譚玉蘭　曾慶飛　韋興迪　陳超

摘要：為探明牧草輪作對烤煙地土壤養(yǎng)分及物理性狀的改良效應，以貴州省晴隆縣烤煙基地為研究對象，采取田間試驗方法，以單作烤煙為對照，連續(xù)3年研究15種不同的豆科及禾本科牧草品種與烤煙輪作對土壤養(yǎng)分和物理性狀的影響。結果表明，15個牧草品種輪作后都能增加土壤的有機質、全氮、速效氮、速效磷和速效鉀含量。其中，土壤有機質的含量以輪作豆科牧草中的紫花苜蓿與紫云英、禾本科牧草中的多花黑麥草品種的增量較大，增量均在 40 g/kg 以上;輪作牧草后全氮含量的增量在0.05～0.65 g/kg之間，而且隨著土壤有機質含量的增加而增加。與輪作前相比，15個牧草品種輪作后土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量都有不同程度的增加，增量在不同牧草品種之間存在著一定差異。經過3年烤煙—牧草的連續(xù)輪作，植煙地土壤平均容重從1.40 g/cm3降到了1.03 g/cm3，平均孔隙度從38.46%增加到了44.62%，隨著輪作年限的增加，容重和孔隙度均不斷朝著良性方向遞變，不同牧草品種之間對土壤容重和孔隙度的改變量差異不顯著。

關鍵詞：烤煙;牧草;輪作;土壤肥力;土壤物理性狀

中圖分類號： S158文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）19-0275-05

收稿日期：2018-06-28

基金項目：國家自然科學基金（編號：31560035、31560670）。

作者簡介：譚玉蘭（1991—），女，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事牧草利用及草地肥力演變方面的研究。E-mail：tanyulan1991@163.com。

通信作者：曾慶飛，博士，副研究員，主要從事土壤微生物及草地利用方面的研究，E-mail：zengqingfei2008@163.com;陳 超，博士，教授，主要從事草地草原及牧草綜合利用方面的研究，E-mail：690076748@qq.com。

牧草是畜牧養(yǎng)殖過程中的重要飼料來源，而且由于其根系生長迅速，植株繁殖能力強，覆蓋地面快，因而具有防風固沙、保持水土的作用[1]。此外，主要被種植利用的豆科及禾本科牧草，它們發(fā)達的根系在土壤中能不斷集聚有機物質，并在土壤微生物的作用下發(fā)揮膠結和團聚的作用，提高土壤腐殖質的含量，改善土壤團粒結構[2]。豆科牧草根部形成的根瘤還具有共生固氮作用，能將空氣中的游離氮分子轉化成可被植物吸收利用的化合態(tài)氮，進而提高土壤的肥力[3]。另有研究表明，在果園、茶園以及桉樹林內間作牧草，不但能改善土壤理化性狀、增加土壤養(yǎng)分含量，同時還能減少雨水沖刷及地面徑流，改善園區(qū)生態(tài)環(huán)境。劉晨在庫爾勒香梨果園間作牧草后，經測定發(fā)現，0～60 cm土層土壤有機質含量得到有效提高，其中豆科牧草的效果優(yōu)于禾本科牧草;種草區(qū)表層（0～30 cm）土壤全氮、全磷、全鉀含量顯著高于清耕區(qū);牧草形成的地面覆蓋可減少地表土壤水分蒸發(fā)，提高表層土壤含水量，調節(jié)果園氣溫和相對濕度，緩解生長季高溫干旱對樹體和果實造成的傷害，保持地溫較平緩地變化[4]。黃東風等在茶園套種百喜草、白三葉、平托花生，研究它們對土壤肥力的影響，結果表明，與沒有套種牧草的茶園相比，套種牧草的茶園土壤的pH值與有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷含量都得到了有效提高，其中套種白三葉和平托花生對土壤全氮和堿解氮含量的提高幅度最為明顯;套種牧草還使茶園的水土流失降低了25%～60%[5]。王會利等在桉樹林下套種牧草，以純桉樹林為對照，研究其對土壤肥力及地表徑流量和土壤侵蝕量的影響[6]，也得到了相似的結論。因此近年來，牧草成為輪作、間套作種植模式中優(yōu)選的作物種類。

