垂直深旋耕配施有機碳肥對植煙土壤pH和物理性狀及養分的影響

陳明剛，向劍明，劉勇軍，張黎明，吳晶晶，楊紅武，菅攀鋒，田 峰，粟戈璇，鄧小華*

(1 湖南農業大學農學院，長沙 410128；2 湖南省煙草公司湘西自治州公司，吉首 416000；3 中國煙草中南農業試驗站，湖南長沙 410004；4 浙江中煙工業有限責任公司，杭州 310008)

山地煙區多采用小型旋耕機械翻耕煙田，其翻耕深度一般為12～16 cm，長此以往會導致植煙土壤耕層變淺、犁底層升高、板結與蓄水保肥能力下降等問題[1]，加之土壤酸化[2]、有機質含量低[3]等，嚴重影響烤煙豐產提質增效。垂直深旋耕作為一種新型的耕作方式，利用專用機械中的垂直螺旋型鉆頭快速攪動土壤，實現深耕、深松、碎土，改善土壤環境，已在水稻[4]、馬鈴薯[5]、甘蔗[6]、玉米[7]、小麥[8]等作物上得到應用。碳是作物體內含量最高的元素，碳素營養成了作物養分平衡的一個短板[9]。施用有機碳肥可提高土壤的生物肥力和物理肥力，從而提高土壤中N、P、K等礦質營養元素和化肥的利用率[10]，已成為作物碳素補充的重要途徑。有關垂直深旋耕或有機碳肥施用的研究較多，但兩者結合改良酸性土壤的研究尚未見報道。本文研究垂直深旋耕配施有機碳肥對酸性土壤pH、物理性狀及主要養分的影響，以為山地植煙土壤保育技術的進一步發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018～2019年在湖南省花垣縣科技示范園(28.53°N，109.45°E)進行。土壤為黃壤，pH5.12，有機質12.50 g/kg，堿解氮82.17 mg/kg，有效磷12.11 mg/kg，速效鉀113.34 mg/kg。試驗地前茬作物為玉米，冬種綠肥(品種為箭筈豌豆[11])，綠肥翻壓量7500 kg/hm2，石灰施用量1500 kg/hm2，為市售熟石灰[12]。有機碳肥為商用液態有機碳肥，每次施用量45 kg/hm2?？緹熎贩N為云煙87。垂直深旋耕起壟機、旋耕機、微型起壟機由合作社提供。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理：T1.石灰+綠肥+垂直深旋耕；T2.石灰+綠肥+垂直深旋耕+液態有機碳肥1次；T3.石灰+綠肥+垂直深旋耕+液態有機碳肥2次；CK.石灰+綠肥+常規耕作。小區面積100 m2，3次重復?？緹熞圃郧?0 d，在種植綠肥的土壤上均勻撒施石灰，采用垂直深旋耕起壟機一次性完成土壤翻耕和起壟。壟幅120 cm，旋耕深度35 cm，壟高35 cm。CK中的常規耕作采用大型拖拉機旋耕和微型機械起壟，2次作業完成，翻耕深度20 cm，壟幅120 cm，壟高35 cm?？緹熞圃院蠼Y合澆定根水施第1次液態有機碳肥，移栽后20 d結合追肥澆施第2次有機碳肥?？緹熢耘喙芾泶胧﹨⒄障嫖髯灾沃輧炠|烤煙生產技術規程。

1.3 主要檢測指標及方法

于綠肥種植前(簡稱PG)和移栽后30 d(T1、CK)，采用土壤原位取樣器鉆取3個50 cm深的土柱，采集0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm的土壤測定pH。烤煙移栽后30、60、90 d，每小區選擇5個點，采集0～20 cm壟體層土壤，制成混合土樣，采用環刀法測定土壤容重、孔隙度和水分；采用電位法測定土壤pH；分別采用重鉻酸鉀容量法、堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法、醋酸銨浸提—火焰光度法測定土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量[13]。

1.4 統計分析方法

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 對植煙土壤pH的影響

2.1.1 植煙土壤pH垂直變化

由表1可知，T1處理0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm土壤pH較PG分別提高了1.48、1.86、1.92、2.00、1.79，CK較PG分別提高了1.54、1.76、1.49、1.44、0.78，說明撒施石灰和翻壓綠肥均能提高土壤pH。與CK 相比，除0～10、10～20 cm以外，T1處理各深度的土壤pH均顯著高于CK；T1處理土壤pH平均值為6.72，變異系數為2.08%；CK土壤pH平均值為6.31，變異系數為8.24%。說明垂直深旋耕可使石灰、綠肥等改良劑混入深層土壤，有利于石灰、綠肥與土壤混勻，增加土壤pH均勻度，提高改良劑的改土效果。

表1 不同處理的土壤pH垂直變化

2.1.2 植煙土壤pH動態變化

由圖1可知，隨烤煙生育進程的發展，土壤pH呈下降趨勢。在烤煙移栽后30 d，土壤pH由背景值5.12上升到6.91～7.02，這是由于施用了石灰的結果。至移栽后60 d，土壤pH下降至6.47～6.61；移栽后90 d，土壤pH繼續下降至5.79～5.92。這主要是由于土壤本身對酸堿的緩沖效應，以及烤煙根系分泌的有機酸所致。不同處理間雖有差異，但未達到顯著水平。

