何佶弦，茍小梅，蔡 艷，肖 玲，李 濤，羅凱文，張啟莉，孫志普，顧會(huì)戰(zhàn)

（1四川省煙草公司廣元市公司，四川廣元 628000；2四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130）

0 引言

烤煙是一種忌連作作物，長(zhǎng)期連續(xù)種植會(huì)導(dǎo)致病原微生物迅速繁衍，化感物質(zhì)積累，大量消耗有機(jī)碳和氮，破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力[1]。大量研究表明，實(shí)行合理輪作及平衡施肥可以減輕烤煙連作障礙的危害，改善土壤生態(tài)環(huán)境[2-4]。其中，輪作不僅可以改變作物殘?bào)w的數(shù)量和類型，進(jìn)而影響有機(jī)質(zhì)的礦化和固定過程，而且可以提高煙草的產(chǎn)質(zhì)量，增加土壤碳氮含量[5]。此外，在烤煙種植中為了追求高產(chǎn)，化肥施用量不斷增加，這很容易造成烤煙未利用的化肥損失，且過量施氮會(huì)改變烤煙生長(zhǎng)后期的有機(jī)碳和全氮，降低成熟度，增加煙堿含量[6-7]。因此，合理輪作和平衡施肥對(duì)于保障植煙土壤的持續(xù)利用和煙葉生產(chǎn)的健康發(fā)展具有重要意義。

土壤有機(jī)碳是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量和土壤肥力的重要指標(biāo)之一，不僅可以通過生物轉(zhuǎn)化提供必需的植物養(yǎng)分，還能改善土壤的物理性質(zhì)，如土壤結(jié)構(gòu)、持水量和滲透率等[8]。土壤可溶性有機(jī)碳是比總有機(jī)碳更敏感的指標(biāo)，在土壤養(yǎng)分積累中起著關(guān)鍵作用，直接影響微生物活性、有機(jī)碳穩(wěn)定性以及土壤養(yǎng)分有效性[9-10]。四川省是國(guó)內(nèi)的烤煙主產(chǎn)區(qū)，但其長(zhǎng)期采取烤煙連作（冬閑）單一種植模式和以化肥為主的施肥習(xí)慣導(dǎo)致土壤肥力日益下降、煙葉產(chǎn)質(zhì)量偏低。本研究選擇對(duì)土壤養(yǎng)分活化效果顯著的油菜與烤煙輪作，結(jié)合平衡施肥措施（減施氮肥和增施磷肥），探究烤煙油菜輪作及平衡施肥對(duì)土壤總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量的影響，以期為優(yōu)化種植制度和改善土壤質(zhì)量提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究地點(diǎn)為廣元市煙草公司科技園區(qū)，位于廣元市劍閣縣(31°31'—32°17'N，105°9'—105°49'E)，地處四川盆地北部邊緣，海拔為820 m，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫15.4℃，年均降水量1039.4 mm，年均日照時(shí)數(shù)1328.3 h，無霜期270 天。依據(jù)中國(guó)土壤分類系統(tǒng)，境內(nèi)農(nóng)田土壤類型主要為紫色土和黃壤。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試土壤 黃壤，其基本理化性質(zhì)為pH 6.68、有機(jī)質(zhì)10.55 g/kg、全氮0.34 g/kg、堿解氮34.81 mg/kg、有效磷8.74 mg/kg、速效鉀103.76 mg/kg。

1.2.2 供試油菜 川渝地區(qū)廣泛栽培的中早熟品種，分別為‘重蓉油1 號(hào)’（成都市農(nóng)林科學(xué)院選育，親本為07GA×01 Tr47-1）、‘德油早1 號(hào)’（四川省三星堆油菜研究所選育，親本為核不育兩用系9701 AB×雙低品系9508）和‘GSX-1’（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)作物育種系選育，親本為DY6AB×2H293R）

