深耕配施有機肥對云南保山植煙土壤肥力的快速提升效應

何京 王津軍 尹興盛 吳宗海 沈廣材 趙旭輝 劉洪華 李麗 曹娜 叢萍

摘 ?要：為研究土壤耕作深度與有機肥對植煙土壤肥力的快速提升效果，設置3種耕作深度（S1：深耕10 cm;S2：深耕20 cm;S3：深耕30 cm）與2種有機肥（OF：商品有機肥;FM：農家肥）的交互試驗，研究一個生長季內不同處理對土壤物理結構、養分變化及酶活性的影響。結果表明：（1）耕作深度與有機肥種類對土壤物理特性無顯著影響。二者互作可顯著提高0～20和20～40 cm土層土壤有機質含量。S3FM可顯著提高0～20 cm土層土壤有機質、全氮和硝態氮含量及20～40 cm土層土壤有機質的含量。（2）耕作深度×有機肥種類可顯著影響0～20和20～40 cm土層脲酶活性。S1FM較S1OF顯著提高0～20和20～40 cm土層蔗糖酶活性41.75%和14.29%;當均施用農家肥時，脲酶的活性在耕深30 cm達到最高，較其他處理增幅最高達57.89%。（3）土壤肥力質量綜合評價表明，S3FM處理0～20和20～40 cm土層土壤肥力質量得分均最高，分別為0.58與0.74。可見，農家肥深耕30 cm可實現在一個生長季內提升保山植煙土壤肥力質量的目的。

關鍵詞：耕作深度;有機肥;植煙土壤;土壤肥力

Abstract： The effect of tillage depth combined with the application of organic fertilizer on the rapid improvement of tobacco soil fertility was studied in 2020. Three tillage depths （S1： tillage depth at 10 cm; S2： tillage depth at 20 cm; S3： tillage depth at 30 cm） and two types of organic fertilizers （OF： commercial organic fertilizer， FM： farmyard manure） were set in a field experiment. Effects of different treatments on soil physical structure， nutrient content and soil enzyme activities were explored in a single growth season. The results showed： （1） Tillage depth combined with the application of organic fertilizer had no significant effect on soil physical structure. The interaction effects of tillage depth × organic fertilizer type can benefit soil organic matter content in the 0-20 cm and 20-40 cm soil layers. S3FM can significantly increase the content of soil organic matter， total nitrogen and nitrate nitrogen in the 0-20 cm soil layer， and the content of soil organic matter in the 20-40 cm soil layer. （2） The interaction effects of tillage depth × organic fertilizer had significant effects on urease activity in the 0～20 cm and 20-40 cm soil layers. Compared with S1OF， S1FM treatment significantly increased the sucrase activity in 0-20 and 20-40 cm soil layers by 41.75% and 14.29%. When the type of farmyard manure was fixed， compared with other treatments， the activity of urease reached the highest significance level at the depth of 30 cm， and the increase was as high as 57.89%. （3） The comprehensive evaluation of soil fertility quality showed that S3FM had the highest soil quality scores in 0-20 cm （0.58） and 20-40 cm （0.74） soil layers， respectively. Therefore， tillage depth at 30 cm combined with organic fertilizer could achieve the purpose of improving tobacco planting soil fertility of Baoshan in a single growing season.

Keywords： tillage depth; organic fertilizer; tobacco planting soil; soil fertility

煙草作為我國重要的經濟作物之一，其品質和產量在一定程度上取決于土壤肥力[1]。我國烤煙多種植于山地和丘陵區，常年手扶旋耕機淺旋耕方式導致土壤犁底層增厚、耕作層變薄，引起耕層結構失衡、肥力降低等問題[2]。可見，改善山地植煙區土壤耕層構造，提升土壤肥力質量已刻不容緩。

