閆 靜，時(shí)仁勇*，王昌軍，李德成，李九玉，徐仁扣，孫光偉，李建平，陳振國(guó)，孫敬國(guó)*

不同改良劑對(duì)酸性煙田的改良效果及其對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響①

閆 靜1，時(shí)仁勇1*，王昌軍2，李德成1，李九玉1，徐仁扣1，孫光偉2，李建平2，陳振國(guó)2，孫敬國(guó)2*

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 湖北省煙草科學(xué)研究院，武漢 430030)

為比較不同改良劑的煙田應(yīng)用效果，本研究通過(guò)田間試驗(yàn)探究了堿渣、牡蠣粉和石灰3種改良劑對(duì)酸性煙田土壤酸度、烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響。結(jié)果表明，3種改良劑施用均有效提高土壤pH，降低交換性酸和可溶性鋁(Al)的含量，提升土壤交換性鹽基陽(yáng)離子含量。堿渣對(duì)土壤酸度的改良效果最佳，可使土壤pH提高0.38個(gè)單位，交換性酸和可溶性Al含量降低90.9% 和39.8%。同時(shí)，堿渣處理中土壤交換性Ca2+和Mg2+含量分別增加了72.8% 和91.9%。隨著土壤性質(zhì)的改善，3種改良劑均促進(jìn)了烤煙的生長(zhǎng)，提升了煙葉產(chǎn)量與內(nèi)在品質(zhì)。3種改良劑使煙葉產(chǎn)量增加6.0% ～ 9.5%，上等煙比例提高4.0% ～ 16.9%，產(chǎn)值增加11.7% ～ 19.5%，凈增收益增加4 593.00 ～ 9 270.30元/hm2，其中堿渣的增產(chǎn)增收幅度最大。此外，改良劑的施用優(yōu)化了烤煙化學(xué)成分組成，其中牡蠣粉處理煙葉的品質(zhì)最佳?？傮w看，利用堿渣改良酸性煙田具有廣泛的應(yīng)用前景，但在實(shí)際應(yīng)用中，需注意控制堿渣Na和Cl元素含量。

酸性煙田；堿渣；牡蠣粉；石灰；土壤酸度；烤煙

煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)量與品質(zhì)與土壤酸堿度密切相關(guān)[1]。酸性或微酸性(pH 5.5 ～ 6.5)土壤環(huán)境更適宜優(yōu)質(zhì)煙草的生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，我國(guó)不同地區(qū)連續(xù)多年種植煙草后，煙田土壤pH呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)[2-3]，pH < 5.0的強(qiáng)酸性和5.0 < pH < 5.5的弱酸性植煙土壤比例升高[4-5]。第二次全國(guó)土壤普查結(jié)果顯示，我國(guó)2.4%的植煙土壤pH低于4.5，18.6% 的植煙土壤pH介于4.5 ～ 5.5，這些酸性土壤的理化性質(zhì)差，鐵鋁及重金屬活性高，抑制了根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[6]。此外，土壤酸化也是煙草青枯病爆發(fā)的重要誘因[7]?？梢?jiàn)，煙田土壤酸化嚴(yán)重影響烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)，亟需有效的調(diào)控措施，提升酸性煙田土壤質(zhì)量，恢復(fù)其生產(chǎn)力。

施用堿性物料是改良酸性土壤的常用方法。石灰是傳統(tǒng)的酸性土壤改良劑，可與土壤中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，提高土壤pH，促進(jìn)Al3+水解生成沉淀，進(jìn)而緩解植物鋁毒害，提高作物產(chǎn)量[8]。施用1 500 kg/hm2的生石灰可使安徽煙稻輪作酸性水稻土pH提高0.52個(gè)單位[6]。此外，石灰中豐富的Ca2+可與土壤交換性Al3+發(fā)生交換反應(yīng)，增加土壤中交換性Ca2+的含量，降低交換性Al3+含量，進(jìn)一步改善土壤酸化狀況。然而，石灰作為不可再生資源，長(zhǎng)期大量施用不僅會(huì)導(dǎo)致石灰資源的耗竭也會(huì)引發(fā)土壤板結(jié)、養(yǎng)分失衡、土壤微生物數(shù)量降低等問(wèn)題[9]，最終導(dǎo)致土壤肥力下降。

