茍小梅，曾興鑫，張 毅*，蔡 艷，李 濤，顧 勇，陳韻松，張 瀟

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2.四川省煙草公司瀘州市公司，四川瀘州 646000）

連作是我國(guó)烤煙常見種植模式，其易導(dǎo)致植煙土壤養(yǎng)分失調(diào)、病蟲害加重、微環(huán)境和微生物區(qū)系改變，進(jìn)而影響烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育[1]。大量研究表明，烤煙輪作、合理施肥和品種優(yōu)化均能減輕連作障礙對(duì)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響[2-4]。王家順等[5]研究發(fā)現(xiàn)，烤煙與小麥、油菜、馬鈴薯輪作時(shí)，現(xiàn)蕾期長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于烤煙連作，且能明顯改善煙葉品質(zhì)，使煙葉內(nèi)在化學(xué)成分更加協(xié)調(diào)。同時(shí)，輪作還能提高土壤微生物多樣性[6]，減少烤煙病蟲害的發(fā)生[7]。此外，平衡優(yōu)化施肥能改善土壤理化性質(zhì)，改變有益微生物的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，為烤煙生長(zhǎng)提供良好的微生態(tài)環(huán)境[8]；且有機(jī)肥可以通過促進(jìn)微生物的繁殖以增加土壤酚酸類物質(zhì)的消耗，進(jìn)而減輕烤煙連作障礙帶來的不利影響[9]。

磷作為植物生長(zhǎng)的必需元素，土壤是其主要的供給庫(kù)，因此磷在土壤中的含量多少和有效性高低可對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生直接影響[10]。調(diào)查顯示，四川耕地土壤缺磷面積占1/2 以上[11]，如何在提高土壤磷素有效性的同時(shí)減輕烤煙連作障礙顯得至關(guān)重要。為此，瀘州宜賓等煙區(qū)曾大力推廣烤煙-箭筈豌豆輪作，但箭筈豌豆作為一種綠肥，無任何經(jīng)濟(jì)收益，農(nóng)民普遍接受度不高。油菜屬于油料作物，在活化土壤磷素方面作用顯著[12]，且在四川地區(qū)廣泛栽培。因此本研究擬選取烤煙與3 個(gè)品種的油菜輪作，在四川省瀘州市分別選用不施肥、單施化肥及有機(jī)肥化肥配施3 種施肥制度，研究烤煙油菜輪作與施肥對(duì)植煙土壤磷素含量和有效性的影響，以期為優(yōu)化種植制度，提高土壤磷素有效性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地點(diǎn)位于四川省瀘州市古藺縣箭竹苗族鄉(xiāng)，地處川東南。土壤類型有黃壤、水稻土、紫色土等。年平均氣溫17.7 ℃，地溫15 ℃左右，無霜期200 d，年均降水量近 710.5～1 033.9 mm，年蒸發(fā)量1 230 mm，相對(duì)濕度76%，屬云貴高原氣候。當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)作物以烤煙為主，素有“烤煙基地之鄉(xiāng)”的美稱，是什邡卷煙廠指定煙葉生產(chǎn)基地之一。

1.2 供試材料

供試土壤：黃壤，其基本理化性質(zhì)為：pH 值5.18、全氮0.51g/kg、有機(jī)質(zhì)35.16g/kg、堿解氮117.66mg/kg、速效鉀178.49 mg/kg、有效磷20.54 mg/kg。

供試油菜：川渝地區(qū)廣泛栽培的中早熟品種，分別為“重蓉油1 號(hào)”（成都市農(nóng)林科學(xué)院選育，親本為 07GA×01 Tr47-1）、“德油早 1 號(hào)”（四川省三星堆油菜研究所選育，親本為核不育兩用系9701 AB×雙低品系 9508）和“GSX-1”（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)作物育種系選育，親本為DY6AB×2H293R）。

