不同比例化肥減量配施有機肥對植煙土壤有機碳固存的影響*

熊于斌,余順平,楊 婭,黃 琳,俞海冰,湯 利,3**

(1.云南農業大學資源與環境學院 昆明 650201;2.云南農業大學煙草學院 昆明 650201;3.農業農村部云南耕地保育科學觀測實驗站 昆明 650201)

土壤有機碳(soil organic carbon)是土壤肥力和質量的關鍵組成部分,其含量高低、質量好壞直接影響土壤肥力質量水平[1]。土壤碳庫儲量是大氣碳庫的2 倍,土壤碳庫的細微變化不僅影響土壤肥力質量,也會顯著影響大氣碳庫的變化,土壤碳固定在全球碳平衡中占據重要地位[1-2]。土壤碳庫中有機碳庫占比較大,易受耕作措施影響,穩定性較差[3],農業生產通過直接改變有機碳的輸入和間接改變微生物的環境條件影響土壤有機碳[4]。因此,增加土壤碳固存不僅是影響氣候環境的重要過程,同時也是提高土壤質量,促進農業綠色可持續發展的重要途徑[5]。

合理的農業措施可以通過增加碳投入和減少土壤有機碳流失兩種策略來提高土壤固碳能力,進而增加土壤碳固存速率和碳固存量[4-5]。現有研究表明,在集約化栽培水稻(Oryza sativa)-小麥(Triticum aestivum)種植制度下,長期施用農家肥通過積累和固存土壤中的碳來維持土壤肥力[6]。在春玉米(Zea mays)-秋玉米-冬閑種植模式下,長期施用鮮豬糞進行有機培肥較單施化肥可更好地提升有機碳活性,增強有機碳的物理保護效應,從而促進旱地紅壤總有機碳的固存[7]。長期有機無機配施可顯著緩解施用化肥引起的土壤酸化問題,并改善土壤有機碳庫[8]。但化肥減量條件下配施有機類肥料對土壤碳固存的影響及其長期效應尚少見報道。

云南是我國烤煙的主產區,與其他大田作物生產不同,烤煙(Nicotiana tabacum)生產管理以保障煙葉質量、優質適產為主要目標。根據植煙區土壤和烤煙品種特性,各煙區建立了規范的施肥和管理方案,化肥用量較為合理,養分比例以高鉀較為適宜,植煙土壤中有效鉀的含量較高[9]。鉀肥的施用可通過提高根冠比來促進土壤碳固存[10]。但過去由于長期施用化肥,帶來植煙土壤酸化、板結,養分利用效率低和煙田土壤肥力質量嚴重下降等問題,使煙葉產質量受到嚴重影響[11-12]。現有研究表明,化肥減量合理配施有機肥可提高烤煙產質量,改善土壤理化性狀,提高化肥利用效率,有效調控土壤微生物區系,并降低土傳病害,是促進煙葉優質高效生產的重要技術模式之一[13-15]。化肥減量配施有機肥可提高土壤碳庫管理指數[16],但連續不同比例化肥減量條件下,配施有機肥對植煙土壤有機碳固存的長期效應如何,尚缺乏系統研究。

土壤碳庫活度指數是表征土壤有機碳可利用性的重要指標,反映土壤活性有機碳數量的變化,可有效衡量土地管理措施下土壤有機碳可利用性,活度指數越高,土壤有機碳的可利用性越強[16-18]。土壤碳庫管理指數則是表征外界條件對土壤有機碳含量的影響和土壤碳庫活度的綜合性指標,能夠較全面和動態反映外界條件對土壤有機碳的影響[17-18]。前期的研究表明,化肥減量合理配施有機肥可提高烤煙土壤碳庫管理指數[16]。但連續化肥減量配施有機肥對植煙土壤有機碳固存的長期效應尚缺乏系統研究。因此,本研究基于連續9 年的田間定位試驗,對不同比例化肥減量配施有機肥影響植煙土壤碳固存的長期效應進行探究,以期為煙葉優質綠色低碳生產和農田土壤固碳減排提供科學依據和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

