玉米秸稈還田方式對酸性植煙土壤肥力及煙葉產值的影響

吳岳庭，李海平，丁夢嬌，張發明，李 剛，張 毅，石國榮

(1.湖南農業大學生物科學技術學院，湖南 長沙 410128；2.云南省煙草公司保山市公司，云南 保山 678000；3.湖南中煙工業有限責任公司，湖南 長沙 410014；4.湖南農業大學化學與材料科學學院，湖南 長沙 410128)

【研究意義】云南省騰沖地區處于我國南方煙區烤煙種植的核心區域，當地植煙土壤為酸性植煙土壤，肥料養分的利用效率較低，不能及時提供煙株正常生長所需的養分，植煙土壤質量及生產力受到部分影響。【前人研究進展】現有研究表明，騰沖地區酸性植煙土壤的成因與土壤中有機質含量較高，HA/FA值不協調存在較大關系[1-3]。玉米秸稈含有豐富的有機與無機養分，玉米秸稈還田能有效改善土壤蓄水、培肥能力[4-5]。【本研究切入點】本研究以未腐熟、腐熟的玉米秸稈為研究對象，研究烤煙各生育期玉米秸稈不同還田方式和還田量下土壤養分、pH、腐殖質及其組分、煙葉產值的變化。【擬解決的關鍵問題】此結果為探究玉米秸稈還田方式及還田量對于云南騰沖地區酸性植煙土壤肥力及煙葉產值的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗于2019年在云南省騰沖市界頭鎮順河村(98.63 E,25.42 N)進行，試驗地地勢平坦，灌溉與排水方便，前茬作物為油菜。當地屬亞熱帶季風氣候，分旱雨兩季，年均降水量年平均降雨量為1531 mm，年平均相對濕度為77 %，烤煙生長期間處于雨季，日均溫小于24 ℃。

烤煙種植品種為K326。玉米秸稈曬干后粉碎過2 mm篩，玉米秸稈各養分含量(表1)。秸稈腐熟劑、煙草專用基肥、供試土壤的基本理化性質：pH、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為5.68、169.25 、27.08、179.92 mg/kg，腐殖質、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)以及胡富比(HA/FA)分別為10.49 g/kg、6.16 g/kg、4.33 g/kg、0.70。

1.2 試驗設計

1.2.1 試驗處理 煙葉移栽時間為5月14號，在煙苗移栽前2個月將成熟玉米秸稈粉碎后與秸稈腐熟劑加水混合并用塑料覆蓋，每隔1周補水、翻堆1次，使得玉米秸稈充分腐熟。在煙苗移栽前一周進行施肥起壟，在煙田施基肥起壟時將未腐熟、腐熟的玉米秸稈與基肥混勻穴施。依據未腐熟玉米秸稈與煙草專用肥之間氮素比確定玉米秸稈添加量。本試驗共設置5個處理，分別為CK：空白(只施用煙草專用肥)、T1：煙草專用肥+40 kg/667m2未腐熟玉米秸稈、T2：煙草專用肥+80 kg/667m2未腐熟玉米秸稈、T3：煙草專用肥+40 kg/667m2腐熟玉米秸稈、T4：煙草專用肥+80 kg/667m2腐熟玉米秸稈。種植密度為1100株/667m2(120 cm×50 cm)，每個處理3次重復，小區面積50 m2，共計15小區，隨機區組排列，田間管理按照當地特色優質煙葉生產技術規程，留葉數為16片(表2)。

1.2.2 樣品采集和分析方法 土壤樣品采集與檢測：在煙苗移栽時(第0天)、第30天(處于生根期)、第60天(處于旺長期)、第90天(處于成熟期)在煙壟上取煙株周圍耕作層(0～20 cm)土樣，經過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備測定分析之用。

土壤腐殖質各組分的提取參考腐殖質組成修改法[20]。提取到的腐殖質、胡敏酸(HA)以及富里酸(FA)的含碳量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，有效鉀含量采用醋酸銨浸提(NH4OAc-K)、火焰光度法測定，堿解氮含量采用堿解擴散法，有效磷含量采用碳酸氫鈉法(Olsen-P)，pH采用電位法：水∶土=2.5∶1。