貴州省是我國第二大烤煙生產基地，煙葉在國內烤煙生產中占有重要地位，但由于生產栽培條件等諸多原因，無輪作的烤煙種植制度普遍存在[7]。研究證明，烤煙是一種忌連作的作物，長期連作，會使土壤理化性質惡化、養(yǎng)分失調、病蟲害頻發(fā)，從而使煙葉產質量下降，而且隨著栽培年限的延長，烤煙的連作障礙會呈逐年加劇的累加效應[8]。我國已有烤煙與油菜、蒜、小麥等作物的輪作試驗，結果顯示，輪作后土壤理化性質得到改善，病蟲害降低，煙葉產量質量都有了不同程度的提高[9]。何丹等對烤煙—黑麥草、烤煙—小麥、烤煙—油菜和烤煙—休閑4種輪作模式下的供肥規(guī)律進行了研究，結果顯示，黑麥草、小麥與烤煙輪作的養(yǎng)分供應高于其他輪作方式，而烤煙—休閑地的堿解氮、銨態(tài)氮、速效鉀、有效磷的供應均低于前面3種輪作地[10]。目前，針對煙地輪作的研究主要集中在烤煙與玉米、水稻、油菜以及大蒜等作物輪作對土壤產生的影響方面[11-12]，而關于烤煙—牧草輪作對土壤養(yǎng)分及理化性狀具體影響的研究鮮有報道。本研究先后選用了15種不同的豆科及禾本科牧草與烤煙輪作，測定其對煙地土壤養(yǎng)分和物理性狀的系統(tǒng)影響，旨在為優(yōu)質烤煙生產的可持續(xù)發(fā)展以及牧草在農牧業(yè)有效結合中的紐帶作用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

輪作烤煙品種均為云煙87，2012年秋季輪作的6個牧草品種為紫花苜蓿阿爾岡金、天水紅三葉、貴州白三葉、紫云英樂平、一年生黑麥草邦德和黔草4號鴨茅;2013年秋季輪作的5個牧草品種是紫花苜蓿苜蓿王、哈密紅三葉、紫云英閩紫1號、一年生黑麥草海灣和黔南扁穗雀麥;2014年秋季輪作的4個牧草品種為紫花苜蓿金皇后、紫云英常德、一年生黑麥草特高和箭舌豌豆蘇箭3號。

1.2 試驗地概況

試驗地馬場村位于貴州省晴隆縣馬場鄉(xiāng)中部，是馬場鄉(xiāng)政府駐地。全村土地面積10.52 km2，其中水田19 hm2，旱地117 hm2，林地133 hm2，草地133 hm2。全村海拔850～1 200 m，屬中山地區(qū)，降雨量在1 050 mm左右，年均氣溫在 14 ℃ 左右，無霜期在300 d以上。土壤多為黃壤，pH值為 5～5.5。

1.3 試驗設計與田間管理

試驗采用烤煙—牧草的輪作方式。當每年的煙草葉片采收完畢后，組織農戶及時砍除煙株，挖除煙蔸，中耕松土，平整地塊，種植牧草。草種的播種方式采用條播，不施任何基肥，拉繩挖淺溝，溝深5～10 cm，行距30 cm，種子播入后覆土蓋種。播種用量分別為紫花苜蓿和紫云英4.50 g/m2，紅三葉和白三葉2.25 g/m2，箭舌豌豆9.00 g/m2，多花黑麥草和鴨茅 3.75g/m2，扁穗雀麥4.50 g/m2。

牧草輪作試驗采用大區(qū)組設計，每個煙農戶選用1～2個牧草品種，隨機連片排列。牧草的田間管理內容主要包括4個環(huán)節(jié)。（1）灌溉施肥。牧草播種前保持田間表土濕潤，幼苗出齊后，若遇持續(xù)干旱天氣，則組織煙農戶及時澆水灌溉;不施用任何基肥和追肥，以便準確測定各牧草品種的培肥能力。（2）田間除雜。在牧草苗期集中拔出田間雜草，消除雜草的競爭性生長。（3）病蟲害防治。為防止輪作牧草刈割后的傷口受土壤中的真菌等病原微生物的危害，在第1次輪作前組織農戶噴施1次多菌靈或代森鋅作為預防。（4）輪作利用。輪作的牧草在株高達到50～60 cm以后進行第1次輪作，留茬5～10 cm，以后每隔約30 d輪作1次。輪作的鮮草直接作為飼草用于肉羊的喂養(yǎng)，每次輪作牧草播種后第2年的4月上旬全部輪作完畢，牧草收獲后整地、起壟，接著進行下一季的煙苗移栽。