田間定位試驗位于云南省昆明市尋甸縣云南農業大學現代農業教育科研基地(25°56ˊN,103°25ˊE),試驗為始于2013 年的長期小區定位試驗,小區僅種植烤煙。2013 年定位試驗開始時0～20 cm 土壤理化性質: pH 6.8,有效氮含量94.6 mg·kg?1,有效磷含量15.2 mg·kg?1,速效鉀含量125 mg·kg?1,有機碳含量21.6 g·kg?1,容重1.13 g·cm?3。

1.2 試驗設計

基于始于2013 年的長期小區定位試驗,本試驗于2021 年5—10 月,選擇不施肥(CK)和當地常規推薦施肥(CF-1,100%化肥)為對照,及不同化肥減量比例配施有機肥處理: 80%化肥(CF-2,化肥減量20%)、80%化肥配施有機肥(OF-1,化肥減量20%+3000 kg·hm?2有機肥)、60%化肥配施有機肥(OF-2,化肥減量40%+6000 kg·hm?2有機肥)、70%化肥配施有機肥和生物有機肥(BOF,化肥減量30%+3000 kg·hm?2有機肥+1500 kg·hm?2生物有機肥),共6 個處理。每個處理3 次重復,小區面積24 m2(4.0 m×6.0 m),隨機區組排列,試驗小區之間、重復區組間均設置隔離帶。

每小區種植烤煙5 墑,每墑7 株,共35 株,種植密度為15 000 株?hm?2,煙株行距0.5 m×1.2 m。供試烤煙品種為‘云煙87’,由當地煙草公司統一育苗。

供試化肥為當地推薦煙草專用肥(N 15%、P2O510%、K2O 25%),常規推薦施肥量為105 kg(N)·hm?2,N∶P2O5∶K2O 為3∶2∶5。其中化肥60%做基肥,40%做追肥。供試有機肥和生物有機肥由江蘇新天地生物肥料工程中心有限公司提供,有機肥含有機質≥35%,氮磷鉀≥5%;生物有機肥含有機質≥30%,氮磷鉀≥6%,有效活菌數≥0.5×108?g?1。

不同比例化肥減量配施有機肥處理,化肥用量均按比例減量施用,配施的有機肥料均為基肥一次性施入。田間管理措施按優質煙葉生產技術要求操作。

1.3 樣品采集與處理

2021 年煙葉采烤結束后,采用5 點混合取樣法取根區0～20 cm 土壤樣品,風干土和鮮土樣品按相關操作要求分別保存[19]。土壤有機碳(SOC)和土壤溶解性有機碳(DOC)分別用TOC 儀固相法和液相法測定,土壤活性有機碳(LOC)用333 mmol·L?1高錳酸鉀氧化法測定,土壤微生物量碳(MBC)用氯仿熏蒸硫酸鉀浸提法-TOC 儀液相法測定,土壤容重為環刀法。

在烤煙采烤期,每小區隨機選取3 株烤煙按下、中、上部葉的次序采收,測定小區烤煙產量。烘烤完成后,請屬地煙站工作人員根據國家標準GB 2635—92 進行煙葉分級。

1.4 數據處理與分析

用Microsoft Excel 2010 處理數據,用SPSS 25.0進行方差分析,顯著設置根據數據樣本確定;用Canoco5、Origin 2021 作圖。

植煙土壤碳固存及土壤碳庫指數參照相關方法計算[20-22]:

