李彩斌,蔣壽安,劉青麗*,李志宏,張?jiān)瀑F,何 軼,羅貞寶,蔣雨洲,,3

(1.貴州省煙草公司 畢節(jié)市公司,貴州 畢節(jié) 551700;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081;3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),黑龍江 大慶 163391)

0 引言

【研究意義】烤煙的養(yǎng)分吸收是決定烤煙優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的影響因素之一[1]。土壤是作物生長(zhǎng)的基礎(chǔ),土壤的理化性質(zhì)影響作物養(yǎng)分的吸收利用。長(zhǎng)期大量施用化肥引發(fā)土壤板結(jié)、酸化、鹽化、營(yíng)養(yǎng)失衡和C/N失調(diào)等問(wèn)題[2],導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量日益下降[3]。良好的土壤質(zhì)量是保證作物產(chǎn)量和品質(zhì)的前提,近年來(lái),烤煙生產(chǎn)連作障礙突出[4],土壤理化性質(zhì)變差,土壤板結(jié)、酸化和肥力降低等現(xiàn)象在一定程度上嚴(yán)重制約烤煙的產(chǎn)業(yè)發(fā)展[5-6]。土壤改良技術(shù)研究有利于保障土壤的可持續(xù)利用。因此,研究生物炭不同施用量對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收與土壤理化性質(zhì)的影響具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】生物炭具有高孔隙度和比表面積大的特點(diǎn),有利于提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤pH和改善土壤微生物環(huán)境,是良好的土壤改良劑[7-8]。CUI等[9-10]研究表明,施用生物炭可有效改良土壤理化性質(zhì),增加土壤肥力,提高作物產(chǎn)量。韓曉日等[11]研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期施用生物炭可促進(jìn)氮肥利用率。夏桂敏等[12]研究指出,施用10 t/hm2生物炭可明顯提高表層土壤有效磷含量和植株磷素積累量。李影等[13]研究發(fā)現(xiàn),生物炭配施有機(jī)菌肥可促進(jìn)烤煙田間生長(zhǎng)發(fā)育,提高煙葉的兩糖和鉀含量。【研究切入點(diǎn)】近年來(lái),有關(guān)生物炭的研究主要集中于其用量、長(zhǎng)期累積效應(yīng)對(duì)土壤理化性質(zhì)或烤煙養(yǎng)分吸收的影響,有關(guān)利用生物炭改良土壤對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收特征和土壤理化性質(zhì)的影響研究鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】探究生物炭不同施用量對(duì)烤煙養(yǎng)分吸收特征和土壤理化性質(zhì)的影響,以期為烤煙優(yōu)質(zhì)栽培和土壤質(zhì)量改善提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在貴州省畢節(jié)市威寧縣黑石科技園進(jìn)行,地處104°02′E、26°47′N,屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,年均氣溫13℃,年平均降雨量917 mm。供試土壤為黃棕壤,pH 5.4、總有機(jī)碳12.2 g/kg、有效鉀196.4 mg/kg、全氮0.9 g/kg、全磷1.1 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 烤煙 供試烤煙品種為云煙87,由畢節(jié)市煙草公司提供。

1.2.2 肥料 煙稈生物炭(pH 9.2、碳48.3%、氫3.9%、氧31.4%、氮1.5%、全磷2.4 g/kg、全鉀24.4 g/kg、有效鉀16.2 g/kg、比表面積1.5 m2/g、總孔隙體積0.007 5 cm3/g、平均孔直徑20.3 nm),由貴州金葉豐農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn);煙草專用基肥(8-10-20)、過(guò)磷酸鈣(0-12-0)、硫酸鉀(0-0-50)、煙草專用提苗肥(15-8-7)和煙草專用追肥(13-0-26),均由畢節(jié)市煙草公司提供。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)3個(gè)處理：CK,常規(guī)施用化肥;T1,常規(guī)施用化肥+煙稈生物炭5 t/hm2;T2,常規(guī)施用化肥+煙稈生物炭40 t/hm2。3次重復(fù),共9個(gè)小區(qū),小區(qū)面積74.8 m2。

