施用不同改土物料后植煙土壤理化性狀動態(tài)變化

孫軍偉，郭 慧，危月輝，范志勇，李江美，高文華，王天龍，邢凌云，楊惠娟

（1.云南省煙草公司大理州公司，云南大理671000；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南鄭州450000；3.福建省生物肥料企業(yè)工程技術(shù)研究中心，福建廈門361001；4.大理州煙草公司鶴慶縣分公司，云南鶴慶671500；5.云南省大理州煙草公司永平縣分公司，云南永平671600）

土壤質(zhì)量是土壤的許多物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)以及形成這些性質(zhì)的一些重要過程的綜合體[1-2]。土壤理化性狀是土壤質(zhì)量好壞的重要表征[3]。當(dāng)前，不合理的土地利用模式嚴(yán)重影響土壤的可持續(xù)利用[4]及作物品質(zhì)的提升[5-6]。而優(yōu)質(zhì)煙葉的形成需要適宜的植煙土壤[7]。因此，探索適宜的土壤改良技術(shù)，促進(jìn)植煙土壤的可持續(xù)利用，對提升煙葉品質(zhì)及工業(yè)可用性具有重要意義。

微生物菌肥作為現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的新型肥料，是以微生物的生命活動導(dǎo)致作物得到特定肥料效應(yīng)的一種制品，本質(zhì)上屬于多元素性肥料，含有較多的活性微生物[8]。其通過微生物的特定作用為植物提供營養(yǎng)并調(diào)節(jié)植物的生長，施用過程不會造成土壤的破壞[9]，并具有改善土壤肥力、協(xié)助植物吸收養(yǎng)分和增強植物抗性的功效[10]。微生物菌肥在土壤改良方面已有大量報道。宋家清等[11]研究認(rèn)為，施用活性微生物菌肥處理后，銨態(tài)氮、速效鉀含量增加，土壤酸堿度降至中性。草原礦區(qū)排土場施用微生物菌肥，可改善其原狀土壤環(huán)境，提高土壤肥力[12]。然而，目前市場上的微生物菌肥種類繁多，且組成微生物菌肥的菌種各異，不利于功能菌肥的推廣應(yīng)用，而根據(jù)不同產(chǎn)區(qū)的生態(tài)條件、土壤狀況等篩選適宜的微生物菌肥，是對其進(jìn)行推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

本研究在云南省大理州彌渡縣核心植煙區(qū)開展生物菌肥篩選試驗，以期篩選出適宜的微生物菌肥應(yīng)用于植煙土壤改良，為改善云南省植煙連作障礙提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在云南省大理州彌渡縣（東經(jīng)100°19′～100°47′，北緯 24°47′～35°32′）進(jìn)行。該地年平均氣溫17.3℃；年均降雨量824.4 mm，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。供試土壤類型為紅壤土，前茬作物為蠶豆。于整地起壟前取樣進(jìn)行土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分分析，測得pH值為5.35，有機質(zhì)含量為23.11 g/kg，堿解氮含量為83.4 mg/kg，速效磷含量為11.27 mg/kg，速效鉀含量為166.32 mg/kg。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N紅花大金元。試驗所用肥料為祥云管盛有機肥、彌渡國發(fā)有機肥、福建三炬固體微生物菌肥、福建三炬液體微生物菌肥，4個肥料的技術(shù)指標(biāo)等如表1所示。

表1 4個肥料的技術(shù)指標(biāo)及生產(chǎn)廠家

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)5個處理（表2），3次重復(fù)。其中，祥云管盛有機肥用量為100 kg/hm2，于移栽起壟前條施；彌渡國發(fā)有機肥用量為100 kg/hm2，于移栽起壟前條施；福建三炬固體微生物菌肥用量為50 kg/hm2（氮磷鉀比例m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）＝1∶0.5∶0.5），于移栽前起壟后施于苗穴；福建三炬液體微生物菌肥即灌金液，以500 mL/hm2的比例與水混合施于穴中。烤煙施氮量40 kg/hm2，各處理施氮含量保持一致；其中，T1、T2、T3、T4處理添加的祥云管盛有機肥、彌渡國發(fā)有機肥、福建三炬微生物菌肥中的氮含量通過減少基肥中復(fù)合肥施用量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證各處理中施氮量一致；不進(jìn)行磷和鉀用量調(diào)節(jié)。4月30日移栽煙苗，行距為120 cm，株距為50 cm；其他移栽管理措施參照云南大理優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行。