式中: SOCs 為土壤有機碳儲量,SOC 為土壤有機碳含量,BD 為土壤容重,H為土層厚度(20 cm),10 為校正系數。

式中:ΔC為土壤有機碳固存量,SOCS2為2021 年土壤有機碳儲量,SOCS1為2013 年土壤有機碳儲量。

式中:V為土壤固碳速率,ΔC為土壤有機碳固存量,t為試驗年限。

式中:W為土壤固碳效率,V為年平均有機碳固存速率,Cp為年均碳投入量。

式中: SI 為碳敏感指數,SOCx為各試驗處理下土壤有機碳含量,SOCa 為對照處理下土壤有機碳含量,1為校正系數。

式中:A為碳庫活度,LOC 為活性有機碳,ROC 為非活性有機碳。

式中: AI 為碳庫活度指數,Ax為各試驗處理下土壤碳庫活度,Aa 為對照處理下土壤碳庫活度。

式中: CPI 為碳庫指數。

式中: CPMI 為碳庫管理指數,CPI 為碳庫指數,AI 為碳庫活度,100 為換算系數。

逐步回歸模型方程:

式中:y為反應變量,β0是截距,A1、A2、A3、···、An是指示變量,β1、β2、β3、···、βn是指示因子與反應變量間的回歸系數。

2 結果與分析

2.1 植煙土壤有機碳儲量與固碳速率

2.1.1 植煙土壤有機碳儲量

基于試驗地本底(2013 年)分析了耕層土壤(0～20 cm)有機碳儲量的變化。與當地常規推薦施肥(CF-1)相比,連續9 年不施肥(CK)處理耕層土壤有機碳儲量顯著下降13.38% (P＜0.05),化肥減量(CF-2)處理土壤有機碳儲量呈下降趨勢,但未達顯著差異(圖1)。連續9 年不同比例化肥減量配施有機肥后,植煙土壤有機碳儲量顯著增加。與CF-1 相比,連續9 年不同比例化肥減量配施有機肥的OF-1、OF2 和BOF 處理土壤有機碳儲量分別增加15.33%、30.24%和31.16% (P＜0.05)。OF-2 和BOF 處理對植煙土壤有機碳儲量提升的效果最顯著,顯著高于OF-1,但兩處理間無顯著差異。

圖1 長期不同比例化肥減量配施有機肥對植煙土壤有機碳儲量的影響Fig.1 Effects of long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer on organic carbon storage in tobacco soil

2.1.2 植煙土壤固碳速率和固碳效率

連續9 年不同比例化肥減量配施有機肥下,植煙土壤年平均有機碳固存速率的變化范圍為?0.62(CK)～0.67 t·hm?2·a?1(BOF)。連續不施肥和施用化肥處理(CK、CF-1 和CF-2),植煙土壤年平均固碳速率均小于0,分別為?0.62 t·hm?2·a?1、?0.23 t·hm?2·a?1和?0.33 t·hm?2·a?1。與CF-1 處理相比,CK 處理的年均固碳速率下降169.57% (P＜0.05)。

連續不同比例化肥減量配施有機肥的OF-1、OF-2 和BOF 處理均顯著增加了植煙土壤的年平均固碳速率,年均固碳速率分別為0.21 t·hm?2·a?1、0.65 t·hm?2·a?1和0.67 t·hm?2·a?1。與CF-1 相比,OF-1、OF-2 和BOF 處理年均固碳速率分別顯著提高191.3%、382.61%和391.3% (圖2A、P＜0.05)。此外,與CF-1相比,OF-1、OF-2 和BOF 處理固碳效率分別顯著提高108.2%、113.42%和121% (圖2B、P＜0.05)。

圖2 連續不同比例化肥減量配施有機肥對植煙土壤固碳速率(A)和固碳效率(B)的影響Fig.2 Effects of long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer on carbon sequestration rate (A) and carbon sequestration efficiency (B) of tobacco soil

連續不同比例化肥減量配施有機肥下,土壤有機碳固存速率隨碳投入量的增加而增加(P=0.001),并隨碳投入量的持續增大具有減緩的趨勢(圖3A)。土壤有機碳固存效率隨碳投入量增加先快速提高,隨后達到平衡(P＜0.001);對固碳效率擬合分析中趨于平衡部分進行深入分析,結果顯示土壤有機碳固存效率隨著碳投入的持續增加先提高,達到峰值后再降低(圖3B)。

