烤烟油菜轮作与施肥对植烟土壤磷素含量及有效性的影响

苟小梅，曾兴鑫，张 毅*，蔡 艳，李 涛，顾 勇，陈韵松，张 潇

（1.四川农业大学资源学院，成都 611130；2.四川省烟草公司泸州市公司，四川泸州 646000）

连作是我国烤烟常见种植模式，其易导致植烟土壤养分失调、病虫害加重、微环境和微生物区系改变，进而影响烤烟的生长发育[1]。大量研究表明，烤烟轮作、合理施肥和品种优化均能减轻连作障碍对烤烟产质量的影响[2-4]。王家顺等[5]研究发现，烤烟与小麦、油菜、马铃薯轮作时，现蕾期长势明显优于烤烟连作，且能明显改善烟叶品质，使烟叶内在化学成分更加协调。同时，轮作还能提高土壤微生物多样性[6]，减少烤烟病虫害的发生[7]。此外，平衡优化施肥能改善土壤理化性质，改变有益微生物的结构和数量，为烤烟生长提供良好的微生态环境[8]；且有机肥可以通过促进微生物的繁殖以增加土壤酚酸类物质的消耗，进而减轻烤烟连作障碍带来的不利影响[9]。

磷作为植物生长的必需元素，土壤是其主要的供给库，因此磷在土壤中的含量多少和有效性高低可对植物生长发育产生直接影响[10]。调查显示，四川耕地土壤缺磷面积占1/2 以上[11]，如何在提高土壤磷素有效性的同时减轻烤烟连作障碍显得至关重要。为此，泸州宜宾等烟区曾大力推广烤烟-箭筈豌豆轮作，但箭筈豌豆作为一种绿肥，无任何经济收益，农民普遍接受度不高。油菜属于油料作物，在活化土壤磷素方面作用显著[12]，且在四川地区广泛栽培。因此本研究拟选取烤烟与3 个品种的油菜轮作，在四川省泸州市分别选用不施肥、单施化肥及有机肥化肥配施3 种施肥制度，研究烤烟油菜轮作与施肥对植烟土壤磷素含量和有效性的影响，以期为优化种植制度，提高土壤磷素有效性提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

研究地点位于四川省泸州市古蔺县箭竹苗族乡，地处川东南。土壤类型有黄壤、水稻土、紫色土等。年平均气温17.7 ℃，地温15 ℃左右，无霜期200 d，年均降水量近 710.5～1 033.9 mm，年蒸发量1 230 mm，相对湿度76%，属云贵高原气候。当地经济作物以烤烟为主，素有“烤烟基地之乡”的美称，是什邡卷烟厂指定烟叶生产基地之一。

1.2 供试材料

供试土壤：黄壤，其基本理化性质为：pH 值5.18、全氮0.51g/kg、有机质35.16g/kg、碱解氮117.66mg/kg、速效钾178.49 mg/kg、有效磷20.54 mg/kg。

供试油菜：川渝地区广泛栽培的中早熟品种，分别为“重蓉油1 号”（成都市农林科学院选育，亲本为 07GA×01 Tr47-1）、“德油早 1 号”（四川省三星堆油菜研究所选育，亲本为核不育两用系9701 AB×双低品系 9508）和“GSX-1”（四川农业大学作物育种系选育，亲本为DY6AB×2H293R）。

供试烟草：云烟87，由泸州市烟草公司提供。

1.3 试验设计与处理

试验采取裂区设计，主因素为油菜或冬闲，设4个水平：冬闲（A1）、重蓉油 1 号（A2）、德油早 1 号（A3）、GSX-1（A4）；副因素为施肥制度，设 3 个水平：不施肥（CK），有机肥化肥配施（NPKM），施化肥（NPK，习惯施肥）。共12 个处理，3 次重复。田间随机区组排列。

试验于2015年9 月15 日进行油菜播种及育苗，苗龄30 d 左右，10 月11 日移栽。按当地习惯方式移栽：油菜种于烟垄上，烟垄间距1.2 m，油菜株距0.4 m，行距0.3 m，小区面积60 m2。当地油菜习惯施肥量为：N 129 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2，均由化肥提供，所用肥料为复合肥（8-16-24）和尿素（46-0-0），复合肥作基肥，用量为 750 kg/hm2，尿素在移栽后30 d 追施，用量为150 kg/hm2。有机肥为酒糟有机肥（2-1-2），用量为 750 kg/hm2，基施，同时扣减复合肥中氮磷钾肥料用量。各处理按试验设计施肥，施肥方法均为穴施。油菜收获后，将每一小区规整后移栽烟草。烟草季（含种油菜或冬闲前茬烟草）的施肥情况为：每公顷纯养分施用量为555 kg，其中 N、P2O5、K2O 施用比为 1∶1.4∶2.69，移栽前 15 d将底肥（70% N、100% P2O5、60% K2O）条施进沟，覆土起垄盖膜，移栽后7～10 d 第1 次追肥（30% N，12% K2O），栽后 35～ 45 d 第2 次追肥（28% K2O）。烤烟其他生产管理措施按当地生产规范进行。

