王浩田，姜超強(qiáng)，蔣瑀霽，陳利軍，祖朝龍，孫 波*

皖南沿江平原不同年限煙-稻輪作土壤團(tuán)聚體組成與烤煙產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)系①

王浩田1,2，姜超強(qiáng)3，蔣瑀霽1，陳利軍1,2，祖朝龍3，孫 波1*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008； 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，合肥 230031)

在安徽省皖南池州和宣城主要植煙區(qū)開展試驗(yàn)，研究了皖南沿江平原區(qū)典型水稻土在煙–稻輪作下團(tuán)聚體組成變化與烤煙產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)系。試驗(yàn)共選擇9個輪作年限田塊，其中池州4個，分別為煙–稻輪作0(即種植單季稻)、2、4、9 a，宣城5個，分別為煙-稻輪作1、3、5、8、12 a。結(jié)果表明：池州地區(qū)煙–稻輪作土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量隨輪作年限增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；宣城地區(qū)煙-稻輪作1 a時土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量顯著高于其他輪作年限土壤，且此級團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間顯著負(fù)相關(guān)。綜合池州、宣城兩地，隨著輪作年限的增加，烤煙產(chǎn)量降低，但池州地區(qū)煙葉隨著輪作年限的增加，中、上部葉中氯含量呈現(xiàn)下降趨勢，上部葉中鉀/氯比呈增加趨勢；宣城地區(qū)其他輪作年限煙葉中、上部葉中糖/堿比均高于輪作1 a煙葉，且輪作5 ~ 8 a內(nèi)適合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)(變化穩(wěn)定)。同時，池州地區(qū)上部煙葉刺激性和干燥感評分隨著輪作年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢；宣城地區(qū)上部葉香氣特性評分隨著輪作年限增加而增高。池州和宣城兩地土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，且產(chǎn)量均受土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體pH的顯著影響。池州地區(qū)土壤中2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與煙葉中總糖含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。通過建立隨機(jī)森林模型發(fā)現(xiàn)，池州地區(qū)煙葉中總糖含量受土壤堿解氮含量影響顯著。土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與理化性質(zhì)對皖南煙區(qū)烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要作用，通過施用秸稈、有機(jī)肥和土壤改良劑等高效培育土壤團(tuán)聚體的施肥方式，可以改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，提升煙田土壤質(zhì)量，保障安徽皖南烤煙適產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和風(fēng)味獨(dú)特。

土壤團(tuán)聚體組成；烤煙；產(chǎn)量；品質(zhì)；煙稻輪作

烤煙是一種忌連作的作物，烤煙連作會增加煙草土傳病害和地下害蟲的危害，影響煙株的正常生長。合理輪作可以調(diào)節(jié)不同作物對營養(yǎng)元素的需要，有利于煙草的生長。水旱輪作可以減輕如地老虎、煙草根結(jié)線蟲等病蟲害的影響[1]。對烤煙連作、輪作4a的定位試驗(yàn)表明，輪作煙葉中致香物質(zhì)含量大多數(shù)高于連作煙葉，連作土壤有效磷和有效鉀含量明顯地高于輪作土壤；輪作土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、全鉀等理化性質(zhì)均高于連作土壤[2]。煙-稻輪作制可以改良土壤，減輕煙、稻兩種作物的病、蟲、草害，提高兩種作物的產(chǎn)量[3]。煙-稻輪作，在生態(tài)學(xué)和植物學(xué)上是協(xié)調(diào)的，生育期也是可配合的，煙草和水稻可以連年輪作[4]。南方有條件的稻區(qū)種煙，推廣煙-稻輪作制，能克服煙糧爭地矛盾[5]。研究表明，煙-稻輪作對煙葉的產(chǎn)量、產(chǎn)值、抗逆性、內(nèi)外在質(zhì)量等均有提高，煙-稻輪作有利于煙葉生產(chǎn)[6]。目前關(guān)于煙-稻輪作制度下，土壤團(tuán)聚體對烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究較少，亟需開展系統(tǒng)研究以深入認(rèn)識。