1.4 土壤測定項目與方法

1.4.1 牧草輪作前后土樣的采集

分別在2012年秋季牧草輪作前、2013年春季輪作牧草輪作后、2013年秋季牧草輪作前、2014年春季輪作牧草輪作后、2014年秋季輪作牧草播種前、2015年春季輪作牧草輪作后，在每個輪作牧草品種的地塊選取3個采樣點，每個采樣點采用5點取樣法，將采集的5個點的土壤充分混勻制成1個混合樣，挑出根系、秸稈、石塊、蟲體等雜物以后，在田間采用四分法棄去多余部分，最后保留1.00 kg，先后6次采集每個草種輪作地的土樣，共采集90個樣品，將采集的土樣編號后進行預處理，經風干、磨細、過篩、混勻后裝瓶，用于土壤養(yǎng)分的測定。

1.4.2 土壤養(yǎng)分的測定

每份土樣的測定內容包括有機質、全氮、速效氮、速效磷、速效鉀含量和pH值6個指標。其中土壤有機質含量采用重鉻酸鉀滴定法測定;土壤全氮含量采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定;土壤速效氮含量采用堿解擴散法測定;土壤有效磷含量采用碳酸氫鈉法測定;土壤速效鉀含量采用醋酸銨-火焰光度計法測定;pH值采用電位測定法測定[13]。每個項目平行測定3次，求平均值。

1.4.3 土壤物理性狀的測定

土壤物理性狀的測定內容包括土壤容重和土壤孔隙度。在15個牧草品種輪作前后，分別用鋁盒與環(huán)刀采集植煙地土樣各30次。土壤容重的測定采用鋁盒盛土乙醇燃燒法[13]，孔隙度的測定采用環(huán)刀取土吸水法[13]。每個項目作3次重復測定，計算平均值。全部測定工作由貴州省農業(yè)科學院草業(yè)研究所常規(guī)營養(yǎng)分析室完成。

1.5 數據處理

采用Excel 2010和SPSS 19.0進行數據統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤營養(yǎng)成分測定結果

由表1、表2和表3可知，土壤養(yǎng)分測定結果顯示，選用的15個牧草品種輪作后都能明顯提高土壤的有機質、全氮、速效氮、速效磷和速效鉀的含量，并能提高酸性土壤的pH值。輪作不同牧草品種，對提高土壤有機質、速效氮、速效磷和速效鉀含量的影響程度有所不同，說明土壤養(yǎng)分的變化與種植不同牧草品種可能存在著一定的相關性。

從表1可以看出，15個不同牧草品種與烤煙輪作后，土壤有機質含量變化差異較大，與輪作前相比，輪作后的增量為25.74 ～42.6 g/kg，總體趨向是輪作豆科牧草品種（紫花苜蓿阿爾岡金、苜蓿王、金皇后、天水紅三葉、哈密紅三葉、貴州白三葉、紫云英樂平、紫云英閩紫1號、紫云英常德及箭舌豌豆蘇箭3號）的增量優(yōu)于禾本科牧草品種（黔草4號鴨茅和黔南扁穗雀麥），其中多花黑麥草（邦德、海灣及特高）例外。豆科牧草紫花苜蓿中的苜蓿王、阿爾岡金、金皇后3個品種增量最為明顯，分別為42.60、42.06、41.20 g/kg;紫云英中的閩紫1號、常德和樂平的增量略為次之，分別為41.64、40.77、39.66 g/kg;其他豆科牧草品種如白三葉、紅三葉等的的增量均在29.8 g/kg及以上。與輪作前相比，禾本科牧草多花黑麥草中的海灣、特高及邦德的增量分別為40.94、40.67、40.03 g/kg，另外2種禾本科牧草黔草4號鴨茅與黔南扁穗雀麥的增量均在26.90 g/kg及以下，增幅較小。全氮含量在輪作牧草以后增量為0.05～0.65 g/kg，牧草品種間差異不大（表2）。