近年來(lái)，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深化，工農(nóng)業(yè)堿性副產(chǎn)品逐漸被用于酸性土壤改良，其中堿渣和牡蠣粉兩類(lèi)新型改良劑展現(xiàn)出較為廣泛的應(yīng)用前景。堿渣是氨堿法純堿的副產(chǎn)品，呈堿性，富含鈣鎂營(yíng)養(yǎng)元素。研究表明添加4 g/kg堿渣可使酸性茶園土壤pH提高0.5個(gè)單位，交換性酸降低75% 以上[10]。Shi等[11]將堿渣用于林下酸性土壤改良，發(fā)現(xiàn)施用5 t/hm2和10 t/hm2堿渣3 a后，表層土壤pH仍可提高約0.7和1.5個(gè)pH單位，交換性酸降低48% 以上。然而，目前堿渣對(duì)酸性煙田土壤的改良和增產(chǎn)增收效果尚不清楚。由牡蠣殼經(jīng)粉碎煅燒制成的牡蠣粉主要成分為碳酸鈣和氧化鈣，在中和土壤酸度的同時(shí)可補(bǔ)充大量鈣離子。有研究將牡蠣粉用于酸性煙田土壤改良，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，牡蠣粉可使土壤pH提高0.77個(gè)單位，煙草青枯病發(fā)病率降低36.67%，煙葉增產(chǎn)9.3%，相較于石灰，牡蠣粉在改良酸性煙田和預(yù)防煙草青枯病發(fā)病方面展現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)[12-13]。目前基于工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品形成的酸性土壤改良劑種類(lèi)繁多，但對(duì)不同改良劑的改良效果與經(jīng)濟(jì)效益缺少田間條件下的對(duì)比研究。本文選取堿渣、牡蠣粉和石灰作為研究對(duì)象，通過(guò)大田試驗(yàn)比較了3種改良劑對(duì)酸性煙田的改良效果和對(duì)烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)及其經(jīng)濟(jì)效益的影響。研究結(jié)果可為酸性煙田改良劑的篩選與應(yīng)用提供參考，助力煙農(nóng)增產(chǎn)增收。

1 材料與方法

1.1 供試土壤和改良劑

試驗(yàn)田塊位于湖北省利川市(30°29′′ N，108°93′′ E)，年均氣溫12.3 ℃，無(wú)霜期232 d，年均降水量為1 300 mm。供試煙田地勢(shì)平坦，灌溉條件良好。供試土壤為碳酸鹽母質(zhì)發(fā)育黃棕壤，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本性質(zhì)

所用石灰購(gòu)自湖北恩施一家石灰廠公司，主要成分為生石灰(CaO)，成本價(jià)格為500元/t。牡蠣粉購(gòu)自安徽國(guó)禎生態(tài)科技公司，pH 11.9，CaO、MgO和SiO2含量分別為190、17和42 g/kg，成本價(jià)格為1 300元/t。堿渣為連云港堿業(yè)有限公司免費(fèi)提供，pH為8.50，堿度822 cmol/kg，CaO、MgO、SiO2和Cl–含量分別為243.5、59.3、44.6和59.6 g/kg[14]。堿渣和牡蠣粉中重金屬含量均低于中國(guó)(2018年)用于農(nóng)業(yè)的污水污泥標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：①不施改良劑的對(duì)照組；②1 500 kg/hm2石灰；③1 500 kg/hm2牡蠣粉；④ 3 750 kg/hm2堿渣。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。改良劑施用方式為土壤表層均勻撒施后20 cm旋耕3次混勻，起壟機(jī)起壟，壟高20 cm。小區(qū)面積26.4 m2，種植40株煙苗，種植行距為0.12 m，株距為0.55 m。煙草品種選用云煙87，打頂株高110 ～ 118 cm，生育期110 ～ 115 d。各處理土壤施肥量均按純氮90 kg/hm2施用煙草專(zhuān)用肥(N︰P︰K為1︰1︰2)，磷肥和鉀肥則按N︰P2O5︰K2O=1︰2︰3比例通過(guò)施用過(guò)磷酸鈣和硝酸鉀進(jìn)行補(bǔ)齊。2021年5月6日移栽，2021年7月6日打頂，2021年7月15日進(jìn)行第一次采烤。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤 各小區(qū)土壤樣品通過(guò)多點(diǎn)取樣均勻混合法，分別在烤煙移栽前和采摘結(jié)束后采集植株周?chē)韺?0 ～ 20 cm)土壤樣品，樣品經(jīng)風(fēng)干、去雜、研磨后，過(guò)10目和60目孔篩備用。測(cè)定指標(biāo)包括：土壤pH(電位測(cè)定法，1︰2.5土水質(zhì)量比)、交換性酸(KCl浸提，酸堿滴定法)、交換性鹽基陽(yáng)離子(乙酸銨浸提，Ca2+和Mg2+測(cè)定采用原子吸收分光光度法，K+和Na+測(cè)定采用火焰光度法)、可溶性單核Al和聚合態(tài)Al(8-羥基喹啉比色法)，具體測(cè)定方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[15-16]。