1.2.3 供試烤煙‘云煙87’，由廣元市煙草公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取裂區(qū)設(shè)計(jì)，主因素為油菜或冬閑，設(shè)冬閑(A1)、‘重蓉油1 號(hào)’(A2)、‘德油早1 號(hào)’(A3)、‘GSX-1’(A4)4 個(gè)水平；副因素為平衡施肥制度，設(shè)常規(guī)施肥(B1)、減氮施肥(B2)、增磷施肥(B3)3個(gè)水平；共12個(gè)處理，3次重復(fù)，田間隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)于2015 年9 月15 日進(jìn)行油菜集中播種和育苗，苗齡50天左右，10月28日移栽。按當(dāng)?shù)亓?xí)慣方式移栽，油菜行距0.6 m、株距0.4 m，小區(qū)面積為162 m2。油菜施肥量為N 14.6 kg/hm2、K2O 2.5 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料為復(fù)合肥(20-0-5)和尿素(46-0-0)，復(fù)合肥做基肥，尿素在移栽后40天追施。施肥方式均為穴施。

油菜收獲后，將每個(gè)小區(qū)進(jìn)行規(guī)整進(jìn)入烤煙季。

烤煙季常規(guī)施肥量為N 7.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2?；视脧?fù)合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有機(jī)肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，移栽7天后施提苗肥硝酸鉀(13.5-0-44.5)7 kg/hm2，30天后施追肥硫酸鉀(0-0-53)12 kg/hm2、硝酸鉀(13.5-0-44.5)3 kg/hm2、復(fù)合肥(10-15-25)10 kg/hm2。

減氮處理施肥量為N 6.0 kg/hm2、P2O59.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2?；视脧?fù)合肥(10-15-25)20 kg/hm2，磷酸二氫鉀(0-52-35)5 kg/hm2，商品有機(jī)肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)15 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常規(guī)施肥處理。

增磷處理施肥量為N 7.0 kg/hm2、P2O511.2 kg/hm2、K2O 22.0 kg/hm2。基肥用復(fù)合肥(10-15-25)30 kg/hm2，商品有機(jī)肥(2.5-2-1.5)30 kg/hm2，普通過磷酸鈣(0-12-0)30 kg/hm2，油枯(2-2-2)20 kg/hm2，提苗肥和追肥同常規(guī)施肥處理。

烤煙其他田間農(nóng)藝措施同常規(guī)。

1.4 土壤樣品采集及測(cè)定

在油菜尚未移栽前和移栽后的30、60、90、120、150、180天，以及烤煙季的30、60、90、120天，在每個(gè)小區(qū)采用蛇形法多點(diǎn)采取距植株0～20 cm 耕層土樣，混合均勻后，去除石礫及動(dòng)植物殘?jiān)?，自然風(fēng)干后磨細(xì)過篩，用于土壤總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳的測(cè)定。土壤總有機(jī)碳采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定[11]，土壤可溶性有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定[12]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2010 整理，采用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，用單因素方差分析(one-way ANOVA)和Duncan法進(jìn)行差異顯著檢驗(yàn)(P<0.05)。采用Excel 2010進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙油菜輪作對(duì)油菜季土壤有機(jī)碳的影響

2.1.1 土壤總有機(jī)碳含量 由圖1 分析可知，隨著油菜生育期的推進(jìn)，不同處理的土壤總有機(jī)碳(TOC)含量差異先增大后減小。其中，油菜移栽初期（30天）時(shí)土壤TOC在處理間未達(dá)到顯著水平，其余時(shí)期的差異均顯著(P<0.05)。油菜移栽中期（90、120 天）時(shí)，土壤TOC 含量以‘德油早1 號(hào)’最高(10.25、9.95 g/kg)，分別為對(duì)照的1.87、1.82倍；移栽后期（150、180天）時(shí)，TOC含量則以‘重蓉油1 號(hào)’最高(8.87、6.65 g/kg)。從油菜移栽初期到收獲，除‘德油早1號(hào)’外，其余土壤TOC含量均有所上升，上升幅度分別為21.2%、23.9%、7.7%，其中‘重蓉油1號(hào)’與烤煙輪作對(duì)油菜季土壤TOC含量的提升效果最佳。