供試煙草：云煙87，由瀘州市煙草公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)采取裂區(qū)設(shè)計(jì)，主因素為油菜或冬閑，設(shè)4個(gè)水平：冬閑（A1）、重蓉油 1 號(hào)（A2）、德油早 1 號(hào)（A3）、GSX-1（A4）；副因素為施肥制度，設(shè) 3 個(gè)水平：不施肥（CK），有機(jī)肥化肥配施（NPKM），施化肥（NPK，習(xí)慣施肥）。共12 個(gè)處理，3 次重復(fù)。田間隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)于2015年9 月15 日進(jìn)行油菜播種及育苗，苗齡30 d 左右，10 月11 日移栽。按當(dāng)?shù)亓?xí)慣方式移栽：油菜種于煙壟上，煙壟間距1.2 m，油菜株距0.4 m，行距0.3 m，小區(qū)面積60 m2。當(dāng)?shù)赜筒肆?xí)慣施肥量為：N 129 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料為復(fù)合肥（8-16-24）和尿素（46-0-0），復(fù)合肥作基肥，用量為 750 kg/hm2，尿素在移栽后30 d 追施，用量為150 kg/hm2。有機(jī)肥為酒糟有機(jī)肥（2-1-2），用量為 750 kg/hm2，基施，同時(shí)扣減復(fù)合肥中氮磷鉀肥料用量。各處理按試驗(yàn)設(shè)計(jì)施肥，施肥方法均為穴施。油菜收獲后，將每一小區(qū)規(guī)整后移栽煙草。煙草季（含種油菜或冬閑前茬煙草）的施肥情況為：每公頃純養(yǎng)分施用量為555 kg，其中 N、P2O5、K2O 施用比為 1∶1.4∶2.69，移栽前 15 d將底肥（70% N、100% P2O5、60% K2O）條施進(jìn)溝，覆土起壟蓋膜，移栽后7～10 d 第1 次追肥（30% N，12% K2O），栽后 35～ 45 d 第2 次追肥（28% K2O）?？緹熎渌a(chǎn)管理措施按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)規(guī)范進(jìn)行。

1.4 土壤樣品采集

在油菜尚未移栽前，選擇晴天的上午按5 點(diǎn)混合取樣法采集試驗(yàn)地0～20 cm 耕層土壤樣品；在烤煙移栽后至收獲的 30、60、90、120 d，在每個(gè)小區(qū)采用蛇形法多點(diǎn)采取距植株0～20 cm 耕層土樣，混合均勻后，去除石礫及動(dòng)植物殘?jiān)?，取部分鮮樣置于4 ℃冰箱保存，剩余土樣經(jīng)過風(fēng)干、磨細(xì)、分別過2.00 mm 孔徑（10 目）和 0.149 mm 孔徑（100 目）的篩子、混勻保存以備用。

1.5 分析方法

土壤樣品分析測(cè)定項(xiàng)目參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[13]，具體方法如下：

土壤全磷：酸溶-鉬銻抗比色法測(cè)定。

土壤有效磷：Olsen 法測(cè)定。

酸性磷酸酶：采用J.Sardans 等[14]的方法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析過程中，區(qū)組以隨機(jī)因子對(duì)待，其余的因子（油菜品種、施肥方式）均以固定因子處理。處理間的交互作用顯著性分析均用標(biāo)準(zhǔn)F 檢驗(yàn)進(jìn)行，采用最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行多重比較；所有數(shù)據(jù)均運(yùn)用 Microsoft Excel 2013 處理、作圖，SPSS20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

磷素活化系數(shù)（PAC）=有效磷/（全磷×1 000）×100%[15]

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤全磷的影響

由表1 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)土壤全磷的影響均達(dá)到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應(yīng)僅在90 d時(shí)達(dá)顯著水平。在90 d 之前，各輪作處理土壤全磷含量均高于連作，其中重蓉油1 號(hào)、GSX-1 與連作達(dá)顯著差異，分別比連作提高了1.70%～4.85%、2.27%～4.85%；120 d 時(shí)，土壤全磷含量在1.69～1.75 g/kg之間，GSX-1 處理最高，且顯著高于連作處理，其他品種之間無明顯差異。此外，在烤煙各個(gè)生育時(shí)期，NPKM 和NPK 處理的全磷含量均顯著高于對(duì)照，而NPKM 與NPK 處理之間無明顯差異。一個(gè)輪作周期后，NPKM 和NPK 處理全磷含量相較對(duì)照提高了9.26%、9.88%。

