旱作烤煙膜秸組合覆蓋對土壤性質和煙葉產質量的影響

邱嶺軍，張 翔，毛家偉，李 亮，李 琦，司賢宗，索炎炎，程培軍，孔德輝

（1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州 450002；2.河南省煙草公司，河南鄭州 450018；3.洛陽市煙草公司，河南洛陽 471000）

我國每年約產生秸稈資源10.4 億t，其中，小麥秸稈占禾谷類秸稈的27.7%[1]，但存在秸稈處置方式落后，回收利用率低，造成了嚴重的環境污染和資源損耗，所以，秸稈科學還田引起了大多數學者的關注。秸稈腐解不僅能夠提供作物生長發育所需的大、微量營養元素，還能為土壤微生物提供物質和營養源，在維持地力平衡、增加土壤有機質等方面發揮著巨大作用[2-3]。付鑫等[4]研究表明，秸稈覆蓋對土壤微生物量氮、全氮和潛在礦化氮含量等具有顯著提升作用。程宏波等[5]的研究認為，玉米秸稈覆蓋能夠顯著提高馬鈴薯產量及水分利用效率。秸稈覆蓋作為一種高效生態農藝栽培措施，兼顧蓄水穩溫保墑效應，是資源循環利用的最有效、最被認同培肥地力的增產措施[6]，通過改變土壤水熱狀況、理化性狀和生物養分有效性進而調控土壤微生物的群落生態結構，減少化肥投入，降低空氣污染和環境負荷，而且能為作物營造一個適宜的土壤環境，對促進作物快速生長發育、提高產量等具有積極作用[7]。

煙草是我國一種重要的經濟作物，在豫西地區廣泛推廣種植，但由于人均耕地資源不足，過度依賴化肥、不合理的耕作方式及高強度的種植模式等，嚴重破壞了土壤結構，造成煙田土壤養分不平衡、根際土壤微生態結構惡化、土傳病害加重、地力衰退、煙葉產量和品質逐年下降等一系列問題[8]。土壤作為烤煙種植的直接載體，其理化性質、肥力水平及微生物活性水平與植物生長代謝聯系緊密[9]，再加上低溫、干旱等自然環境因素的限制，嚴重制約著該區煙葉產量和品質的進一步提升。李小雁等[10]研究認為，旱作玉米覆膜以及溝壟技術可顯著提高旱地馬鈴薯產量及水分利用效率，且具有疊加效應。目前，關于秸稈與地膜覆蓋技術的耦合效應對土壤生物學特性及煙葉品質的研究還較少。

本研究通過開展大田試驗，探究地膜與秸稈覆蓋組合的栽培技術對烤煙的生理指標、土壤微生物區系、烤后煙葉化學成分的影響，探索一套適合豫西地區烤煙的土壤保育技術與秸稈地膜覆蓋耦合的農業綜合模式，為提高烤煙經濟效益、促進秸稈還田技術的示范應用提供參考依據，旨在為優化旱地土壤培肥管理提供理論和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019 年5—10 月在河南省洛寧縣小界鄉王村進行，試驗地肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便。土壤基本理化性質為：pH 值7.80，有機質含量11.5g/kg，全氮含量0.088%，速效氮含量72.1mg/kg，速效磷含量21.7 mg/kg，速效鉀含量187 mg/kg，水溶性鹽總量0.32 g/kg。試驗前茬作物為煙草。

1.2 試驗材料

供試烤煙品種為中煙203。

供試肥料種類有：煙草專用復合肥料（N 10%、P2O512%、K2O 18%），餅肥（N 53%），重過磷酸鈣（P2O546%），硫酸鉀（K2O 50%），硝酸鉀（N 13.5%，K2O 46%）。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共設4 個處理，分別為：T1.只地膜覆蓋（CK），團棵期揭膜培土。T2.秸稈覆蓋。移栽時，小麥秸稈7 500 kg/hm2均勻覆蓋壟體。T3.壟體地膜覆蓋+壟溝小麥秸稈覆蓋。移栽時，壟體地膜覆蓋，壟溝小麥秸稈7 500 kg/hm2覆蓋；團棵期壟體揭膜，將壟溝小麥秸稈翻到壟體覆蓋培土。T4.壟體地膜覆蓋+壟溝小麥秸稈粉碎覆蓋。移栽時，壟體地膜覆蓋，壟溝用粉碎后的小麥秸稈（將小麥秸稈切割成2～3 cm 段）7 500 kg/hm2覆蓋；團棵期壟體揭膜，將壟溝小麥秸稈隨中耕培土翻到壟體覆蓋。

