论文部分内容阅读
烤烟是重庆地区重要的经济作物之一,其对于巩固拓展脱贫攻坚和振兴重庆农村经济具有非常重要的作用,2021年重庆烤烟种植面积和产量分别约为2.2万公顷和4.0万吨,产值近14.2亿元。然而,重庆市植烟区人多地少,常年连作和氮肥施用量高等问题的存在,导致植烟土壤酸化问题较为严重。土壤酸化加速了土壤养分的淋失,使土壤结构退化,释放出有害的Al3+等重金属离子,并破坏了土壤微生态群落和功能多样性,提高了病虫害发生率,降低了烟叶产量和品质,烟农收益逐年下降,严重阻碍了重庆市烟草产业的可持续发展。为此,本文以重庆市石柱县植烟土壤为例,在研究植烟土壤酸化机理的基础上,采用田间试验的方法,从多方面探讨不同措施对烟田土壤酸化的阻控效应,进而为重庆市烟田土壤酸化改良和烤烟可持续发展提供理论依据和科学支撑。主要结果如下:(1)为了探明重庆市植烟土壤酸化现状和致酸机理,采用田间原位渗漏法、土壤径流试验和H+盈余测算法系统分析土壤-烤烟系统各主要营养元素的输入和输出关系。结果表明,石柱县植烟土壤酸化问题严重,p H<5.0的强酸性土壤占22.30%,p H 5.0~5.5的弱酸性土壤占17.70%,且全县酸化土壤呈斑块状分布。从土壤-烤烟系统整体来看,每年土壤中盐基离子(K+,Mg2+,Ca2+)的输出量远大于输入量,阴阳离子输入输出平衡总量为-234.16 kg/hm~2,使土壤潜性酸度增加,这是导致土壤酸化的主要原因,其次长期的施用氮肥也是烟田酸化的原因。其中盐基离子(K+,Ca2+,Mg2+)总致酸贡献率为75.92%,氮的致酸贡献率为24.08%;而采用优化施肥后,阴阳离子输入输出平衡总量达138.46 kg/hm~2,有效地缓解了土壤酸化。综上,本研究定量阐明了盐基离子输出量远大于输入量是导致烟田土壤酸化的主因,其次氮肥的过量施用也是引起烟田酸化的原因,并定量了两者的致酸贡献率。通过优化施肥措施可以平衡阴阳离子的输入与输出,从而为改良烟田土壤酸化提供理论依据。(2)为明确氮、磷、钾肥单施和配施对土壤酸化的影响,采用连续2年定位田间试验的方法,探究氮磷钾肥单施与配施对土壤酸化的阻控效果。结果表明,连续两年氮磷钾平衡施肥使p H升高了0.04个单位,使土壤潜在性酸度降至0.42 cmol/kg,提高土壤交换性阳离子含量至17.43 cmol/kg。氮肥的缺失极大地限制了烤烟的生产和优质烟叶的形成,2020年和2021年氮磷钾平衡施肥下烤烟产量分别达到1450.20 kg/hm~2和1334.40 kg/hm~2,比对照高出两倍以上,其产值较缺氮处理显著增加了132.00%和113.20%。同时烟株的农艺性状和烟叶的化学协调性均达到最优。综上,氮肥在烤烟生长发育中占据着不可替代的地位,氮磷钾平衡施肥是缓解烟田土壤酸化和促进烤烟高效优质生产的保障。(3)为揭示有机肥替代无机化肥对土壤p H及肥力指标的影响,通过对比单施有机无机肥及不同配比施肥对烟田酸化的影响,以确定最优的有机无机配方施肥。研究表明,连续两年用30%有机肥氮替代化肥氮后,根际土壤p H提高了0.40个单位。随着有机肥施用比例的增加,交换性酸含量降低,土壤交换性盐基离子含量上升,至2021年70%化肥N+30%有机肥N处理下达到21.48 cmol/kg,相较于对照提高了3.86 cmol/kg。