滇中典型植烟土壤品质评价及其调控机制研究

雷克儿

滇中典型烟区（玉溪市）是我国优质烤烟生产地之一。烤烟品质与土壤品质关系密切，近年来，因烟区长期单一使用化肥和连作引起的植烟土壤板结，通气性变差；有些必需元素长期没有得到补充致使养分失衡；由于烤烟的比较效益降低，部分优质烟区的坝子地改种蔬菜和花卉等经济作物过导致土壤氯离子严重超标，植烟土壤品质因受其影响而下降。以往研究在植烟土壤品质评价上套用大田作物的土壤质量标准，忽视了烤烟作物的特殊性、区域差异和时效性，导致对当地植烟土壤品质评价不够精准；忽视植烟土壤品质与烤烟品质间的关系。添加有机物料对土壤品质、硝态氮、烤烟品质的提升，土壤硝态氮释放特征及其与土壤品质间的关系如何，这仍有许多调控机制尚待研究。因此，本研究试图分析植烟土壤品质空间分布特征，基于田间试验和综合文献调研结果，提出植烟土壤优品指数评价方法；评估植烟土壤品质与烤烟品质间的关联性；通过添加有机物料来提升土壤品质、硝态氮、烤烟品质，以此来探究有机物料对土壤品质的调控机制。本论文以玉溪市为研究对象，通过植烟土壤和烤烟生态调查、田间定位监测、室内培养和大田小区试验，通过团队长期实施的烤烟田间试验结果和文献调研，提出植烟土壤优品指数算法，并揭示植烟土壤品质分布特征；通过表征烤烟分布特征，经相关性分析、逐步回归分析和通径分析明确土壤品质与烤烟品质间的关联；分析有机物料对土壤品质的影响；量化土壤硝态氮动态特征，经回归分析、主成分分析和冗余分析来探究土壤品质指标与硝态氮间的关系及其影响程度，表征添加团队研发的促硝有机肥的土壤硝态氮动态特征；分析添加促硝有机肥对烤烟生长和品质指标的影响。研究结果如下：1、植烟土壤优品指数算法与空间分布特征以往研究在农田土壤质量评价过程中选取的指标包括pH、有机质、有效磷、速效钾、CEC和黏粒，且指标间权重相等，而这难以对植烟土壤品质进行精确评价。因此，本研究结合玉溪市烤烟种植实际情况和需求，提出植烟土壤优品指数算法，其主要指标（权重）包括质地（45.8%）、pH（12.3%）、有机质（20.8%）、氯离子（11.1%）和速效钾（10.0%）。植烟土壤存在质地黏重占比较高，有机质含量偏低，氯离子超标的问题。植烟优品指数较差和最差比例较多且分布不平衡。植烟土壤优品指数分布特征以峨山县、红塔区、易门县南部、新平县东部和元江县典型地区呈较优水平，新平县西部和华宁县、通海县、江川区大部分地区及易门县北部和澄江市南部则较差。2、烤烟品质空间分布特征及其分异性烤烟品质分为外观品质、农艺品质、经济品质、物理品质、化学品质和感官品质，总体上烤烟品质空间分布存在显著差异。首先在外观品质上，油分与有效镁呈极显著（p <； 0.01）正相关，色度与速效钾呈极显著（p <； 0.01）正相关；其次在农艺品质上，叶长与有机质呈显著（p <； 0.05）负相关，有机质和氯离子对叶宽分别有负效应和正效应；第三，在烤烟物理品质上，长宽比、含梗率与通气孔隙呈显著（p <； 0.05）正相关，pH、速效钾和有效镁对叶面密度有正效应；第四，在化学品质上，糖碱比和氮碱比均与pH呈显著（p <； 0.05）正相关，有效镁对烟叶钾和钾氯比有负效应，对烟叶镁和烟叶氯有正效应；有机质和活性有机质对烟叶氮有负效应，对钾氯比有正效应，氯离子对烟叶镁、烟叶硼、烟叶氯有正效应；第五，在感官品质上，香气质与pH呈显著（p <； 0.05）正相关，有效镁和通气孔隙度对香气量有负效应，容重对香气量有正效应。3、有机物料持续使用提升植烟土壤品质明显在耕作层，有机物料持续使用能改善土壤物理品质，显著（p <； 0.05）增加土壤砂粒和物理性砂粒，增幅分别达73.2%和12.0%，对土壤通气孔隙度的增幅达30.4%；有机物料持续使用也能提升土壤化学品质，提升土壤pH、有机质、全氮、活性有机质，增幅分别达3.8%、24.8%、18.1%、30.3%。在犁底层，有机物料持续使用能显著改善土壤物理和化学品质，显著（p <； 0.05）降低土壤物理性黏粒，降幅达15.4%；显著（p <； 0.05）增加土壤通气孔隙度，增幅达90.6%；显著（p <； 0.05）提升土壤有机质含量，增幅达32.2%。4、提出增强土壤硝化作用的方法-使用本团队研发的促硝有机肥植烟土壤硝态氮累积量较低且区域分布不平衡。峨山棚租土壤硝态氮累积量高于其他样点，达8.35 mg kg-1，峨山塔冲土壤最大硝化速率达0.939 mg kg-1 d-1，且达最大硝化速率所需时间最小，仅为11.8 d-1；土壤硝态氮累积量、硝化潜力、硝态氮占比与活性有机质和物理性砂粒呈显著（p <； 0.05）正相关，与黏粒呈显著（p <； 0.05）负相关，土壤最大硝化速率与活性有机质呈显著（p <； 0.05）正相关，土壤硝态氮占比与有效钙呈显著（p <； 0.05）负相关，土壤硝态氮累积量、硝化潜力、最大硝化速率、硝态氮占比随粉粒增加呈先降后增趋势；经冗余分析，土壤活性有机质对硝态氮贡献度为46.5%（p <； 0.01），土壤黏粒对硝态氮贡献度为8.8%（p <； 0.05）；添加促硝有机肥对黏壤土、壤土和砂壤土硝态氮累积量显著提升，对黏土的提升则较少，且提升不同质地土壤硝化潜力和最大硝化速率；添加促硝有机肥能提升不同质地土壤硝态氮占比，砂壤土硝态氮占比显著（p <； 0.05）高于其他质地土壤，对黏土和黏壤土硝态氮占比增幅高于壤土和砂壤土。5、促硝有机肥能提升烤烟品质在农艺品质上，促硝有机肥显著（p <； 0.05）增加成熟期叶长、叶宽和叶面积，显著（p <； 0.05）降低现蕾期的SPAD值，加速烟叶成熟；在经济品质上，促硝有机肥提升产量，增产率达10.5%，提升均价，增值率达8.5%，提升产值，增收值达5393元 hm-2，增加上等烟叶比例；在化学品质上，促硝有机肥增加烟碱、还原糖和钾氯比，显著（p <； 0.05）降低烟叶氯；在感官品质上，促硝有机肥提升香气质和香气量，进一步协调烟叶内在成分。综上所述，本研究评价了植烟土壤优品指数，植烟土壤存在质地黏重、有机质含量偏低和氯离子含量偏高的问题；确定了土壤品质指标对烤烟品质的影响特征；表征了有机物料在土壤品质方面的影响，量化了促硝有机肥对不同质地土壤硝化作用的影响；明确了促硝有机肥能提升烤烟品质。研究结果对植烟土壤品质评价及其调控具有参考意义。但在烤烟实际生产中，需要考虑的生态因子仍然较多，土壤微结构对烤烟品质的影响仍需要进一步明确，相关耕作措施对植烟土壤品质的调控也是下一步研究的要点。