3種土壤改良劑對煙田土壤性質(zhì)和煙葉生長及質(zhì)量的影響

程培軍，張 翔*，李 亮，司賢宗，索炎炎，宋正熊，孔德輝，王彥江

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450000；2.洛陽市煙草公司，河南 洛陽 471700；3.盧氏縣園藝工作總站，河南 三門峽 472000)

土壤改良劑是用于改良土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，使其更適宜作物生長的一類物料，能有效改善土壤孔隙度和土壤養(yǎng)分狀況，并對土壤微生物及生物酶活性產(chǎn)生積極影響，從而為植物的生長提供適宜的條件[1，2]。朱克亞等[3]研究表明，施農(nóng)林廢棄物研制成的改良劑能夠提高土壤田間持水量的16.5%，明顯增加烤煙產(chǎn)量，增產(chǎn)了27.6%。黃化剛等[4]研究表明，施用多孔狀無機(jī)礦物改良劑能提升上等煙比例達(dá)3.6%。鄭亞楠等[5]研究發(fā)現(xiàn)，施用聚丙烯酸鹽類改良劑處理的烤煙根長、根體積和根冠比顯著高于常規(guī)處理。張子穎等[6]研究發(fā)現(xiàn)綠色木霉改良劑配施高碳基肥料對烤煙田間病害的病情指數(shù)和發(fā)病率有明顯的影響。

土壤改良劑對河南煙田土壤效應(yīng)的研究表明，施微生物菌劑對預(yù)防黑脛病有明顯效果[7]；施用生物質(zhì)炭能增加土壤硝態(tài)氮含量[8]；施腐殖酸調(diào)理劑能提高煙田含水量[9]。沸石、膨潤土和礦物肥是天然無機(jī)土壤改良劑，在棉花[10]、玉米[11]、小麥[12]、水稻[13]、黑籽雀稗[14]等作物上施用有提高作物產(chǎn)量和改良土壤的效果，然而未見沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑在河南煙田施用的報道，因此，在河南開展多點田間試驗，再結(jié)合河南煙區(qū)的土壤環(huán)境，探討了3種土壤改良劑對煙田土壤性質(zhì)和煙葉生長的影響，旨在找出最優(yōu)土壤改良劑，為河南烤煙田間土壤改良提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于河南省襄城縣汾陳鄉(xiāng)李營村和洛寧縣小界鄉(xiāng)王莊進(jìn)行，試驗地肥力均勻一致，地勢平坦，排灌方便。襄城縣土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值為8.23，有機(jī)質(zhì)含量為10.0 g/kg，全氮含量為0.84 g/kg，堿解氮含量為63.8 mg/kg，有效磷含量為7.3 mg/kg，速效鉀含量為124 mg/kg，氯離子含量為19.1 mg/kg。洛寧縣土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)：pH值為7.80，有機(jī)質(zhì)含量為11.5 g/kg，全氮含量為0.88 g/kg，堿解氮含量為72.1 mg/kg，有效磷含量為21.7 mg/kg，速效鉀含量為187 mg/kg，氯離子含量為14.5 mg/kg。

試驗田前茬為煙草，烤煙品種為中煙100。供試肥料種類有：煙草專用復(fù)合肥料(N 10%、P2O510%、K2O 20%)、餅肥(N 5%)、硫酸鉀(K2O 50%)、重過磷酸鈣(P2O512%)。土壤改良劑包括：沸石(由天然的沸石巖磨細(xì))、膨潤土(粘度計600 r/min讀數(shù)≥30)、礦物肥(鉀、錳、鐵、鈣、鎂、硼等氧化物含量為402.9 mg/kg)，均由河南平頂山市潤森復(fù)混肥料有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，分別是：T1：常規(guī)，不施改良劑；T2：沸石(穴施)，用量為600 kg/hm2；T3：膨潤土(穴施)，用量為600 kg/hm2；T4：礦物肥(穴施)，用量為750 kg/hm2。