耕作措施對土壤肥力有重要影響。大量研究表明深耕可打破犁底層，降低土壤容重，增加土壤孔隙度[3]，還可提高耕層土壤銨態氮、硝態氮、有效磷以及速效鉀含量[4]，有利于土壤養分的轉化和利用[5]。有機肥替代化肥是我國實施化肥零增長行動的重要措施之一。當前農業生產中常用的有機肥主要是商品有機肥和農家肥。商品有機肥經無公害化處理后具有肥效高、施用量少等特點。耿明明等[6]研究發現，施用商品有機肥較化肥可提高植煙土壤有機質及有效養分的含量。范文思等[7]對植煙土壤一年的施肥研究顯示，施用農家肥處理的速效鉀和速效磷含量可較常規施肥提高30.44%和19.52%。這是由于農家肥不僅富含易為作物吸收利用的營養成分，而且為土壤微生物提供了良好的N、P、K及小分子有機物[8]。

從前人研究可見，深耕和施用有機肥均可提高煙田土壤肥力，然而二者互作對山地植煙區土壤理化性質的影響較少涉及。本研究針對保山植煙土壤耕層變淺、結構性變差、犁底層上移等問題以及山地特殊的農機作業環境，從物理結構、養分含量及土壤酶活性等方面入手，研究土壤耕作深度與增施有機肥在一個生長季內對植煙土壤肥力的影響，以期為快速緩解山地植煙區土壤耕層障礙，提高土壤肥力提供理論依據和技術支持。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗區概況

試驗地位于云南省保山市隆陽區西邑鄉（99°30 E，24°93 N），海拔1602 m，為典型的山地植煙區，屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫16.2 ℃，年均降水量1 082.7 mm。土壤類型為紅壤，質地為黏土（砂粒17.44%、粉粒26.90%、黏粒55.66%），種植模式為烤煙—油菜輪作。土壤基本理化性質見表1。

1.2 ?試驗設計

試驗于2020年進行，設置10 cm（S1）、20 cm（S2）、30 cm（S3）3種耕作深度，以及施用商品有機肥（OF，有機質40.00%，N 2.77%，P2O5 1.48%，K2O 1.15%）和農家肥（FM，有機質14.50%，N 0.83%，P2O5 0.38%，K2O 0.15%）2種肥料種類的交互試驗，共計6個處理，每個處理3次重復。農家肥選用當地腐熟農家肥，結合當地農業技術推廣總站建議和兩種肥料特性制定施肥用量，見表2。S1為常規旋耕，選用手扶旋耕機（功率為6.3 kW）將0～10 cm土層土壤均勻混合;S2、S3分別選用1GZ-120遙控履帶自走式耕地機和1004型農用拖拉機，牽引功率分別為12.1 kW和73.5 kW，深耕后再用旋耕機作業1遍。烤煙品種為K326，2月中旬育苗，5月7日基肥條施、起壟，5月8日移栽。每個小區110 m2，株距0.50 m，壟距1.20 m。

1.3 ?樣品采集與測定方法

1.3.1 ?樣品采集 ?分別于2020年4月（烤煙移栽期）和2020年8月（烤煙采收期）在田間分別用環刀采集各小區0～20和20～40 cm土層的土壤，測定土壤容重和土壤總孔隙度。

烤煙移栽期和采收期各小區按照對角線法取3

個采樣點，用直徑為5 cm土鉆分別采集0～20 cm、20～40 cm土層的土壤，田間揀去植物殘根和石礫等置于封口塑料袋中，帶回實驗室備用。將取回的土壤樣品一部分經過風干與研磨，用于測定土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量和土壤酶活性;另一部分儲存于4 ℃冰箱中，用于測定土壤中硝態氮、銨態氮的含量。

1.3 測定方法

用環刀法測定容重、總孔隙度[9]。有機質用重鉻酸鉀-硫酸外加熱法測定;全氮用半微量凱氏定氮法測定;銨態氮、硝態氮用1 mol/L KCl溶液浸提，用SEAL AA3連動流動分析儀測定[10];有效磷的測定用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;速效鉀的測定用乙酸銨浸提-火焰光度計法[11]。蔗糖酶和纖維素酶用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，脲酶用靛酚藍比色法[12]測定。