安徽省煙葉種植區(qū)域廣，煙田的地形地貌、土壤類型、耕作和輪作管理方式多樣，因此煙田土壤肥力水平差異顯著。安徽烤煙種植區(qū)以丘陵和平原為主，植煙土壤的主要類型包括水稻土、黃棕壤和紅壤，輪作方式以煙-稻輪作為主，占全區(qū)種植面積的90% 以上。其中宣城和池州市是主要的煙葉產(chǎn)區(qū)，地處皖南山區(qū)及長江下游平原，土壤類型是沿江平原區(qū)典型水稻土，兩地是安徽烤煙生產(chǎn)的最適宜區(qū)域。然而，在安徽煙區(qū)不同氣候-土壤-輪作類型區(qū)，針對土壤肥力的演變機(jī)制及其與煙草品質(zhì)的關(guān)系缺乏系統(tǒng)的和長期的研究。烤煙的品質(zhì)和特色除受品種的影響外，土壤肥力是最為重要的影響因素。土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤肥力的基礎(chǔ)和核心，土壤團(tuán)聚體通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，最終影響作物的生長及其產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。

目前亟需針對典型煙區(qū)，摸清“輪作方式-施肥方式-種植培肥時間”耦合對團(tuán)聚體形成的影響，全面探查不同煙-稻輪作年限、不同施肥管理方式下土壤肥力演變規(guī)律及其對煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，建立團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)、數(shù)量和功能性質(zhì)與烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系，從土壤學(xué)角度揭示安徽煙區(qū)烤煙獨(dú)特風(fēng)味的形成機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在安徽省池州市東至縣張溪鎮(zhèn)(30°17￠05.581￠￠N，117°04￠59.603￠￠E)和宣城市黃渡鄉(xiāng)(30°48￠42.643￠￠N，118°52￠02.284￠￠E)進(jìn)行。其中，池州市氣候溫暖，四季分明，雨量充足，光照充足，無霜期長，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.5°C，年均降水量1 400 ~ 2 200 mm。單季稻土壤pH為5.04，有機(jī)質(zhì)含量為15.89 g/kg，黏粒含量為450 g/kg；煙-稻輪作土壤pH為5.27，有機(jī)質(zhì)含量為16.75 g/kg，黏粒含量為420 g/kg。宣城市氣候類型為亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，季風(fēng)氣候明顯，四季較分明，無霜期長，并且夏雨集中，年均溫度為 15.6℃，年均降水量在1 200 ~ 1 500 mm。煙-稻輪作土壤pH為5.00，有機(jī)質(zhì)含量為16.21 g/kg，黏粒含量為440 g/kg。池州和宣城兩地水稻土成土母質(zhì)為河湖相沉積物，土壤類型為潴育型水稻土。

供試烤煙品種為云煙87，由安徽省煙草公司提供。于2017年1月20日育苗，3月22日移栽，行距1.2 m，株距0.5 m，6月10日第一次采收，7月15日采收結(jié)束。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置9個處理，池州地區(qū)為：煙-稻輪作0(即種植單季稻)、2、4、9 a；宣城地區(qū)為：煙-稻輪作1、3、5、8、12 a。煙草季常規(guī)施肥量為：N 7.63 kg/667m2、P2O513.09 kg/667m2、K2O 26.90 kg/667m2。水稻季常規(guī)施肥量為：N 8.35 kg/667m2、P2O53.75 kg/667m2、K2O 3.75 kg/667m2。期間并配合煙稈(450 kg/667m2)、稻稈(400 kg/667m2)還田。煙草季肥料作基肥施一次性條施；水稻季專用肥作基肥，尿素在插秧后表面撒施作基肥。

1.3 樣品采集與測定

煙草成熟期采集土壤表層(0 ~ 20 cm)樣品，每個小區(qū)利用土鉆按S型采集8個點(diǎn)，混合均勻后用四分法取2 kg左右土樣用于測定分析。用干篩法測定土壤團(tuán)聚體組成，將土壤篩分成>5、2 ~ 5、1 ~ 2、0.25 ~ 1、<0.25 mm共5級團(tuán)聚體。采用比重計(jì)法測定土壤顆粒組成，電位測定法測定土壤pH，烘干法測定土壤含水量，重鉻酸鉀法測定土壤有機(jī)質(zhì)，乙酸銨測定土壤陽離子交換量，重鉻酸鉀–硫酸消化法測定土壤全氮，高氯酸–硫酸酸溶–鉬銻抗比色法測定土壤全磷，原子吸收分光光度法測定土壤全鉀，堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮，碳酸氫鈉法測定土壤有效磷，原子吸收分光光度法測定土壤速效鉀，2 mol/L KCl浸提-流動分析儀測定土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮[8]。