試驗3 次重復，小區面積72 m2（4.8 m×15.0 m），每小區種植4 行，行距120 cm，株距55 cm。常規施N60 kg/hm2，氮磷鉀比例為1∶1.5∶3.5。煙草專用復合肥80%條施、20%穴施，餅肥和磷肥全部條施，鉀肥30%條施、20%穴施、50%追施，硝酸鉀于團棵期追施。5 月10 日移栽，移栽密度為16 500 棵/hm2，10 月18 日采烤結束。其他各項田間生產管理措施統一按當地規范化措施進行。

1.4 測定項目及方法

于植株生長的3 個生育時期（團棵期（移栽后35 d）、旺長期（移栽后70 d）、成熟期（移栽后90 d）），測定煙株的株高、莖圍、葉片數、葉面積等農藝指標。移栽后70 d，在陽光充足的10：00—12：00 對煙葉進行光合特性測定。在煙壟上采集2 株煙株正中位置0～20 cm 土層3 個重復的土樣，采用五點法混合均勻后取1/4 低溫冷藏帶回室內，鮮樣去雜后保存于4 ℃冰箱，用以測定土壤微生物群落和微生物生物量碳、氮，另外部分土樣風干后研磨測養分含量。同時，每個生育時期隨機選取3 整株煙株，分部位取樣并清洗干凈，置于烘箱中，于105 ℃殺青30 min 后，70 ℃烘干至恒質量，粉碎后測定根、莖、葉中全氮含量。產量根據小區產量進行估算。煙葉成熟后，按不同處理分區采收和計產，按《中華人民共和國國家標準：烤煙（GB 2635—1992）》進行分級，計算中上等煙率，并按2019 年國家局收購指導價格計算不同煙葉等級單價；每公頃產量、產值由小區產量、產值折算。

土壤微生物區系采用稀釋平板分離測數法測定[11]；微生物生物量采用氯仿熏蒸法測定[12]；按照鮑士旦[13]的方法測定土壤總氮等；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定；烤后煙葉總糖采用蒽酮比色法測定，還原糖采用DNS 比色法測定，煙堿采用萃取脫色法測定，總氮采用凱氏定氮法測定，鉀采用火焰光度法測定，氯采用莫爾法測定[14]。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件對數據進行處理分析，用Duncan′s 新復極差法進行多重比較（α＝0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對煙株農藝性狀的影響

由表1 可知，在移栽后35 d，葉面積和莖圍均以T4 處理最高，分別達984.5 cm2和8.4 cm，各處理葉面積由高到低排序為：T4＞T3＞T1＞T2；與T1處理相比，T4 處理的株高、莖圍和葉面積分別提高了15.84%、10.53%、10.09%；株高、莖圍、葉片數和葉面積均以T2 處理最低，表明與地膜覆蓋相比，秸稈覆蓋對煙株生長的促進作用相對較弱。移栽后70 d，與T1 處理相比，T2、T3、T4 處理的葉面積分別提高了0.14%、9.34%、6.60%，其中，T4 處理的農藝性狀表現最佳。表明T4 處理的栽培措施對烤煙株高、葉片數、莖圍及葉面積均有促進作用，能有效促進烤煙生長。

