李家輝，王紅鋒，胡心雨，賴佳政，王 晶，劉琳琳，姚鵬偉，張 帥，岳艷軍，葉協(xié)鋒*，冉 茂*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院/國家煙草栽培生理生化研究基地/煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；2.重慶煙草科學(xué)研究所，重慶 400715；3.重慶市煙草公司 酉陽分公司，重慶 酉陽 409800；4.河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

近年來，受大氣酸沉降、氮沉降及不合理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等的影響，我國主要耕地土壤酸化問題日益突出，1980—2000年間，耕地土壤pH值下降了0.13~0.80［1］。由于長期連作和化肥的過度施用，植煙區(qū)土壤酸化問題也日漸凸顯，嚴(yán)重影響烤煙的正常生長發(fā)育［2］，導(dǎo)致烤煙產(chǎn)質(zhì)量下降［3］。已有研究表明［4-5］，土壤改良劑能夠改善酸性植煙土壤的理化性質(zhì)，促進(jìn)煙株的生長發(fā)育，提升煙葉的產(chǎn)量和質(zhì)量?，F(xiàn)階段多使用生石灰或白云石粉對(duì)植煙酸性土壤進(jìn)行改良，其在短期內(nèi)降低土壤酸度的效果顯著［6］。但施用生石灰會(huì)引起土壤板結(jié)、土壤溶液中K/Ca比例失調(diào)和土壤復(fù)酸化等問題［7-9］。而白云石粉含有一定量的重金屬，這可能會(huì)導(dǎo)致煙葉重金屬含量增加［2］。因此，尋找新型的酸性土壤改良劑成為科技工作者的研究熱點(diǎn)之一。

高溫煅燒能使貝殼（碳酸鈣含量達(dá)90%）中的部分碳酸鈣轉(zhuǎn)化為易溶解的氧化鈣，且大幅度增加其表面微孔數(shù)量［10-11］。因此，貝殼粉具有改良土壤酸度、提高土壤透氣性、保持土壤水分和肥力的作用，是一種環(huán)境友好型生物質(zhì)土壤改良劑。趙曉紅等［12］研究發(fā)現(xiàn)，施用不同粒徑的貝殼粉均可以提高土壤的pH值。生物炭呈堿性，可以顯著增加土壤中離子交換的位點(diǎn)，提高土壤的CEC含量，降低土壤酸度［13］。同時(shí)，生物質(zhì)炭含有一定量的鹽基陽離子，這些鹽基陽離子與土壤交換性鋁發(fā)生交換反應(yīng)，能有效緩解土壤中的鋁對(duì)植物的毒害作用［14］。草木灰呈堿性，其主要成分是碳酸鉀，還含有豐富的礦質(zhì)元素。龔杰等［15］的研究結(jié)果表明，施用草木灰可以提高土壤pH值，提高養(yǎng)分利用率，增強(qiáng)土壤酸堿緩沖能力，并促進(jìn)煙株的生長發(fā)育。上述3種材料在酸性土壤改良方面均有一定的應(yīng)用價(jià)值，但目前鮮有對(duì)不同土壤改良材料的對(duì)比研究。因此，本試驗(yàn)以重慶強(qiáng)酸性植煙土壤為研究對(duì)象，探究了不同種類改良劑對(duì)酸性植煙土壤理化性質(zhì)及烤煙生長發(fā)育的影響，旨在為酸性植煙土壤改良劑的篩選提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

于重慶市酉陽縣楊柳村（29°01′19″N，109° 28′23″E）進(jìn)行大田試驗(yàn)。酉陽縣屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫為15.1 ℃，年平均降水量為1309 mm，無霜期為270 d，全年日照時(shí)數(shù)為1131 h。供試土壤類型為黃棕壤，土壤基本理化性質(zhì)：pH值為5.26，有機(jī)碳含量為16.81 g/kg，全氮含量為1.23 g/kg，堿解氮含量為74.45 mg/kg，速效鉀含量為244.50 mg/kg，有效磷含量為36.61 mg/kg，氯離子含量為11.87 mg/kg。

