楊佳宜, 陳 燾,,肖艷松,李宏光,黎 娟,李 強,穰中文,周清明*

(1.湖南農業(yè)大學農學院，湖南 長沙 410128; 2.湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000)

【研究意義】煙草是我國重要的經濟作物之一，在國民經濟中占有重要地位，烤煙產質量的提高對我國經濟發(fā)展具有重要的意義。我國人多地少和糧煙土壤的競爭使得煙草輪作的條件大受限制[1]，煙草連作成為烤煙種植的普遍現(xiàn)象，連作常導致作物生長發(fā)育不良，品質及產量下降，抗病能力降低[2-3],且長期不合理的耕作制度使得土壤營養(yǎng)環(huán)境逐步變劣，長期大量施用化肥也使得植煙土壤結構變差，煙葉營養(yǎng)比例失調，進而使煙葉產質量受到影響[4]，土壤成為提高烤煙產質量的重要障礙因子，因此改良土壤，提高地力成了提高煙葉質量、實現(xiàn)烤煙生產可持續(xù)發(fā)展的必要途徑，與傳統(tǒng)耕作模式相比，我國科研工作者從耕作技術、土壤改良等多個方面展開研究?！厩叭搜芯窟M展】深松耕能夠改善土壤結構，增加土壤的滲水透氣能力，有效提高土壤含水率，降低土壤容重[5]。深耕或深松可以打破犁底層的障礙，有效改善耕層土壤結構，有利于作物根系的生長和分布[6]。碳材料作為土壤改良劑已經應用于多種作物的生產，在國內外諸多領域得到廣泛關注[7-10],施用碳材料可以改善土壤理化性狀并且提高作物的產量[11-17]，有機碳材料還可以顯著提高氮肥利用效率,且與其他有機或無機肥配施能提高作物產量[18]，碳材料施入土壤后可以調節(jié)土壤容重和土壤孔隙度，有利于微團聚體團聚成更大粒級的團聚體?！颈狙芯壳腥朦c】與傳統(tǒng)耕作模式相比，垂直耕作形成全碎全松耕層[19]，粉壟耕作技術由廣西農業(yè)科學院于2008年首次提出，垂直耕作機械由廣西五豐有限公司研發(fā)提供，該機械帶有垂直螺旋鈷頭,可根據(jù)作物種植深度需求,利用螺旋鉆頭垂直旋轉入土30～50 cm，粉碎土壤[20]。垂直耕作不擾亂土層,同時可擴建土壤養(yǎng)分庫和水庫[21],促進作物充分利用土壤養(yǎng)分。垂直耕作技術目前已在木薯、馬鈴薯、甘蔗、玉米、水稻、桑樹等作物上進行了試驗，與傳統(tǒng)耕作法相比，經濟產量均有不同程度的提高[22-27]。目前，垂直耕作應用于煙草的研究還鮮有報道?！緮M解決的關鍵問題】本試驗從優(yōu)化耕作技術和碳短板補齊的角度，利用垂直耕作技術開展構建合理耕作層和全耕作層土壤培肥的技術研究，明確耕作措施和培肥措施對土壤和煙葉產質量的影響效果，從而有針對性的解決湖南植煙土壤障礙引起的煙葉產量水平不理想的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年3-8月在郴州市桂陽縣仁義鄉(xiāng)梧桐村汪山組進行，試驗地地理位置：25°46′01″N，112°41′15″E，海拔250 m。桂陽縣屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫17.2 ℃，年平均日照時數(shù)1705.4 h，年平均降雨量1385.2 mm，夏季高溫少雨，冬季偏暖，雨雪甚少。試驗田塊土壤類型屬于水稻土，質地為壤土，其基本理化性狀為：pH 7.07，全氮含量2.06 g/kg，全磷含量0.99 g/kg，全鉀含量20.68 g/kg，有機質含量31.97 g/kg，堿解氮含量175.75 mg/kg，有效磷含量56.30 mg/kg，速效鉀含量338.33 mg/kg。

1.2 試驗設計

供試品種為湘煙5號，試驗田塊土壤類型屬于麻沙泥，質地為壤土，前作為水稻。本試驗選取2種有機碳材料：腐殖酸粉和水稻秸稈，設計4個處理(對照)：T1垂直耕作+施加腐殖酸；T2垂直耕作+秸稈還田；T3垂直耕作不加外源有機碳；最后增加常規(guī)耕作且不施加外源有機碳處理作為對照CK，垂直耕作的耕作深度為30 cm。試驗用苗均為漂浮育苗，于3月18日統(tǒng)一移栽，7月8號完成采收，株行距為50 cm×120 cm，施肥方式和田間管理參照郴州優(yōu)質煙葉生產技術手冊。