于2018年5月3日采用撒施方式一次性投入生物炭,并與耕層土壤迅速旋耕混合均勻后起壟待栽,之后不再施加生物炭,均為不同用量生物炭的后效觀測(cè)試驗(yàn)。于2020年4月26日移栽烤煙,每小區(qū)植煙120株,行距110 cm,株距55 cm,小區(qū)間設(shè)置保護(hù)行?；史N類及用量：煙草專用基肥525.0 kg/hm2、過(guò)磷酸鈣288.0 kg/hm2、硫酸鉀79.5 kg/hm2;追肥種類及用量：煙草專用提苗肥37.5 kg/hm2、煙草專用追肥300.0 kg/hm2。肥料總養(yǎng)分投入量為N 90.0 kg/hm2、P2O590.0 kg/hm2、K2O 225.0 kg/hm2?；视诳緹熞圃郧案C施,移栽后30 d結(jié)合中耕培土撒施追肥,田間管理按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙栽培管理模式進(jìn)行。

1.3.2 調(diào)查項(xiàng)目及方法

1) 土壤理化性質(zhì)測(cè)定。各處理分別于施肥前和采收后取樣,各小區(qū)均取距離煙株15 cm處的煙畦縱切面土壤(厚度2 cm)混合樣,3次重復(fù),去除雜物后用滅菌自封袋密封保存。參照魯如坤[14]的方法測(cè)定土壤化學(xué)成分,用濕篩法[15]測(cè)定土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體。

2) 植株養(yǎng)分含量測(cè)定。于烤煙成熟期各小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的植株1株,以根莖為中心,將壟方向55 cm、垂直方向60 cm、深20 cm的土層全部挖出,通過(guò)水洗及高密度網(wǎng)過(guò)濾,收集烤煙根系,并將每株烤煙分別按根、莖、葉分類后逐批置于烘箱中,105 ℃殺青30 min,70 ℃烘干至恒重,測(cè)定其干重;植株樣品經(jīng)濃硫酸消煮后,分別采用凱氏定氮儀、鉬銻抗比色法和火焰原子吸收法[14]測(cè)定根、莖、葉的氮、磷和鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010和SPSS 21.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理烤煙的養(yǎng)分積累特征

2.1.1 氮(N) 不同處理烤煙對(duì)養(yǎng)分的吸收累積存在差異。由表1可知,CK、T1和T2整株烤煙氮素積累量分別為29.66 mg/plot、30.89 mg/plot和19.16 mg/plot,以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高4.16%,T2降低35.39%?？緹煾⑶o和葉部位的氮素累積量分別為3.26～5.55 mg/plot、3.77～5.67 mg/plot和12.13～19.66 mg/plot,根和葉部位以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高19.55%和5.31%,T2降低29.87%和35.05%。其中,各處理烤煙根部和莖部的氮素累積量均呈顯著性差異;T1烤煙葉部和整株的氮素累積量顯著高于T2。因此,T1可較好地促進(jìn)烤煙各器官對(duì)氮素的吸收累積。

表1 不同處理烤煙的氮素積累Table 1 Nitrogen accumulation of flue-cured tobacco plants under different treatments mg/plot

2.1.2 磷(P) 由表2可知,CK、T1和T2整株烤煙磷素積累量分別為438.24 mg/plot、469.11 mg/plot和315.99 mg/plot,以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高7.04%,T2降低27.90%?？緹煾?、莖和葉部位的磷素累積量分別為39.89～79.60 mg/plot、70.21～85.47 mg/plot和205.89～304.04 mg/plot,均以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高11.89%、4.52%和6.56%,T2降低43.93%、14.15%和27.84%。各處理烤煙根部的磷素累積量均呈顯著性差異;T1烤煙葉、莖部和整株的磷素累積量均顯著高于T2。表明,T1可有效促進(jìn)烤煙各器官對(duì)磷素的吸收累積。

表2 不同處理烤煙的磷素積累Table 2 Phosphorus accumulation of flue-cured tobacco plants under different treatments mg/plot