由表2、表3可知，與輪作前相比，15個牧草品種輪作后土壤中速效氮、速效磷、速效鉀的含量都有著不同程度的增加。速效氮含量增量為6.07～13.48mg/kg，其中增量最大的品種為紫花苜蓿苜蓿王、紫花苜蓿阿爾岡金、紫花苜蓿金皇后及多花黑麥草邦德，這4個牧草品種增量均在11 mg/kg以上;速效磷含量增量為1.05 ～4.17 mg/kg，其中紫花苜蓿阿爾岡金、天水紅三葉及貴州白三葉增量較大;速效鉀含量增量為 2.09～8.60 mg/kg，其中增量較大的是紫花苜蓿阿爾岡金、紫花苜蓿金皇后及天水紅三葉。由此可以看出，輪作后不同牧草品種對土壤速效氮、速效磷及速效鉀的影響程度不一樣，說明輪作不同牧草品種對土壤養(yǎng)分的貢獻程度是各不相同的。

2.2 土壤物理性狀測定結果

表4顯示，在2012年秋季輪作牧草前，植煙地土壤容重的平均值為1.40 g/cm3，2013年春季輪作牧草收割后，土壤容重平均值下降，為1.29 g/cm3，至2014和2015年春季輪作牧草收割后，土壤容重平均值分別下降至1.17、1.03 g/cm3，煙地連續(xù)3年輪作15個牧草品種后，土壤容重降低了 0.08～0.37 g/cm3;而植煙地的土壤孔隙度在2012年秋季牧草輪作前為38.46%，到2013、2014和2015年春季牧草輪作后，土壤孔隙度的平均值分別增至42.40%、43.94%和44.62%，連續(xù)3年輪作15個牧草品種后，土壤孔隙度的增加幅度為1.85%～5.13%。土壤容重降低值和土壤孔隙度的增加值在不同輪作牧草品種間差異不明顯。

土壤容重和孔隙度是代表土壤物理性狀的2個重要指標。容重越大，土壤密實程度越大，在一定范圍內，土壤容重越小，說明土壤結構、透氣透水性能越好;孔隙度越大，土壤導熱率越小，而吸收水分的效率越大。輪作前后土壤物理性狀的測定結果表明，植煙地土壤容重會隨著牧草輪作時間的延長而降低，而孔隙度則會隨著牧草輪作時間的延長而增加。隨著輪作時間的不斷延長，土壤容重逐年降低，土壤孔隙度逐年增加，標志著土壤物理性狀在朝著有利于植物生長的良性方向遞變。

3 討論與結論

輪作在農業(yè)生產過程中是一種已經被證明的行之有效的種植制度，具有減輕連作障礙、提高復種指數、改善土壤理化性質和增加土地產出等多方面的生產效果[14]，且不同的作物輪作模式具有不同的土壤改良效應[15]。黨廷輝在黃土旱塬區(qū)通過設置不同的作物輪作系統(tǒng)，經過10年的輪作培肥試驗，最后得出結論：不同輪作系統(tǒng)之間，豆科作物或豆科牧草所占比例越大，土壤養(yǎng)分含量增量越大;在輪作過程中增加豆科作物或豆科牧草的比例，能明顯改善土壤養(yǎng)分狀況，培肥地力[16]。說明在作物輪作系統(tǒng)中，牧草尤其是豆科牧草，具有重要的應用價值和生產地位。在本試驗中，所有選用的牧草品種在輪作后都能在一定范圍內提高土壤的有機質和全氮比例，增加速效氮、速效磷和速效鉀的含量，并對土壤pH值產生局部影響，而且總體趨向是輪作豆科牧草（紫花苜蓿阿爾岡金、苜蓿王、金皇后、天水紅三葉、哈密紅三葉、貴州白三葉、紫云英樂平、紫云英閩紫1號、紫云英常德及箭舌豌豆蘇箭3號）對土壤養(yǎng)分改良的貢獻大于禾本科牧草（黔草4號鴨茅和黔南扁穗雀麥）。其原因可能是，豆科牧草可以利用根瘤共生固氮，在將空氣中游離氮素轉換成自身可利用氮素的同時，還將多余的含氮化合物釋放到土壤中，增加土壤的含氮物質，同時在土壤微生物的作用下團聚土粒，形成一定量的腐殖質，增加土壤有機質和全氮的含量[17]。對于本試驗，在輪作的禾本科牧草品種中，多花黑麥草是個例外，3個品種的黑麥草在輪作后土壤有機質的含量增量都在40 g/kg以上，這與喬偉艷等用多花黑麥草和水稻輪作對稻田土壤肥力的研究結果[18]類似。產生這一結果的原因可能是，黑麥草雖不能進行共生固氮，但其根系發(fā)達，強大的須根系主要分布在10 cm厚的土壤表層，其根系生物量可達597～1 148 g/m2，甚至可以將根際周圍土壤覆蓋[18]，根系作用顯著;而最后一次輪作利用后的根蔸被直接翻耕入田，由作物根系作用和殘茬的分解作用增加了土壤中的有機質含量。