表2 試驗處理設(shè)置

1.4 土壤樣品采集

根據(jù)項目測定要求，分別于移栽后的15、30、45 d（以時間為軸線）進(jìn)行土壤取樣，采用五點取樣法；每個處理隨機選取5株煙株，取1/2個根區(qū)采集0～20 cm耕層土壤，制成混合土壤。所取土樣用于測定土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分。

1.5 測定指標(biāo)及方法

土壤pH采取電位測定法（水土比2.5∶1）測定；有機質(zhì)含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法進(jìn)行；堿解氮含量測定采用堿解擴散法進(jìn)行；速效磷含量測定采用NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法進(jìn)行；速效鉀含量采用醋酸銨浸提-火焰光度法進(jìn)行測定。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；采用SPSS16.0進(jìn)行方差分析；多重比較采用Duncan法，利用R語言（vegan程序包）進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改土物料對土壤pH的影響

移栽后煙株根際土壤pH的變化如圖1所示，在烤煙移栽后 15 d，T1、T2、T3、T4 土壤 pH 值由5.35 分別升高至 5.89、6.11、6.04、6.15，分別上升了0.55、0.76、0.69、0.80；隨后逐漸下降，至移栽后 30 d，T1、T2、T3、T4 土壤 pH 值又降至 5.87、5.90、5.86、5.94，較移栽15 d時的土壤pH值分別下降了0.02、0.21、0.18、0.21。但此期間的CK土壤pH值在5.87～5.95變化，且趨于平緩。可見，施用改土物料后，土壤pH值呈先升后降的趨勢，烤煙移栽30 d以后pH值趨于穩(wěn)定，與CK相比，T4處理變化最為顯著。

在烤煙移栽后 15～45 d，T1、T2、T3、T4 的土壤pH值整體上均高于CK；在烤煙移栽后15 d，T2、T4處理與CK間差異顯著（P＜0.05）。各處理對移栽后煙株根際土壤pH值總體改良效果表現(xiàn)為T4＞T2＞T3＞T1＞CK。可見，施用不同改土物料提高土壤的pH值效果存在差異，以施用液體微生物菌肥的T4處理效果最好。

2.2 不同改土物料對土壤有機質(zhì)含量的影響

土壤有機質(zhì)是反映土壤肥力的重要指標(biāo)，其對土壤理化性質(zhì)、煙葉品質(zhì)具有很大影響[13]。圖2結(jié)果顯示，總體上，隨移栽時間的延長，各處理土壤有機質(zhì)含量呈逐漸上升的趨勢。移栽后15 d，各處理土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞T4＞CK，使用微生物菌肥的T3、T4處理有機質(zhì)含量相比對照提高了1.2%～3.4%；移栽后30 d，不同處理土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞CK＞T4，施用液體微生物菌肥的T4處理較CK減少了5.7%，CK與T3處理間差異不顯著，與T1、T2、T4處理間存在顯著性差異。移栽后30 d與15 d相比，CK、T1、T2、T3、T4處理有機質(zhì)含量分別增加了14.6%、12.7%、8.2%、15.5%、4.5%，可以看出，土壤有機質(zhì)含量隨著微生物菌肥的增加而增加。移栽后45 d，不同處理間土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為CK＞T1＞T2＞T3＞T4，其中，CK、T1處理間有機質(zhì)含量差異不大，與15、30 d相比，各處理有機質(zhì)含量均有所上升，可能是由期間降水量多，土壤中的碳水化合物增多所引起。不同時期各處理間變化趨勢基本一致，區(qū)別在于施用微生物菌肥在45 d后有機質(zhì)含量上升不顯著，而CK明顯上升。

總體上，施用不同的改土物料對土壤有機質(zhì)的影響不同，施用不同有機肥的T1、T2處理能提高土壤有機質(zhì)含量，但不穩(wěn)定；施用微生物菌肥的T3、T4處理能顯著提高土壤有機質(zhì)含量，而且可穩(wěn)定整個生育期。

