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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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]
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%。
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
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。
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%。
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。
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。
四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2019年4期