采集中、上部煙葉用作烤煙化學(xué)成分分析?？偺?、還原糖含量按照NY/YCT002—2001《煙草及煙草制品中水溶性糖的測定》進(jìn)行測定；煙葉中鉀測定方法按照YC/T173—2003《煙草及煙草制品鉀的測定火焰光度法》進(jìn)行測定；煙葉中煙堿按照YC/T34—1996《煙草及煙草制品總植物堿的測定光度法》進(jìn)行測定；煙葉中氯含量按照YC/T153—2001《煙草及煙草制品氯含量的測定方法》進(jìn)行測定。糖/堿比為煙葉總糖含量與煙堿含量的比值；鉀/氯比為鉀含量與氯含量的比值。

1.4 煙葉感官評吸評分指標(biāo)

中、上部煙葉初烤后去青去雜，經(jīng)溫度22℃和相對濕度60% 環(huán)境平衡含水率48 h 后，由安徽中煙工業(yè)公司技術(shù)中心進(jìn)行評吸。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與分析方法

采用Excel 2016 和 SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)用Duncan法；采用R語言軟件的Random forest軟件包構(gòu)建隨機(jī)森林模型，以及 rfUtilities和rfPermute軟件包分析模型的顯著性。

2 結(jié)果

2.1 不同煙-稻輪作年限對土壤團(tuán)聚體理化性質(zhì)的影響

研究結(jié)果表明(表1 ~ 2)，池州地區(qū)單季稻土壤各級團(tuán)聚體pH高于輪作土壤團(tuán)聚體的pH；宣城地區(qū)土壤團(tuán)聚體pH在輪作1a和3 a時最低，輪作5a和8 a時顯著提高，輪作12 a時下降(除<0.25 mm級團(tuán)聚體外)。池州地區(qū)單季稻各級土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量高于輪作土壤，0.25 ~ 1 mm和2 ~ 5 mm團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量在輪作9 a時提高，1 ~ 2 mm和 >2 mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量在各輪作土壤間無顯著差異，同時，< 0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量單季稻和輪作土壤間無顯著差異；宣城地區(qū)輪作1 a時各級土壤團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量高于其他輪作年限土壤，在輪作3a時土壤各級團(tuán)聚體有機(jī)質(zhì)含量最低，隨后隨著輪作年限的增加有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。

從全量養(yǎng)分含量看，池州地區(qū)單季稻土壤各級團(tuán)聚體全氮含量高于輪作土壤，但單季稻和輪作土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體全氮含量無顯著差異；宣城地區(qū)輪作1 a時各級土壤團(tuán)聚體全氮含量顯著高于其他輪作年限土壤，隨后隨著輪作年限的增加全氮含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。池州地區(qū)單季稻和相對短輪作年限土壤全鉀含量高于相對長輪作年限土壤；宣城地區(qū)隨著輪作年限的增加土壤全鉀含量整體呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但< 0.25 mm團(tuán)聚體單季稻和輪作土壤全鉀含量無顯著差異。

從速效養(yǎng)分含量看，池州地區(qū)單季稻土壤<2 mm各級團(tuán)聚體堿解氮含量高于輪作土壤；宣城地區(qū)輪作1 a時各級土壤團(tuán)聚體堿解氮含量顯著高于其他輪作年限土壤，隨后隨著輪作年限的增加堿解氮含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。池州地區(qū)單季稻土壤<2 mm團(tuán)聚體有效磷含量低于輪作土壤，>2 mm 團(tuán)聚體無顯著差異；宣城地區(qū)各級土壤團(tuán)聚體有效磷含量呈現(xiàn)波動趨勢，即隨輪作年限增加呈現(xiàn)先降低后增加再后降低再增加的趨勢。池州地區(qū)單季稻土壤<2 mm團(tuán)聚體速效鉀含量低于輪作土壤，輪作土壤<2 mm團(tuán)聚體速效鉀含量隨著輪作年限增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，>2 mm團(tuán)聚體速效鉀含量無顯著性差異；宣城地區(qū)輪作1 a時各級土壤團(tuán)聚體速效鉀含量顯著高于其他輪作年限土壤。