2.2 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤有效磷的影響

由表2 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)土壤有效磷的影響均達(dá)到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應(yīng)均未達(dá)顯著水平。相同處理下，土壤有效磷含量隨著烤煙生育期的推進(jìn)呈逐漸下降的趨勢(shì)。在同一生長(zhǎng)時(shí)期，各輪作處理有效磷含量均高于連作，除30 d 的GSX-1 處理外，其余均達(dá)到顯著水平。在輪作處理中，重蓉油1 號(hào)處理的土壤有效磷含量在整個(gè)烤煙季均最大，德油早1 號(hào)次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 號(hào)相較GSX-1 提高了5.18%～14.39%。此外，在烤煙各個(gè)生育時(shí)期，施肥對(duì)土壤有效磷含量的影響表現(xiàn)為NPKM ＞NPK ＞CK，且均達(dá)到顯著水平。一個(gè)輪作周期后，NPKM 和NPK 處理有效磷含量相較CK 提高了 18.84%、10.12%。

表2 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤有效磷的影響Table 2 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil available phosphorus mg·kg-1

2.3 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤磷素活化系數(shù)的影響

磷素活化系數(shù)（PAC）通常用來表征土壤磷素活化能力，其值越大，土壤磷素有效性越高[16]。由圖1分析可知，在同一生長(zhǎng)時(shí)期，各輪作處理的土壤磷素活化系數(shù)均高于連作，30 d 的GSX-1 處理除外。在輪作處理中，重蓉油1 號(hào)處理的磷素活化系數(shù)在整個(gè)烤煙季均最大，德油早1 號(hào)次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 號(hào)相較GSX-1 提高了2.17%～15.66%。除此之外，各主處理土壤磷素活化系數(shù)變化趨勢(shì)基本一致，隨烤煙生育期的推進(jìn)總體呈下降趨勢(shì)。在所有主處理下，NPKM 處理的土壤磷素活化系數(shù)在烤煙生長(zhǎng)前期明顯高于CK 和NPK 處理，分別提高了22.78%～45.92%、15.39%～48.22%。隨著生育期的推進(jìn)，差異幅度逐漸減小，而CK 和NPK 處理在烤煙整個(gè)生長(zhǎng)期差異都不大。

2.4 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤酸性磷酸酶的影響

由表4 分析可知，輪作和施肥在烤煙整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)土壤酸性磷酸酶的影響均達(dá)到顯著（P＜0.05）或極顯著水平（P＜0.01），而輪作和施肥的互作效應(yīng)均未達(dá)顯著水平。相同處理下，土壤酸性磷酸酶含量隨著烤煙生育期的推進(jìn)呈先減小后增加的趨勢(shì)。在烤煙同一生長(zhǎng)時(shí)期，各輪作處理的土壤酸性磷酸酶含量均顯著高于連作，提升幅度為4.29%～13.52%。在輪作處理中，重蓉油1 號(hào)處理酸性磷酸酶含量在整個(gè)烤煙季均最大，30 天時(shí)各品種間無顯著差異，其余時(shí)期均顯著高于GSX-1 處理，分別增加了6.00%、7.11%、5.60%。此外，在烤煙各個(gè)生育時(shí)期，施肥對(duì)土壤酸性磷酸酶含量的影響表現(xiàn)為NPKM＞NPK＞CK，除 120 d 外，其余時(shí)期 NPKM、NPK 與對(duì)照差異顯著。一個(gè)輪作周期后，NPKM 處理的土壤酸性磷酸酶活性較CK 和NPK 處理分別提高了6.87%、5.26%。

2.5 土壤磷素指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系

將土壤全磷、有效磷、磷素活化系數(shù)與酸性磷酸酶相互做Pearson 相關(guān)性分析，結(jié)果如表5 所示。土壤磷素活化系數(shù)與有效磷、酸性磷酸酶均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.975、0.914，而與全磷含量表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。除此之外，酸性磷酸酶與全磷、有效磷也具有正相關(guān)關(guān)系，其中與有效磷的相關(guān)系數(shù)為0.929，達(dá)到極顯著相關(guān)水平。而全磷與有效磷雖存在正相關(guān)關(guān)系，但未達(dá)到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

圖1 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤磷素活化系數(shù)的影響Figure 1 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil phosphorus activation coefficient

表4 烤煙油菜輪作及施肥對(duì)土壤酸性磷酸酶的影響Table 4 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil acid phosphatase mg·g-1·d-1