1.3.2 煙草 按照YC/T 142—2010《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法》[17]，分別在煙株生長(zhǎng)團(tuán)棵期、打頂期測(cè)定株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)和最大葉寬等農(nóng)藝性狀。每小區(qū)隨機(jī)觀測(cè)記錄5棵煙株并掛牌標(biāo)記。

煙葉成熟時(shí)，各小區(qū)分別分批單采單烤成熟煙葉。煙葉采摘后均勻放入烤房中，按照變黃階段–定色階段–干筋階段的三段式量化烘烤工藝進(jìn)行掛牌烘烤調(diào)制。烘烤完成后按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行挑選分級(jí)，稱(chēng)重獲得產(chǎn)量和上等煙比例，并按照湖北省利川市煙葉收購(gòu)價(jià)格核計(jì)各小區(qū)煙葉均價(jià)和產(chǎn)值(產(chǎn)量×均價(jià))，根據(jù)改良劑成本估算凈增收益。收集烤后中部煙葉為測(cè)定樣品，45 ℃條件下烘干磨細(xì)過(guò)60目孔篩，參照國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)連續(xù)流動(dòng)分析儀分別測(cè)定煙葉煙堿、總氮、還原糖、總糖、鉀以及氯含量[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)使用Excel和SPSS 20.0進(jìn)行多重比較、方差分析等相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑對(duì)土壤酸度和可溶性鋁含量的影響

土壤pH和交換性酸分別是土壤酸度的強(qiáng)度和容量指標(biāo)。由表2可知，施用酸性土壤改良劑后，煙田土壤pH均有所提高，土壤交換性酸含量相應(yīng)降低。在煙苗移栽前，各處理土壤pH高低順序?yàn)閴A渣>石灰>牡蠣粉>對(duì)照；烤煙采摘結(jié)束后，各處理土壤pH高低順序?yàn)椋簤A渣>牡蠣粉>石灰>對(duì)照。各處理土壤交換性酸含量大小與土壤pH高低順序呈相反趨勢(shì)。這是由于改良劑通過(guò)堿性物質(zhì)中和土壤酸度，提高土壤pH，進(jìn)而促使交換性Al發(fā)生水解和沉淀反應(yīng)，降低交換性Al含量[15]。

3種改良劑中，堿渣對(duì)土壤酸度的改良效果最好，在移苗前和采收后分別使土壤pH提高0.39和0.15個(gè)單位，交換性Al含量降低90.9% 和55.3%。按施用量計(jì)算，單位堿渣施用量對(duì)土壤酸度的改良效果與石灰的效果相當(dāng)(施用量1 500 kg/hm2，pH提高0.16個(gè)單位/)。因此，本研究中堿渣改良土壤酸度效果優(yōu)于石灰應(yīng)歸因于其相對(duì)較高的施用量。煙苗種植后，堿渣對(duì)土壤酸度的改良效果有所降低，說(shuō)明烤煙種植過(guò)程中存在土壤復(fù)酸化過(guò)程。石灰對(duì)土壤酸度的改良效果在前期優(yōu)于牡蠣粉，后期弱于牡蠣粉。可見(jiàn)，牡蠣粉改良土壤酸度的持效性?xún)?yōu)于生石灰。該現(xiàn)象與姬佳旗[13]的研究結(jié)果一致，其原因可能是石灰中堿性物質(zhì)以CaO為主，反應(yīng)活性高，易被消耗或淋失，而牡蠣粉中含有部分碳酸鹽，與土壤酸反應(yīng)相對(duì)緩慢。