2.2 不同煙-稻輪作年限對土壤團(tuán)聚體組成情況的影響

由圖1可知，池州地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量隨煙-稻輪作年限增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。宣城地區(qū)煙-稻輪作1 a時土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量顯著高于其他輪作年限土壤。池州地區(qū)土壤0.25 ~ 1 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間顯著正相關(guān)，<0.25 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間極顯著正相關(guān)；宣城地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間顯著負(fù)相關(guān)(圖2)。

表1 池州地區(qū)不同煙–稻輪作年限下土壤團(tuán)聚體的理化性質(zhì)

注：表中同列不同小寫字母表示同一粒徑團(tuán)聚體不同輪作年限間差異達(dá)<0.05顯著水平；下同。

表2 宣城地區(qū)不同煙–稻輪作年限下土壤團(tuán)聚體的理化性質(zhì)

(圖中同一系列上不同小寫字母表示不同輪作年限間差異顯著(P<0.05))

(圖中*和***分別表示相關(guān)性達(dá)P<0.05和P<0.001顯著水平)

2.3 不同煙-稻輪作年限對烤煙產(chǎn)量的影響

綜合池州、宣城兩地烤煙產(chǎn)量結(jié)果(表3)，可以看出，隨著煙-稻輪作年限的增加，烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價都降低，池州地區(qū)土壤輪作2 a時烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價顯著高于輪作9 a。宣城地區(qū)土壤輪作1 a時烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值顯著高于輪作8、12 a，且均價顯著高于輪作12 a。

2.4 不同煙-稻輪作年限對烤煙煙葉化學(xué)成分的影響

烤煙品質(zhì)主要取決于兩方面，化學(xué)成分含量和各成分之間的平衡?？緹熤小⑸喜繜熑~常規(guī)化學(xué)成分受不同輪作年限的影響結(jié)果見表4。池州地區(qū)，隨著煙-稻輪作年限的增加，烤煙中、上部葉中氯含量呈現(xiàn)下降趨勢，其中輪作9 a時中、上部葉中氯含量較輪作2 a分別降低了36.8%、15.0%；輪作4 a時煙葉中糖/堿比達(dá)到最高；上部葉中鉀/氯比隨著輪作年限增加呈增加趨勢。宣城地區(qū)輪作1 a烤煙中、上部葉中氯和煙堿含量高于其他輪作年限；輪作5 a生產(chǎn)的中、上部葉氯含量較輪作1 a分別降低了68.9% 和69.8%；輪作12 a生產(chǎn)的中、上部葉煙堿含量較輪作1 a分別降低了58.7% 和39.4%；其他輪作年限煙葉中、上部葉中糖/堿比均高于輪作1 a煙葉，且輪作5 ~ 8 a內(nèi)適合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)(變化穩(wěn)定)，煙葉中、上部葉中鉀/氯比均高于輪作1 a煙葉，且輪作5 a時煙葉中、上部葉鉀/氯比較輪作1 a煙葉分別提高了65.6% 和68.9%。

表3 不同煙-稻輪作年限對烤煙產(chǎn)量的影響

注：表中同列小寫字母不同表示不同輪作年限間差異顯著(<0.05)。

表4 不同煙-稻輪作年限對烤煙中、上部煙葉常規(guī)化學(xué)成分的影響

2.5 不同煙-稻輪作年限對烤煙評吸的影響

感官評吸是衡量煙葉香味品質(zhì)最直接、最客觀的方法。由表5可知，宣城地區(qū)烤煙中部葉的香氣特性得分均高于上部葉，且對于煙氣特性，兩地上部葉煙氣濃度和勁頭均高于中部葉，但中部葉細(xì)膩度均高于上部葉。

池州地區(qū)上部煙葉刺激性和干燥感評分隨著輪作年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢；宣城地區(qū)上部葉香氣特性評分隨著輪作年限增加而增高。

2.6 土壤團(tuán)聚體與烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系

對土壤各級團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖3)，池州和宣城兩地土壤2 ~ 5 mm 團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，兩者之間的關(guān)系可以用公式=a+b 來表示(表示烤煙產(chǎn)量，表示每千克土壤2 ~ 5 mm 團(tuán)聚體含量)。同時，池州地區(qū)(圖4)土壤每千克土壤中2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與煙葉中總糖呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。

