秸稈還田對植煙土壤改良及烤煙品質的影響探究

楊應粉 許山河 鄭武 黃鶴鳴 盧平

摘 要 秸稈還田是我國一項重要的煙田有機培肥措施，可以有效改善土壤質量、提高烤煙品質，具有較好的經濟效益和社會效益。基于此，綜述了秸稈還田對土壤理化性質、土壤微生物性質和烤煙品質的影響，并展望未來的研究方向，以期深入發展秸稈高效資源利用提供參考依據。

關鍵詞 秸稈還田;植煙土壤;土壤肥力;烤煙品質

中圖分類號：S572 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.11.110

煙草是我國重要的經濟作物，良好的土壤是高質量煙草生產的關鍵。適宜的植煙土壤是提高煙葉產量和品質的重要基礎和保證[1]，而在植煙土壤上長期施用化肥容易造成土壤板結、肥力下降和生物活性降低，導致養分供應不足，煙草產量低下和質量差。因此，土壤的改良和保護受到了越來越多的關注。

農作物秸稈作為農業生產經營的副產品，其產量高、分布廣泛、品種豐富，一直是我國農村地區和農業生產的寶貴資源。秸稈中富含氮、磷、鉀、中微量元素和有機質等，其肥料化利用可以一定程度上將作物中的營養元素歸還給土壤，直接或間接替代化學肥料的潛力巨大[2]，同時有利于改良土壤中微生物和原生生物的豐富度，為土壤中各類酶發揮活性提供作用底物，促進土壤中養分的轉化。此外，從生態農業和循環經濟的角度講，作物秸稈是質量和來源穩定、有效、可靠的有機肥料[3]。許多研究表明，秸稈的綜合利用是促進烤煙生長發育，提高煙葉質量，增加煙農收入的重要途徑[4]。已被證實土壤增碳措施，可以改善土壤和提高煙草質量，秸稈還田作為關鍵的碳投入方法，可以增加煙草根際土壤有機質的碳含量[5]。

目前，云南大部分煙區的有機-無機肥配施技術一般以采用農家肥和商品化有機肥為主。市場上有各種類型的煙草有機肥料，其質量各不相同，存在組成特征不明確[6]、分解速率較慢[7]、氮素活性較低[8]等問題，同時市購商品有機肥在一定程度上增加了煙葉生產成本。因此，秸稈還田成為目前勢在必行的改良土壤，提高作物產質量的有效方式。云南省是我國重要的煙草種植區，改善煙草質量，改善綠色生態和環境保護將是未來該地區的兩方面挑戰。此外，云南省也是我國秸稈資源相對豐富的地區，如何合理利用秸稈以提高作物產質量一直是農業研究的熱點問題。基于此，針對秸稈還田對植煙土壤改良及烤煙品質的影響進行綜述，以期為云南煙區煙葉生產及煙田土壤改良提供理論依據。

1 秸稈還田的方式

1.1 直接還田

秸稈直接還田是一種十分普遍的還田方式，可以節省成本，減少化肥的投入，并增加農民的收入，包括高茬還田、覆蓋還田、粉碎翻耕還田。

直接還田不僅能夠增加土壤有機質含量、改善理化性狀、提高土壤肥力、減少環境污染，還可增加耕層土壤水分和土壤微生物量。由于直接還田秸稈分解和養分釋放效果緩慢，有學者通過秸稈配施腐熟劑直接還田的方法，進一步加速田間分解、腐殖化進程，提高根系生物量、土壤酶活性及速效養分含量[9]，但粉碎、拋撒均勻度難以控制，增加了預整地、起壟、打塘等農事活動操作難度，同時秸稈中殘留的病蟲害蔓延的可能性依然存在[11]。秸稈腐熟后施用發揮的肥效較直接還田更高，在一定程度上減少了病蟲害繁殖，降低烤煙染病風險，同時有機質的損失較直接還田會減少，肥力增強顯著[11-12]，

成為目前秸稈還田肥料化利用技術研究的重要對象。

1.2 間接還田

秸稈間接還田是指將秸稈處理后再還田的一種方式，包括堆肥還田、焚燒還田、過圈還田、過腹還田和生物質炭還田。

目前，云南地區主要采取焚燒還田、過圈還田、直接還田。焚燒還田雖然操作方便且對土壤有一定的培肥效果，但會殺滅耕層微生物，引起土壤有機質、含水量和酶活性降低[13]，同時向大氣中排放大量PM2.5、C、N和P氧化物等有毒有害氣體，造成嚴重污染[14]，已被國家明令禁止（《中華人民共和國大氣污染防治法》第一百一十九條第一款）。過圈還田是將秸稈與畜禽糞便堆漚發酵后還田，其優點是堆漚可以殺死秸稈中大部分的幼蟲，致病菌和草種子，并在整個作物種植過程中減少疾病的發生;缺點是費時費工，易出現發酵不均勻、無法徹底發酵等現象[15]。