供試烤煙品種為K326。貝殼粉（CaO含量≥ 40%，pH值8.00）為九江心連心化肥有限公司產(chǎn)品。生物炭（含有機(jī)碳60.30 g/kg、全氮1.12 g/kg、全磷1.37 g/kg、全鉀2.31 g/kg，pH值9.67）為貴州金葉豐農(nóng)業(yè)科技有限公司產(chǎn)品。草木灰含有機(jī)質(zhì)80.60 g/kg、氧化鈣105.40 g/kg，pH值11.02。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)處理：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥(CK)；常規(guī)施肥+貝殼粉2250 kg/hm2(T1)；常規(guī)施肥+生物炭2250 kg/hm2(T2）；常規(guī)施肥+草木灰2250 kg/hm2(T3)。每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)面積48 m2。各處理常規(guī)施肥使用的肥料種類和用量相同，施氮量為88.87 kg/hm2，磷(P2O5)和鉀（K2O)用量分別為100.50和287.28 kg/hm2。改良劑在移栽前條施。于4月30日采用常規(guī)方式移栽煙苗，行距和株距分別為120和50 cm；田間其他管理措施按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)煙葉管理要求。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 烤煙農(nóng)藝性狀的調(diào)查 于移栽后70 d，每個(gè)小區(qū)選定5株長勢均勻一致的煙株進(jìn)行觀察，按照《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查測量方法》（YC/T 142—2010）［16］測定株高、莖圍、有效葉數(shù)、最大葉長和最大葉寬等。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)指標(biāo)及其測定 于煙葉采收結(jié)束后，選取煙株根系附近3處土壤，測定其容重和總孔隙度；取0~20 cm土壤測定土壤含水率。按照五點(diǎn)法采集0~20 cm土樣，去除根系殘茬，制成混合土樣，自然風(fēng)干后將其平分成2份，分別用于土壤理化性質(zhì)檢測和土壤酶活性的測定。

土壤理化性質(zhì)指標(biāo)的測定參照鮑士旦［17］的方法，其中土壤容重的測定采用環(huán)刀法；總孔隙度的測定采用比重法；含水率的測定采用烘干法；土壤pH值的測定采用電位法（水土比為2.5∶1）；土壤有機(jī)碳含量的測定采用重鉻酸鉀容量法；土壤交換性酸（交換性氫/鋁）含量的測定采用KCl交換—中和滴定法；土壤陽離子交換量(CEC)、交換性鹽基總量(EB)的測定采用乙酸銨交換法，并計(jì)算鹽基飽和度［BS(%)=EB/CEC×100%］；土壤交換性鈣、交換性鎂含量的測定采用乙酸銨交換—原子吸收分光光度法；土壤交換性鉀、交換性鈉含量的測定采用乙酸銨交換—火焰光度法。

土壤酶活性的測定參照嚴(yán)昶升等［18-19］的方法，其中土壤過氧化氫酶活性的測定采用高錳酸鉀滴定法；土壤脲酶活性的測定采用靛酚藍(lán)比色法；土壤蔗糖酶活性的測定采用3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；采用SPSS 20.0軟件對(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 不同改良劑對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知：在移栽后70 d，所有處理煙株的平均株高在114.60~134.63 cm之間，以生物炭處理最高，比CK高17.48%，差異顯著；莖圍在8.77~10.00 cm之間，有效葉數(shù)在15.00~17.33片之間，以生物炭處理最大（最多），其他3個(gè)處理的較為接近，但在4個(gè)處理間差異均不顯著；最大葉長以CK最短，且與T2、T3處理的差異均達(dá)到了顯著水平；最大葉寬以草木灰處理最寬，且顯著寬于CK?？傮w上看，以生物炭處理最有利于烤煙地上部的生長，其次是草木灰處理。