圖3 碳投入量和植煙土壤固碳速率(A)和固碳效率(B)的關系Fig.3 Relationships between carbon input and soil carbon sequestration rate (A) and carbon sequestration efficiency (B)

2.2 植煙土壤有機碳組分與碳敏感指數

2.2.1 植煙土壤有機碳組分

由圖4 可知,與常規施化肥(CF-1)相比,連續不施肥(CK)處理土壤有機碳(SOC)及其組分活性有機碳(LOC)、溶解性有機碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量分別顯著下降16.65%、37.80%、14.94%和41.99% (P＜0.05);連續不同比例化肥減量配施有機肥的OF-1、OF-2 和BOF 處理SOC 含量分別顯著增加9.56%、20.92%和13.92% (P＜0.05),LOC 含量分別顯著增加43.39%、67.97%和41.71% (P＜0.05),DOC 含量分別顯著增加14.84%、19.13%和25.35%(P＜0.05),MBC 含量分別顯著增加22.80%、37.20%和36.42% (P＜0.05) 。

圖4 連續不同比例化肥減量配施有機肥對植煙土壤有機碳、活性有機碳、溶解性有機碳和微生物量碳的影響Fig.4 Effects of long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer on organic carbon,labile organic carbon,dissolved organic carbon and microbial biomass carbon of tobacco soil

2.2.2 植煙土壤碳組分敏感指數

土壤有機碳組分敏感指數能有效反映土壤碳庫活度。以常規施化肥(CF-1)為參照,計算并分析不同處理的有機碳組分敏感指數(SI)。不同處理下SOC、LOC、DOC 和MBC 的SI 變化范圍分別為?0.1665～0.2095、?0.3772～0.6800、?0.1493～0.2535 和?0.4199～0.3721。不同處理有機碳組分SI 存在顯著差異,不施肥(CK)處理的各碳組分SI 均為最低,其次為CF-2。連續不同比例化肥減量配施有機肥OF-1、OF-2 和BOF 處理SOC、LOC 和MBC 組分SI 均顯著高于CK 和CF-2;OF-2 和BOF 處理DOC 敏感指數顯著高于CK 和CF-2 (表1)。

表1 連續不同比例化肥減量配施有機肥對植煙土壤有機碳組分敏感指數的影響Table 1 Sensitivity indexes (SI) of organic carbon,labile organic carbon,dissolved organic carbon and microbial biomass carbon of tobacco soil under long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer

2.3 植煙土壤碳庫活度與碳庫管理指數

表2 結果表明,不同比例化肥減量配施有機肥顯著提高植煙土壤碳庫活度(A)、土壤碳庫活度指數(AI)、土壤碳庫指數(CPI)和土壤碳庫管理指數(CPMI),整體表現為: 不同比例化肥減量配施有機肥＞常規施化肥＞不施肥。與常規施化肥(CF-1)處理相比,不施肥(CK)處理的A、AI、CPI 和CPMI 分別顯著下降39.53%、39.00%、13.00%和46.81% (P＜0.05);連續不同比例化肥減量配施有機肥的OF-1、OF-2 和BOF 處理土壤碳庫活度分別提高74.42%、104.65%和46.51%,土壤碳庫活度指數分別提高75.00%、105.00%和46.00%,土壤碳庫指數分別顯著提高15.00%、27.00%和22.00%,土壤碳庫管理指數分別顯著提高100.81%、159.78%和79.57% (表2)。

表2 連續不同比例化肥減量配施有機肥對土壤碳庫活度(A)、活度指數(AI)、碳庫指數(CPI)、碳庫管理指數(CPMI)的影響Table 2 Carbon pool activity,carbon pool activity index,carbon pool index and carbon pool management index of tobacco soil under long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer

采用逐步回歸模型,以碳庫管理指數(CPMI)為反應變量,土壤有機碳(SOC)、土壤活性有機碳(LOC)、土壤溶解性有機碳(DOC)和土壤微生物量碳(MBC)為指示變量,最終模型結果表明活性有機碳(LOC)對碳庫管理指數的變化最靈敏(R2=0.872,標準化系數=0.938,P＜0.001),表明可將LOC 作為碳庫管理指數的指示指標。

2.4 植煙土壤有機碳組分、碳固存與煙葉產質量的關系

2.4.1 煙葉產質量

連續9 年的化肥減量配施有機肥提高了煙葉產質量(表3)。與常規施化肥(CF-1)相比,不施肥(CK)煙葉產量降低了43.65% (P＜0.05),上等煙葉比例顯著降低77.99% (P＜0.05),中上等煙葉比例顯著降低24.24% (P＜0.05);不同比例化肥減量配施有機肥的OF-1、OF-2 和BOF 處理煙葉產量分別增加10.32%、33.47%和35.32% (P＜0.05),上等煙葉比例分別顯著提高31.37%、44.41%和57.81% (P＜0.05),中上等煙葉比例分別顯著提高14.63%、21.98%和18.40% (P＜0.05)。

表3 連續不同比例化肥減量配施有機肥對煙葉產質量的影響Table 3 Effects of long-term combined applicaiton of reduced chemical fertilizer with different proportions and organic fertilizer on yield and quality of tobacco

2.4.2 植煙土壤有機碳組分、碳固存與烤煙產質量的關系

不同比例化肥減量配施有機肥下植煙土壤有機碳組分和碳固存對烤煙產質量的影響顯著。對植煙土壤有機碳組分、有機碳儲量、碳庫管理指數和煙葉產質量之間的相關性(表4)結果表明,植煙土壤有機碳儲量、土壤活性有機碳、土壤溶解性有機碳、土壤微生物量碳和碳庫管理指數與煙葉產質量之間均存在顯著的正相關性(P＜0.05)。表明連續不同比例化肥減量配施有機肥改善了土壤有機碳庫組分和碳庫管理指數,促進了煙葉產質量的提升。

表4 植煙土壤碳組分、碳庫管理指數、煙葉產質量之間的相關性Table 4 Correlation between soil carbon components,carbon pool management indexes and tobacco yield and quality

3 討論

3.1 植煙土壤碳儲量和碳組分

本研究表明連續不同比例化肥減量配施有機肥顯著增加了植煙田耕層土壤有機碳儲量(圖1)和土壤有機碳含量(圖4)。這與孔德寧等[22]研究關于連續兩個季度減肥配施不同有機物,土壤有機碳含量并無顯著變化的結果不一致。一方面土壤有機碳固存的過程較為緩慢,本研究試驗周期下土壤有機碳累積效應顯著;另一方面可能與土壤環境因子的影響有關[23]。徐明崗等[24]的研究指出農田土壤固碳明顯受到氣候、土壤屬性、管理措施、輪作制度等因素的影響。有機肥配施對土壤碳氮比和微生物群落結構的影響是影響土壤有機碳組分的重要原因[25-26]。本研究中常規施化肥(CF-1)和化肥減量(CF-2)處理的土壤有機碳含量顯著高于長期不施肥(CK)處理(圖4)。一方面可能與植株根系殘茬還田有關,另一方面可能與根系分泌物影響有關[27-28]。連續不施肥處理與施肥處理相比營養匱乏,烤煙根系活動受到嚴重限制,導致根系分泌物還田差異較大,從而影響土壤有機碳的積累。在本研究中OF-2 處理和BOF處理間土壤有機碳儲量并無顯著差異(圖1)。這可能與處理間差異導致土壤中理化過程的差異、不同處理引起的土壤微生物群落變化以及長期定位試驗的累積效應有關。土壤有機碳儲量和碳組分受土壤氮有效性差異的影響。Luo 等[29]的分析研究表明在土壤低氮有效性(C∶N＞16)時,磷添加可以增加微生物生物量,從而促進土壤呼吸,增加土壤碳的損失;但在土壤高氮有效性(C∶N≤16)時,磷添加可以通過降低土壤呼吸,減少土壤碳損失。下一階段可以針對土壤養分對碳組分的調節效應進行更深入探究,進一步明確連續化肥減量配施有機肥下植煙土壤養分間“協同效應”。