2 秸稈還田對植煙土壤肥力的影響

2.1 秸稈的營養成分

農作物秸稈不僅含有大量的氮、磷、鉀和微量元素，還含有木質纖維素、甲基纖維素和其他含有碳元素的化學物質。陳尚宏等發現，在小麥秸稈、水稻秸稈和油菜秸稈中，小麥秸稈的總碳含量最高，水稻秸稈的總氮含量最高，菜籽秸稈的總磷含量最高;麥草和稻草中含有鉀;油菜秸稈中硼和鉬的總含量最高;稻草中鐵、錳和鋅的總含量最高[16]。

2.2 秸稈還田對煙田土壤物理性質的影響

秸稈還田對土壤的物理性質有很大的改善。許多專家學者的科學研究認為，秸稈的綜合利用可以增加土壤孔隙度，降低土壤密實度，降低土壤容重[17]，改善土壤通氣狀況和水分狀況，改善土壤的鎖水和固土作用，促進作物的生長和發育[18]。

2.2.1 土壤容重

容重是衡量土壤層松緊度的指標，在農業中被廣泛應用，是反映土壤物理性質的關鍵指標[19]。秸稈還田將降低土壤容重，隨著秸稈還田量的增加，土壤容重的降低幅度越大[20]。趙偉等研究發現，秸稈還田會使土壤容重降低0.09～0.19 g·cm-3[21]。馬永亮等研究表明，秸稈還田可使0～10 cm土層的土壤容重降低0.17～

0.20 g·cm-3[22]。王喜艷等研究認為，秸稈還田是通過深層施用，20～40 cm土層的容重降幅比0～20 cm土層大，深層施用有利于提高深層土壤的滲透性[23]。

2.2.2 團粒結構

秸稈還田能顯著提高總空隙度和毛管孔隙度，并形成良好的土壤團粒結構，改善退化的土壤。秸稈還田后，0～10 m土層土壤總孔隙度增加10.99%～16.37%，20～30 cm土層土壤總孔隙度增加8.97%～34.16%[24]。研究表明，粉碎的秸稈在提高土壤層團聚的穩定性方面的實際效果要優于長秸稈。與沒有秸稈的處理相比，粉碎秸稈還田土壤>0.25 mm團聚體的含量增加，>5.00 mm

水穩性團聚體含量顯著提高120.5倍[25]。

2.2.3 土壤水分

秸稈還田可以抑制土壤中水分的揮發，提高土壤層的儲水量，減少田間耗水，并能滿足作物生長發育所需的水分。研究表明，如果冬季之前麥田被稻草覆蓋，則與未經處理的相比，整個生長期土壤層的儲水量將增加47.3 mm[26]。秸稈還田有利于增強表層土壤的集雨效果，提高0～40 cm土層的水分[27]。曲學勇等在山東省東營市小麥種植中發現，玉米秸稈還田條件下，土壤在不同深度保持較高的水分含量，提高了土壤水分的有效性，有利于作物生長[28]。

2.3 秸稈還田對煙田土壤物理性質的影響

2.3.1 土壤有機質

土壤有機質是反映土壤質量的關鍵指標之一，土壤有機質的數量和質量影響土壤的特性。提高土壤有機質可以改善土壤質地，增強土壤中微生物的活性[28]。秸稈是田間土壤肥力的關鍵來源，秸稈分解后，可以改善土壤肥力[29]。秸稈還田是基于減少土壤有機質碳的酸化和溶解，增加土壤有機碳含量，從而改善土壤肥力組成[30]。段華平的研究表明，秸稈還田處理比無秸稈還田處理稻田土壤有機碳的平均含量增加14.01%，土壤的相對平均密度（0～20 cm）比土壤碳密度增加9.18%，同時，還強調適度耕作可以增加土壤有機質的碳含量和土壤有機碳的相對密度。秸稈還田對土壤肥力影響的關鍵在于表土層。隨著土壤層的增加，土壤有機質的碳含量降低[31]。研究發現，0～20 cm土壤層的土壤有機質碳含量明顯高于更深的土壤層;30～50 cm土層的土壤有機質碳含量最少，僅占表層的24.0%～35.6%[32]。