作物輪作不僅能提高土壤肥力，還能改善輪作土壤的物理性狀及土壤團粒結構。宋麗萍等在對隴中黃土高原半干旱區(qū)苜蓿—作物輪作的研究中發(fā)現，紫花苜蓿分別和小麥、玉米、馬鈴薯及谷子輪作后，土壤容重明顯下降，土壤孔隙度增加，水穩(wěn)性土壤團聚體含量也得到提高[19]。王英俊等的研究也發(fā)現，在蘋果園間作白三葉能增加土壤水穩(wěn)性團聚體平均質量直徑，降低團聚體破壞率，提高0～20 cm土層中直徑大于0.25 mm水穩(wěn)性團聚體的含量及其穩(wěn)定性，土壤結構得到明顯改善[20]。本研究在選用15個牧草品種與烤煙輪作后，都能降低土壤容重，增加土壤孔隙度，而且隨著輪作年限的增加，土壤物理性狀不斷朝著良性方向遞變，土壤平均容重從1.40 g/cm3降到了1.02 g/cm3，平均孔隙度從38%增加到了44%。其原因可能是牧草密集的根系和草蔸翻入耕地中腐熟后形成的豐富的腐殖質有利于形成良好的土壤團粒結構，從而改善土壤的容重和孔隙度。這一結果與李會科等在蘋果園套種牧草后土壤物理性質變化的研究結果[2]類似：生草區(qū)與清耕區(qū)相比，0～20 cm的表層土壤容重顯著降低，土壤孔隙度增加，且隨著生草年限的延長，土壤容重和孔隙度的變化越加明顯。說明選用牧草，無論是與別的作物輪作還是間套作，都能降低土壤容重，增加孔隙度，進而達到改善土壤物理性狀的目的。

輪作是在農業(yè)生產實踐過程中被總結出來的一項有效的技術措施，是提高作物產量、合理利用土地資源的重要途徑之一。眾多研究表明，與諸如烤煙—油菜、烤煙—小麥或烤煙—大蒜等別的輪作模式相比，牧草與烤煙輪作，不但能明顯增加土壤養(yǎng)分，提高肥效，減少病蟲害，改善土壤理化性狀[10]，調節(jié)輪作地的小區(qū)氣溫和相對濕度，而且利用冬閑地輪作牧草還能生產出供牛羊直接飼用的鮮草，為地方的牛羊養(yǎng)殖提供青草飼料，使種植與養(yǎng)殖有機結合起來，這對于促進農業(yè)與畜牧業(yè)的自然融合、優(yōu)化區(qū)域農業(yè)經濟結構，具有不可替代的橋梁和紐帶作用。本試驗主要分析不同牧草品種與烤煙輪作后，煙地土壤的營養(yǎng)成分與物理性狀的變化情況。結果證實，輪作豆科牧草與多花黑麥草能明顯提高土壤有機質及氮、磷、鉀的含量，而且速效氮、磷、鉀含量的增量在輪作不同的牧草品種之間存在一定差異;在土壤容重和孔隙度的改良效應上，供試的15種牧草品種差異不顯著。對于哪些牧草在土壤養(yǎng)分及物理性狀的改良過程中是最佳品種，這與不同地方不同的土壤類型及生態(tài)環(huán)境條件是存在著直接關聯的，而且需要作連續(xù)的對比篩選試驗才能確定。但可以肯定的是，在烤煙種植區(qū)，將煙葉采收完畢后的冬閑地用于輪作高產優(yōu)質的一年生牧草，使原來種植烤煙的一年一熟制變?yōu)榉N植烤煙—牧草的一年二熟制，是一種有利于烤煙生產的可持續(xù)發(fā)展，并能產生良好經濟效益和環(huán)境效益的耕作制度。

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