圖1 烤煙油菜輪作及平衡施肥對(duì)油菜季土壤TOC含量的影響

2.1.2 土壤可溶性有機(jī)碳含量 由圖2 分析可知，隨著油菜生育期的推進(jìn)，土壤可溶性有機(jī)碳(DOC)含量變化較大。在油菜移栽初期（30、60 天），土壤DOC 含量以冬閑處理最高(21.01、23.22 mg/kg)；移栽中后期（90、120、150天），DOC含量則以‘德油早1號(hào)’最高(14.32、21.07、14.04 mg/kg)，相較對(duì)照處理分別提高151.67%、60.84%和164.91%；至收獲期（180 天），DOC 以‘重蓉油1 號(hào)’最高(25.31 mg/kg)。整體而言，輪作處理的土壤DOC 含量均有不同程度的上升，上升幅度分別為67.50%、10.73%、166.49%，其中‘GSX-1’與烤煙輪作時(shí)對(duì)油菜季土壤DOC含量的提升效果最優(yōu)。

圖2 烤煙油菜輪作對(duì)油菜季土壤DOC含量的影響

2.2 烤煙油菜輪作及平衡施肥對(duì)烤煙季土壤有機(jī)碳的影響

2.2.1 土壤總有機(jī)碳含量 由表1 可知，在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，除A3B1、A4B1外，其他土壤TOC含量均有所增加，且均在60或90天時(shí)達(dá)到最大值。在A1處理中，B2 處理的土壤TOC 含量在整個(gè)生育期內(nèi)均最高，分別為B1 的1.12、1.26、1.67 和1.20 倍，且在60、90 天與其他處理間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。在A2 處理中，B2與B1處理間的土壤TOC含量差異顯著，在60、120天時(shí)以B2處理最高。此外，A3處理的土壤TOC含量在烤煙生長(zhǎng)初期（30天）以B1處理最高(7.85 g/kg)，生長(zhǎng)中期（60、90天）以B2處理最高(7.44、14.84 g/kg)，生長(zhǎng)后期（120天）以B3處理最高(8.82 g/kg)。A4處理的土壤TOC含量在移栽后30、90天以B1處理最高(8.31、10.46 g/kg)，在60、120天則表現(xiàn)為B2>B1>B3。

表1 烤煙油菜輪作及平衡施肥對(duì)烤煙季土壤TOC含量的影響g/kg

2.2.2 土壤可溶性有機(jī)碳含量 由表2 可知，在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，除A3B1、A3B3外，其他土壤DOC含量均有所下降。在A1處理中，B1處理的土壤DOC含量在整個(gè)生育期內(nèi)均最高，且在60、90、120 天與其他處理間的差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。A2處理的土壤DOC含量在烤煙生長(zhǎng)初期（30天）以B3處理最高(55.11 mg/kg)，生長(zhǎng)中期（60天）以B2處理最高(45.04 mg/kg)，生長(zhǎng)中后期（90、120天）以B1處理最高(41.18、35.02 mg/kg)。此外，在A3處理中，土壤DOC含量在移栽后30、120天以B3 處理最高(25.24、28.15 mg/kg)，在60、90 天則表現(xiàn)為B1>B3>B2。在A4 處理中，土壤DOC 含量在烤煙移栽后30、60 天以B1 處理最高(70.32、32.67 mg/kg)，且與B2 處理間的差異達(dá)顯著水平，在90、120 天則表現(xiàn)為B3>B2>B1。

表2 烤煙油菜輪作及平衡施肥對(duì)烤煙季土壤DOC含量的影響 mg/kg

3 結(jié)論

在油菜季，土壤有機(jī)碳含量均有不同程度的上升，上升幅度為7.7%～166.49%；輪作處理的有機(jī)碳含量相較對(duì)照有所增加，且在收獲期（180天）以‘重蓉油1號(hào)’最高。在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，除個(gè)別處理外，其他土壤的總有機(jī)碳含量呈上升趨勢(shì)，可溶性有機(jī)碳含量呈下降趨勢(shì)，且收獲期的有機(jī)碳含量以‘重蓉油1 號(hào)’最高。在烤煙收獲期，除‘德油早1號(hào)’外，土壤總有機(jī)碳含量均以減氮處理最高。綜上，‘重蓉油1 號(hào)’油菜與烤煙輪作和減施氮肥時(shí)土壤有機(jī)碳含量較高，是當(dāng)?shù)剌^優(yōu)的種植模式。

