福建地处中国东南沿海,具有独特的自然生态条件,是我国传统清香型特色优质烟叶的主要产区之一[1]。然而近年来随着烟草生产向规模化、集约化方向发展,化肥使用比例高的现象日趋严重[2]。有数据资料显示,长期过量施用化肥必然导致土壤酸化现象严重[3],理化性质退化[4]等一系列问题。同时,福建气候高温多雨,土壤风化强烈,盐基流失严重,也导致土壤酸性增强,妨碍烤烟的正常生长发育[5]。多项研究表明[6,7,8],福建烟区土壤的平均pH仅在5.05左右,与一般认为的优质烟叶生产要求的土壤pH范围（5.5~6.5）具有较大差距,同时在近20 a里还有不断酸化的趋势。
不少研究认为施用土壤调理剂能够改善土壤理化性状和微生物群落结构,从而提高酸性障碍土壤烤后烟叶的产量和品质[9]。然而,市面上现有的土壤调理剂虽然品种很多,却缺乏一些调酸效果稳定的产品,甚至某些产品的不当使用还可能导致土地退化、引发二次污染等问题。譬如,长期以来施石灰被认为是我国南方改良酸性土壤的范本,但有研究发现,施用石灰在提高土壤pH的同时,也加速了土壤矿化速率,对土壤有机质保持产生不利的影响[10];而长期施用引入的钙离子,不仅会造成土壤板结,还会导致土壤营养元素失衡,微生态环境遭受破坏,从而引起作物减产[11]。因此笔者根据福建烟区土壤盐基流失严重,土壤酸性强、镁元素缺乏等现状[5, 12],研制出了一种新型的酸性土壤调理剂[13],旨在解决目前传统调理剂存在的诸多问题。本文在田间试验条件下,研究了该新型调理剂在改良福建烟区烟田土壤酸化、改善烟草农艺性状、提高烤烟产量品质等方面的作用,旨在探索酸性土壤改良的新途径,并为该新型土壤调理剂的进一步示范推广提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2016年3月10日至7月20日在福建省邵武市拿口镇进行,试验土壤为水稻土,偏酸性,肥力中等,土壤理化性质为有机质42.3 g/kg、全氮1.6 g/kg、碱解氮127.2 mg/kg、有效磷19.3 mg/kg、速效钾263.0 mg/kg和pH 5.0。供试烟草品种为K326,前茬作物为水稻。
1.2 方法
1.2.1 试验设计 试验设5个处理,分别为T0：不施用土壤调理剂;T1：施用1500 kg/hm2传统土壤调理剂（白云石粉）;T2、T3和T4处理分别为施用750（1/2用量）、1100（2/3用量）和1500（等量）kg/hm2新型土壤调理剂。该新型土壤调理剂为本实验研制产品,各组分比例为：氢氧化镁25%、碳酸钙25%、氢氧化钙14%、钙镁磷肥17%（钙镁磷含P2O5 12.0%）、风化煤17%、辅料2%。每个处理重复3次。除土壤调理剂外,施肥及其他管理措施均按照当地烟草专卖局的推荐方案执行。烟苗移栽定植前15 d 耕地整畦,在畦面中间开沟将调理剂和基肥按照方案均匀施入沟中,然后覆土并盖膜。小区面积为50 m2,定植烤烟80株,株行距为50 cm×120 cm。
1.2.2 测定项目及方法 每个小区定株5株,分别于团棵期和打顶后2个生育时期调查烟草的基本农艺性状（包括株高、茎围、最大叶面积和顶叶面积）;于调理剂施用后60 d（烟草旺长期）,在每个小区烤烟根系周围随机选取20个点,采集烟畦土壤制备成一个混合样,用于测定土壤基本理化性质;在团棵期、旺长期和成熟期3个关键生育期分别在每小区随机取样5株用于分析测定干物质累积量和养分含量（其中成熟期的取样方法为在打顶后定株5株,烟叶单独采收烘烤,采收结束后收获烟根和烟秆）。土壤和烟株养分测定参考《土壤农业化学分析方法》[14]。烟叶采收结束后,统计烤后烟叶产量,并由当地烟草站专业烟技人员根据烤烟42级国标（GB 2635-92）对烤后烟叶分级,参照当年的烟叶收购价格,确定烤烟的产值。
1.3 数据处理
采用SPSS 18.0软件和Excel 2007软件对试验数据进行分析处理。
2 结果与分析
2.1 新型土壤调理剂对烟草农艺性状的影响
由图1可知,团棵期各个处理间烟株的株高、茎围和最大叶面积等主要农艺性状指标均无差异,可见在本试验条件下,施用调理剂调节土壤pH等理化指标不会对烟草的移栽以及前期生长造成不良影响。打顶后,施用土壤调理剂的处理其株高、茎围和顶叶面积和不施调理剂的T0处理均无差异,但T1和T3处理的最大叶面积显著大于T0对照处理（P<0.05）,分别增加了5.0%和4.7%。各个调理剂处理之间的农艺性状则无明显差异。
2.2 新型土壤调理剂对烟株干物质累积量和养分吸收量的影响
和对照相比,除团颗期的T4处理和成熟期的T2处理等个别处理以外,施用调理剂在烟草的各个生育期均显著增加了烟株的干物质累积量（图2）,团棵期、旺长期和成熟期分别增加了5.0%~ 32.5%、20.5%~39.5%和3.3%~11.5%,表明土壤调理剂具有明显促进烟株生长的效应。和T1处理相比,3个用量的新型土壤调理剂均能达到传统调理剂的效果,成熟期的干物质累积量均无差异。