表1 玉米秸稈各養分含量

表2 不同試驗處理秸稈及肥料施肥量

在煙葉采收時對各處理不同部位的煙葉進行掛牌后再進入烤房烘烤，按照國家煙葉分級標準進行計算各個小區烤后煙葉產量、產值等。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016、SPSS 18.0和GrapHpad 8.0.2對數據進行處理統計分析。

2 結果與分析

2.1 玉米秸稈還田方式對土壤堿解氮的影響

由圖1可知，第30天時，T4處理的堿解氮含量為212.67 mg/kg顯著性高于T1、T3處理。第60天時，T2、T4處理的堿解氮含量比CK處理分別高8.47、13.43 mg/kg具有顯著性差異。T2、T4處理堿解氮含量比T1處理分別高3.35、8.31 mg/kg，T4處理的堿解氮含量與T1、T3處理有顯著性差異(P<0.05)。到第90天時，T1、T2處理堿解氮含量顯著的高于其它處理，而且T1處理和T2處理間的堿解氮含量也具有差異顯著(P<0.05)。T3處理和T4處理間的土壤堿解氮含量的差異不顯著。本試驗中，各處理的堿解氮含量均呈現先增高再降低的變化規律。添加未腐熟玉米秸稈的處理堿解氮含量的

第90天時與其它處理比較表現出較強的供氮能力。添加80 kg/667m2腐熟玉米秸稈的處理堿解氮的含量在煙葉生根期、旺長期的氮肥能力顯著性高于其他處理。試驗組的堿解氮含量表明土壤堿解氮含量與玉米秸稈之間呈現正相關關系。

2.2 玉米秸稈還田方式對土壤有效磷的影響

由圖2可知，在第30天時， T1、T2處理有效磷含量分別為35.36、37.14 mg/kg比CK處理分別高2.33、4.11 mg/kg，差異顯著。T1、T2處理的有效磷含量顯著性高于T3、T4處理。在第60和90天，T1、T2處理的有效磷的含量均顯著性的高于其它處理，且在第90天時T1、T2處理間的有效磷含量具有顯著性差異。從整個時期來看，各處理的有效磷含量均呈現先增高再降低的趨勢，添加未腐熟玉米秸稈的處理磷肥供應能力顯著性高于CK處理、T3、T4處理的堿解氮含量與CK處理差異不顯著，T1、T2處間有效磷的含量未表現出顯著性的差異。

2.3 玉米秸稈還田方式對土壤速效鉀的影響

由圖3可知，煙苗移栽后第30天時CK處理速效鉀含量與T1 、T2、T3無顯著性差異。 T4處理速效鉀含量比T2、T3處理分別高17.27、19.00 mg/kg存在顯著性差異。在第30天取完樣品后追施鉀肥，到第60天時土壤速效鉀含量有較大幅度增加。此時CK處理的速效鉀含量比T2、T3、T4處理的分別低43.94、37.55、67.02 mg/kg差異顯著。T4處理的速效鉀含量為419.27 mg/kg顯著性大于T1處理。T2、T4的速效鉀含量要高于T1、T3處理但差異不顯著。從移栽到旺長期，土壤速效鉀含量呈現先下降再上升的趨勢。且添加未腐熟玉米秸稈的處理土壤速效鉀含量要低于添加腐熟玉米秸稈的處理。

2.4 玉米秸稈還田方式對土壤pH的影響

由圖4可知，第30天時，T2、T4處理的pH值分別為5.19、5.18，顯著高于CK 處理。T1處理的pH

值顯著性的小于T2，比CK處理高0.10差異不顯著。T3、T4處理間的pH值無顯著性差異。第60天時，CK處理的pH值為5.23顯著性的低于T1、T3、T4處理，T1處理的pH值顯著性高于T2處理，T3、T4 處理間的pH差值為0.13具有顯著性差異。第90天時，T1、T2處理的pH值具有顯著性差異，且顯著性低于CK處理，T3、T4處理的pH值顯著性比T2處理高0.09、0.08。除第30天的時候各處理的土壤pH值略有下降外，其他時間節點基本較為穩定。但添加腐熟玉米秸稈的處理其pH值整體上高于添加未腐熟玉米秸稈的處理，其中添加80 kg/667m2腐熟玉米秸稈處理的pH呈上升趨勢。