1.3 觀測項目與方法

觀察記載各處理的生育進程，每處理選取有代表性的煙株10株，于移栽后20、40、60和80 d測定煙株株高、葉數(shù)、最大葉長、最大葉寬等農藝性狀，測定方法參考YC/142-1998。分別于移栽后20、40、60和80 d取樣，每次每個處理取代表性的根系完好的整株煙株3株，并將煙株分器官烘干、稱重、粉碎、保存?？緹煶墒炱谠诿總€小區(qū)使用五點取樣法挖取壟體上10 cm深處的土壤樣品，檢測各處理土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量[28]，煙葉收獲烘烤后采用C3F等級的烤后煙葉樣品進行主要化學成分分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office 2007和SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，多重比較檢驗方法為LSD法。

2 結果與分析

2.1 外源有機碳輸入結合垂直耕作對土壤養(yǎng)分和pH的影響

由表1可知，T1、T2處理的土壤pH值顯著高于T3，T3處理的土壤pH值顯著高于CK；T1、T2處理的土壤有機質含量顯著高于T3處理和CK，而T3處理的有機質含量顯著低于CK，有效磷、速效鉀、堿解氮的含量從大到小均是T1>T2>T3>T4，且差異顯著，其中，T1、T2和T3的有效磷含量較CK分別增加了72.70 %，68.81 %和35.99 %，T1、T2和T3的速效鉀含量較CK分別增加47.91 %，46.57 %和24.28 %，T1、T2和T3的堿解氮含量較CK分別增加79.08 %，78.06 %和40.58 %，可見垂直耕作結合外源有機碳施入能有效改善土壤中的速效養(yǎng)分含量，且能顯著提高土壤pH值。

表1 外源有機碳施入結合垂直耕作對土壤養(yǎng)分和pH的影響

2.2 外源有機碳輸入結合垂直耕作對煙株農藝性狀的影響

由表2可知，前2個時期CK的多項農藝性狀指標顯著高于垂直耕作的3個處理，移栽后20 d時，CK的各項農藝性狀指標均顯著高于T1、T2、T3，移栽后40 d時各處理間株高與葉片數(shù)沒有顯著差異，T1、T2的最大葉長顯著高于T3，最大葉面積CK仍顯著高于T1、T2、T3，移栽后60 d時的株高和最大葉面積從大到小為T1>T2>T3>CK，其中T1和T2間差異不顯著，T1、T2與T3和CK差異均顯著，移栽后80 d時，最大葉面積從大到小為T1>T2>T3>CK，株高與最大葉長從大到小為T2>T1>T3>CK，各項指標的T1和T2間差異不顯著，T1、T2與T3和CK差異顯著。

2.3 外源有機碳輸入結合垂直耕作對烤煙根系的影響

移栽后各時期垂直耕作處理的煙株根系比常規(guī)耕作處理有更多的一級側根數(shù)，根系更發(fā)達，移栽后80 d時施加外源有機碳處理的垂直耕作處理的一級側根數(shù)極顯著高于不加碳材料的垂直耕作處理。由表3可見，移栽后20 d時，各處理間的根系活力沒有顯著差異，這一時期T1、T2、T3 3個處理的煙株生長較緩慢。移栽后40 d時根系下扎深度和根系干重兩項指標各處理間均無顯著差異，CK的根系活力顯著低于T1、T2。移栽后60 d時，根系活力從大到小為T1>T2>T3>CK，其中T1和T2兩者間差異不顯著，其余各組差異顯著，根系下扎深度從大到小為T1>T2>T3>CK，只有T3和CK間的差異達到顯著，根干重從大到小為T2>T1>T3>CK，其中只有T2與T1間差異不顯著。移栽后80 d時，根系活力、根系下扎深度和根干重從大到小均為T1>T2>T3>CK，且T1與T2差異未達到顯著，而T1、T2與T3，T3與CK差異均達到顯著水平。說明垂直耕作后有利于煙株根系生長和干物質的積累，垂直耕作結合外源有機碳的施入則比單一的垂直耕作處理更有利于煙株根系生長。

表3 不同外源有機碳施入結合垂直耕作對移栽后不同時間烤煙根系的影響

2.4 外源有機碳輸入結合垂直耕作對烤煙干物質積累的影響

由表4可知，在移栽后20 d時，常規(guī)耕作處理的整株煙株鮮重和干重極顯著高于垂直耕作處理，同時CK的干鮮比顯著高于各垂直耕作處理。移栽后40 d時，常規(guī)耕作處理干鮮重顯著優(yōu)于垂直耕作處理，各處理間干鮮比沒有顯著差異。移栽后60 d時，T1、T2兩處理間干鮮重和干鮮比沒有顯著性差異，T1、T2的煙株鮮干物質量顯著優(yōu)于T3，T3煙株鮮干物質量顯著優(yōu)于CK，各處理間干鮮比沒有顯著差異。移栽后80 d時，T1、T2處理的鮮干重極顯著高于T3處理，T3處理的鮮干重極顯著高于CK，T1、T2兩處理的干鮮比顯著高于CK。移栽后80 d時，2個施加外源有機碳的垂直耕作處理T1和T2較T3的干物質量分別高出16.95 %和18.08 %，T3較CK干物質量高出15.44 %，可見垂直耕作結合外源有機碳施入有利于烤煙整株干物質量的積累，且比僅僅垂直耕作處理的整株煙的干物質量多15 %以上。