1.4 土壤样品采集

在油菜尚未移栽前，选择晴天的上午按5 点混合取样法采集试验地0～20 cm 耕层土壤样品；在烤烟移栽后至收获的 30、60、90、120 d，在每个小区采用蛇形法多点采取距植株0～20 cm 耕层土样，混合均匀后，去除石砾及动植物残渣，取部分鲜样置于4 ℃冰箱保存，剩余土样经过风干、磨细、分别过2.00 mm 孔径（10 目）和 0.149 mm 孔径（100 目）的筛子、混匀保存以备用。

1.5 分析方法

土壤样品分析测定项目参照《土壤农业化学分析方法》[13]，具体方法如下：

土壤全磷：酸溶-钼锑抗比色法测定。

土壤有效磷：Olsen 法测定。

酸性磷酸酶：采用J.Sardans 等[14]的方法。

1.6 数据处理

数据分析过程中，区组以随机因子对待，其余的因子（油菜品种、施肥方式）均以固定因子处理。处理间的交互作用显著性分析均用标准F 检验进行，采用最小显著差数法（LSD）进行多重比较；所有数据均运用 Microsoft Excel 2013 处理、作图，SPSS20.0 进行统计分析。

磷素活化系数（PAC）=有效磷/（全磷×1 000）×100%[15]

2 结果与分析

2.1 烤烟油菜轮作及施肥对土壤全磷的影响

由表1 分析可知，轮作和施肥在烤烟整个生长时期对土壤全磷的影响均达到显著（P＜0.05）或极显著水平（P＜0.01），而轮作和施肥的互作效应仅在90 d时达显著水平。在90 d 之前，各轮作处理土壤全磷含量均高于连作，其中重蓉油1 号、GSX-1 与连作达显著差异，分别比连作提高了1.70%～4.85%、2.27%～4.85%；120 d 时，土壤全磷含量在1.69～1.75 g/kg之间，GSX-1 处理最高，且显著高于连作处理，其他品种之间无明显差异。此外，在烤烟各个生育时期，NPKM 和NPK 处理的全磷含量均显著高于对照，而NPKM 与NPK 处理之间无明显差异。一个轮作周期后，NPKM 和NPK 处理全磷含量相较对照提高了9.26%、9.88%。

2.2 烤烟油菜轮作及施肥对土壤有效磷的影响

由表2 分析可知，轮作和施肥在烤烟整个生长时期对土壤有效磷的影响均达到显著（P＜0.05）或极显著水平（P＜0.01），而轮作和施肥的互作效应均未达显著水平。相同处理下，土壤有效磷含量随着烤烟生育期的推进呈逐渐下降的趋势。在同一生长时期，各轮作处理有效磷含量均高于连作，除30 d 的GSX-1 处理外，其余均达到显著水平。在轮作处理中，重蓉油1 号处理的土壤有效磷含量在整个烤烟季均最大，德油早1 号次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 号相较GSX-1 提高了5.18%～14.39%。此外，在烤烟各个生育时期，施肥对土壤有效磷含量的影响表现为NPKM ＞NPK ＞CK，且均达到显著水平。一个轮作周期后，NPKM 和NPK 处理有效磷含量相较CK 提高了 18.84%、10.12%。

表2 烤烟油菜轮作及施肥对土壤有效磷的影响Table 2 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil available phosphorus mg·kg-1

2.3 烤烟油菜轮作及施肥对土壤磷素活化系数的影响

磷素活化系数（PAC）通常用来表征土壤磷素活化能力，其值越大，土壤磷素有效性越高[16]。由图1分析可知，在同一生长时期，各轮作处理的土壤磷素活化系数均高于连作，30 d 的GSX-1 处理除外。在轮作处理中，重蓉油1 号处理的磷素活化系数在整个烤烟季均最大，德油早1 号次之，GSX-1 最小，且重蓉油1 号相较GSX-1 提高了2.17%～15.66%。除此之外，各主处理土壤磷素活化系数变化趋势基本一致，随烤烟生育期的推进总体呈下降趋势。在所有主处理下，NPKM 处理的土壤磷素活化系数在烤烟生长前期明显高于CK 和NPK 处理，分别提高了22.78%～45.92%、15.39%～48.22%。随着生育期的推进，差异幅度逐渐减小，而CK 和NPK 处理在烤烟整个生长期差异都不大。

2.4 烤烟油菜轮作及施肥对土壤酸性磷酸酶的影响

由表4 分析可知，轮作和施肥在烤烟整个生长时期对土壤酸性磷酸酶的影响均达到显著（P＜0.05）或极显著水平（P＜0.01），而轮作和施肥的互作效应均未达显著水平。相同处理下，土壤酸性磷酸酶含量随着烤烟生育期的推进呈先减小后增加的趋势。在烤烟同一生长时期，各轮作处理的土壤酸性磷酸酶含量均显著高于连作，提升幅度为4.29%～13.52%。在轮作处理中，重蓉油1 号处理酸性磷酸酶含量在整个烤烟季均最大，30 天时各品种间无显著差异，其余时期均显著高于GSX-1 处理，分别增加了6.00%、7.11%、5.60%。此外，在烤烟各个生育时期，施肥对土壤酸性磷酸酶含量的影响表现为NPKM＞NPK＞CK，除 120 d 外，其余时期 NPKM、NPK 与对照差异显著。一个轮作周期后，NPKM 处理的土壤酸性磷酸酶活性较CK 和NPK 处理分别提高了6.87%、5.26%。