2.3.2 土壤氮磷鉀

秸稈還田可以促進作物對氮、磷、鉀的吸收，主要原因是秸稈還田可以增加土壤層中總氮、磷和鉀及其速效氮、磷和鉀的含量。薄國棟等發現，秸稈可以根據自身釋放的養分來增加土壤層中氮、磷、鉀等微量元素的組成，土壤養分的指標與秸稈還田量成正比[33]。與傳統的有機肥相比，秸稈還田可使土壤層的總氮含量增加3.2%～11.2%[34]。徐蔣來等認為，75%的秸稈還田的對土壤有機質的影響最大。土壤的總氮含量、有效磷含量和有效鉀含量與對照相比均增加，分別是3.54%、3.97%和10.28%[35]。

2.4 秸稈還田對煙田土壤微生物的影響

土壤微生物是土壤農田生態系統的關鍵部分，在土壤層的養分循環系統、生物化學過程及土壤礦化的過程中發揮關鍵作用，促進土壤有機質的轉化，提高土壤肥力，促進作物對營養元素的吸收[36]。

2.4.1 微生物總數

土壤微生物總數是指土壤層中細菌、病原菌和芽孢桿菌的總數，與土壤肥力直接相關，是土壤微生物的關鍵指標值。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，是可用于植物生長的養分的重要來源。他們的含量取決于土壤層中微生物的總數[37]。秸稈還田不僅改善了土壤的理化特性，而且為微生物菌株的生長，發育和繁殖提供了良好的自然環境[38]，并增加了土壤層的養分含量，為微生物提供了豐富的碳源、氮源[39]，因此也會對土壤微生物產生影響。秸稈還田可以顯著提高土壤微生物總量[40]。秸稈還田對微生物菌株的影響伴隨著秸稈還田量的增加，先增加后減少，即存在一個最佳還田量[41]。周文新等研究發現，2/3的秸稈還田量可以顯著增加土壤層中病原體的總數[42]。

2.4.2 土壤層酶活性

土壤層酶是一種生物催化劑，可以催化土壤層的各種生物化學反應，其活性對土壤肥力至關重要。土壤層酶是土壤層中活躍的有機化學成分之一，主要來源于土壤微生物、植物根系分泌及動植物殘體分解，包括氧化還原酶類、水解酶類、裂合酶類和轉移酶類，與土壤營養元素循環、植物營養等密切相關，是評估土壤有機質水平和土壤健康的關鍵指標值[43]。許多研究表明，作物秸稈還田可以顯著提高土壤熒光素二乙酸酯水解酶、堿性磷酸酶、β-葡糖苷酶、纖維素酶和脲酶等水解酶的活性[44]。粉碎的玉米秸稈返回田間后，土壤層的脲酶、磷酸酶和轉化酶活性水平分別提高了19.6%、39.4%和44.3%。秸稈添加量越大，實際效果越明顯[45]。

3 秸稈還田對煙葉質量的影響

秸稈在降解過程中產生各種中間物質，可以促進煙草根系的生長發育和新陳代謝，有利于糖類和芳香族化學物質的積累。因此，烤煙的香氣、吃味和外觀質量都很好。

3.1 秸稈還田對煙葉物理特性和外觀品質的影響

煙草的物理特性主要是指煙葉的厚度、相對密度、單葉質量、平衡含水量、填充值和含梗率等。覃勇等研究表明，禾本科綠肥還田可以使煙葉開片率增高，葉片厚度變得適中，葉片含梗率顯著降低，外觀質量得到改善，增加工業可用性。但豆科綠肥固氮能力強，使得煙株吸收過多含氮物質，導致其外觀質量有所降低[46]。

煙草的外觀質量是指煙葉的成熟度、油分、身份、葉面結構、葉片的大小和展開程度等。煙草等級分類的關鍵指標值，也是評價煙草質量的關鍵因素。陳坤的研究表明，用小麥草覆蓋煙田可以提高煙葉的產量、外觀質量、等級結構和年產值，從而產生了顯著的促進作用[47]。但是，當季應將小麥草放回田間，如果數量太大，對當季烤煙的作用可能出現反向效果。綠肥種植和翻壓后，葉片結構松弛，身份適中、色澤光亮、油分足、彈性好[48]。肖戰杰等研究表明，施加605 kg·hm-2的生物碳可以改善煙草外觀質量，并在不同水平上改善煙葉的成熟度，使葉片起皺柔軟，具有較強的延展性，并具有明顯的成熟斑;葉片結構疏松;煙葉身份趨于中等;增加煙葉油分及彈性，油潤感更強;煙草的光澤明亮，表現出