土壤全磷反映土壤磷庫(kù)的大小和潛在的供磷能力，主要來源于成土母質(zhì)和肥料[17]。而有效磷作為土壤磷庫(kù)中最有效的部分，是表征土壤供磷能力、確定磷肥用量和評(píng)價(jià)農(nóng)田磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)[18]。二者之比則為磷素活化系數(shù)（PAC），可用來衡量土壤磷素的有效性。相關(guān)研究表明，PAC 小于2.0%時(shí)說明全磷很難轉(zhuǎn)化為有效磷，有效性不高[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，相比烤煙連作，烤煙油菜輪作能顯著提高土壤中全磷、有效磷含量，這與李清華等[20]的結(jié)論相同，主要原因是作物對(duì)土壤養(yǎng)分具有特定的選擇性吸收規(guī)律，亦能通過根系分泌物、根茬或土壤生物群落結(jié)構(gòu)等因素影響土壤養(yǎng)分庫(kù)組成，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分強(qiáng)度發(fā)生變化[21]。除此之外，王婷婷等[22]研究發(fā)現(xiàn)，施肥（尤其是施有機(jī)肥）能顯著提高土壤的磷素活化系數(shù)；張建軍等[23]也有類似的研究結(jié)果。而在本研究中，單施化肥和有機(jī)肥化肥配施處理PAC 值在烤煙整個(gè)生長(zhǎng)季均高于不施肥，且差異達(dá)到顯著水平。同時(shí)有機(jī)肥化肥配施處理的PAC 值均高于單施化肥，原因在于有機(jī)肥施入后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，其分解產(chǎn)生的有機(jī)酸能活化無效磷，且磷的部分吸附位點(diǎn)被有機(jī)肥產(chǎn)生的有機(jī)陰離子占據(jù)，使土壤對(duì)磷的吸附能力降低，磷素有效性提高[24]。

表5 土壤磷含量與酸性磷酸酶的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation between soil phosphorus content and acid phosphatase

土壤磷酸酶可催化磷酸肝或脂類的水解，其活性的高低直接影響著有機(jī)磷的分解轉(zhuǎn)化及其生物有效性[25]，其中酸性磷酸單酯酶對(duì)土壤磷素變化較為敏感[26]，與植物的磷素養(yǎng)分關(guān)系更為密切。本研究中，烤煙油菜輪作下土壤酸性磷酸酶活性高于烤煙連作，且差異達(dá)到顯著水平。一個(gè)輪作周期后，輪作處理的酸性磷酸酶含量提高了7.20%～13.20%，這與尤垂淮[27]的研究結(jié)論一致，但與賈健等[28]的結(jié)論存在差異，這可能與烤煙品種、采樣時(shí)期和土壤自身肥力等因素有關(guān)。除此之外，汪林等[29]通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了不同施肥對(duì)提高烤煙生育期內(nèi)土壤酶活性和供肥能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各施肥處理較不施肥均能提高土壤酸性磷酸酶活性，這與本研究結(jié)果相似。在本研究中，在烤煙各個(gè)生育時(shí)期，施肥對(duì)土壤酸性磷酸酶含量的影響表現(xiàn)為有機(jī)肥化肥配施＞單施化肥＞不施肥，除烤煙成熟期外，其余時(shí)期有機(jī)肥化肥配施、單施化肥處理與不施肥差異顯著。而在烤煙生長(zhǎng)中后期，有機(jī)肥化肥配施處理的酸性磷酸酶含量顯著高于單施化肥，原因可能是烤煙生長(zhǎng)中后期土壤溫度上升，促進(jìn)了有機(jī)肥、植物殘?bào)w的分解，土壤微生物可利用的營(yíng)養(yǎng)成分增多，活性增強(qiáng)，酸性磷酸酶活性提高，從而促進(jìn)了土壤磷素循環(huán)[30]。

相比烤煙連作，烤煙油菜輪作能顯著提高土壤全磷、有效磷含量及酸性磷酸酶活性，其中重蓉油1號(hào)提高有效磷含量和酸性磷酸酶活性效果最顯著。此外，有機(jī)肥化肥配施有利于促進(jìn)土壤磷素轉(zhuǎn)化過程，增加有效磷含量，其磷素活化能力明顯優(yōu)于單施化肥和不施肥處理。綜上，重蓉油1 號(hào)油菜與烤煙輪作和有機(jī)肥化肥配施時(shí)土壤磷素含量和有效性較高，是當(dāng)?shù)剌^優(yōu)的種植模式。