每個處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積72 m2(4行，長15 m)。每個處理氮磷鉀施用量相同，施N 60 kg/hm2，氮磷鉀比例為1∶1.5∶3.5，基肥條施和穴施結(jié)合，追肥采用穴施，于團(tuán)棵期施用。襄城縣試驗點于4月26日移栽，同年9月2日采烤結(jié)束；洛寧縣試驗點于5月2日移栽，同年10月9日采烤結(jié)束。其他各項田間生產(chǎn)管理與措施按照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。

1.3 測定項目與數(shù)據(jù)分析

于2018年烤煙種植前，采用S法采集0～20 cm的耕層土壤樣品10～15個，充分混勻后，采用四分法保留1 kg。土壤的理化性質(zhì)按照實驗室常規(guī)方法測定各項指標(biāo)[15]。于烤煙生長的2個生育期(團(tuán)棵期，移栽后30 d；現(xiàn)蕾期，移栽后60 d)，每個小區(qū)任意選5株測定其株高、莖圍、葉片數(shù)、最大葉長及葉寬等指標(biāo)，葉面積=葉片長×葉片寬×葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)按通常用的0.6345計算[16]。分別于團(tuán)棵期、旺長期、現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束時采集耕層土樣，分析堿解氮和速效鉀的含量。于旺長期、現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束時分別測定土壤容重和含水量。

在現(xiàn)蕾期隨機(jī)選取3株植株樣，根、莖、葉分別取樣并沖洗干凈，放入烘箱，105 ℃下殺青30 min，在70 ℃下烘干，測定干重及養(yǎng)分含量[15]。各小區(qū)單獨(dú)計產(chǎn)，并根據(jù)烤煙國標(biāo)對烤后煙葉分級，確定烤煙的產(chǎn)值、均價、上等煙比例采用三段式烘烤工藝進(jìn)行烘烤調(diào)制，并按烤煙42級國標(biāo)進(jìn)行分級[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并進(jìn)行Duncan新復(fù)極差法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知：在團(tuán)棵期，襄城縣和洛寧縣礦物肥處理的株高顯著高于膨潤土處理和沸石處理；襄城縣和洛寧縣礦物肥處理的葉片數(shù)顯著高于常規(guī)處理;襄城縣和洛寧縣礦物肥處理的葉面積顯著高于沸石處理。在現(xiàn)蕾期，襄城縣和洛寧縣沸石處理的莖圍和葉片數(shù)顯著高于常規(guī)處理。可見，施用沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑能有效促進(jìn)烤煙煙葉生長，提高葉面積。

表1 不同處理對煙株農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同處理對煙株干物質(zhì)量和養(yǎng)分積累量的影響

在現(xiàn)蕾期，施3種土壤改良劑處理的烤煙根、莖、葉的干物質(zhì)量顯著高于常規(guī)處理(圖1A)。沸石處理的莖干物質(zhì)量顯著高于膨潤土處理，增幅為8.8%；沸石處理的莖干物質(zhì)量與礦物肥處理沒有顯著性差異。沸石處理的葉干物質(zhì)量顯著高于礦物肥處理，增幅為7.2%；沸石處理的葉干物質(zhì)量與膨潤土處理沒有顯著性差異。

由圖1B可以看出，施3種土壤改良劑各處理的根氮素積累量較常規(guī)處理顯著性增加，增幅分別為19.1%、30.9%和29.4%。沸石處理的莖氮素積累量顯著高于膨潤土和礦物肥處理。沸石處理的葉氮素積累量顯著高于礦物肥處理，增幅為19.2%。

如圖1C所示，鉀影響煙葉內(nèi)在及外觀質(zhì)量，有“品質(zhì)元素”之稱[18]。施3種土壤改良劑各處理的根、莖、葉的鉀素積累量顯著高于常規(guī)；3種土壤改良劑處理的根鉀素積累量和莖鉀素積累量都沒有顯著性差異；沸石處理的葉鉀素積累量顯著高于膨潤土和礦物肥處理，增幅分別為15.3%和13.1%。