2.5 玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質組成的影響

由表3可知，在第30天時，T1處理與T3、T4處理的腐殖質含量的均差為0.72、1.29 g/kg無顯著性差異，T1、T2處理與T4處理的腐殖質含量有顯著差異。T3、T4處理的腐殖質含量比CK處理的高0.55、1.23 g/kg差異顯著。在第60天時各處理間的腐殖質含量無顯著性差異。在第90天時，CK處理的腐殖質含量顯著性小于T2處理，T1處理與T2處理的腐殖質分別為11.75、12.17 g/kg存在顯著性差異，T2處理的腐殖質含量顯著性高于T3、T4處理。

第30天時，T4處理的富里酸含量為6.89 g/kg顯著性高于T1、T2處理。在第60、90天時，T1、T2處理的富里酸含量與T3、T4處理無顯著性差異。

第30天時，T1、T2處理的胡敏酸含量顯著性低于T3處理，T4處理的胡敏酸含量為9.47 g/kg顯著性的高于CK、T1處理。第60天時各處理間的胡敏酸含量無顯著性差異。第90天時，CK處理的胡敏酸含量為5.46 g/kg比T1、T2處理的胡敏酸含量低0.61、2.25 g/kg，它們間差異顯著，T1處理的胡敏酸含量著性的低于T2處理。T2處理的胡敏酸含量比T3、T4處理高1.8、 2.43 g/kg呈現顯著性差異。T3、T4處理間的胡敏酸含量無顯著性差異。

對不同處理相同取樣時期土壤HA/FA值進行分析得出，它們間無顯著性差異。從第0～90天期間，CK處理的HA/FA值無顯著性差異。T1、T2處理的 HA/FA值呈現逐漸減小的趨勢，但無顯著性差異。T3、T4 的HA/FA值則表現為先減小后增大的趨勢。

表3 玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質組成的影響

表4 玉米秸稈還田方式對煙葉經濟效益的影響

2.6 玉米秸稈還田方式對煙葉經濟效益的影響

由表4可知，試驗處理中添加未腐熟玉米秸稈和添加腐熟玉米秸稈的處理，其產值、中上等煙比例產均要高于CK處理，其中T4處理的產值為3981.16元/667m2顯著性高于CK、T2處理。CK處理的上等煙和中上等煙分別為68.25 %、8.68 %比例顯著性低于T1、T4處理。CK處理的上等煙比例顯著性高于T2、T3處理。將添加腐熟玉米秸稈與未腐熟玉米的處理、對照組的烤后煙葉進行比較，它們之間的差異主要體現在中上等煙葉比例的差異上，其中常規施肥的處理中上等煙比例最低，添加腐熟玉米秸稈的處理烤后煙葉上等煙葉的比例高于添加未腐熟玉米秸稈的處理。綜合比較各處理間烤后煙葉經濟效益得出：添加腐熟玉米的處理>添加未腐熟玉米的處理>對照。

3 討 論

3.1 玉米秸稈還田方式對土壤無機養分的影響

本研究表明添加玉米秸稈能一定程度上增加土壤堿解氮含量，且添加玉米秸稈的量與土壤堿解氮的含量存在明顯的正相關關系。其中添加未腐熟玉米秸稈的處理在第90天時土壤堿解氮含量有明顯增加，在此之前的堿解氮含量較其他處理偏低可能與玉米秸稈腐解過程中微生物對氮素的需求有關[6-7]。本研究中添加腐熟玉米秸稈的處理土壤堿解氮含量在生根期、旺長期顯著性高于添加未腐熟玉米秸稈的處理，與葉超等[8]的研究結論基本一致性。據趙海霞等[1-2]的研究表明腐殖酸與外源微生物的雙重作用下能有效提高土壤氮肥利用效率。本試驗中添加未腐熟玉米秸稈的處理土壤有效磷含量顯著性增加，這可能與玉米秸稈腐熟過程中微生物代謝旺盛有關，據黃欣欣等[11-14]的研究表明土壤中酶活性的增加能有效提高土壤中的總磷、有效磷的含量。但添加腐熟玉米秸稈的處理土壤有效磷含量無顯著性增加，可能與腐熟玉米秸稈的添加量以及土壤胡敏酸的含量有關，王慧[15]的研究表明土壤中胡敏酸會與磷酸鹽結合形成穩定的絡合物，從而降低土壤有效磷的含量。本研究表明添加玉米秸稈的處理能有效提升土壤速效鉀的含量速效，與楊祥波[15]等有機肥能在一定程度上增加土壤速效鉀含量，王振宙等[16]的土壤中速效鉀的含量與有機質的含量存在高度的線性相關關系等研究結果基本一致。