可溶性Al是導(dǎo)致酸性土壤植物鋁毒害的直接原因[19]。土壤溶液Al的存在形態(tài)可分為單核Al和聚合態(tài)Al。通常認(rèn)為，單核Al是毒害植物的主要形態(tài)，其中以Al3+的植物毒害作用最強(qiáng)。研究表明，當(dāng)Al3+濃度高于4 μmol/L時(shí)，植物根系即可表現(xiàn)出鋁毒效應(yīng)[20]。圖1表明，施用堿渣、牡蠣粉和石灰分別使土壤溶液?jiǎn)魏薃l濃度降低58.7%、39.9% 和24.4%，一定程度上降低了土壤可溶性總Al濃度。隨著土壤pH增加，土壤溶液Al逐漸發(fā)生水解、聚合、沉淀等反應(yīng)，其濃度呈指數(shù)降低。3種改良劑中堿渣處理土壤pH最高，因此其溶液Al濃度最低。各改良劑處理土壤溶液中聚合態(tài)Al濃度均略有增加(圖1)，這與土壤pH提升促進(jìn)單核Al的聚合反應(yīng)有關(guān)。

表2 添加不同酸性土壤改良劑對(duì)煙田土壤交換性酸的影響

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫(xiě)字母不同表示同一采樣時(shí)期不同處理間差異達(dá)<0.05顯著水平，下表同。

(圖柱上方小寫(xiě)字母相同表示處理間差異不顯著(P>0.05)

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2.2 不同改良劑對(duì)土壤交換性鹽基陽(yáng)離子的影響

土壤交換性鹽基陽(yáng)離子含量是酸性土壤肥力的重要體現(xiàn)。3 種改良劑對(duì)土壤交換性鹽基陽(yáng)離子具有不同程度的影響。堿渣、石灰和牡蠣粉分別使土壤交換性Ca2+含量增加72.8%、43.6%、8.7%。此外，堿渣一定程度上提高了土壤交換性Mg2+和Na+含量，石灰和牡蠣粉則對(duì)土壤交換性Mg2+和Na+含量影響不大(表3)。單位施用量下，石灰對(duì)土壤交換性Ca2+的提升效果優(yōu)于堿渣。這與3種改良劑中Ca、Mg元素含量及存在形態(tài)有關(guān)，石灰Ca含量較堿渣和牡蠣粉高，而堿渣中Mg含量顯著高于石灰和牡蠣粉。牡蠣粉對(duì)土壤交換性Ca2+、Mg2+含量影響相對(duì)較小的原因可能還與牡蠣粉中Ca、Mg元素以碳酸鹽形式存在，反應(yīng)速度相對(duì)較慢有關(guān)[21]。相較于對(duì)照處理，3種改良劑處理土壤交換性K+含量略有降低。一方面，改良劑中大量Ca2+、Mg2+置換交換性K+，促使K+淋溶損失；另一方面，改良劑施用促進(jìn)了煙草生長(zhǎng)，增加了煙草根系對(duì)土壤K+的吸收。因此，在施用堿渣、石灰或牡蠣粉改良酸性煙田的同時(shí)需注意鉀肥的補(bǔ)充。土壤表面負(fù)電荷密度是衡量酸性土壤保肥能力的重要指標(biāo)。表3表明，堿渣和石灰施用分別使土壤有效負(fù)電荷量(ECEC)增加19.8% 和15.4%，增強(qiáng)了酸性煙田土壤的保肥能力，牡蠣粉則對(duì)土壤ECEC影響不大。土壤ECEC增加的原因，一方面是土壤pH提升導(dǎo)致土壤可變負(fù)電荷量增加；另一方面，堿渣中SO42–等陰離子的專(zhuān)性吸附也對(duì)土壤有效負(fù)電荷密度的增加有所貢獻(xiàn)[22]。

2.3 不同改良劑對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響

由表4可知，堿渣、牡蠣粉和石灰處理均促進(jìn)了團(tuán)棵期和打頂期烤煙的生長(zhǎng)，其中堿渣處理效果最佳，可使團(tuán)顆期煙株株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)和葉寬分別提高13%、15%、7.5% 和3.4%，使打頂期煙株株高、莖圍、最大葉長(zhǎng)和葉寬分別提高11%、25%、5.7% 和12%。石灰和牡蠣粉在團(tuán)棵期和打頂期烤煙生長(zhǎng)的促進(jìn)效果有所不同。石灰處理烤煙在團(tuán)棵期的生長(zhǎng)狀況略?xún)?yōu)于牡蠣粉處理，而牡蠣粉處理打頂期烤煙生長(zhǎng)狀況略?xún)?yōu)于石灰處理。這一規(guī)律與不同時(shí)期石灰和牡蠣粉對(duì)土壤酸度的改良效果一致?？梢?jiàn)，石灰在烤煙生長(zhǎng)前期可更好地改良土壤酸度，促進(jìn)烤煙生長(zhǎng)，而牡蠣粉在后期可更好地發(fā)揮改良作用。