1.4 ?數據分析

采用Excel 2019處理數據和制作圖表。利用SAS 9.4軟件進行方差分析以及主成分分析，用最小顯著性差異（LSD）法進行差異顯著性檢驗。通過提取主成分并計算得分以評價土壤肥力質量。主成分分析土壤肥力綜合得分計算公式[13]：

F=F1*δ1+F2*δ2 +···+Fn*δn

式中：F指土壤肥力綜合得分;F1～Fn指第1～n個主成分的得分;δ1～δn為第1～n個主成分的方差貢獻率。

2 ?結 ?果

2.1 ?不同耕深與有機肥種類對植煙土壤理化性質的影響

由圖1看出，不同處理對兩個土層的容重和總孔隙度均無顯著影響，但能顯著影響土壤養分變化。

雙因素方差分析結果表明，在0～20 cm土層，耕作深度×有機肥種類對土壤有機質、全氮及硝態氮含量有顯著影響。當均施用農家肥時，S3處理較S2和S1處理分別顯著提升土壤有機質15.93% （p<0.05）和16.36% （p<0.05），提升土壤全氮11.86% （p<0.05）和17.30% （p<0.05），提升土壤硝態氮23.04% （p<0.05）和91.07% （p<0.05）。有機肥種類是影響土壤銨態氮變化的顯著因子，S2FM處理較S1OF與S3OF顯著提升銨態氮含量30.66% （p<0.05）與32.59% （p<0.05）。耕作深度是影響有效磷變化的顯著因子，其中S1OF與S1FM處理提高最顯著，較其他處理增幅26.35%～52.23% （p<0.05）。耕作深度、有機肥種類均是影響速效鉀變化的顯著因子，不同處理土壤速效鉀含量在233.50～ 415.65 mg/kg范圍內變化，以S1FM和S2FM處理的最高，S1OF和S2OF次之，S3OF與S3FM最低。可見，施用農家肥處理對于0～20 cm土層各養分含量的提升均具有顯著優勢。

在20～40 cm土層，耕作深度×有機肥種類對有機質和速效鉀含量有顯著影響。S3FM較S3OF可顯著提高土壤有機質的含量，增幅達23.39% （p<0.05）;當均施用農家肥時，隨著耕作深度的增加，有機質含量逐漸增加，而速效鉀的含量隨著耕作深度的增加逐漸降低。對于全氮含量變化，S3FM較其他處理顯著提高全氮含量，增幅為11.40%～18.78% （p<0.05）。對于硝態氮含量變化，S3OF與S3FM處理最高，較其他處理增幅42.85%～148.87% （p<0.05），耕作深度和有機肥種類均是影響硝態氮變化的顯著因子。不同處理的銨態氮含量在1.13～1.61 mg/kg范圍內變化，S2OF、S2FM、S3OF和S3FM最高，S1FM次之，S1OF最低，耕作深度是影響銨態氮變化的顯著因子。有機肥種類是影響土壤有效磷變化的顯著因子，其中S1FM處理最高，較施用商品有機肥最高增幅達73.28% （p<0.05）。可見，S3FM處理對于提升20～40 cm土層土壤有機質、全氮、硝態氮及銨態氮含量均具有顯著優勢，而S1FM處理更利于20～40 cm土層有效磷以及速效鉀含量的提升。

2.2 ?不同耕深與有機肥種類對植煙土壤酶活性的影響

由圖2可知，在0～20 cm土層，耕作深度×有機肥種類對蔗糖酶和脲酶的活性有顯著影響。土壤蔗糖酶活性以S1FM和S2OF處理最高，S1OF最低;而土壤脲酶活性則以S3OF最低。S1耕深下FM處理較OF處理顯著提高蔗糖酶活性41.75% （p<0.05），S3耕深下FM處理較OF處理顯著提高脲酶活性53.33% （p<0.05）;當均施用農家肥時，蔗糖酶和脲酶活性隨著耕作深度的增加呈先降低后升高的趨勢。纖維素酶活性以S1FM處理最高，較其他處理增幅1.41%～33.33%，且與S3OF處理差異顯著。可見，S1FM對于提升蔗糖酶和纖維素酶活性有顯著優勢，但深耕配施商品有機肥不利于土壤脲酶活性的提升。