圖1D顯示，與常規(guī)處理相比，施3種土壤改良劑能顯著提高根、莖和葉的硫素積累量。礦物肥處理的根硫素積累量顯著高于沸石和膨潤土處理，增幅分別為31.3%和23.5%。沸石處理和礦物肥處理的莖硫素積累量顯著高于膨潤土處理，沸石處理與礦物肥處理的莖硫素積累量沒有顯著性差異。沸石、膨潤土和礦物肥處理之間的葉硫素積累量沒有顯著性差異。

圖1 不同處理對煙株干物質(zhì)量及養(yǎng)分積累量的影響

2.3 不同處理對煙葉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

不同處理的煙葉經(jīng)濟(jì)性狀見表2。施沸石土壤改良劑的烤煙產(chǎn)量最高，與常規(guī)相比分別增加了396.7 kg/hm2(襄城縣)和289.5 kg/hm2(洛寧縣)，增產(chǎn)率分別為20.9%(襄城縣)和13.6%(洛寧縣)；沸石處理的產(chǎn)量顯著高于礦物肥處理，增產(chǎn)率分別為7.2%(襄城縣)和8.2%(洛寧縣)。由表2可知，施3種土壤改良劑對烤煙產(chǎn)值有重要影響，其中沸石處理的產(chǎn)值最高，與常規(guī)處理相比分別提高了25.6%(襄城縣)和17.5%(洛寧縣)。3種土壤改良劑各處理的烤煙均價均高于常規(guī)處理，但差異不顯著。襄城縣沸石和礦物肥處理的上等煙比例顯著高于膨潤土處理，洛寧縣礦物肥處理的上等煙比例顯著高于沸石和膨潤土處理。

表2 不同處理對烤煙經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.4 不同處理對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

由表3可知，與常規(guī)處理相比，施用沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑能降低烤后煙葉煙堿、總氮、還原糖和總糖含量。3種土壤改良劑處理煙葉的鉀含量較常規(guī)處理相比，分別顯著提高了23.3%～27.1%(襄城縣)和23.7%～28.1%(洛寧縣)；施用沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑處理的氯含量較常規(guī)處理相比，分別顯著降低了10.3%～27.1%(襄城縣)和11.5%～23.4%(洛寧縣)。

表3 不同處理對烤后煙葉化學(xué)成分的影響

2.5 不同處理對土壤容重和水分的影響

由圖2A可以看出，隨著烤煙生物期的推進(jìn)，不同處理的土壤容重呈降低的趨勢，表明隨著烤煙生長，煙田土壤逐漸變得疏松；但在同一生育期時，3種土壤改良劑處理土壤的容重均比常規(guī)處理小，且在現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束時，沸石處理的土壤容重與常規(guī)處理達(dá)到顯著性差異，表明施用3種土壤改良劑特別是沸石能有效降低土壤容重，有利于烤煙根系的生長。

如圖2B所示，在旺長期和現(xiàn)蕾期，施3種土壤改良劑各處理的土壤水分含量顯著高于常規(guī)處理，增幅分別為9.2%～33.6%和13.2%～26.4%；在旺長期，沸石和礦物肥處理的土壤水分含量顯著高于膨潤土處理，增幅分別為22.4%和21.7%；在采烤結(jié)束時，沸石、膨潤土和礦物肥處理之間的土壤水分含量沒有顯著性差異。

