腐熟麦秸对植烟土壤的营养效应及其机理研究

【摘要】利用秸秆还田来改良烟区土壤、改善烟株生长发育及提高烟叶品质是烟草行业中很多学者的关注点。目前，关于秸秆还田的适宜用量、还田的方式以及其对土壤改良效果的研究尚未有明确的结论，同时秸秆还田对植烟土壤的改良效果尚没有体统的研究。河南烟区是中国重要的浓香型烟叶原料产地，近年来由于土壤质量退化严重，影响了烟叶的可持续发展。本文在总结国内外土壤改良研究进展的基础上，于2011-2012年通过大田、微区和盆栽的方式，系统研究了不同用量腐熟麦秸秆对植烟土壤的改良效果、烟株生长发育及烟叶产质量的影响。主要研究结果如下：1.研究了腐熟麦秸秆对土壤碳氮指标的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆改变了土壤的碳库构成，显著增加土壤全碳的绝对含量和有效碳含量；各处理土壤的全碳含量均随着烤烟生育期的推进呈现逐步下降的趋势，对照处理的全碳含量变化较小；0-20cm土壤全碳前期的转化速度较慢，而20-40cm土壤转化较为平稳；秸秆添加量越大，越有利于维持烟株生育后期土壤处在一个较高的全碳水平。土壤中微生物量碳含量随着秸秆添加量增加而显著提高，处理间差异在不同时期均达到了显著或极显著水平；0-20cm和20-40cm土层土壤微生物量碳含量变化趋势基本相同，但0-20cm土层土壤含量显著高于20-40cm土层土壤；秸秆的用量越多越有利于维持土壤的微生物活性在较长时间内处在一个较高水平。添加腐熟麦秸秆对土壤全氮的影响显著小于对全碳的影响，处理之间差异不显著；土壤微生物量氮含量随着腐熟麦秸秆添加量增加而增加，处理间差异达到显著水平。土壤中SMBC、SMBN、TN、TC在移栽后45、75、90d线性相关关系均达到极显著水平，SMBC与SMBC/SMBN的相关性在移栽后各个时期均达到显著水平，土壤TN与TC在移栽45d以后呈极显著正相关。2.研究了腐熟麦秸秆对土壤中活性碳库组分的影响。结果表明：随着腐熟麦秸秆添加量的增加，土壤有机碳含量均呈上升的趋势，处理间差异达到显著或极显著水平。随着生育期的推进，各处理有机碳均呈现逐步下降的趋势，在烟叶生育前期，20-40cm耕层土壤有机碳的下降速度高于0-20cm耕层土壤，到90d时，两个耕层各处理土壤有机碳下降的幅度基本一致。添加秸秆对土壤易氧化有机碳的影响较小，但提高土壤可溶性有机碳含量，除75d时T5的含量最高，其它时期均以T4含量最高，75d以后，土壤可溶性有机碳含量开始下降。各处理土壤的微生物熵均高于对照，微生物量熵在生育期中先上升，75d达到峰值，随后开始下降，与微生物量碳含量的变化趋势相一致。土壤中微生物熵的变化幅度0-20cm大于20-40cm，随着秸秆添加量的增加，微生物熵在烟株生育期的平均值0-20cm土壤呈下降趋势，而20-40cm土壤中呈上升趋势。盆栽条件下微生物熵显著低于田间处理，在生育期中呈下降趋势，与田间20-40cm土壤的变化趋势一致。各处理微生物熵均高于对照值，说明添加腐熟麦秸秆能够增加土壤中有机碳的积累。田间试验结果表明，TOC与SMBC呈极显著相关，微生物量碳与微生物熵呈极显著关系，但有机碳与微生物熵无显著相关性。盆栽试验结果表明，土壤机碳含量与可溶性有机量碳、微生物量碳及易氧化态碳之间的相关性在不同时期均可能达到极显著水平，可溶性有机碳与易氧化有机碳在移栽后60、90d达到显著负相关水平，土壤活性碳很大程度上依赖有机碳总贮量。微生物量碳和微生物熵在各个时期均达到显著或极显著相关。3.研究了腐熟麦秸秆对土壤酶活性的影响。结果表明：腐熟麦秸秆明显提高土壤蔗糖酶活性，但降低脲酶活性，蔗糖酶活性随着添加量增加呈现先上升后下降趋势。过氧化氢酶活性各处理间差异显著,但不同时期规律不同，T3处理在全生育期均高于其他处理，适度增大腐熟麦秸秆添加量有利于增强土壤生物氧化能力。土壤纤维素酶活性随腐熟秸秆量增多而显著提高，以T4处理活性最高。4.研究了腐熟麦秸秆对植烟土壤速效养分的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆提高土壤碱解氮的含量，促进烟株前期发育过程中土壤的供氮能力，在烟叶生长前期的提高幅度大于后期。各处理土壤速效磷含量与对照相比在烟叶移栽后45d和90d差异较大，各处理速效磷含量均随着烟叶生育期的推进而下降。速效钾随秸秆用量增加而增加，烟草生育期中呈现出先升高后下降再升高的趋势。腐熟麦秸秆对土壤速效铁含量具有一定的负效应，对速效锰含量具有促进作用。在烟叶生长后期，T3处理对速效铜的影响最为明显。对速效锌的影响是短期效应。5.研究了腐熟麦秸秆对植烟土壤物理性状和pH值的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆缩小不同耕层的温度差异，在低温时可以轻微提高土壤的温度，但在高温时不具有明显的降温效果，甚至有可能增加地表温度。