg/kg，速效钾含量为187 mg/kg，氯离子含量为14.5 mg/kg。

试验田前茬为烟草，烤烟品种为中烟100。供试肥料种类有：烟草专用复合肥料(N 10%、P2O510%、K2O 20%)、饼肥(N 5%)、硫酸钾(K2O 50%)、重过磷酸钙(P2O512%)。土壤改良剂包括：沸石(由天然的沸石岩磨细)、膨润土(粘度计600 r/min读数≥30)、矿物肥(钾、锰、铁、钙、镁、硼等氧化物含量为402.9 mg/kg)，均由河南平顶山市润森复混肥料有限公司提供。

1.2 试验设计

试验设4个处理，分别是：T1：常规，不施改良剂；T2：沸石(穴施)，用量为600 kg/hm2；T3：膨润土(穴施)，用量为600 kg/hm2；T4：矿物肥(穴施)，用量为750 kg/hm2。

每个处理3次重复，随机排列，小区面积72 m2(4行，长15 m)。每个处理氮磷钾施用量相同，施N 60 kg/hm2，氮磷钾比例为1∶1.5∶3.5，基肥条施和穴施结合，追肥采用穴施，于团棵期施用。襄城县试验点于4月26日移栽，同年9月2日采烤结束；洛宁县试验点于5月2日移栽，同年10月9日采烤结束。其他各项田间生产管理与措施按照当地标准。

1.3 测定项目与数据分析

于2018年烤烟种植前，采用S法采集0～20 cm的耕层土壤样品10～15个，充分混匀后，采用四分法保留1 kg。土壤的理化性质按照实验室常规方法测定各项指标[15]。于烤烟生长的2个生育期(团棵期，移栽后30 d；现蕾期，移栽后60 d)，每个小区任意选5株测定其株高、茎围、叶片数、最大叶长及叶宽等指标，叶面积=叶片长×叶片宽×叶面积指数，叶面积指数按通常用的0.6345计算[16]。分别于团棵期、旺长期、现蕾期和采烤结束时采集耕层土样，分析碱解氮和速效钾的含量。于旺长期、现蕾期和采烤结束时分别测定土壤容重和含水量。

在现蕾期随机选取3株植株样，根、茎、叶分别取样并冲洗干净，放入烘箱，105 ℃下杀青30 min，在70 ℃下烘干，测定干重及养分含量[15]。各小区单独计产，并根据烤烟国标对烤后烟叶分级，确定烤烟的产值、均价、上等烟比例采用三段式烘烤工艺进行烘烤调制，并按烤烟42级国标进行分级[17]。

1.4 数据分析

采用Excel 2010和SPSS软件对试验数据进行统计分析，并进行Duncan新复极差法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同处理对烟株农艺性状的影响

由表1可知：在团棵期，襄城县和洛宁县矿物肥处理的株高显著高于膨润土处理和沸石处理；襄城县和洛宁县矿物肥处理的叶片数显著高于常规处理;襄城县和洛宁县矿物肥处理的叶面积显著高于沸石处理。在现蕾期，襄城县和洛宁县沸石处理的茎围和叶片数显著高于常规处理。可见，施用沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂能有效促进烤烟烟叶生长，提高叶面积。

表1 不同处理对烟株农艺性状的影响

2.2 不同处理对烟株干物质量和养分积累量的影响

在现蕾期，施3种土壤改良剂处理的烤烟根、茎、叶的干物质量显著高于常规处理(图1A)。沸石处理的茎干物质量显著高于膨润土处理，增幅为8.8%；沸石处理的茎干物质量与矿物肥处理没有显著性差异。沸石处理的叶干物质量显著高于矿物肥处理，增幅为7.2%；沸石处理的叶干物质量与膨润土处理没有显著性差异。

由图1B可以看出，施3种土壤改良剂各处理的根氮素积累量较常规处理显著性增加，增幅分别为19.1%、30.9%和29.4%。沸石处理的茎氮素积累量显著高于膨润土和矿物肥处理。沸石处理的叶氮素积累量显著高于矿物肥处理，增幅为19.2%。

如图1C所示，钾影响烟叶内在及外观质量，有“品质元素”之称[18]。施3种土壤改良剂各处理的根、茎、叶的钾素积累量显著高于常规；3种土壤改良剂处理的根钾素积累量和茎钾素积累量都没有显著性差异；沸石处理的叶钾素积累量显著高于膨润土和矿物肥处理，增幅分别为15.3%和13.1%。

图1D显示，与常规处理相比，施3种土壤改良剂能显著提高根、茎和叶的硫素积累量。矿物肥处理的根硫素积累量显著高于沸石和膨润土处理，增幅分别为31.3%和23.5%。沸石处理和矿物肥处理的茎硫素积累量显著高于膨润土处理，沸石处理与矿物肥处理的茎硫素积累量没有显著性差异。沸石、膨润土和矿物肥处理之间的叶硫素积累量没有显著性差异。

图1 不同处理对烟株干物质量及养分积累量的影响

2.3 不同处理对烟叶经济性状的影响

不同处理的烟叶经济性状见表2。施沸石土壤改良剂的烤烟产量最高，与常规相比分别增加了396.7 kg/hm2(襄城县)和289.5 kg/hm2(洛宁县)，增产率分别为20.9%(襄城县)和13.6%(洛宁县)；沸石处理的产量显著高于矿物肥处理，增产率分别为7.2%(襄城县)和8.2%(洛宁县)。由表2可知，施3种土壤改良剂对烤烟产值有重要影响，其中沸石处理的产值最高，与常规处理相比分别提高了25.6%(襄城县)和17.5%(洛宁县)。3种土壤改良剂各处理的烤烟均价均高于常规处理，但差异不显著。襄城县沸石和矿物肥处理的上等烟比例显著高于膨润土处理，洛宁县矿物肥处理的上等烟比例显著高于沸石和膨润土处理。