2.5 土壤磷素指标间的相关关系

将土壤全磷、有效磷、磷素活化系数与酸性磷酸酶相互做Pearson 相关性分析，结果如表5 所示。土壤磷素活化系数与有效磷、酸性磷酸酶均呈极显著正相关关系（P＜0.01），相关系数达到0.975、0.914，而与全磷含量表现为负相关。除此之外，酸性磷酸酶与全磷、有效磷也具有正相关关系，其中与有效磷的相关系数为0.929，达到极显著相关水平。而全磷与有效磷虽存在正相关关系，但未达到显著水平。

3 讨论与结论

图1 烤烟油菜轮作及施肥对土壤磷素活化系数的影响Figure 1 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil phosphorus activation coefficient

表4 烤烟油菜轮作及施肥对土壤酸性磷酸酶的影响Table 4 Effects of tobacco-rape rotation and fertilization on soil acid phosphatase mg·g-1·d-1

土壤全磷反映土壤磷库的大小和潜在的供磷能力，主要来源于成土母质和肥料[17]。而有效磷作为土壤磷库中最有效的部分，是表征土壤供磷能力、确定磷肥用量和评价农田磷环境风险的关键指标[18]。二者之比则为磷素活化系数（PAC），可用来衡量土壤磷素的有效性。相关研究表明，PAC 小于2.0%时说明全磷很难转化为有效磷，有效性不高[19]。本研究发现，相比烤烟连作，烤烟油菜轮作能显著提高土壤中全磷、有效磷含量，这与李清华等[20]的结论相同，主要原因是作物对土壤养分具有特定的选择性吸收规律，亦能通过根系分泌物、根茬或土壤生物群落结构等因素影响土壤养分库组成，导致土壤养分强度发生变化[21]。除此之外，王婷婷等[22]研究发现，施肥（尤其是施有机肥）能显著提高土壤的磷素活化系数；张建军等[23]也有类似的研究结果。而在本研究中，单施化肥和有机肥化肥配施处理PAC 值在烤烟整个生长季均高于不施肥，且差异达到显著水平。同时有机肥化肥配施处理的PAC 值均高于单施化肥，原因在于有机肥施入后土壤有机质含量增加，其分解产生的有机酸能活化无效磷，且磷的部分吸附位点被有机肥产生的有机阴离子占据，使土壤对磷的吸附能力降低，磷素有效性提高[24]。

表5 土壤磷含量与酸性磷酸酶的相关关系Table 5 Correlation between soil phosphorus content and acid phosphatase

土壤磷酸酶可催化磷酸肝或脂类的水解，其活性的高低直接影响着有机磷的分解转化及其生物有效性[25]，其中酸性磷酸单酯酶对土壤磷素变化较为敏感[26]，与植物的磷素养分关系更为密切。本研究中，烤烟油菜轮作下土壤酸性磷酸酶活性高于烤烟连作，且差异达到显著水平。一个轮作周期后，轮作处理的酸性磷酸酶含量提高了7.20%～13.20%，这与尤垂淮[27]的研究结论一致，但与贾健等[28]的结论存在差异，这可能与烤烟品种、采样时期和土壤自身肥力等因素有关。除此之外，汪林等[29]通过田间小区试验，研究了不同施肥对提高烤烟生育期内土壤酶活性和供肥能力的影响，结果发现，各施肥处理较不施肥均能提高土壤酸性磷酸酶活性，这与本研究结果相似。在本研究中，在烤烟各个生育时期，施肥对土壤酸性磷酸酶含量的影响表现为有机肥化肥配施＞单施化肥＞不施肥，除烤烟成熟期外，其余时期有机肥化肥配施、单施化肥处理与不施肥差异显著。而在烤烟生长中后期，有机肥化肥配施处理的酸性磷酸酶含量显著高于单施化肥，原因可能是烤烟生长中后期土壤温度上升，促进了有机肥、植物残体的分解，土壤微生物可利用的营养成分增多，活性增强，酸性磷酸酶活性提高，从而促进了土壤磷素循环[30]。

相比烤烟连作，烤烟油菜轮作能显著提高土壤全磷、有效磷含量及酸性磷酸酶活性，其中重蓉油1号提高有效磷含量和酸性磷酸酶活性效果最显著。此外，有机肥化肥配施有利于促进土壤磷素转化过程，增加有效磷含量，其磷素活化能力明显优于单施化肥和不施肥处理。综上，重蓉油1 号油菜与烤烟轮作和有机肥化肥配施时土壤磷素含量和有效性较高，是当地较优的种植模式。