表3 不同改良劑對(duì)煙田土壤表面交換性鹽基陽(yáng)離子含量的影響

表4 不同酸性土壤改良劑對(duì)烤煙團(tuán)棵期和打頂期植株農(nóng)藝性狀的影響

2.4 不同改良劑對(duì)烤煙品質(zhì)的影響

烤煙中化學(xué)成分組成是影響煙葉內(nèi)在品質(zhì)的重要因素。鉀對(duì)烤煙的燃燒性具有積極作用，煙堿含量影響煙氣香味，總氮決定了烤煙的吸食勁頭和刺激性，還原糖可提高烤煙的醇和度，氯含量影響煙葉的彈性、膨脹性等物理性質(zhì)。表5表明，3種改良劑處理顯著降低了煙葉煙堿和總氮含量，氮堿比增加，趨近于優(yōu)質(zhì)烤煙的水平(煙堿1.50% ～ 3.50%、總氮1.50% ～ 4.0%、氮堿比0.8 ～ 1.2)[23]，其中堿渣和牡蠣粉處理中煙葉煙堿和總氮均符合優(yōu)質(zhì)煙葉標(biāo)準(zhǔn)。牡蠣粉和石灰顯著降低了煙葉總糖和還原糖含量，使其趨于優(yōu)質(zhì)水平(總糖18.00% ～ 22%[24]、還原糖18% ～ 24%[25])，而堿渣處理則呈相反趨勢(shì)。3種改良劑處理煙葉中還原糖與煙堿的比例仍趨于優(yōu)質(zhì)水平(8 ～ 12)[23]。

堿渣和牡蠣粉處理中煙葉鉀含量明顯低于對(duì)照和石灰處理，說(shuō)明在施用堿渣和牡蠣粉改良酸性煙田過(guò)程中需加強(qiáng)鉀肥投入。由于堿渣中氯含量(59.6 g/kg)較高[14]，施用堿渣處理使煙葉中總氯的含量較對(duì)照增加近兩倍，但仍處于質(zhì)控范圍之內(nèi)(< 0.60%)。根據(jù)烤煙化學(xué)成分質(zhì)量評(píng)價(jià)體系[25]對(duì)各處理煙葉品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)表明，3種改良劑均一定程度上提升了烤煙的品質(zhì)，其中牡蠣粉處理中煙葉質(zhì)量評(píng)分最高，其次為石灰，堿渣對(duì)煙葉內(nèi)在品質(zhì)的提升作用相對(duì)較弱。

2.5 不同改良劑對(duì)烤煙經(jīng)濟(jì)效益的影響

表6表明，堿渣、牡蠣粉和石灰均顯著提高了煙葉產(chǎn)量，其中堿渣對(duì)煙葉增產(chǎn)效果最佳(增產(chǎn)9.5%)。堿渣、牡蠣粉和石灰均提高了上等煙比例，其中牡蠣粉和堿渣處理與對(duì)照差異顯著，并且牡蠣粉處理上等煙比例最高，較對(duì)照提高9個(gè)百分點(diǎn)。按照煙草行業(yè)不同等級(jí)煙葉收購(gòu)價(jià)格計(jì)算，堿渣、牡蠣粉和石灰分別使煙葉均價(jià)提高9.1%、7.4% 和3.3%。產(chǎn)值比較發(fā)現(xiàn)，堿渣處理煙田產(chǎn)值最高，其次為牡蠣粉和石灰處理?？紤]不同改良劑成本計(jì)算凈增收益，堿渣處理煙田凈增收益達(dá)9 270.30元/hm2，是石灰和牡蠣粉處理2倍左右。由于牡蠣粉成本遠(yuǎn)高于石灰，因此，牡蠣粉處理煙田雖然產(chǎn)值高于石灰處理，但其凈增收益卻略低于石灰。綜合看，堿渣相較于石灰和牡蠣粉提升酸性煙田烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)效果相當(dāng)甚至更優(yōu)，加之作為氨堿法制堿工業(yè)副產(chǎn)品，堿渣具有成本低廉優(yōu)勢(shì)。因此，堿渣改良酸性煙田經(jīng)濟(jì)效益最高，更有助于煙農(nóng)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。

表5 不同酸性土壤改良劑對(duì)煙葉化學(xué)成分及指標(biāo)評(píng)分的影響

表6 不同酸性土壤改良劑對(duì)烤煙產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論與結(jié)論