表1 不同處理對煙株農藝性狀的影響

2.2 不同處理對煙葉光合特性的影響

從表2 可以看出，在移栽后70 d，T2 處理凈光合速率最低，為24.2 μmol/（m2·s），低于地膜+秸稈組合模式的T3、T4 處理，且與T1 處理間差異不顯著。氣孔導度以T3 處理最高，為0.61 mol/（m2·s），不同處理間差異不顯著。T2、T3、T4 處理的蒸騰速率與T1 處理間存在顯著性差異，由高到低排序為T4＞T3＞T2＞T1。T4 處理的胞間CO2濃度與T1 處理相比降低了39.27%，且與T1、T2 和T3 處理間均存在顯著性差異。

表2 不同處理對煙葉光合特性的影響

2.3 不同處理對土壤微生物學群落的影響

表3 不同處理對土壤微生物數量和生物量碳、氮的影響

從表3 可以看出，在移栽后70 d，不同處理間土壤微生物數量發生了顯著性變化，具體表現為細菌＞放線菌＞真菌，土壤細菌最高，其次是放線菌。施用地膜＋不同秸稈處理的微生物數量顯著高于只地膜覆蓋和秸稈覆蓋處理，其中，T4 處理的土壤細菌、真菌、放線菌數量較T1 處理分別提高了26.09%、56.25%、84.44%，T4 處理與T1、T2、T3 處理的細菌、真菌、放線菌數量均存在顯著性差異。由于秸稈中有效碳的腐解引起微生物底物利用的迅速增加，不同處理間土壤微生物生物量碳（MBC）含量差異顯著；T2 處理土壤微生物生物量氮（MBN）含量最大，且與T1、T3、T4 處理間差異顯著，使得T2處理的MBC/MBN 值顯著小于其他處理。T4 處理的土壤MBC、MBN 含量分別較T1 處理提高了73.17%、13.61%，土壤MBC/MBN 值均顯著高于T1、T2、T3處理，表明地膜＋粉碎秸稈的T4 處理對土壤微生物群落功能多樣性和數量的提升具有統計學意義。

2.4 不同處理對土壤溫度的影響

由圖1 可知，在移栽后35 d，不同處理對土壤溫度（0～25 cm）有較大影響，隨土層深度不斷增加土壤溫度呈逐漸降低的趨勢，以T4 處理保溫效果最好，T3 處理次之。與T1 處理相比，T4 處理0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm分別提高了9.52%、7.66%、6.25%、7.39%、7.66%。T4 處理的平均溫度為22.2 ℃，T2 處理表現最差，平均溫度僅為19.0 ℃，且低于T1 處理1.62 ℃。在移栽后70 d，不同處理間土壤溫度整體表現為：T4＞T2＞T1＞T3，且不同土層的土壤溫度差異不大，并未達到顯著差異水平，這表明地膜和秸稈覆蓋處理均有利于耕作層（0～25 cm）的保溫保墑，且地膜+不同秸稈處理對耕作層的保墑作用優于只覆地膜或只秸稈覆蓋，其中，地膜+粉碎秸稈處理效果最明顯，能夠促進煙株健康快速生長。

2.5 不同處理對土壤理化性質的影響

從表4 可以看出，隨著烤煙生育期的不斷推進，煙田土壤逐漸變得疏松，土壤容重呈逐漸降低趨勢，T2、T3、T4 處理的土壤容重均低于T1 處理，但差異未達到顯著水平。移栽后35 d，T3 和T4 處理的土壤含水率顯著低于T1 處理；T2、T3 和T4 處理的有機碳含量與T1 處理相比，分別提高了13.26%、15.91%、18.94%；T4 處理硝態氮含量最高，達1.12 mg/kg，T2 處理最低，T4 處理的硝態氮含量與T1、T2 和T3 處理間均存在顯著性差異，而T2 處理的銨態氮含量顯著高于T1、T3 和T4 處理，且均存在顯著性差異；不同處理間全氮、速效鉀和水溶性鹽總量均差異不顯著。在移栽后70 d，T2、T3 和T4 處理的土壤含水率均顯著高于T1 處理，分別提高了11.70%、16.37%和18.71%，T2 處理的銨態氮含量顯著高于T1、T3 和T4 處理，且存在顯著性差異；與生育前期相比，硝態氮平均含量隨生育期的推進呈增加趨勢，而銨態氮含量則呈不斷降低趨勢。結果顯示，有秸稈覆蓋的T2、T3 和T4 處理土壤中的有機碳含量也顯著高于只地膜覆蓋處理，表明秸稈覆蓋對煙田土壤的保水保濕具有促進意義。