同时,用20%有机肥替代化肥后,2020年和2021年烤烟产量分别提高了17.7%和16.1%,产值分别增加了22.50%和3.90%,中上等烟比例分别增加了5.40%和3.60%。另外,烟叶的施木克值达到最高,其他化学指标也达到优质烟叶范围。综上,单施或偏施无机肥易导致盐基离子淋失和潜在性酸度增加,采用20%~30%有机肥替代无机肥有利于土壤盐基离子的保蓄,可兼顾土壤酸化改良与优质烟叶高效生产的协同提升。(4)为了对比分析配施有机肥基础上深耕和旋耕两种耕作措施对土壤酸化的影响效应。研究表明,深耕较旋耕平均提高p H约0.11个单位,接近于烟草生长最适p H范围。同时,深耕打破了犁底层,使下层土壤容重降低至1.26和1.33,平均提高了土壤含水量至18.50%。另外,深耕显著提高了烟叶的施木克值,糖碱比和糖氮比分别在5-13和5-17的最适范围内显著增加,有效地改善了烟叶质量。因此,采用深耕配施有机肥的耕层重塑技术,可实现重庆烟区土壤酸化改良和培肥的同步进行,稳定提高烤烟的可持续生产。(5)为筛选最适合重庆烟区酸化土壤改良的酸性调理剂,选用牡蛎粉、石灰和碱渣三种酸性调理剂,对比分析不同调理剂在改良土壤酸化和烟叶产质量的影响。研究表明,不同酸性改良剂对土壤酸化的改良效果为石灰>碱渣>牡蛎粉,连续两年试验使土壤p H分别提高了0.73、0.57和0.51个单位,但其修复效果会随着时间变化逐渐减弱。石灰处理使烤烟产量和产值分别提高了22.97%和28.03%,上中等烟的比例达到93.85%;连续两年施用牡蛎粉后产量和产值分别提高了22.30%和23.40%,上中等烟的比例达到91.55%。牡蛎粉和碱渣对烟叶化学协调性的提升效果更好,提高了烟叶的施木克值、糖氮比和糖碱比。石灰处理后本体土壤和根际土壤中细菌数量均达到最高,两年平均分别为28.25×10~6 cfu/g DS和54.54×10~6cfu/g DS;牡蛎粉处理后放线菌数量达到最高,平均分别为9.92×10~4 cfu/g DS和14.58×10~4cfu/g DS。然而,连续两年的石灰处理后,根际土壤中真菌和放线菌数量均有所降低,还会造成土壤板结和土壤微生态环境破坏等一系列问题,而采用牡蛎粉替代石灰常规酸性改良剂可在改良酸性的同时保护微生态环境,是一种利于酸化烟田烤烟可持续生产的改良物料。综上,本研究首先揭示了盐基离子输入输出不平衡(输出>>输入)和过量施用氮肥是导致烟田土壤酸化的主要原因,为烟田酸化改良提供理论依据;明确了氮、磷、钾肥单施和配施对烟田土壤酸化的影响;探明了有机肥代替化肥(N)最适替代率为20%~30%,采用这种施肥模式,有利于土壤盐基离子的保蓄,可兼顾土壤酸化改良与优质烟叶高效生产的协同提升;同时构建了深耕与有机肥结合的耕层重塑技术,促进土壤酸化改良、土壤耕层和亚表层土壤“降酸增碳”同步进行,达到土壤水、肥、气和热相协调,促进烟叶可持续生产;此外,筛选出了适合重庆烟田土壤酸化改良的调理剂,用牡蛎粉替代常规酸性改良剂石灰,在改良酸性的同时一定程度上保护了土壤微生态。综上,本研究揭示了烟田土壤酸化机理并探讨了不同改良调控措施对土壤酸化的阻控效应,为重庆优质烟叶可持续生产奠定基础。