表4 不同外源有機碳施入結合垂直耕作對烤煙干物質積累的影響

表5 不同外源有機碳施入結合垂直耕作對烤后煙化學性狀的影響

2.5 外源有機碳輸入結合垂直耕作對化學指標的影響

由表5可見，C3F等級的烤后煙葉T1、T2的總糖還原糖含量顯著高于T3、T3的總糖還原糖含量顯著高于CK，T1、T2、T3的總糖含量較CK分別增長2.14 %，1.89 %，1.10 %，T1、T2、T3的還原糖含量較CK分別增長2.00 %，2.05 %，0.97 %，煙堿含量各處理間沒有顯著差異，垂直耕作處理的氮堿比顯著高于常規(guī)對照，垂直耕作處理糖堿比顯著高于CK，T1、T2、T3糖堿比較CK分別高8.77 %，7.94 %，4.54 %，氯離子含量均處于適宜范圍，由高到低排序為T3>T2>CK>T1。

可見垂直耕作處理的烤后煙葉較常規(guī)耕作處理總糖還原糖含量、糖堿比和氮堿比更高，施加外源有機碳的垂直耕作處理烤后煙葉的多項指標顯著優(yōu)于單獨垂直耕作處理的烤后煙葉。

3 討 論

土壤垂直耕作后能夠大大增加土壤的耕層深度，楊章明[29]等研究結果顯示,煙地深翻可以顯著提高煙株農藝性狀并顯著提高煙葉質量。本試驗采用垂直耕作技術，耕作深度達到30 cm，大大提高了土壤釋放養(yǎng)分的潛力[30]，本試驗中垂直耕作處理的烤煙農藝性狀在移栽后60 d后顯著優(yōu)于常規(guī)耕作處理，增施外源有機碳可以改善土壤養(yǎng)分，提高土壤中氮磷鉀的含量[11,31]，且由于外源有機碳具有堿性[32]，因此施加外源有機碳可提高土壤的pH值[33]，這與本試驗研究結果一致。本試驗中施加外源有機碳的垂直耕作處理有機質含量顯著高于CK，而不施加外源有機碳的垂直耕作處理的有機質含量顯著低于CK，這與前人研究發(fā)現(xiàn)的施加碳材料能顯著增加土壤中有機質含量的結果不一致[34-35]，這可能是因為垂直耕作后煙株根部吸收養(yǎng)分能力增強，消耗了更多的土壤本底有機質含量。

煙地深耕能改善土壤結構從而改善作物根系生長環(huán)境,擴大根系的吸收范圍[36-37]，外源有機碳施入可促進烤煙前期根系生長，同時可延緩烤煙生長后期根系衰老，保持一定的根系活力，有研究表明碳材料能夠增加水稻生育前期根系總長度、根體積和鮮重,而在水稻生育后期,碳材料能夠提高根系活度,延緩其衰老[38]。移栽后20 d時各處理根系沒有顯著差異，從移栽后40 d開始垂直耕作處理的根系顯著優(yōu)于常規(guī)耕作處理，這與前人研究結果有些許差異[39]，這可能是因為垂直耕作后土壤耕作層增加，土壤的養(yǎng)分庫容量增大，前期根系能從垂直耕作后的土壤中吸收的養(yǎng)分相對變少，后期在更深層次的土壤中能比常規(guī)耕作處理的煙株根系吸收更多的養(yǎng)分。施用碳材料可以顯著提高烤煙的生物量，促進煙株生長[40-41],這與本試驗研究結果一致，且本試驗中垂直耕作結合外源有機碳輸入對根系產生的促進作用使得煙株積累干物質能力更強。潘金華等[42]研究了施用碳材料對烤煙品質的影響,結果表明施用有機碳材料烤后煙葉的煙堿與全氮含量有所下降,還原糖含量有所增加，糖堿比有所優(yōu)化，這與本研究結果基本一致，垂直耕作措施結合有機碳的輸入使得煙株吸收土壤養(yǎng)分能力更強，因此烤后煙葉的化學成分更協(xié)調。

4 結 論

外源有機碳輸入結合垂直耕作可以很明顯地改善耕層土壤的物理特性，同時提高耕層土壤中氮磷鉀及有機質含量，受益于土壤理化性狀的提升，烤煙根系的生長發(fā)育得到明顯提高，其中側根數(shù)的顯著增加能夠提升煙株吸收養(yǎng)分的能力，煙株地下部分生長發(fā)育的提升帶動了地上部分生長發(fā)育的提升，煙株的農藝性狀及干物質量得到顯著提高，調節(jié)了B2F及C3F烤后煙葉的化學性狀，證明了外源有機碳輸入結合垂直耕作可以有效改善土壤養(yǎng)分失衡和質量下降的問題，為垂直耕作后的土壤快速培肥技術提供一定的理論基礎。