添加腐熟麦秸秆有利于降低土壤容重和提高土壤孔隙度，但对土壤容重的影响具有一定的时效性，在烟株生育过程中，土壤容重会发生较大幅度的变化。对土壤的酸碱度具有一定的调节作用，可以降低土壤的pH值，并减小烟株生育期内土壤pH值的变化幅度。添加腐熟麦秸秆可以显著改善土壤的保水能力，在土壤水分较高的情况下，具有快速降低水分的能力，而在土壤水分较低的情况下，其能维持一个相对适宜的含水量在较长时期，减少无效蒸发。6.研究了腐熟麦秸秆对烤烟根系发育的影响。结果表明：腐熟麦秸秆有利于烤烟根系的生长发育，可以显著提高烟株的根鲜重、根干重、根体积和根系活力，但是秸秆用量过大时，这种作用反而下降。腐熟麦秸秆有利于维持后期烟株的根系活力和较为庞大的根系吸收面积，对于提高烟株的田间耐熟性有利。7.研究了腐熟麦秸秆对烤烟光合特性及叶绿素的影响。结果表明：在烟叶旺长期，添加腐熟麦秸秆显著提高了烟叶的气孔导度、蒸腾速率和净光合速率，但对细胞间隙CO2浓度基本没有影响。腐熟麦秸秆具有提高叶片叶绿素含量，促进叶片的光合作用，在烟叶生长前期基本不改变叶绿素a/叶绿素b的值，但是在烟株进入成熟期后，影响叶绿素b的降解速度，对烟叶的成熟产生影响。添加腐熟麦秸秆在生育期中各个时期对类胡萝卜素均会产生显著影响，但在不同时期表现不一致。8.研究了腐熟麦秸秆对烤烟碳氮代谢关键酶活性和代谢产物的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆能够提高烟叶的碳氮代谢过程中硝酸还原酶、转化酶和淀粉酶的活性，但不改变烟草碳氮代谢的转换时间，各处理均在打顶后由氮代谢转入碳代谢为主。对碳氮代谢产物在不同时期有一定的影响，添加腐熟麦秸秆降低烟叶中淀粉的含量，但增加烟碱的含量，对总氮的影响规律不显著。9.研究了腐熟麦秸秆对烤烟矿质元素吸收和积累的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆可以显著提高各种矿质元素的积累量，对提高肥料利用效率和土壤的养分供应能力具有促进作用。提高烟株增加体内浓度、促进单株发育，提高单株干物质重量是添加腐熟秸秆增加矿质元素积累量的主要途径。。添加腐熟麦秸秆能够改善调制后烟叶的各种矿质元素含量水平，不同元素在不同部位表现不一致。随着腐熟麦秸秆添加量增加，上部叶中磷含量逐渐提升，中部叶处理间差异不显著，下部叶除T2外均高于对照。添加腐熟麦秸秆可以提高上部烟叶钾含量，降低上、中部叶钙含量；对上部叶硼含量具有正效应，对中下部叶硼含量具有负效应；对上部叶和下部叶锰含量具有正效应，对中部叶具有负效应；提高烟叶中铜和锌的含量，但降低镁和铁的含量。10.研究了腐熟麦秸秆对烤烟生长发育及产量产值的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆延长了烟株的生育期，但是不同试验地点存在时间差异。田间试验表明，对照前期落黄较快，T3、T4和T5处理前期落黄较慢，中期落黄较集中，到中上部叶的采收期，落黄速度又慢于对照。盆栽条件下，烟株的各生育期均早于大田试验，添加秸秆能够显著延长烟叶的大田生育期，T5处理后期表现为稍微贪青晚熟。田间试验对株高影响不显著，而盆栽试验相反。过量添加秸秆降低烟草的茎围，但增加烟株有效叶数和最大叶面积。添加腐熟麦秸秆促进烤烟的干物质积累量和干物质累积速率，处理间差异显著，不同处理的干物质累积速率高峰期不同。添加腐熟麦秸秆有利于提高烟叶的产量和产值，T2、T3的产量、产值显著高于其他处理和对照，其中T2的产量最高，而T3产值最高。下部叶产量除T1处理低于对照，其它处理均高于对照；中部叶产量随着秸秆用量的增加而增加。添加腐熟麦秸秆显著提高了上等烟的产量和比例，降低下低等烟的产量和比例。除T1处理外，其它处理均可以显著提高亩产值。11.研究了腐熟麦秸秆对烤烟品质的影响。结果表明：添加腐熟麦秸秆有利于提高烟叶常规化学成分的协调性，显著提高两糖比值，提升上部叶的氮碱比，明显降低淀粉含量，对总氮含量影响不显著。添加腐熟麦秸秆有利于提高上部叶的石油醚提取物含量，但降低中、下部叶含量。对烟叶中性致香物质总量的影响不同部位表现不一致，田间试验以T3和T2处理表现较好，盆栽试验以T3、T4处理表现较好。对中性致香物质的各种组分影响在不同处理、不同部位间表现不完全一致，但添加秸秆有利于提高各种致香物质的含量，不同组分最适宜的秸秆添加量不同。添加腐熟麦秸秆对烤烟上部叶感官质量具有改善作用，主要表现为提高香气量和改善香气质，对中部叶感官质量影响不显著，一定程度上降低下部叶感官质量。
【作者】陈红丽；
【导师】刘国顺；
【作者基本信息】河南农业大学，烟草学，2013，博士
【关键词】腐熟麦秸秆；植烟土壤；烤烟；碳组分；矿质营养；生长发育；产量；产值；品质；

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