通過建立2 ~ 5 mm團(tuán)聚體理化性質(zhì)對烤煙產(chǎn)量的隨機(jī)森林模型發(fā)現(xiàn)(圖5)，池州地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體全鉀含量和pH對烤煙產(chǎn)量的影響最為顯著，當(dāng)移除全鉀含量和pH兩種理化因子時，均方差(MSE)各自增加量為5.89% 和5.13%。宣城地區(qū)硝態(tài)氮含量和pH對烤煙產(chǎn)量影響最顯著，當(dāng)移除宣城土壤硝態(tài)氮和pH兩種理化因子時，MSE增加最多，MSE各自增加量分別為7.90% 和7.76%。

通過建立2 ~ 5 mm團(tuán)聚體理化性質(zhì)對烤煙品質(zhì)的隨機(jī)森林模型發(fā)現(xiàn)(圖6)，池州地區(qū)煙葉中氯含量受硝態(tài)氮和全鉀含量影響顯著，總糖含量受堿解氮含量影響顯著，糖/堿比受pH和速效鉀含量顯著影響。同時，宣城地區(qū)煙葉中氯含量受硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)含量影響顯著，煙堿含量受銨態(tài)氮、速效鉀含量影響顯著，糖/堿比受銨態(tài)氮、CEC和全磷含量影響顯著，鉀/氯比受全鉀含量顯著影響。

表5 不同煙-稻輪作年限下烤煙中、上部煙葉評吸質(zhì)量的影響

圖4 土壤團(tuán)聚體含量與烤煙總糖含量的關(guān)系

3 討論

土壤團(tuán)聚體被認(rèn)為是土壤養(yǎng)分的儲存庫，其數(shù)量的增加表明土壤供儲養(yǎng)分能力的增強(qiáng)，并且同時為微生物和植物根系提供了能量和養(yǎng)分來源[9]。不同粒級的團(tuán)聚體在營養(yǎng)元素的保持、供應(yīng)及轉(zhuǎn)化等方面發(fā)揮著不同的作用[10]。有研究用13C示蹤法證明大團(tuán)聚體比微團(tuán)聚體含有更多的有機(jī)碳，這其中的原因主要是團(tuán)聚體層次性機(jī)制現(xiàn)象(hierarchy concept model)[12-13]，微團(tuán)聚體形成后，再形成大團(tuán)聚體，大團(tuán)聚體由形成的小團(tuán)聚體通過無機(jī)、有機(jī)膠結(jié)物質(zhì)膠結(jié)作用形成[14]。相對小團(tuán)聚體，大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳更容易礦化，而微團(tuán)聚體中的有機(jī)碳主要以高度腐殖化的惰性組分為主[15]，且外源新碳施入量越多，全土和各粒徑團(tuán)聚體新碳含量越高，且團(tuán)聚體粒徑越大，其分配新碳的比例越高[16]。相比小團(tuán)聚體，大團(tuán)聚體含有更多的碳、氮、顆粒狀有機(jī)質(zhì)和不穩(wěn)定性有機(jī)質(zhì)等[17]?？緹熓且环N忌連作的作物，合理輪作可以調(diào)節(jié)不同作物對營養(yǎng)元素的需要，有利于烤煙的生長。相比旱-旱輪作，在水-旱輪作的水耕熟化過程中，土壤有機(jī)質(zhì)在淹水條件下嫌氣分解，分解過程較緩慢，腐殖質(zhì)形成和轉(zhuǎn)化較明顯，土壤有機(jī)質(zhì)及大團(tuán)聚體的含量也相應(yīng)增加[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，池州地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量隨輪作年限增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，而宣城地區(qū)土壤輪作1 a時2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量顯著高于其他輪作年限。隨著植煙年限的增加，紫色土和水稻土粒徑大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量降低，土壤團(tuán)聚體黏結(jié)劑破壞，其黏結(jié)能力也隨之下降，這說明植煙年限對土壤大團(tuán)聚體的破壞較大[19]。

(圖中*表示影響達(dá)P<0.05顯著水平，下同)

圖6 土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體理化性質(zhì)對烤煙品質(zhì)的貢獻(xiàn)率