表4 不同處理對土壤理化性質的影響

2.6 不同處理對煙葉產量和經濟性狀的影響

表5 不同處理對烤煙產量和經濟性狀的影響

由表5 可知，與T1 處理相比，施用地膜＋秸稈、地膜+粉碎秸稈的T3、T4 處理的烤煙產量、產值、均價和中上等煙比例均有不同程度提高，其中，T4 處理的煙葉品質最佳且經濟性狀好，較T1 處理產量提高11.65%，產值增加19.06%，中上等煙比例均提升21.94%，T4 處理的產量、產值、均價和中上等煙比例均顯著優于T1、T2、T3 處理，但與T3 處理的產量、產值、中上等煙比例間均無顯著性差異。表明秸稈覆蓋措施對烤煙產量、產值的影響相對只覆地膜的效果更明顯，均能顯著提高烤煙產量和產值，其中，地膜+粉碎秸稈的T4 處理的產量、產值和中上等煙比例最好，對烤煙的經濟效益有積極的促進作用。

2.7 不同處理對烤后煙葉化學成分的影響

由表6 可知，煙葉總糖含量為18.44%～26.56%，還原糖含量為17.02%～25.13%，總氮含量為1.63%～1.86%，煙堿含量為2.21%～3.35%，鉀含量在1.31%以上，氯含量在0.52%以下，糖堿比為5.50～12.02，氮堿比為0.56～0.77，鉀氯比≥2.52，還原糖與總糖的比值≥0.85。T3、T4 處理的煙堿、總氮含量均顯著低于T1、T2 處理，并存在顯著性差異；T4 處理中部煙葉的總糖、還原糖、氯的含量及糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內。與T1 處理相比，T4處理煙葉鉀離子含量提高了27.48%；T4 與T3 處理的總糖、還原糖、總氮、氯、還原糖與總糖比等均無顯著性差異，表明T3 處理烤后煙品質僅次于T4 處理。研究結果顯示，地膜＋小麥秸稈粉碎的T4 處理和地膜+小麥秸稈的T3 處理能有效促進烤煙生長發育并使烤后煙葉內在化學品質更協調。

表6 不同處理對烤后中部煙葉化學成分的影響

3 結論與討論

秸稈覆蓋作為一種綠色生態、高效農藝栽培措施，既優化秸稈資源的合理配置，又減少對環境的污染，同時秸稈腐解可釋放多種有益營養物質，在某種程度上激活了土著微生物和酶的偏嗜性和優先性，有效提高作物抗病免疫機制及增強作物抵抗非可控生物、非生物因素逆境下的脅迫，提高作物N 素利用效率和調節作物快速生長發育，為植物生長營造一個適宜的生存環境[15]。趙永敢[16]研究表明，在河套灌區“上膜下秸”措施可有效提高土壤含水率，為向日葵根系營造良好的生長環境，這與本研究結果一致，在移栽后35 d，有地膜覆蓋的T1、T3、T4 處理土壤含水率顯著高于只秸稈覆蓋的T2 處理，且比T2 處理分別提高了11.70%、16.37%和18.71%，可能原因是春季蒸發旺盛，只秸稈覆蓋處理對煙株生長的促進作用相對較弱。不同處理對土壤溫度（0～25 cm）有較大影響，與T1 處理相比，地膜＋粉碎秸稈的T4 處理土壤0～5、5～10、10～15、15～20、20～25 cm 的溫度分別提高了9.52%、7.66%、6.25%、7.39%、7.66%。夏冬等[17]研究表明，秸稈覆蓋和地膜覆蓋均能減少膜內表土蒸發和保溫保濕，而地膜＋不同秸稈結合模式能進一步提高番茄產量。鄭梅迎等[18]研究表明，秸稈粉碎還田效果最佳，土壤小粒徑團聚體含量減少而大粒徑團聚體含量增加，從而使土壤團聚性能、水穩定性增強。本研究表明，在移栽后70 d，有秸稈覆蓋的T2、T3 和T4 處理土壤中的有機碳含量也顯著高于只地膜覆蓋，與T1 處理相比分別提高了13.26%、15.91%、18.94%，表明秸稈覆蓋對煙田土壤的保水保濕具有顯著促進作用。T4 處理的栽培措施對烤煙株高、葉片數、莖圍及葉面積均有促進作用，能有效促進烤煙生長；T4 處理的煙葉品質最佳且經濟性狀好，較T1 處理產量增加11.65%，產值增加19.06%，均價提高9.54%，中上等煙比例均提升21.94%，且烤后中部煙葉的總糖、還原糖、氯含量及糖堿比、氮堿比和兩糖比均在適宜范圍內，使烤后煙葉內在化學品質更協調。