2.1.3 鉀(K) 由表3可知,CK、T1和T2整株烤煙鉀素積累量分別為468.15 mg/plot、582.85 mg/plot和341.80 mg/plot,以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高24.50%,T2降低27.00%?？緹煾?、莖和葉部位的鉀素累積量分別為29.32～61.31 mg/plot、90.02～143.35 mg/plot和222.46～378.18 mg/plot,均以T1最高,T2最低;與CK比,T1提高31.90%、37.64%和19.10%,T2降低36.92%、13.57%和29.94%。各處理烤煙根、莖、葉部位和整株的鉀素累積量均呈顯著性差異。表明,烤煙各器官對(duì)鉀素的吸收累積以T1效果最好。

表3 不同處理烤煙的鉀素積累Table 3 Potassium accumulation of flue-cured tobacco under different treatments mg/plot

2.2 不同處理植煙土壤團(tuán)聚體的分布特征

從表4看出,不同施肥處理植煙土壤團(tuán)聚體各粒級(jí)含量不同。[0.25,2) mm和[2,+∞) mm粒級(jí)的土壤團(tuán)聚體含量分別為32.27%～46.49%和6.05%～8.99%,均隨生物炭施用量增加而降低,T2處理[0.25,2) mm粒級(jí)(中粒級(jí))的顯著低于CK,T1和T2處理[2,+∞) mm粒級(jí)(大粒級(jí))的均顯著低于CK;[0,0.25) mm粒級(jí)(小粒級(jí))的土壤團(tuán)聚體含量為44.52%～61.67%,隨生物炭施用量增加而增加,以T2最高,CK最低,各處理間均呈顯著性差異。其中,T1土壤小粒級(jí)(50.91%)和中大粒級(jí)(49.09%)團(tuán)聚體占比各約50%,表明,適量施用生物炭(T1)有利于土壤團(tuán)聚體的合理分布。

表4 不同處理植煙土壤團(tuán)聚體的分布特征Table 4 Distribution characteristics of aggregates with different size in flue-cured tobacco growing soils under different treatments %

2.3 不同處理植煙土壤的養(yǎng)分特征

從表5看出,不同施肥處理對(duì)植煙土壤的理化性質(zhì)影響不同。pH 0.60～0.65,土壤呈酸性;有機(jī)質(zhì)2.29～2.82 g/kg,依次為T2>T1>CK;全氮0.12%～0.13%,依次為T2>T1=CK;全磷0.09%～0.11%,依次為CK>T1>T2;全鉀1.13%～1.49%,依次為T2>T1>CK;堿解氮12.46%～13.90%,依次為T1>CK>T2;有效磷3.88%～4.94%,依次為T2>T1>CK;速效鉀29.46%～74.06%,依次為T2>T1>CK。其中,T2的有機(jī)質(zhì)、全鉀、有效磷和速效鉀均顯著高于T1和CK,全磷和堿解氮均顯著低于T1和CK。整體看,隨生物炭施用量增加,植煙土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、有效磷和速效鉀含量均呈增加趨勢(shì),全磷含量隨生物炭用量增加而降低,堿解氮含量變化規(guī)律不明顯。因此,適量施用生物炭有利于改善植煙土壤的理化性質(zhì)。

表5 不同處理植煙土壤的養(yǎng)分特征Table 5 Nutrient characteristics of flue-cured tobacco growing soils under different treatments

2.4 煙株養(yǎng)分與土壤團(tuán)聚體及理化性質(zhì)的相關(guān)性

從表6看出,煙株的N、P、K與[0,0.25) mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)、全N、全K、有效P、速效K和pH均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中,煙株N、P與[0,0.25) mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體、有機(jī)質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為—0.84、—0.89和—0.94、—0.97;煙株N、P、K與全N、全K呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為—0.98、—1.00、—0.88和—0.96、—0.99、—0.84;煙株K與[0,0.25) mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體和有機(jī)質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為—0.64和—0.79。煙株N、P與[0.25,2) mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.91和0.94,與土壤團(tuán)聚體平均重量直徑呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.62和0.69;煙株N與全P呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.75;煙株K與[0.25,2) mm粒級(jí)土壤團(tuán)聚體和全P呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.74和0.52;煙株N、P、K與堿解氮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.99、1.00和0.90?？煽闯?烤煙植株N、P、K與土壤團(tuán)聚體及養(yǎng)分含量關(guān)系密切。