3.2 植煙土壤固碳速率和固碳效率

本研究結果顯示連續不同比例化肥減量配施有機肥處理下的土壤固碳速率大于0 (圖2),表明植煙土壤有機碳儲量仍未達到飽和。分析表明碳投入量與有機碳固存速率呈非線性相關,土壤有機碳固存速率隨碳投入量的增加而增加,并隨碳投入量的持續增加有減緩的趨勢(圖3A),固碳效率呈隨碳投入量持續增加先提高后再降低(圖3B)。一方面可能與不同管理措施對固碳速率的影響有關[30],另一方面可能與養分輸入不同導致的土壤養分有效性差異有關[31]。Macdonald 等[32]的分析總結表明氮的有效性提升抑制了降解頑固碳組分的相關酶,從而促進土壤固碳;氮有效性提升還可以改變土壤有機碳的化學性質,增加其穩定性。此外,累積碳輸入量和臨界碳投入量對維持土壤固碳具有重要影響[33]。土壤固碳效率被證實依賴于初始土壤碳水平和土壤有機碳穩定機制[34]。

有機肥施用通過形成有機鈣絡合物,提高土壤有機碳的穩定性,土壤有機碳和微生物量碳是調控微生物群落結構的關鍵變量[35-36]。本研究中連續不同比例化肥減量配施有機肥,年均碳投入量與土壤固碳效率呈顯著線性相關(圖3),土壤有機碳固存效率先提高,后達到平衡,表明過量的碳投入并不利于土壤固碳。一方面可能與有機肥的配施對土壤環境因子的影響有關[37],另一方面可能與土壤有機碳的穩定性有關[38]。近年來,模擬土壤有機質形成的概念模型強調了微生物源有機質輸入的主要作用,并提出微生物的生理特征是調控土壤有機質的主要因素;但是近期的研究也指出植物對土壤有機質的直接貢獻更大[39]。本研究結果表明,相較于不施肥(CK)、當地推薦施化肥(CF-1)和化肥減量20% (CF-2),連續不同比例化肥減量配施有機肥的各處理均顯著提高了植煙土壤平均固碳速率和效率(圖2)。這可能與有機肥形式的碳輸入、有機肥輸入引起的植株殘茬還碳量增加、微生物群落變化等因素有關。Wang等[40]的研究表明有機碳固存主要取決于有機肥的改良。蔡岸冬等[41]的研究表明長期施用有機肥能顯著促進根茬碳輸入量,提高有機碳的總儲量水平。Wang 等[42]的研究表明在農業生態系統中施磷可以緩解微生物磷和氮限制,通過增加微生物碳利用效率,減少碳損失。Wu 等[43]的分析表明有機無機肥調控的微生物碳利用效率的增加對土壤有機碳固存具有重要影響。綜上,連續化肥減量配施有機肥可能通過直接的碳輸入、改善植煙土壤理化性質、養分有效性、影響植物根系及其分泌物和調控植煙土壤微生物等幾個策略提高土壤固碳效率。下一階段研究可以對連續化肥減量配施有機肥情況下,土壤有機碳固定量增加的來源進行探究,明確連續化肥減量配施有機肥不同固碳策略的調控機制。