在20～40 cm土層，耕作深度×有機肥種類對脲酶和纖維素酶的活性有顯著影響。土壤脲酶和纖維素酶活性均以S3FM處理最高，而土壤蔗糖酶則以S1FM處理最高。S3耕深下FM處理較OF處理顯著提高脲酶活性71.43% （p<0.05），S1耕深下FM處理較OF處理顯著提高纖維素酶活性42.55% （p<0.05）;當均施用農家肥時，脲酶活性隨著耕作深度的增加呈現先降低后升高的趨勢，以S3FM處理的增幅最高為57.89% （p<0.05），纖維素酶的活性隨著耕作深度的增加逐漸升高，但差異不顯著。耕作深度和有機肥種類均是影響蔗糖酶活性的顯著因子，S1FM較其他處理顯著提高蔗糖酶活性，增幅為12.78%～78.23% （p<0.05）。可見，S1FM對于提升蔗糖酶活性有顯著優勢，而S3FM處理更利于土壤脲酶活性的提高。

2.3 ?土壤肥力質量綜合評價

本文分別選擇容重、總孔隙度、有機質、全氮、硝態氮、銨態氮、有效磷、速效鉀、蔗糖酶、脲酶和纖維素酶等11個指標衡量土壤肥力質量狀況。將累積貢獻百分率≥85%作為提取原則，得到4個主成分，累積貢獻率為88.16%（表3）。主成分1-4的特征值分別為3.59、2.76、1.81和1.54，貢獻率分別為32.59%、25.05%、16.50%和14.02%。第1主成分因子（F1）在有機質、全氮、硝態氮和銨態氮等指標上的載荷系數較大，第2主成分因子（F2）有效磷和速效鉀的載荷系數最大，可見土壤養分因子對土壤肥力具有優先決定作用。第3主成分因子（F3）蔗糖酶和脲酶的載荷系數最大，第4主成分因子（F4）總孔隙度的載荷系數最大，可見土壤生物酶因子和物理因子也是決定土壤肥力的重要因素。

由表4可知，對于0～20 cm土層，各處理的土壤肥力綜合得分大小順序為S3OF（?0.43）<S1OF（?0.27）<S2FM（0.18）<S1FM（0.24）<S2OF（0.37）< S3FM（0.58），S3FM處理得分最高，高于其他處理56.76%～334.88%。對于20～40 cm土層，各處理的綜合得分大小順序為S3OF（?0.76）<S1OF（?0.58）<S2OF（?0.27）<S1FM（0.04）<S2FM（0.17）<S3FM（0.74），S3FM處理的綜合得分仍為最高，較其他處理提高197.37%～1 750.00%。可見，在一個生長季內，S3FM處理是提升0～20和20～40 cm土層土壤肥力的較優措施。

3 ?討 ?論

3.1 ?耕深與有機肥種類對植煙土壤理化性質的影響

土壤容重和總孔隙度是反映土壤松緊和結構狀況的重要指標。大量研究結果表明[14-15]，深耕和施用腐熟農家肥可以改善土壤物理特性，然而本研究中不同處理下的土壤容重與總孔隙度沒有顯著差異，可能與試驗年限較短有關[16]。今后需進一步開展多年定位試驗，以明確不同耕深與有機肥種類對土壤物理特性的影響。