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤肥力的基礎(chǔ)和核心。土壤團(tuán)聚體通過影響土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)過程，最終影響作物的生長及產(chǎn)量[16]。本研究結(jié)果表明，皖南沿江平原區(qū)典型水稻土2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量顯著相關(guān)，說明當(dāng)?shù)赝寥来髨F(tuán)聚體對烤煙產(chǎn)量有著顯著影響。孫天聰?shù)萚20]研究表明，2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與土壤有機(jī)NO– 3-N含量之間呈顯著正相關(guān)；而0.25 ~ 1 mm團(tuán)聚體與土壤全氮含量以及NO– 3-N含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。表明土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)會通過改變土壤養(yǎng)分供應(yīng)等方式深刻影響烤煙的生長發(fā)育，從而影響烤煙產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，池州地區(qū)土壤除<0.25 mm團(tuán)聚體外，單季稻土壤各級團(tuán)聚體pH均顯著高于其他輪作年限土壤，這可能是由于淹水使土壤趨近中性。宣城地區(qū)，相對較長輪作年限可使團(tuán)聚體pH顯著提高，這說明輪作年限增加有利于團(tuán)聚體pH的提升。同時，池州和宣城兩地土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。有關(guān)研究表明，長期施肥對褐土耕層2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量影響最大，特別是有機(jī)和無機(jī)肥配施有利于該級團(tuán)聚體的形成，且2 ~ 5 mm團(tuán)聚體是有機(jī)質(zhì)、全氮和硝態(tài)氮的主要載體，這與本研究結(jié)果相似[21]。長期施肥對土壤團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定產(chǎn)生直接或間接的影響，進(jìn)而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分在團(tuán)聚體中的分布發(fā)生變化。研究表明，長期施用有機(jī)肥能夠改變土壤團(tuán)聚體的分布，增加>2 mm 團(tuán)聚體含量[22]。池州和宣城地區(qū)兩地土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體pH均對烤煙產(chǎn)量的影響最為顯著。有研究表明，土壤pH對總球囊霉素相關(guān)土壤蛋白(T-GRSP)和難提取球囊霉素蛋白(DE-GRSP)有重要影響，尤其是對難提取球囊霉素蛋白影響顯著，且難提取球囊霉素蛋白對土壤大團(tuán)聚體形成具有重要作用[23-24]。

煙葉的品質(zhì)對燃吸的影響很大，煙堿高低顯著影響人體產(chǎn)生的生理刺激，糖含量影響吃味和口感，內(nèi)在物質(zhì)的協(xié)調(diào)性可以通過糖/堿比來體現(xiàn)，糖/堿比高則煙葉煙氣柔和、純凈，反之煙葉煙氣粗糙，勁頭較大，鉀離子和氯離子影響燃燒性[25]。在池州、宣城兩地試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對中長年限煙-稻輪作可以降低煙葉中氮、煙堿、氯含量，維持煙葉中總糖和還原糖的相對平衡，協(xié)調(diào)較為合理的糖/堿比和鉀/氯比，有利于優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。對烤煙連作、輪作4 a定位試驗(yàn)比較結(jié)果表明，輪作煙葉中致香物質(zhì)含量大多高于連作煙葉。土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與煙葉中總糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，且總糖含量受堿解氮含量影響顯著?？緹熆偺呛颗c土壤肥力水平密切相關(guān)，土壤氮素水平直接影響到烤煙總糖、煙堿含量等品質(zhì)指標(biāo)[26-27]。

明確不同輪作年限下團(tuán)聚體組成與烤煙品質(zhì)的定量關(guān)系，可以保障安徽皖南煙區(qū)實(shí)現(xiàn)烤煙提質(zhì)增效目標(biāo)。通過建立施用秸稈、有機(jī)肥和土壤改良劑高效培育土壤團(tuán)聚體的施肥方式，可提升煙田土壤質(zhì)量，消除土壤障礙因子，保障安徽皖南烤煙適產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和風(fēng)味獨(dú)特。

4 結(jié)論

1) 池州地區(qū)土壤0.25 ~ 1 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間顯著正相關(guān)，<0.25 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間極顯著正相關(guān)；宣城地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體所占比例與輪作年限之間顯著負(fù)相關(guān)。