表2 不同处理对烤烟经济性状的影响

2.4 不同处理对烤后烟叶化学成分的影响

由表3可知，与常规处理相比，施用沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂能降低烤后烟叶烟碱、总氮、还原糖和总糖含量。3种土壤改良剂处理烟叶的钾含量较常规处理相比，分别显著提高了23.3%～27.1%(襄城县)和23.7%～28.1%(洛宁县)；施用沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂处理的氯含量较常规处理相比，分别显著降低了10.3%～27.1%(襄城县)和11.5%～23.4%(洛宁县)。

表3 不同处理对烤后烟叶化学成分的影响

2.5 不同处理对土壤容重和水分的影响

由图2A可以看出，随着烤烟生物期的推进，不同处理的土壤容重呈降低的趋势，表明随着烤烟生长，烟田土壤逐渐变得疏松；但在同一生育期时，3种土壤改良剂处理土壤的容重均比常规处理小，且在现蕾期和采烤结束时，沸石处理的土壤容重与常规处理达到显著性差异，表明施用3种土壤改良剂特别是沸石能有效降低土壤容重，有利于烤烟根系的生长。

如图2B所示，在旺长期和现蕾期，施3种土壤改良剂各处理的土壤水分含量显著高于常规处理，增幅分别为9.2%～33.6%和13.2%～26.4%；在旺长期，沸石和矿物肥处理的土壤水分含量显著高于膨润土处理，增幅分别为22.4%和21.7%；在采烤结束时，沸石、膨润土和矿物肥处理之间的土壤水分含量没有显著性差异。

图2 不同处理对土壤容重及水分的影响

2.6 不同处理对土壤氮、钾养分含量的影响

各处理土壤碱解氮含量的动态变化情况见图3A，3种土壤改良剂处理的土壤碱解氮含量从烤烟团棵期至旺长期持续上升，但此后随着烤烟生育期推进，碱解氮含量有持续降低的趋势。不同处理间相比，在旺长期，沸石处理的碱解氮含量显著高于矿物肥处理，增幅为8.8%；在现蕾期和采烤结束，沸石处理的碱解氮含量显著高于膨润土和矿物肥处理，膨润土和矿物肥处理的碱解氮含量较常规处理相比，没有显著性差异。

各处理土壤速效钾含量的动态变化情况见图3B，各个处理的土壤速效钾含量均在旺长期达到最大值，随后逐渐降低；在烤烟各个生育期，3种土壤改良剂处理之间的速效钾含量没有显著性差异；在团棵期和旺长期，膨润土和矿物肥处理的速效钾含量显著高于常规处理；在现蕾期和采烤结束，沸石处理的速效钾含量显著高于常规处理。

图3 不同处理对土壤氮、钾养分含量的影响

3 讨论

土壤容重和水分是影响作物生长发育的重要物理性状。魏莎等[19]研究发现，施用沸石改良剂能显著减低土壤容重和水吸力，降幅分别为17.5%和20.0%。姜淳等[20]研究表明，将膨润土和砂质土壤混合起来，可明显改善土壤的理化性能。本研究表明，3种土壤改良剂处理的土壤容重随着烤烟生育期的推进呈降低趋势，在现蕾期和采烤结束，沸石处理较常规处理显著降低土壤容重，降幅分别为6.8%和8.2%(如图2)。3种土壤改良剂处理的土壤水分含量随着生育进程的推进呈现先降低后升高的趋势，在现蕾期达到最低；在旺长期和现蕾期，沸石处理的土壤水分含量显著高于膨润土处理，其原因可能是沸石是架状结构微结晶质矿物，具有很大的比表面积，吸水性强，而膨润土是以蒙脱石为主要成分的粘土岩，改良壤土的效果不明显[10，20，21]。有研究报道，土壤改良剂的施用对土壤铵态氮和磷固定态或缓效态养分起到调节作用[22-23]。本试验中，3种土壤改良剂处理的土壤碱解氮含量和速效钾含量在生育期内呈现先升高后降低的趋势，在旺长期时达到最大，这说明土壤改良剂施用能提高土壤养分含量，同时在生育后期氮素逐渐枯竭，与优质烟叶“先富后贫”的氮素需求规律相吻合[24]。施用沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂对促进烟株生长、提高烟叶产量具有积极作用[25-26]。本研究表明，与常规相比，沸石、膨润土和矿物肥土壤改良剂处理的根的干物质量、叶氮素积累量、叶钾素积累量和叶硫素积累量分别显著增加了19.6%～35.8%、12.1%～33.6%、22.2%～30.7%和12.8%～33.3%(图1A)。施用沸石、膨润土等土壤改良剂可以为根系生长提供充足的养分，从而提高根的干物质量，进而影响氮、钾、硫等养分在地上部的积累。本研究分析了3种土壤改良剂对土壤特性、烤烟生长及产量的作用效果，表明施用沸石、膨润土和矿物肥可在一定程度上改良土壤，有效促进烟株生长，显著提高烟叶产量。