表1 不同改良劑對(duì)烤煙農(nóng)藝性狀的影響

2.2 不同改良劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

表2結(jié)果表明：3種改良劑均能降低土壤容重，提高土壤含水率、土壤總孔隙度、有機(jī)碳和全氮含量，其中以生物炭處理改善土壤理化性質(zhì)的效果最好，其土壤容重較CK顯著降低了8.73%，土壤含水率和土壤總孔隙度分別比CK提高了1.61和4.42個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)到了顯著水平；有機(jī)碳含量在20.35~23.03 g/kg之間，以草木灰處理的土壤有機(jī)碳含量最高，且與CK差異顯著；全氮含量以貝殼粉處理最高，但在4個(gè)處理間差異不顯著。綜合來看，不同改良劑均能改善植煙土壤的理化性質(zhì)，可不同程度地增加土壤有機(jī)碳含量。

表2 不同改良劑對(duì)植煙土壤理化性質(zhì)的影響

2.3 不同改良劑對(duì)土壤酸度特征的影響

土壤pH值表征土壤的活性酸度。土壤的潛性酸度主要用交換性酸(EA)含量來表征，是指吸附在土壤膠粒表面的交換性氫(EH+)和交換性鋁(EAl3+)的含量。由表3可以看出：與CK相比，3種土壤改良劑均能使土壤pH值顯著升高，貝殼粉、生物炭、草木灰處理的土壤pH值分別升高了9.98%、16.22%和7.66%，且生物炭處理的土壤pH值顯著高于其他處理的。與CK相比，生物炭處理的交換性酸、交換性氫和交換性鋁含量分別顯著降低了83.78%、84.00%和83.33%；貝殼粉、草木灰處理的土壤交換性酸、交換性氫和交換性鋁含量均較CK大幅度下降，但是差異均沒有達(dá)到顯著水平。說明隨著土壤pH值上升，土壤潛性酸度呈下降趨勢。綜合來看，在降低土壤酸度方面，生物炭的效果最好，貝殼粉次之。

表3 不同改良劑對(duì)土壤pH值和潛性酸含量的影響

2.4 不同改良劑對(duì)土壤交換性鹽基離子含量的影響

交換性鹽基離子的含量及組成是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，鹽基離子中K+、Ca2+、Mg2+是作物生長的必需營養(yǎng)元素，其含量反映了該離子的生物有效性。由表4可以看出，土壤交換性鹽基離子均以Ca2+占主要優(yōu)勢，Mg2+次之，而交換性K+和交換性Na+含量很低。比CK相比，貝殼粉、生物炭處理均提高了土壤交換性Ca2+含量，但差異均不顯著；而草木灰處理顯著提高了土壤交換性Ca2+含量，較CK提高了40.91%。生物炭處理的土壤交換性Mg2+含量顯著高于CK的，但貝殼粉、草木灰處理均與CK差異不顯著。貝殼粉、生物炭、草木灰處理的土壤交換性K+含量分別比CK提高了72.97%、29.73%和72.97%，但生物炭處理與CK之間無顯著差異。不同處理的土壤交換性Na+含量表現(xiàn)為T1＞T3＞T2＞CK，其中，貝殼粉、草木灰處理的顯著大于CK及生物炭處理的。

表4 不同改良劑對(duì)土壤交換性鹽基離子含量的影響 cmol/kg

2.5 不同土壤改良劑對(duì)土壤交換性鹽基參數(shù)特征的影響

從表5可以看出：在3種改良劑處理之間土壤交換性鹽基總量(EB)差異顯著，表現(xiàn)為T3＞T2＞T1＞CK，以草木灰處理的土壤EB值最高；貝殼粉、生物炭和草木灰處理的土壤陽離子交換量(CEC)分別較CK顯著提高了13.51%、19.65%和27.07%，草木灰處理顯著高于其他處理的；與CK相比，3種改良劑處理均顯著提高了土壤鹽基飽和度(BS)，以生物炭處理的效果最好，但在3個(gè)處理之間無顯著差異。綜合來看，以草木灰處理對(duì)土壤交換性鹽基參數(shù)特征的影響最大，生物炭處理次之。