土壤有機質是土壤的重要組成成分，是表征土壤肥力的重要指標。氮、磷、鉀養分是土壤肥力狀況的基礎指標，對植物生長起著至關重要的作用。本研究結果表明，耕作深度和有機肥種類二者交互作用能顯著提升0～20 cm土層土壤有機質、全氮及硝態氮含量，以農家肥深耕30 cm處理效果最佳。一方面是因為農家肥中含有豐富的有機物質，附著于土壤顆粒中直接增加土壤有機質含量;另一方面是因為深耕有利于形成良好的土壤環境，從而提高土壤微生物活性，加快土壤養分轉化，促進了土壤中碳、氮的積累[17-18]。另外，本研究中農家肥耕深10 cm處理的土壤有效磷以及速效鉀含量最高，原因可能是淺耕處理植株長勢較弱，從土壤中吸收養分較少，大量的養分在土壤富集[19]。研究發現，耕作深度是影響0～20和20～40 cm土層速效鉀的顯著因子，當施用有機肥時，隨著耕作深度增加速效鉀的含量逐漸降低。這與董建新等[20]的結論不一致，原因可能在于其供試土壤質地為壤土，而本試驗為黏土，土壤質地差異較大。土壤質地是決定土壤通透性、保肥性和耕作性等的重要因素[21]，黏粒較多的土壤對養分的保蓄能力較強，因此不易向下遷移。

3.2 ?耕深與有機肥種類對植煙土壤酶活性的影響

蔗糖酶參與土壤有機碳積累與分解轉化過程，是評價土壤肥力水平的重要指標。脲酶與土壤供氮能力有密切關系，能夠表征土壤氮素的供應程度[22]，纖維素酶在碳循環中起重要作用，其含量反映了纖維素物質的利用情況。通過分別測定蔗糖酶、脲酶和纖維素酶變化情況能夠綜合反映土壤有機物質分解轉化和合成狀況，用于評價土壤質量具有一定的客觀性[23]。本研究表明，耕作深度×有機肥種類對0～20 cm土層蔗糖酶活性有顯著影響，10 cm耕深下農家肥處理較商品有機肥顯著提高蔗糖酶的活性，原因是有機質主要集中在耕層，農家肥能提供土壤進行物質循環與能量轉化所需的碳源，所以有利于蔗糖酶活性增強[24]。另外，耕作深度、有機肥種類和二者的交互作用對20～40 cm土層土壤脲酶和纖維素酶活性的影響達到顯著水平，農家肥深耕30 cm處理可顯著提高土壤脲酶活性。深耕處理會使肥料直接到達下層土壤，腐熟農家肥中還有大量腐殖酸類物質，在直接補充土壤有機質的同時也為土壤微生物提供養料，刺激微生物生長代謝，促進土壤酶活性提升[25-26]。

3.3 ?耕深與有機肥種類對土壤肥力質量影響的評價

當前，主成分分析法已成為大多數學者定量評價土壤肥力質量的主要方法之一[27]，通過主成分分析結果能夠直觀反映土壤肥力質量，判斷不同措施對土壤肥力質量的影響。本文共選擇11個土壤指標對不同土壤肥力質量進行評價，結果表明農家肥深耕30 cm處理0～20和20～40 cm土層土壤肥力質量綜合得分均最高，這是由于深耕為土壤微生物提供良好的生存環境，而農家肥的施入又為土壤微生物提供充足的原料，因此，在一個生長季內農家肥深耕30 cm處理是提升0～20和20～40 cm土層土壤肥力的較優措施，今后仍需進一步明確深耕配施有機肥對土壤肥力的長期影響。

4 ?結 ?論

在一個生長季內，耕作深度和有機肥種類二者交互作用顯著影響了0～20、20～40 cm土層土壤有機質含量和脲酶活性，但對土壤物理特性無顯著影響。農家肥耕深30 cm處理可顯著提高0～20 cm土壤有機質、全氮和硝態氮的含量;均施用農家肥時，隨著耕作深度的增加，硝態氮的含量逐漸上升而速效鉀的含量逐漸降低。農家肥耕深10 cm處理在0～20和20～40 cm土層提升蔗糖酶活性方面有顯著優勢，較相同耕深下施用商品有機肥顯著提高41.75%和14.29%;當均施用農家肥時，脲酶活性在耕深30 cm達到最高，較其他處理增幅最高達57.89%。主成分分析結果表明，農家肥深耕30 cm還田處理0～20和20～40 cm土層的土壤肥力質量得分均達到最高，是快速提高土壤肥力較優措施，可以考慮在山地植煙區推廣應用。

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