施用调理剂还能提高烟株的养分吸收量（表1）。与T0对照相比,施用调理剂的处理团棵期氮、钾吸收量分别提高22.2%~62.2%和33.0%~68.9%;旺长期氮、钾吸收量分别提高32.2%~51.5%和17.3%~39.7%;成熟期T3和T4处理的氮、磷、钾吸收量分别提高14.9%和16.3%、44.2%和32.9%、34.0%和18.1%（P<0.05）。和传统调理剂相比,在成熟期时T3处理的磷、钾的养分吸收量比T1处理提高了34.71%和23.49%,T4处理的磷养分吸收量比T1处理提高了24.13%,均达到5%显著水平。值得注意的是,即便是减半用量的T2处理,其成熟期氮磷钾养分吸收量和T1处理也无差异。
表1 不同处理条件下烟株养分吸收量Tab. 1 Nutrient accumulation in tobacco under different treatments kg·hm-2 |
| 处理 Treatment | 团棵期Rosette stage | 旺长期Fast-growing stage | 成熟期Maturing stage | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | P | K | N | P | K | N | P | K | |
| T0 | 28.1d | 3.0c | 35.2c | 38.1b | 7.7b | 62.1d | 88.0b | 12.1d | 108.6c |
| T1 | 40.4b | 4.3ab | 50.3b | 50.4a | 9.0ab | 72.8c | 96.9ab | 13.0cd | 117.8bc |
| T2 | 45.5a | 4.6a | 59.4a | 51.8a | 9.8a | 79.7bc | 92.1ab | 14.9bc | 115.1bc |
| T3 | 36.9bc | 3.5bc | 47.8b | 52.9a | 10.0a | 76.6bc | 101.1a | 17.5a | 145.5a |
| T4 | 34.3c | 3.4bc | 46.8b | 57.8a | 10.6a | 86.8a | 102.3a | 16.1ab | 128.2b |
Note: The data with different lowercase letters in same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level. | |
注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。 |
2.3 新型土壤调理剂对烟叶产质量和效益的影响
从表2可以看出,T1和T2处理的烟叶产量与不施用调理剂的T0处理相比无差异,而T3和T4处理的烟叶产量则比T0处理分别增加了10.17%和10.47%,差异显著（P<0.05）。同时施用新型土壤调理剂还显著提高了烤后烟叶中上等烟的比例（P<0.05）,和施用传统调理剂的T1处理相比分别增加了4.8%、6.5%和6.9%。而烟叶的产值一般由产量和品质这2个因素构成,因此在2/3用量（T3）和等用量（T4）条件下,施用新型土壤调理剂显著增加了烟叶的产值,增加经济效益4830.0、3989.3元/hm2。而即使在一半施用量（T2）条件下,新型土壤调理剂仍达到了和传统调理剂相同的作用效果,烟叶产量和产值均无差异。但在1100、1500 kg/hm2这2个用量下,T3和T4处理的烟叶产量、上等烟比例和烟叶产值均无差异,因此在本试验的土壤条件下,1100 kg/hm2为最佳的调理剂施用量用量。
表2 不同调理剂处理条件下烤烟产量及产值Tab. 2 The yield and output value of tobacco under different treatments |
| 处理 Treatment | 烟叶产量 Tobacco yield /(kg·hm-2) | 上等烟叶比例 Ratio of high quality tobacco leaves/% | 烟叶产值 Output value /(Yuan·hm-2) | 调理剂成本 Cost /(Yuan·hm-2) | 与T0相比增加经济效益 Increase economic benefits compared with T0/(Yuan·hm-2) | 与T1相比增加经济效益 Increase economic benefits compared with T1/(Yuan·hm-2) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T0 | 1539.1±54.3b | 55.8±1.3b | 41673.3±1659.2c | |||