近年來(lái)，酸沉降、過(guò)量氮肥施用以及烤煙收獲，使得長(zhǎng)期植煙土壤呈現(xiàn)明顯酸化趨勢(shì)[2]。施用堿性改良劑是改良酸性煙田、提高烤煙產(chǎn)量與品質(zhì)、助力煙農(nóng)增產(chǎn)增收的重要措施[26]。堿渣作為一類(lèi)新型酸性土壤改良劑，已有研究將其應(yīng)用于農(nóng)田、茶園、林地的酸性土壤改良，并取得顯著成效[10-11，27]。本研究率先將堿渣應(yīng)用于酸性煙田改良，改良效果和增產(chǎn)增收效益顯著。

土壤可溶性Al和交換性Al是酸性土壤抑制煙草生長(zhǎng)的關(guān)鍵限制因素[28]。研究表明，適宜優(yōu)質(zhì)烤煙生長(zhǎng)的土壤pH為5.5 ～ 6.5[1]，此時(shí)土壤交換性Al和可溶性Al含量極低，對(duì)烤煙根系生長(zhǎng)影響較小。本研究中，單位施用量的堿渣與石灰對(duì)土壤酸度的改良效果相當(dāng)。施用3 750 kg/hm2的堿渣可使土壤pH升至5.28，交換性Al3+降至1.0 mmol/kg，可溶性單核Al濃度低于3 μmol/L，此時(shí)土壤活性Al對(duì)烤煙生長(zhǎng)的限制作用較弱[28]。施用1 500 kg/hm2的石灰和牡蠣粉的酸性煙田土壤pH在5.0左右，交換性Al3+含量可達(dá)8.0 mmol/kg，存在限制烤煙生長(zhǎng)的可能[28]，因此，需進(jìn)一步提高石灰和牡蠣粉的施用量。

相較于石灰和牡蠣粉，堿渣能夠同時(shí)提高土壤交換性Ca2+、Mg2+含量以及ECEC，起到平衡養(yǎng)分和提升土壤保肥能力的作用。牡蠣粉和生石灰則僅能提高土壤交換性Ca2+含量，長(zhǎng)期施用極易引起土壤鹽基陽(yáng)離子養(yǎng)分的失衡，導(dǎo)致土壤地力下降[29]。值得注意的是，堿渣處理土壤中交換性Na+呈增加趨勢(shì)，而K+有所降低。這可能對(duì)煙草生長(zhǎng)過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)狀況產(chǎn)生不利影響。因此，在施用堿渣改良酸性煙田時(shí)需注意控制其N(xiāo)a+含量，同時(shí)注意鉀肥的補(bǔ)充。

隨著土壤性質(zhì)的改善，3種改良劑均一定程度上促進(jìn)了烤煙的生長(zhǎng)，提升了煙葉產(chǎn)量和內(nèi)在品質(zhì)。堿渣對(duì)烤煙的增產(chǎn)效果最佳，牡蠣粉則更有利于烤煙品質(zhì)的提升。3種改良劑處理煙葉中煙堿、總氮、總鉀含量均呈下降趨勢(shì)。牡蠣粉和石灰處理中還原糖、總糖以及總氯含量同樣明顯降低。這可能與土壤pH的提升有關(guān)。已有研究表明，在酸性pH范圍內(nèi)，煙葉中煙堿、總氮、總鉀含量均與土壤pH呈負(fù)效應(yīng)關(guān)系[30]。潘金華等[31]在對(duì)皖南旱坡地紅壤煙田的改良研究中得到相似結(jié)果。與石灰和牡蠣粉處理相反，堿渣增加了煙葉中還原糖和總糖含量，說(shuō)明堿渣相較于牡蠣粉和石灰對(duì)煙草碳代謝途徑可能存在不同影響[32]，該影響機(jī)制有待從生理角度進(jìn)一步探明。煙草對(duì)氯敏感，堿渣中氯含量較高，導(dǎo)致煙葉總氯含量大幅增加。研究表明，適量施用氯肥，能夠促進(jìn)煙株生長(zhǎng)，增強(qiáng)抗逆能力，改善煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[33]。但氯過(guò)量會(huì)嚴(yán)重影響烤煙的品質(zhì)甚至導(dǎo)致煙葉氯中毒。因此，在實(shí)際應(yīng)用堿渣改良酸性煙田土壤時(shí)，需嚴(yán)格控制堿渣氯含量，避免影響烤煙生長(zhǎng)與品質(zhì)。綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，堿渣成本低廉，凈增收益遠(yuǎn)高于牡蠣粉和石灰，具有較為廣泛的應(yīng)用前景，但在改良酸性煙田過(guò)程中需注意控制其鈉和氯的含量，同時(shí)增加鉀肥用量。

[1] 李銀科, 王菲, 羊波, 等. 土壤pH值對(duì)煙葉化學(xué)成分和品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 41(12): 98–100.