2) 隨著輪作年限的增加，烤煙產(chǎn)量、產(chǎn)值、均價均降低，但池州地區(qū)煙葉中、上部葉中氯含量下降，上部葉中鉀/氯比增加。宣城地區(qū)輪作1 a的煙葉中、上部葉中氯和煙堿含量高于其他輪作年限，其他輪作年限煙葉中、上部葉中糖/堿比均高于輪作1 a煙葉，且輪作5 ~ 8 a內(nèi)適合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)(變化穩(wěn)定)。池州地區(qū)上部煙葉刺激性和干燥感評分隨著輪作年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢；宣城地區(qū)上部葉香氣特性評分隨著輪作年限增加而提高。

3) 池州和宣城土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與烤煙產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，且池州地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體全鉀含量和pH對烤煙產(chǎn)量的影響最顯著，而宣城地區(qū)烤煙產(chǎn)量受硝態(tài)氮含量和pH的影響最顯著。

4) 池州地區(qū)土壤2 ~ 5 mm團(tuán)聚體含量與煙葉中總糖含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系，煙葉中總糖含量受土壤堿解氮含量影響顯著。

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Relationship Between Soil Aggregate Composition with Yield and Quality of Flue-cured Tobacco Under Different Rice-tobacco Rotation Years in Yangtse Plain South Anhui

WANG Haotian1,2, JIANG Chaoqiang3, JIANG Yuji1, CHEN Lijun1,2, ZU Chaolong3, SUN Bo1*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China;2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Tobacco Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

In order to investigate the effects of tobacco-rice rotation on the physical and chemical properties of soil aggregates, aggregates composition, yield and quality of tobacco leaves, field surveys were conducted in the tobacco growing areas in Chizhou and Xuancheng, located in the Yangtse plain of southern Anhui Province. In total 9 tobacco-growing fields in Chizhou and Xuancheng were surveyed and sampled, including single cropping rice (0 a), tobacco-rice rotation of 2 a, 4 a and 9 a in Chizhou; tobacco-rice rotation of 1 a, 3 a, 5 a, 8 a and 12 a in Xuancheng. The results showed that 2-5 mm aggregate content in Chizhou increased initially and then decreased with the increase of rotation year; 2-5 mm aggregate content of 1 a rotation soil in Xuancheng was significantly higher than those of other rotation years, and the proportion of 2-5 mm aggregates was negatively correlated with rotation year. With the increase of rotation year, tobacco yield decreased, but chlorine content decreased in middle and upper leaves and K/Cl ratio in upper leaves increased in Chizhou; Sugar-alkali ratio in middle and upper leaves of other rotation years in Xuancheng was higher than that of 1 a rotation, and 5-8 a rotation were suitable for high quality tobacco production. The scores of irritability and dryness of upper leaves in Chizhou showed a downward trend with the increase of rotation year, while the scores of aroma characteristics of upper leaves in Xuancheng increased with the increase of rotation year. There was a significant positive correlation between 2-5 mm aggregate content and tobacco yield in Chizhou and Xuancheng, and the yield was significantly affected by pH of 2-5 mm aggregates in the two areas. There was a significant positive correlation between the content of 2-5 mm aggregates and the content of total sugar in tobacco leaves in Chizhou. The content of total sugar in tobacco leaves in Chizhou was significantly affected by the content of soil available nitrogen. The content and physicochemical properties of 2-5 mm aggregates play an important role in yield and quality of tobacco in southern Anhui. It is necessary to apply straw, organic fertilizer and soil amendments in the farmlands in order to effectively cultivate soil aggregates, improve soil aggregate structure, improve soil quality, and ensure the appropriate, stable, high-quality and unique flavor of flue-cured tobacco in southern Anhui.

Soil aggregate composition; Flue-cured tobacco; Yield; Quality; Tobacco-rice rotation

S158.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.05.026

王浩田, 姜超強(qiáng), 蔣瑀霽, 等. 皖南沿江平原不同年限煙–稻輪作土壤團(tuán)聚體組成與烤煙產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)系. 土壤, 2020, 52(5): 1057–1067.

安徽省煙草公司科技項(xiàng)目(20170551022)和安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2019YL039、2020YL059)資助。

王浩田(1994—)，男，甘肅天水人，碩士研究生，主要從事土壤微生物生態(tài)研究。E-mail: htwang@issas.ac.cn