橘黃色[49]。

3.2 秸稈還田對烤煙化學成分及感官質量的影響

尚志強等研究強調，麥草掩埋和麥草覆蓋可以增加煙葉中還原糖和鉀的含量，并降低煙草中氮的含量;對煙堿含量的規律性不明顯，對煙堿含量影響，這可能與麥秸被埋的時間有關[4]。鄭憲濱等認為，秸稈還田利于提高土壤肥力的指標，可以改善煙草中基本元素和營養物質的比例平衡和動態平衡，改善煙草等級結構和提高煙草制品質量[50]。王斌等研究表明，翻壓綠肥對烤煙提鉀降氯、降氮增糖、改善吸食方面有明顯的促進作用[51]。敖金成等研究了玉米秸稈還田對煙田土壤養分含量的影響。結果表明，玉米秸稈還田對煙草干物質積累和煙草經濟性狀具有直接影響，對改善中上部位煙葉內在品質效果方面以玉米秸稈直接還田方式較優[52]。

煙草的抽吸質量是指由煙草吸入引起的能量勁頭，刺激，香氣，雜氣，余味和可燃性。煙草評估是評估煙草質量的最直接方法。魏洪武等研究結果表明，秸稈覆蓋可以減輕土壤層中許多病蟲害的傳播，并對煙葉的生產和質量有很好的影響。單葉重量增加，對煙草感官質量的影響主要表現在香味物質增多，雜味減少[53]。肖戰杰等研究表明，使用一定量的生物炭可使中性致香成分含量接近或在優質煙葉的適宜范圍，香氣質、香氣量、余味、勁頭和評吸總分均明顯高于其他處理的烤煙，而雜氣和刺激性等指標則相對低于其他處理[49]。許多研究表明，秸稈的綜合利用是促進煙草植物生長發育、提高煙草質量、增加煙農收入的重要途徑[54]。作為田間土壤改良的關鍵策略，秸稈的長期綜合利用是維持土壤層長期生產力和推廣可持續農業發展理念的關鍵途徑[55]。

4 展望

秸稈還田是資源循環利用的有效方式之一。通過改變土壤水分和熱量條件，影響微生物群落結構和多樣性，可以提高土壤有機質含量、提高農作物質量。但是，我國秸稈資源利用不足，仍處在高消耗、高污染、低產出的狀況，未能得到高效合理的開發利用。近年來，越來越多的專家學者逐漸重視秸稈的綜合利用，以改善煙田土壤層和煙葉質量。但由于開始的時間相對較晚，科學研究的方法和手段還不夠成熟，秸稈的綜合利用還不夠深入，秸稈還田對改良植煙土壤及烤煙的品質影響研究還不夠透徹。因此，今后的科學研究應注意以下4點。

1）注重開發適用性廣的秸稈還田機械設備。發展機械化是農業發展的必由之路，農作物秸稈收儲運體系是秸稈利用的基礎。而我國農作物多種多樣，不同農作物秸稈的理化性質不一，同時各作物種植環境各異，因此收獲秸稈并還田，對設備的要求不盡相同。當下急需開發服務于秸稈還田技術的高效、低能耗、大小適宜、適用性廣等特點集于一身的機械設備，特別是針對云南這樣以山地和高原為主的地區。

2）注重秸稈還田配套設施快速分解技術的發展趨勢。如今，秸稈的綜合利用仍然需要收獲，粉碎并返回田間。如果秸稈能夠在原點返回田間，并且秸稈的迅速腐爛不會損害農作物的發芽，并參與和其他生長發育的全過程，將大大減少人力和物力。因此，有必要挖掘和開發適宜的腐解菌群或腐解劑，以便可以改變分解秸稈的速度，滿足作物生長和發育的不同生長階段對營養的需求。

3）注重不同地區秸稈綜合利用的經濟效益循環時間的周期性。對于一定的地區和土壤質地，將秸稈還田多長時間才能起到對土壤環境質量效益的改善，這仍需在各地實踐中不斷探索。此外，整合各區域主流還田模式，統一經濟效益和生態效益，以防止在單一和片面標準下進行隨意診斷。同時，結合國際前沿研究結果，深入研究何種秸稈、何種方式還田對烤煙的品質影響最大，提出相應具體技術措施。

4）注意秸稈不同秸稈綜合利用方法的技術評論、推廣應用以及配套設備管理系統的發展趨勢。協調并綜合運用機械設備，生物技術與農機農藝措施統籌兼顧、綜合運用，為今后秸稈的綜合利用制定更加有效可行的方案，從而改善農田土壤環境質量和耕地的可用性，實現地力的提升及可持續利用，進一步提高作物的品質。

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（責任編輯：劉 昀）