圖2 不同處理對土壤容重及水分的影響

2.6 不同處理對土壤氮、鉀養(yǎng)分含量的影響

各處理土壤堿解氮含量的動態(tài)變化情況見圖3A，3種土壤改良劑處理的土壤堿解氮含量從烤煙團(tuán)棵期至旺長期持續(xù)上升，但此后隨著烤煙生育期推進(jìn)，堿解氮含量有持續(xù)降低的趨勢。不同處理間相比，在旺長期，沸石處理的堿解氮含量顯著高于礦物肥處理，增幅為8.8%；在現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束，沸石處理的堿解氮含量顯著高于膨潤土和礦物肥處理，膨潤土和礦物肥處理的堿解氮含量較常規(guī)處理相比，沒有顯著性差異。

各處理土壤速效鉀含量的動態(tài)變化情況見圖3B，各個處理的土壤速效鉀含量均在旺長期達(dá)到最大值，隨后逐漸降低；在烤煙各個生育期，3種土壤改良劑處理之間的速效鉀含量沒有顯著性差異；在團(tuán)棵期和旺長期，膨潤土和礦物肥處理的速效鉀含量顯著高于常規(guī)處理；在現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束，沸石處理的速效鉀含量顯著高于常規(guī)處理。

圖3 不同處理對土壤氮、鉀養(yǎng)分含量的影響

3 討論

土壤容重和水分是影響作物生長發(fā)育的重要物理性狀。魏莎等[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用沸石改良劑能顯著減低土壤容重和水吸力，降幅分別為17.5%和20.0%。姜淳等[20]研究表明，將膨潤土和砂質(zhì)土壤混合起來，可明顯改善土壤的理化性能。本研究表明，3種土壤改良劑處理的土壤容重隨著烤煙生育期的推進(jìn)呈降低趨勢，在現(xiàn)蕾期和采烤結(jié)束，沸石處理較常規(guī)處理顯著降低土壤容重，降幅分別為6.8%和8.2%(如圖2)。3種土壤改良劑處理的土壤水分含量隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在現(xiàn)蕾期達(dá)到最低；在旺長期和現(xiàn)蕾期，沸石處理的土壤水分含量顯著高于膨潤土處理，其原因可能是沸石是架狀結(jié)構(gòu)微結(jié)晶質(zhì)礦物，具有很大的比表面積，吸水性強(qiáng)，而膨潤土是以蒙脫石為主要成分的粘土巖，改良壤土的效果不明顯[10，20，21]。有研究報道，土壤改良劑的施用對土壤銨態(tài)氮和磷固定態(tài)或緩效態(tài)養(yǎng)分起到調(diào)節(jié)作用[22-23]。本試驗中，3種土壤改良劑處理的土壤堿解氮含量和速效鉀含量在生育期內(nèi)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在旺長期時達(dá)到最大，這說明土壤改良劑施用能提高土壤養(yǎng)分含量，同時在生育后期氮素逐漸枯竭，與優(yōu)質(zhì)煙葉“先富后貧”的氮素需求規(guī)律相吻合[24]。施用沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑對促進(jìn)煙株生長、提高煙葉產(chǎn)量具有積極作用[25-26]。本研究表明，與常規(guī)相比，沸石、膨潤土和礦物肥土壤改良劑處理的根的干物質(zhì)量、葉氮素積累量、葉鉀素積累量和葉硫素積累量分別顯著增加了19.6%～35.8%、12.1%～33.6%、22.2%～30.7%和12.8%～33.3%(圖1A)。施用沸石、膨潤土等土壤改良劑可以為根系生長提供充足的養(yǎng)分，從而提高根的干物質(zhì)量，進(jìn)而影響氮、鉀、硫等養(yǎng)分在地上部的積累。本研究分析了3種土壤改良劑對土壤特性、烤煙生長及產(chǎn)量的作用效果，表明施用沸石、膨潤土和礦物肥可在一定程度上改良土壤，有效促進(jìn)煙株生長，顯著提高煙葉產(chǎn)量。

4 結(jié)論

豫中和豫西煙區(qū)，在改良和培肥土壤和提高煙葉產(chǎn)量方面，沸石效果最優(yōu)，膨潤土其次。