表5 不同改良劑對(duì)土壤交換性鹽基參數(shù)特征的影響

2.6 不同改良劑對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤有機(jī)體的重要組成部分，可以促進(jìn)土壤中多種養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和釋放。由表6可知：3種改良劑均能提高土壤中蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性；與CK相比，生物炭處理的土壤蔗糖酶和脲酶活性分別顯著提高了265.24%和152.78%，貝殼粉和草木灰處理也顯著提高了土壤蔗糖酶活性；生物炭、貝殼粉和草木灰處理對(duì)土壤過氧化氫酶活性的影響較小。說明生物炭處理提高土壤脲酶活性的效果最好，而貝殼粉和草木灰處理提高土壤蔗糖酶活性的效果最好。

表6 不同改良劑對(duì)土壤酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

土壤交換性鹽基總量指土壤膠體吸附的堿金屬和堿金屬離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)的總和，其值代表土壤酸堿緩沖能力的大小。土壤交換性鹽基離子通過與土壤溶液中的H+交換，可以導(dǎo)致土壤溶液中的H+含量下降，從而延緩?fù)寥浪峄倪M(jìn)程。本研究發(fā)現(xiàn)，CK土壤中的交換性鹽基總量顯著低于施用改良劑處理的，這說明缺乏土壤鹽基離子會(huì)引起土壤酸化。

不同種類的改良劑對(duì)土壤酸度的影響有所不同［20-21］。在本試驗(yàn)的3種改良劑中，生物炭降低土壤活性酸含量的效果最為明顯。生物炭在改良酸性土壤的過程中，堿性物質(zhì)與土壤中H+發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)生物炭中的鹽基離子被釋放出來，并與土壤中交換性H+、交換性Al3+發(fā)生交換反應(yīng)，這是生物炭增加酸性土壤交換性鹽基離子含量、降低土壤交換性酸含量的主要機(jī)制［22］。這可能是生物炭對(duì)土壤酸度的調(diào)節(jié)作用優(yōu)于貝殼粉和草木灰的原因。草木灰是炭化植物殘?bào)w后獲得的物質(zhì)，但因草木灰原材料的差異，草木灰對(duì)酸性土壤的改良效果有較大差異。鄭福麗等［23］的研究結(jié)果表明，草木灰對(duì)果園酸性土壤的改良效果不明顯。另據(jù)Demeyer等［24］報(bào)道，草木灰中鈣、鎂含量低于石灰，且草木灰中的營養(yǎng)元素含量隨燃燒溫度和貯存年限的不同而存在差異，這可能是草木灰降低土壤酸度的效果不如生物炭的原因。貝殼粉中碳酸鈣的表面有親水性的羥基，因此具有較強(qiáng)堿性［25］。王亞會(huì)［26］的研究結(jié)果表明，貝殼粉的粒徑越小，其比表面積越大，羥基暴露越多，其改良酸性土壤的效果越明顯。在本研究中，貝殼粉處理改良酸性土壤的效果不如生物炭處理，這可能是由貝殼粉粒徑過大導(dǎo)致的。

本研究結(jié)果表明，3種土壤改良劑均提高了土壤蔗糖酶、脲酶和過氧化氫酶的活性。李集勤等［27］的研究結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑可以降低土壤轉(zhuǎn)化酶、磷酸酶、脲酶和脫氫酶等的活性，這與本研究的結(jié)果不一致，這可能與施用的改良劑原料來源不同有關(guān)。張繼旭等［28］研究發(fā)現(xiàn)，生物炭處理能提高土壤脲酶和蔗糖酶的活性，這與本研究結(jié)果一致。

綜上所述，3種土壤改良劑均顯著提高了酸性土壤的pH值，以生物炭的改良效果最好；生物炭處理降低了土壤交換性酸、交換性氫和交換性鋁含量，提高了土壤交換性鹽基總量、陽離子交換量和鹽基飽和度。3種土壤改良劑均改善了土壤的理化性質(zhì)，提高了土壤酶的活性，以生物炭的效果最好；生物炭處理降低了土壤容重，提高了土壤總孔隙度、土壤含水率和土壤蔗糖酶、脲酶的活性，并促進(jìn)了煙株地上部的生長。