[2] Zhang Y T, He X H, Liang H, et al. Long-term tobacco plantation induces soil acidification and soil base cation loss[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016, 23(6): 5442–5450.

[3] 時(shí)仁勇, 王昌軍, 閆靜, 等.武陵秦巴山區(qū)不同母質(zhì)植煙土壤抗酸化性能研究[J].土壤學(xué)報(bào). http://kns.cnki.net/ kcms/detail/32.1119.p.20220126.1724.004.html.

[4] 陳潔菲, 查宇璇, 楊超, 等. 重慶市石柱縣煙田土壤肥力演變與施肥區(qū)劃[J]. 土壤, 2021, 53(6): 1207–1214.

[5] 周子方, 解燕, 易克, 等. 馬龍植煙土壤pH值分布特征及其主控因素研究[J]. 中國(guó)土壤與肥料, 2019(5): 8–13.

[6] 張玲玉, 趙學(xué)強(qiáng), 李家美, 等. 水稻和兩種野生植物對(duì)酸性硫酸鹽土耐性及礦質(zhì)元素吸收[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2020, 57(2): 403–413.

[7] Li S L, Liu Y Q, Wang J A, et al. Soil acidification aggravates the occurrence of bacterial wilt in South China[J]. Frontiers in Microbiology, 2017, 8: 703.

[8] 曾廷廷, 蔡澤江, 王小利, 等. 酸性土壤施用石灰提高作物產(chǎn)量的整合分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(13): 2519–2527.

[9] 樊祖清, 李紅麗, 蘆阿虔, 等. 施用石灰氮對(duì)煙株生長(zhǎng)和根際土壤微生物區(qū)系的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 48(6): 60–66.

[10] 黃蘭芬, 李九玉, 陳中華, 等. 堿渣和生物質(zhì)灰配施改良酸性土壤的效果初探[J]. 中國(guó)南方果樹(shù), 2014, 43(4): 65–67.

[11] Shi R Y, Lai H W, Ni N, et al. Comparing ameliorative effects of biomass ash and alkaline slag on an acidic Ultisol under artificial: A field experiment[J]. Journal of Environmental Management, 2021, 297: 113306.

[12] Shen G H, Zhang S T, Liu X J, et al. Soil acidification amendments change the rhizosphere bacterial community of tobacco in a bacterial wilt affected field[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2018, 102(22): 9781–9791.

[13] 姬佳旗. 牡蠣殼粉調(diào)節(jié)土壤pH及控制煙草青枯病的效果研究[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2020.

[14] Li J Y, Wang N, Xu R K, et al. Potential of industrial byproducts in ameliorating acidity and aluminum toxicity of soils under tea plantation[J]. Pedosphere, 2010, 20(5): 645–654.

[15] 李九玉, 徐仁扣, 季國(guó)亮. 8-羥基喹啉(pH8.3)分光光度法測(cè)定酸性土壤中的可溶性鋁[J]. 土壤, 2004, 36(3): 307–309.

[16] 魯如坤. 土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 2000.

[17] 國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局. 煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測(cè)量方法: YC/T 142—2010[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

[18] 王瑞新. 煙草化學(xué)[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2003.

[19] Yamamoto Y. Aluminum toxicity in plant cells: Mechanisms of cell death and inhibition of cell elongation[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2019, 65(1): 41–55.

[20] Singh S, Tripathi D K, Singh S, et al. Toxicity of aluminium on various levels of plant cells and organism: A review[J]. Environmental and Experimental Botany, 2017, 137: 177–193.

[21] 陳文韜. 牡蠣殼組成特性及其綜合利用研究[D]. 福州: 福建農(nóng)林大學(xué), 2013.

[22] 李九玉, 王寧, 徐仁扣. 工業(yè)副產(chǎn)品對(duì)紅壤酸度改良的研究[J]. 土壤, 2009, 41(6): 932–939.

[23] 黃化剛, 班國(guó)軍, 陳垚, 等. 多孔改良劑對(duì)畢節(jié)煙區(qū)土壤性狀及烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(6): 1427–1437.