2.3 不同改土物料對土壤堿解氮含量的影響

土壤中的堿解氮是煙草生長發(fā)育所必需的易被吸收利用的重要營養(yǎng)元素[14]。由圖3可知，施用不同改土物料所產(chǎn)生的效果不同，施用有機肥的T1、T2處理的土壤堿解氮含量隨移栽時間的延長呈現(xiàn)先升高后持續(xù)下降的變化趨勢；而施用微生物菌肥的T3、T4處理的土壤堿解氮含量呈持續(xù)升高的趨勢，但CK土壤堿解氮含量呈高（15d）—低（30d）—高（45 d）的變化趨勢，呈現(xiàn)不穩(wěn)定的趨勢。

各處理不同時期堿解氮含量與CK存在一定差異。在移栽后15 d，堿解氮含量表現(xiàn)為T2＞T1＞CK＞T3＞T4，該時期 CK處理與 T2、T3、T4 處理間差異顯著，與T1處理無差異；在移栽后30 d，施用微生物菌肥的T3、T4處理的土壤堿解氮含量相比移栽后15 d顯著升高，而CK的堿解氮含量則略有下降，施用微生物菌肥的T3、T4處理與CK相比，堿解氮含量分別顯著增加53.1%、42.7%，T2處理與CK差異也達(dá)顯著水平，T2與T4間差異不顯著；移栽后45 d，各處理間土壤堿解氮含量表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞CK＞T1，且T3、T4處理與CK間差異均達(dá)顯著水平，施用微生物菌肥的T3、T4處理間差異較小。可見，施用微生物菌肥能提高酸性土壤的堿解氮含量，以施用液體微生物菌肥T4處理的效果最好。

2.4 不同改土物料對土壤速效磷含量的影響

磷素在構(gòu)成植株體調(diào)節(jié)代謝、增強作物抗逆能力中起重要作用[15]。適量施磷能加強煙株對其他養(yǎng)分的吸收能力，協(xié)調(diào)化學(xué)成分，改善煙葉香吃味[16-17]。土壤速效磷是可以被植物直接吸收和利用的磷素，是體現(xiàn)土壤供磷能力的重要指標(biāo)[18]。從圖4可以看出，隨移栽時間的延長，不同處理的有效磷含量呈遞增的變化趨勢。在烤煙移栽后15 d，T2、T3、T4土壤速效磷含量由11.27 mg/kg分別升高至13.84、17.54、19.81mg/kg，分別上升了 2.57、6.27、8.54mg/kg；移栽后 45 d，T2、T3、T4 土壤速效磷含量升高至18.98、20.23、22.81 mg/kg；但此期間的 CK 土壤有效磷含量呈降低狀態(tài)，且低于T2、T3、T4處理的土壤背景值。

在烤煙移栽后15～45 d，T3、T4處理土壤速效磷含量顯著高于CK，且T2、T3、T4處理的速效磷含量始終顯著高于CK、T1處理。通過不同處理在不同時段的土壤速效磷含量來看，CK表現(xiàn)為平緩趨勢，施用微生物菌肥各處理均呈急速上升的趨勢，說明在團(tuán)顆到旺長期間，微生物菌肥能先促使土壤中的磷素完成轉(zhuǎn)化，然后再刺激煙葉提高吸收土壤速效磷的效率，從而有利于煙葉的生長發(fā)育。從對速效磷的影響來看，微生物菌肥能影響土壤中速效磷的變化規(guī)律，在一定范圍內(nèi)，微生物菌肥改善土壤的效果良好，以液體微生物菌肥T4處理的效果最好。

2.5 不同改土物料對土壤速效鉀含量的影響

作為大量元素之一的鉀，對植物的生長、發(fā)育均發(fā)揮著重要作用，它能提高作物品質(zhì)，在提高抗性方面也有明顯的作用。土壤中鉀含量的多少對作物品質(zhì)的高低具有很重要的意義[19]。由圖5可知，移栽后15 d，各處理間速效鉀含量存在顯著差異，施用微生物菌肥的T3、T4處理土壤中速效鉀含量較CK分別高出15.9%、26.1%，說明煙株生長初期，施用微生物菌肥能提高土壤中全磷轉(zhuǎn)化為速效磷的效率；移栽后30 d，施用液體微生物菌肥處理的土壤速效鉀含量高于CK，且差異顯著；移栽后45 d，各處理的土壤速效鉀含量表現(xiàn)為T4＞T3＞T2＞CK＞T1。從不同時期速效鉀的變化看，CK、T1、T2、T3都是先降低后升高；T4處理呈穩(wěn)定上升的趨勢。