4 討論

有機(jī)碳對(duì)土壤物理化學(xué)性質(zhì)及生物活性影響顯著，增加有機(jī)碳含量可改善土壤微團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，提高土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和保水保肥能力，對(duì)維持土壤質(zhì)量和保持穩(wěn)定的產(chǎn)量起著關(guān)鍵作用[13]。作為土壤有機(jī)碳中最活躍的組分，可溶性有機(jī)碳主要來源于植物凋落物、根系分泌物、微生物活動(dòng)等，具有移動(dòng)性強(qiáng)、易分解轉(zhuǎn)化和不穩(wěn)定的特點(diǎn)，可被微生物直接利用，對(duì)土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)及生態(tài)環(huán)境有重要意義[14-15]。實(shí)行合理輪作可改變作物殘?bào)w和根系的數(shù)量及類型，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳的含量及固定礦化[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，在油菜季，除個(gè)別處理外，油菜烤煙輪作的土壤總有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量相比烤煙連作均有所增加，這可能是因?yàn)橛筒烁捣置谖锝M分中有較高比例的多糖、脂質(zhì)類物質(zhì)，而多糖、脂質(zhì)類物質(zhì)能膠結(jié)團(tuán)聚體，提高土壤的固碳能力[17-18]。另一方面，與冬閑處理相比，種植油菜可以提高土地覆蓋率，減少土壤的碳侵蝕[19]。同時(shí)油菜屬于蕓薹屬作物，根系穿透能力強(qiáng)，入土較深，改善了土壤耕性，對(duì)土壤物理性狀產(chǎn)生了積極作用[20]。

當(dāng)?shù)乜緹煷筇锷诩性?—9月，煙田冬閑期長(zhǎng)，利用冬閑期種植其他作物是改善土壤結(jié)構(gòu)、平衡土壤養(yǎng)分狀況、緩解烤煙連作障礙、促進(jìn)煙農(nóng)增收的有效措施。輪作制度和施肥方式對(duì)土壤碳含量影響顯著[3]。張福韜等[21]研究發(fā)現(xiàn)輪作能促進(jìn)土壤穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)形成，有利于碳氮固定于微團(tuán)聚體中，提高土壤有機(jī)質(zhì)。本研究中，烤煙季采用雙因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，探究輪作和平衡施肥對(duì)土壤碳含量的影響。其中，平衡施肥可調(diào)節(jié)養(yǎng)分的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，提高微生物活性和作物產(chǎn)質(zhì)量，是保障土壤肥力和生產(chǎn)力的必要舉措。陳祥等[22]研究表明，氮磷鉀平衡施肥對(duì)夏玉米籽粒有顯著的增產(chǎn)作用。陳建國(guó)等[23]研究了平衡施肥對(duì)缺磷水稻土的生態(tài)效應(yīng)，結(jié)果顯示，平衡施肥能顯著提高土壤肥力、氮鉀養(yǎng)分利用率和微生物生物量。王永華等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在冬小麥和夏玉米輪作體系中，通過氮磷鉀平衡施肥，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。本研究結(jié)果顯示，在烤煙整個(gè)生育期內(nèi)，除個(gè)別處理外，輪作的土壤有機(jī)碳和可溶性有機(jī)碳含量均高于冬閑處理，原因包括：（1）輪作處理中，油菜殘?bào)w經(jīng)過土壤生物的腐殖化作用和土壤膠體的固定作用形成有機(jī)質(zhì)，在植煙土壤中積累，且殘?bào)w中的碳可轉(zhuǎn)化為活性有機(jī)碳[25]；（2）烤煙油菜輪作也會(huì)改善土壤環(huán)境和微生物群落多樣性，真菌菌絲和微生物產(chǎn)物的增加可以促進(jìn)微團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步擴(kuò)大有機(jī)碳的庫(kù)存[26]。此外，就施肥方式而言，減施氮肥處理的效果較好，這是因?yàn)榉柿系艽龠M(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的積累和大團(tuán)聚體的形成，但過量的氮會(huì)導(dǎo)致有機(jī)碳礦化，進(jìn)而對(duì)有機(jī)碳的積累產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)[27]。