地膜與不同秸稈覆蓋處理引起土壤物理、化學、生物特性和養分狀況的變化[19]，進而影響了微生物群落結構和功能。土壤細菌、真菌、放線菌是微生物類群結構數量重要的組分之一，積極介入土壤中物質能量循環、有機物轉化與吸收以及維護微生物群落生態平衡[20]，是影響土壤養分庫、生物化學活性及群落生理功能的活指標[21]。本研究結果表明，秸稈與地膜覆蓋處理與同期對照相比顯著增加了煙田土壤細菌、真菌、放線菌數量，這對于連作煙田微生態土壤修復與保護，降低土傳病害發生等方面具有積極意義。丁柳屹等[22]研究表明，秸稈與地膜覆蓋處理均能顯著增加土壤中的細菌群落豐度和多樣性，且顯著增加了分解纖維素的纖維弧菌及根瘤菌和硝化過程的亞硝化螺菌；伍玉鵬等[23]研究表明，秸稈還田可有效改善土壤蓄水、通氣狀況以及有機質累積來增加土壤中固氮菌、纖維素分解菌的數量，其原因可能是覆蓋措施可以有效提高作物產量，改善土壤保溫保墑、水分利用效率。微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）是固定在土壤微生物軀體中的碳素和氮素，是植物生長可利用養分的重要來源，秸稈腐解為土壤微生物生物量的繁殖帶來了多種功能性微生物、豐富的微量元素以及適宜的生存環境，從而顯著提高土壤MBC 和MBN，進而改變了MBC/MBN 值[24-25]。本研究中T2 處理的MBN 含量較高，可能是煙田土壤中MBN 主要來自于土壤和有機肥，秸稈腐解產生了更豐富的有機碳以及頻繁的干濕交替使得土壤有機氮礦化。T4 處理的土壤MBC、MBN 分別較T1 處理提高了73.17%、13.61%，且土壤MBC/MBN 值均高于T1 和單秸稈覆蓋處理，且與較低的土壤pH 表現出正相關關系，可能是由于貧瘠土壤中有效氮、磷含量匱乏，刺激了真菌比細菌更強的競爭能力，從而導致微生物群落表現出細菌占優勢的現象[26-27]。表明地膜＋粉碎秸稈組合模式的T4 處理對土壤微生物群落功能多樣性和數量的提升具有統計學意義，對煙田土壤保育具有積極效應。

地膜與秸稈覆蓋對土壤肥力性質具有復合作用。不同處理對植煙土壤理化性狀、微生物群落、煙株生長狀況及煙葉產值的影響存在顯著性差異，其中，T4 處理烤后煙葉內在化學品質更協調且經濟性狀最佳，顯著影響了煙田土壤微生物群落功能多樣性和數量、土壤生態修復效果，在烤后煙葉產量穩定性情況下，提高了中上等煙比例、均價和產值。因此，在本試驗條件下，地膜＋粉碎秸稈的T4 處理更符合豫西煙區優質烤煙生產的營養特性，能有效改良煙田土壤環境，提高烤煙的產量和品質。