與CK相比，施用液體微生物菌肥的T4處理對植煙土壤速效鉀含量仍有顯著提升作用，其中在烤煙移栽后15天時達(dá)到最大值（258.75 mg/kg），且與其他處理間均呈顯著差異。由此可知，施用微生物菌肥能夠顯著增加土壤中速效鉀的含量，其中以施用液體微生物菌肥T4處理的土壤速效鉀含量最顯著。

2.6 不同改土物料對植煙土壤養(yǎng)分的主成分分析

結(jié)合pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效P、速效K等土壤理化指標(biāo)，為確定各指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行了主成分分析，其結(jié)果如表3所示，以特征值＞1為基準(zhǔn)，主成分共有5個因子，其中，特征值＞1.03可提取2個因子，主成分的方差貢獻(xiàn)率第1個約47.43%、第2個約23.89%，共累積解釋71.32%。

表3 主要因子的特征值和貢獻(xiàn)率分析

由表4可知，第1主成分與土壤速效P、pH值呈顯著正相關(guān)，與速效鉀呈極顯著正相關(guān)；第2主成分與土壤pH值、速效P呈顯著正相關(guān)，與土壤堿解氮呈極顯著正相關(guān)；從表4主成分1中可以看出，總方差近71.32%的貢獻(xiàn)率來自這4個因素，因此認(rèn)為速效P、速效K、堿解氮、pH值是施用微生物菌肥對植煙土壤的特征元素。

表4 植煙土壤理化性質(zhì)與主成分間的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

煙草生長主要依賴于土壤養(yǎng)分的供給，土壤養(yǎng)分含量與煙葉品質(zhì)密不可分，合理調(diào)節(jié)耕層土壤養(yǎng)分，有利于烤煙生產(chǎn)[20]。微生物菌類的有機肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，前人試驗研究表明，施用微生物菌肥能在一定程度上提高土壤養(yǎng)分含量[21-22]。本研究結(jié)果表明，不同微生物菌肥對土壤堿解氮含量具有一定提高效果，在移栽后45 d時的土壤中堿解氮含量與對照CK呈顯著正相關(guān)，含量明顯高于對照。這與王豹祥等[23]的研究結(jié)果相似。從微生物菌肥在不同時間段的影響來看，在移栽后45 d時，處理與對照在煙株生長發(fā)育時期土壤的速效K、速效P含量差異顯著，說明施加不同微生物菌肥對烤煙不同生育期植煙土壤均具有一定的肥田效果，能夠很好地為植株供應(yīng)養(yǎng)分。可能與微生物能分泌有機酸和酶類[24-25]，使難溶的無機鹽降解為植物能夠吸收的游離有效磷及有效鉀有關(guān)，從而使土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量均不同程度提高。有研究表明，不同生物菌肥對土壤速效鉀、速效磷和堿解氮有著不同程度的提升效果，對土壤有機質(zhì)沒有明顯改善效果[26-28]，這與本試驗結(jié)果一致。本試驗結(jié)果表明，施用微生物菌肥對移栽后各個時間段的影響，處理與對照間無顯著差異；另外，施用微生物菌肥均使烤煙不同生育期土壤pH值有所提升。說明在紅壤或偏酸性土壤上施用微生物菌肥對土壤pH具有一定的促進(jìn)作用。主成分分析結(jié)果顯示，微生物菌肥對于土壤有機質(zhì)的變化沒有顯著的影響，且與不同時期的含量之間也不存在相關(guān)關(guān)系，這與其他生物菌肥的試驗結(jié)果相差較大[26-28]，其原因還有待進(jìn)一步研究。綜上所述，增施微生物菌肥有利于改善植煙土壤理化性質(zhì)、提高土壤微生物量及功能菌數(shù)量，以富含芽孢桿菌類復(fù)合微生物菌肥對其作用效果最佳。

本研究表明，不同處理之間土壤pH、堿解氮、速效鉀呈階段性變化，土壤有機質(zhì)、速效磷含量呈遞增趨勢，與施用有機肥相比，采用微生物菌肥可以改良酸性植物土壤，能更好地提高土壤pH值、有機質(zhì)及速效磷的含量，并維持其穩(wěn)定性，其中使用液體微生物菌肥更顯著。因此，為實現(xiàn)酸性連作土壤的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在施用常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上加施液體微生物菌肥。