[24] 張其龍, 石慧, 李輝, 等. 湘西煙葉常規(guī)化學(xué)成分的聚類(lèi)分析與綜合評(píng)價(jià)[J]. 廣州化工, 2010, 38(5): 28–31.

[25] 趙禁, 金立新, 徐克全, 等. 48項(xiàng)元素指標(biāo)對(duì)煙草品質(zhì)的影響[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報(bào), 2017, 37(1): 149–154, 158.

[26] 查宇璇, 冉茂, 周鑫斌. 煙田土壤酸化原因及調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 土壤, 2022, 54(2): 211–218.

[27] Zhao W R, Li J Y, Deng K Y, et al. Effects of crop straw biochars on aluminum species in soil solution as related with the growth and yield of canola (L.) in an acidic Ultisol under field condition[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2020, 27(24): 30178–30189.

[28] 張淑婷. 鋁離子影響煙草青枯病發(fā)生的機(jī)制研究[D]. 重慶: 西南大學(xué), 2018.

[29] 閆志浩, 胡志華, 王士超, 等. 石灰用量對(duì)水稻油菜輪作區(qū)土壤酸度、土壤養(yǎng)分及作物生長(zhǎng)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(23): 4285–4295.

[30] 杜艦, 張銳, 張慧, 等. 遼寧植煙土壤pH值狀況及其與煙葉主要品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 40(6): 663–666.

[31] 潘金華, 莊舜堯, 史學(xué)正, 等. 施用改良劑對(duì)皖南旱坡地土壤性狀及烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的綜合效應(yīng)[J]. 土壤, 2016, 48(5): 978–983.

[32] Zhang L, Zhang X T, Ji H W, et al. Metabolic profiling of tobacco leaves at different growth stages or different stalk positions by gas chromatography-mass spectrometry[J]. Industrial Crops and Products, 2018, 116: 46–55.

[33] He N Z, Sun J W. Effect of P-K-fertilizer with a low Cl content on the yield and quality of aromatic and Sun-cured tobacco[J]. Fertilizer Research, 1991, 29(3): 289–294.

Effects of Different Amendments on Soil Acidity and Tobacco Growth in Acidic Tobacco Field

YAN Jing1, SHI Renyong1*, WANG Changjun2, LI Decheng1, LI Jiuyu1, XU Renkou1, SUN Guangwei2, LI Jianping2, CHEN Zhenguo2, SUN Jingguo2*

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 Hubei Academy of Tobacco Science, Wuhan 430030, China)

In this paper, the effects of alkaline slag, oyster powder and lime on acid tobacco soil acidity, flue-cured tobacco yield and quality were investigated through field experiments. The results show that all amendments effectively promote soil pH, reduce the contents of exchangeable acidity and soluble Al, and increase soil exchangeable base cations. Alkaline slag has the best effect on soil acidity, which increases soil pH by 0.38 units, decreases exchangeable acid and soluble Al by 90.9% and 39.8%, and increases exchangeable Ca2+and Mg2+by 72.8% and 91.9%, respectively. With the improvement of soil properties, all three amendments promote the growth of flue-cured tobacco, and increase the yield and intrinsic quality of tobacco leaves. With the application of amendments, the yield of tobacco leaves is increased by 6.0%–9.5%, the proportion of top-grade tobacco leaves is increased by 4.0%–16.9%, the output value is increased by 11.7%–19.5%, and the net increase income is increased by 4 593.00– 9 270.30 yuan/hm2. Alkaline slag presents the greatest improvement on tobacco yield and income, which is consistent with its effect on soil acidity. In addition, the application of amendments optimizes the chemical composition of flue-cured tobacco leaves, and among all the treatments, tobacco leaves treated with oyster powder has the best inherent quality. In conclusion, the use of alkaline slag to improve acid tobacco field presents a broad application prospect, however, more attentions should be paid to controlling Na and Cl contents in alkaline slag in practical application.

Acid tobacco field; Alkaline slag; Oyster powder; Lime; Soil acidity; Tobacco

S156.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.03.019

閆靜, 時(shí)仁勇, 王昌軍, 等. 不同改良劑對(duì)酸性煙田的改良效果及其對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響. 土壤, 2023, 55(3): 612–618.

中國(guó)煙草總公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目(110201902005)、江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK20191103)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41907019)資助。

(ryshi@issas.ac.cn；sunjg596@hotmail.com)

閆靜(1989—)，女，山西晉中人，碩士研究生，主要從事土壤酸化與調(diào)控研究。E-mail: 406251260@qq.com