表6 煙株養(yǎng)分積累量與土壤團(tuán)聚體及土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients between nutrients accumulation amount,physico-chemical property and soil aggregate of flue-cured tobacco plants

3 討論

生物炭含有K、Na、Ca和Mg等礦質(zhì)元素,能促進(jìn)植物生長(zhǎng)和土壤養(yǎng)分循環(huán)[15-18]。王大鳳等[19]研究表明,施用生物炭1%～2%種植糯玉米和甜高粱,均能促進(jìn)氮素的吸收積累。研究表明,生物炭不同施用量烤煙對(duì)氮、磷和鉀的吸收積累存在差異,均以煙稈生物炭5 t/hm2處理最佳,整株烤煙氮、磷和鉀積累量分別較CK提高4.16%、7.04%和24.50%;隨著生物炭施用量增加,煙稈生物炭40 t/hm2處理烤煙對(duì)氮、磷和鉀的吸收積累量降低,分別較CK降低35.39%、27.90%和27.00%,與鄭琴等[20]的研究結(jié)果相似。研究還指出,生物炭不同施用量的烤煙莖部氮素含量低于CK,可能原因是土壤中增加了碳源,微生物通過(guò)消耗土壤氮源來(lái)補(bǔ)充碳氮比,而氮素在植物體內(nèi)移動(dòng)性較強(qiáng),導(dǎo)致在庫(kù)(莖)積累的氮素向源轉(zhuǎn)移。

生物質(zhì)炭具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),能改良土壤理化性質(zhì),針對(duì)作物-土壤體系看,存在上限量,適當(dāng)?shù)厥┯蒙锾坑欣谔岣咿r(nóng)田土壤肥力[21],當(dāng)生物炭用量較低時(shí),施用生物炭能提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量和土壤微生物數(shù)量[22-24]等,從而可促進(jìn)烤煙生長(zhǎng);當(dāng)生物炭用量過(guò)大時(shí),土壤微生物種類數(shù)量、土壤微生物量碳和土壤微生物商降低[25-26],土壤代謝活性降低,進(jìn)而影響烤煙的正常生長(zhǎng)發(fā)育。因此,適量施用生物炭可改善土壤理化性質(zhì),促進(jìn)作物-土壤體系的協(xié)調(diào)發(fā)展。土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)可體現(xiàn)土壤的肥沃程度,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多可調(diào)節(jié)土壤的緊實(shí)度、孔隙度、水、肥、氣和熱等。有研究指出,生物質(zhì)炭可改良土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力,促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收利用[27-28]。研究表明,隨著生物炭施用量增加,土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體[0,0.25) mm粒級(jí)含量增加,可能是由于生物炭具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu),可增加土壤孔隙度,降低土壤容重[29],農(nóng)田土壤投入生物炭后,導(dǎo)致小粒徑的土壤團(tuán)聚體含量增加;煙稈生物炭5 t/hm2處理有利于土壤團(tuán)聚體的合理分布,從而改善植煙土壤的理化性質(zhì)。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,烤煙養(yǎng)分(氮、磷、鉀)積累量與土壤團(tuán)聚體粒級(jí)分布及土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)。因此,構(gòu)建農(nóng)田良好的耕層結(jié)構(gòu),有利于促進(jìn)植物養(yǎng)分的高效利用,但關(guān)于如何調(diào)控介導(dǎo)植物根系的構(gòu)建,從而影響植物養(yǎng)分吸收利用的相關(guān)機(jī)理仍需進(jìn)一步探究。

4 結(jié)論

通過(guò)長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),烤煙生長(zhǎng)以常規(guī)施用化肥+煙稈生物炭5 t/hm2方式最佳,可提高植煙土壤地力,改良土壤環(huán)境,促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的合理分布及烤煙對(duì)養(yǎng)分的吸收積累。