3.3 植煙土壤碳庫活度與碳庫管理指數

土壤活性有機碳含量和碳組分敏感指數能有效反映土壤碳庫活度[44]。連續不同比例化肥減量配施有機肥的碳組分敏感指數均顯著提高,不同比例化肥減量配施有機肥處理下土壤活性有機碳(LOC)的敏感指數顯著高于其他碳組分(表1)。連續不同比例化肥減量配施有機肥顯著提升植煙土壤活性有機碳含量(圖4A),且連續不同比例化肥減量配施有機肥下可將土壤活性有機碳作為碳庫管理指數的指示指標。首先可能與外源有機物的輸入有關。有機肥配施提高了活性有機碳在土壤碳庫中的比例,從而提高土壤碳庫活性[44]。其次可能與土壤酶活性及土壤微生物活性有關。有機肥配施增加了土壤酶和微生物對土壤有機碳組分的影響[45],還可能與輸入的養分不同有關。Li 等[46]的研究表明氮和磷添加引起的微生物變化加速了非活性有機碳組分的分解,導致土壤惰性碳庫和總有機庫下降,但活性碳庫增加。這也可以解釋本研究中連續不同比例化肥減量配施有機肥情況下,土壤活性有機碳敏感指數顯著高于其他碳組分(表1)、活性有機碳對碳庫管理指數的響應最靈敏的原因。此外,連續化肥減量配施有機肥下微生物調控的植煙土壤碳庫機制尚不清楚,也是需要進一步深入研究的部分。

3.4 植煙土壤碳固存與烤煙產質量

本研究表明連續不同比例化肥減量配施有機肥均有效提高植煙土壤有機碳儲量(圖1)。土壤有機碳可以指示土壤質量和作物產質量的變化[30]。烤煙作為典型忌連作作物,在連續9 年不同比例化肥減量配施有機肥條件下煙葉產量顯著提高,并且高有機肥投入量對煙葉產量提升的效果更佳。原因可能是: 第一,與有機肥對土壤肥力質量的影響有關。有機肥配施能有效改善土壤質量,提升烤煙養分利用效率,進而保障作物產質量[47]。對土壤有機碳組分、碳固存和煙葉產質量的相關分析表明,土壤有機碳儲量、有機碳組分、碳庫管理指數和煙葉產質量之間均存在顯著的正相關性(表4)。第二,與有機肥調控土壤微生物區系有關。微生物群落結構變化顯著影響土傳病害發生[48],土壤微生物環境的改善對作物產質量的提升具有良好的效應[49]。第三,與施肥管理措施的優化有關。Sha 等[50]的研究表明,優化施肥管理提高了馬鈴薯(Solanum tuberosum)生產力和塊莖質量。本研究中OF-2 處理與BOF 處理間除施肥差異外,煙葉產量、上等和中上等煙葉比例(表3)及土壤固碳速率(圖2)均無顯著差異。綜合施肥管理措施和土壤理化性質的差異,BOF 處理可能是更優化的施肥管理措施。針對農業綠色發展和煙葉優質適產的重要目標,下一階段可以重點對微生物影響的土壤有機碳固存以及產質量提升的長期效應和連續化肥減量配施有機肥的優化施肥管理措施進行探究。

4 結論

1)連續不同比例化肥減量配施有機肥顯著增加了植煙土壤各有機碳組分含量,提高了植煙土壤有機碳組分敏感指數、土壤碳庫管理指數、土壤有機碳固存速率和碳儲量水平,是植煙土壤固碳的有效途徑。

2)連續不同比例化肥減量配施有機肥能有效提高植煙土壤固碳速率,土壤固碳效率隨碳投入量增加而增加,后趨于平衡。

3)植煙土壤活性有機碳對碳庫管理指數的變化最靈敏,可將土壤活性有機碳作為碳庫管理指數變化的指示指標。

4)連續不同比例化肥減量配施有機肥提高的土壤有機碳儲量、有機碳組分、碳庫管理指數與煙葉產質量之間呈顯著的正相關性,是協同烤煙優質生產、土壤固碳增容和化肥減施增效的綠色生態施肥途徑。