| T1 | 1617.6±66.7ab | 57.2±1.2b | 43989.1±2092.2bc | 600.0 | 1715.8 | |
| T2 | 1594.8±28.8b | 62.0±1.3a | 44575.9±762.1b | 405.4 | 2497.2 | 781.4 |
| T3 | 1695.6±70.9a | 63.7±0.7a | 48827.3±1853.5a | 608.1 | 6545.9 | 4830.0 |
| T4 | 1700.2±23.0a | 64.1±1.7a | 48189.2±386.5a | 810.8 | 5705.1 | 3989.3 |
Note: The data with different lowercase letters in same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level. | |
注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。 |
2.4 新型土壤调理剂对土壤pH及速效养分的影响
从图4可看出,在本试验条件下,土壤pH和烟叶的产量以及上等烟比例呈极显著的正相关关系（P<0.01）。
3 讨论
土壤酸碱度是影响土壤肥力和土壤微生物活性的重要因素。土壤酸化加剧了土壤盐基离子的淋溶,促进了Al、Mn等元素的释放,从而造成土壤贫瘠,对作物生长产生了极为不利的影响[15],此外,pH还是烤烟根系活力主要限制因子[16]。因此,不少研究表明,针对酸性障碍土壤施用酸性土壤改良剂能够在一定程度上提高植烟土壤的pH,烟株的农艺性状以及产量产值都得到明显改善[17,18,19]。而本研究也印证了这一结论,土壤pH和烤烟的产量以及上等烟比例呈极显著正相关关系,说明在本试验条件下（土壤pH 4.59~6.87）,土壤酸度是限制烟草产量和品质提高的主要限制因子。随着土壤调理剂的施用,烤后烟叶的产质量都得到了明显提升。然而,曾廷廷等[20]的整合分析却发现,酸性土壤施用石灰后烟草增产效果较低,认为主要是因为适宜烟草生长的土壤酸度范围较广,在此范围内改良土壤酸度对烟草的增产效果不明显。张国等[21]的研究也表明,在高酸度土壤上,土壤pH与烟草生物量相关性达到了显著水平;在中、低酸度的土壤上,土壤pH与烟草生物量相关性均不显著。因此,在不同酸化程度的土壤上土壤调理剂的应用效果可能存在一定区别,其最适的调理剂用量也不尽相同,因此有必要针对土壤起始酸度和调理剂施用量展开进一步深入研究。
同时,和施用传统调理剂（白云石粉）相比新型土壤调理剂表现出了更优的土壤调理效果,可以显著提高烤后烟叶的外观品质等级,增加烟叶的产量和质量。除了新型调理剂具有提高土壤pH的效果外;另一方面,可能还与调理剂中含有钙镁磷、氢氧化镁等营养成分有关,能够为土壤提供磷素和镁素营养,有效地弥补福建烟区土壤镁含量较低的不足[11]。此外,长期施用石灰类物质（熟石灰、生石灰、白云石粉等）作为酸性土壤改良剂会向土壤中引入过量的钙,造成土壤中钾、钙、镁等营养元素平衡失调,抑制作物对其他元素的吸收,导致作物减产[11, 22]。而本试验采用的新型土壤调理剂的钙含量则要远远低于石灰或白云石粉等传统调理剂,长期施用造成土壤板结或者钾、镁元素失衡的风险较低。然而该土壤调理剂施用对土壤理化性质以及微生态环境的长期影响,还需要进一步开展深入的定位试验来获取数据支持。综上所述,新型土壤调理剂值得在酸性障碍土壤上开展进一步深入的推广应用研究。
4 结论
（1）施用调理剂显著提高烤烟根系土壤pH（P<0.05）,土壤pH和烤烟的产量以及上等烟比例呈极显著正相关关系。
（2）和不施调理剂处理相比,施用1100、1500 kg/hm2新型土壤调理剂明显提高了烟株的干物质累积量、养分吸收量和烟叶产量,烟叶产值分别提高4830.0、3989.3元/hm2。
（3）和白云石粉相比,新型土壤调理剂表现出了更优的土壤调理效果。在2/3用量和相同用量条件下,新型土壤调理剂提高了烟叶的产量、产值和上等烟比例;减半施用条件下,新型土壤调理剂仍然显著增加了上等烟的比例。
（4）本试验条件下,新型土壤调理剂在1100、1500 kg/hm2这2个用量下,烟草无论在农艺性状、烟叶产量、上等烟比例和烟叶产值上均无差异,因此从节约成本的角度出发,1100 kg/ hm2为最佳的调理剂施用量用量。