根據劉國順等[17]關于煙株大田生長期對氮、磷、鉀肥的吸收主要集中在煙苗移栽后第36～77天之間，在煙葉進入成熟期則需要降低氮肥提高煙葉品質等研究結果，結合本試驗中添加玉米秸稈后土壤無機養分的變化規律表明添加一定量的腐熟玉米秸稈更能有效提高肥料利用率和土壤供肥能力。

3.2 玉米秸稈還田方式對土壤pH的影響

本研究表明玉米秸稈還田能在一定程度提高高土壤pH，與丁玉梅等[18]的研究結果基本一致，本研究中土壤pH值在第30天時的降低這可能與煙株生根期根系活力較強，根系分泌物增多有關[19-20]。添加腐熟玉米秸稈的處理其pH值在各時期的變化要小于其它處理，可能與腐熟玉米秸稈中活性碳組分含量以及富里酸含量較高對于pH的變化具有一定的緩沖能力有關。

3.3 玉米秸稈還田方式對土壤腐殖質組分的影響

本試驗中添加80 kg/667m2腐熟玉米秸稈、未腐熟玉米秸稈的處理腐殖質含量分別在第30、90天時與其他處理其他處理間表現出顯著性差異，這與蓋艷雙等[21-22]秸稈還田能顯著提高土壤腐殖質含量，已充分腐熟的秸稈還田后對土壤腐殖化程度的提高更為顯著的結論基本一致。本研究表明土壤腐殖質含量與玉米秸稈的添加量之間存在一定的正相關關系。添加未腐熟玉米秸稈的處理HA有明顯的增加，且增加速度快于添加腐熟玉米秸稈的處理，據王旭東等[23-26]的研究表明秸稈腐解形成的腐殖質類型會受所處環境的影響，這可能與當地酸性植煙土壤中微生物腐解有機質后生成的腐殖質組分的胡敏酸含量較大有關。本試驗中添加腐熟玉米秸稈處理的HA/FA值呈現先減小后增大的趨勢，這與Xu Y等[27-28]土壤腐殖質本身的長期穩定性具有較強的緩沖性的研究結果一致。本表明添加所添加的腐熟玉米秸稈在一定程度上能提高土壤FA含量進而改善土壤中HA/FA值，且FA的變化量與添加腐熟玉米秸稈的量存在著正相關關系。

3.4 玉米秸稈還田方式對煙葉經濟效益的影響

烤后煙葉經濟效益與煙葉在大田期干物質積累具有密切的關系，施加有機肥能有效提高土壤微生物活性，進而調節土壤各速效養分的含量，有利于煙株的吸收與利用，提高煙葉的產值、產量[29-30]。添加腐熟玉米秸稈的處理在一定程度上降低了煙葉生根期、旺長期土壤的HA/FA值，提高了酸性土壤供肥能力，同時提高了煙株的根系活力有利于煙葉朝著優質鮮煙葉方向生長。而添加未腐熟玉米秸稈的處理玉米秸稈的腐解過程提高了酸性土壤中微生物活性，增強了土壤中酶活性，間接提高了煙葉經濟效益，但對于土壤肥力改善存在一定的滯后性。

4 結 論

本研究表明，添加腐熟玉米秸稈和未腐熟玉米秸稈均能在一定范圍內改善騰沖地區酸性植煙土壤肥力，有利于煙葉產值、產量的增加。添加未腐熟玉米秸稈還田能有效提高磷肥利用效率。腐熟玉米秸田稈還能有效提高騰沖地區酸性植煙氮、鉀肥的供應能力，一定范圍內提高土壤FA含量降低HA/FA值，提高土壤pH值，及時滿足煙葉生長對肥料的需求，提高烤后煙葉的經濟效益。