圖1 不同處理植煙土壤pH動態變化

2.2 對植煙土壤物理特性的影響

2.2.1 土壤容重動態變化

由圖2可知，隨烤煙生育進程推進，土壤容重略有上升?？緹熞圃院?0、60、90 d，T1、T2、T3處理土壤容重均顯著低于CK，但處理間差異不顯著。表明垂直深旋耕可降低土壤容重，施用有機碳肥對土壤容重則沒有影響。

圖2 不同處理植煙土壤容重動態變化

2.2.2 土壤孔隙度動態變化

由圖3可知，土壤孔隙度隨烤煙生育進程推進略有下降。移栽后30、60、90 d，T1、T2、T3處理土壤孔隙度均顯著高于CK，但處理間差異不顯著。表明垂直深旋耕可提高土壤孔隙度，施用機碳肥對土壤孔隙度則沒有影響。

圖3 不同處理植煙土壤孔隙度動態變化

2.3 對植煙土壤主要養分的影響

2.3.1 土壤有機質動態變化

由圖4可知，隨烤煙生育進程推進，同一處理土壤有機質含量變化不大。在烤煙移栽后30 d，表現為：T2>T3>T1>CK；移栽后60、90 d，表現為：T3>T2>T1>CK，各處理間差異均達顯著水平。表明垂直深旋耕和施用有機碳肥均可提高土壤有機質含量，澆施2次有機碳肥較1次效果更好。

2.3.2 植煙土壤堿解氮動態變化

由圖5可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤堿解氮含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30、60 d，土壤堿解氮含量表現為：T3>T2>T1>CK，處理間差異顯著。在移栽后90 d，土壤堿解氮含量表現為：T3>T2>T1>CK，T3與T2處理差異不顯著，但均顯著高于T1、CK；同時，T1處理顯著高于CK。表明垂直深旋耕和施用有機碳肥均可提高土壤堿解氮含量，澆施2次有機碳肥較1次效果更好。

2.3.3 植煙土壤有效磷動態變化

由圖6可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤有效磷含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30 d，土壤有效磷含量以T3最高，與其他處理差異顯著，其次是T2、T1，兩者無顯著差異，但均顯著高于CK。在移栽后60 d，土壤有效磷含量表現為：T3>T2>T1>CK，處理間差異顯著。在移栽后90 d，各處理差異不顯著。表明垂直深旋耕可提高烤煙前期土壤有效磷含量，以垂直深旋耕配合施用2次有機碳肥的效果較好。

圖6 不同處理植煙土壤有效磷動態變化

2.3.4 植煙土壤速效鉀動態變化

由圖7可知，隨烤煙生育進程推進，植煙土壤速效鉀含量呈“低—高—低”變化。在烤煙移栽后30 d，T3處理土壤速效鉀含量顯著高于T2、T1、CK。在烤煙移栽后60、90 d，土壤速效鉀含量表現為：T3>T2>T1>CK，除T1與CK外，各處理間差異顯著。表明垂直深旋耕配施有機碳肥可提高土壤速效鉀含量，以垂直深旋耕配施2次有機碳肥效果最好。

圖7 不同處理植煙土壤速效鉀動態變化

3 討論與結論

改良劑與土壤攪拌不均勻，難以實現表層土壤與表下層土壤的同步改良，是目前山地酸性土壤改良效果不甚理想的重要原因。而垂直深旋耕采用轉軸垂直于被耕地面的立式螺旋形鉆頭，多把旋耕刀切削、撞擊、捶打、擠壓土壤，能將全耕層土壤粉碎成細小顆粒[14，15]，可達到降低土壤容重、提高土壤孔隙度、增加土壤肥力[16]和土壤蓄水抗旱能力的效果[17]，且可通過旋切刀的垂直攪拌，將石灰、綠肥等改良劑與土壤攪拌，充分均勻混入表層土壤和表下層土壤。

傳統耕作機械是采用刀輥轉軸與被耕地面平行的臥式旋耕機實現翻耕。垂直深旋耕提高了土壤粉碎程度，可激發土壤有效養分釋放[16]，有利于烤煙根系發育和下扎，促進烤煙生長和干物質積累，提高烤煙產量。

有研究發現，施用有機碳肥可提高作物產量、質量及抗逆性[18，19]，顯示了有機碳肥的優勢。有機碳肥多為液態，易水溶而被植物吸收，能快速見效，還可提高土壤的生物肥力和物理肥力，提高土壤中N、P、K等礦質營養元素的利用率，從而提升化肥利用率[10]。有機碳肥已應用在油茶林改良[20]、馬鈴薯連作障礙緩解[21]、蕹菜增產[22]等多種農林作物上，并取得了良好的效果。本研究發現其對山地烤煙也具有明顯的增產提質效果，與垂直深旋耕結合可改良酸性土壤和提高烤煙種植效益。

試驗結果表明，垂直深旋耕可提高全耕作層土壤pH，降低土壤容重，提高土壤孔隙度。采用垂直深旋耕配施有機碳肥，可增加土壤有機質，提高植煙土壤氮、磷、鉀的有效性。以垂直深旋耕結合2次施用有機碳肥改良酸性土壤的效果最好。