烟草残体腐解特征及其对植烟土壤养分含量的影响

摘要:烤烟生产过程中和采收后产生大量的烟草残体。通过人工气候室控制水分和温度条件,模拟水田环境,采用网袋法考察烟叶、烟茎和烟根3种残体在土壤中的腐解率和腐解速度及其腐解对土壤的影响。结果表明,在100 d的试验期内,烟草3种残体都能较好的腐解,表现出前期快
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 摘要:烤烟生产过程中和采收后产生大量的烟草残体。通过人工气候室控制水分和温度条件,模拟水田环境,采用网袋法考察烟叶、烟茎和烟根3种残体在土壤中的腐解率和腐解速度及其腐解对土壤的影响。结果表明,在100 d的试验期内,烟草3种残体都能较好的腐解,表现出前期快、后期慢的特点,烟叶、烟茎和烟根的残体腐解率分别达53.04%、46.48%、36.66%;烟草残体的腐解增加了土壤有机质含量,但未达显著水平;烟草残体的腐解对全量的N、P和K的影响较小,但对土壤速效养分含量的影响较大,土壤碱解氮、速效磷和速效钾分别平均增加24.68、6.97、18.99 mg/kg。
  关键词:烟稻轮作;烟草残体;腐解
  中图分类号:S572 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2016)18-4652-04
  DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.009
  The Decomposition Characteristics of Tobacco Residues and Impact
  on Tobacco Field Soil
  合理的耕作制度是实现烟叶生产可持续发展的重要保证[1]。中国人多地少,主要通过提高复种指数、增加土地利用率来弥补土地资源的不足。但烟草具有不耐连作的特点,因此发展以烟草为主的轮作制度是保证烟区可持续发展必不可少的重要措施[2]。烟稻轮作为水田烤烟的主要种植模式,是中国南方烟区用地与养地相结合的传统经验,可改变稻田生态环境,避免或减轻病虫害[3],提高水稻产量[4]。以往的研究多从前茬作物对烤烟的影响考虑,局限于烤烟当季作物的研究与应用[5-12],而对烤烟采收后不同烟草残体在土壤中的腐解及其对烟田的影响还未见报道。本研究通过控制水分温度条件,模拟南方烟稻轮作模式,探讨田间烟草残体物在土壤中的降解及其对土壤的影响,以期为制定合理的烟叶生产管理措施提供技术支撑和理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料与地点
  试验在长沙市烟草公司试验基地和实验室进行。试验材料为烤烟品种K326的成熟期底脚叶、烟叶采收后的烟茎及烟根,风干后剪成2 cm左右小段,80 ℃烘干。试验土样取自浏阳烟草种植基地0~20 cm表层土壤,风干后碾碎过60目(0.25 mm)筛。供试土壤肥力状况见表1。
  1.2 试验设计
  试验采用尼龙网袋法[13],尼龙网袋规格为长×宽=10 cm×10 cm,孔径为0.l5 mm(100目)。分别取烘干后的烟草残体50 g,装入尼龙网袋中,加入土壤100 g后混匀扎紧袋口,放入直径约45 cm的塑料盆中,加入约15 kg供试土壤将样品全部掩盖。置于人工气候箱中,控制温度在35 ℃左右,保持盆中的土壤含水率在60%~70%之间。试验设4个处理:①烟叶;②烟茎;③烟根;④以不加入烟草残体为对照(CK)。每个处理18个网袋,分6次取样,每次取3个重复,取样时间分别为开始处理后10、20、40、60、80、100 d。
  1.3 样品收集与相关指标的测定
  随机取出一个网袋,风干后,拣出剩余烟草残体,仔细清除表面附着的泥沙,小心碾碎,过60目筛,在60 ℃条件下,将烟草残体烘至恒重,测定剩余烟草残体的干重并计算腐解率。
  累计腐解率=(初始干物重-n天剩余干物重)/初始干物重×100%;
  各期平均腐解速度=(n天干物重-m天干物重)/(m-n)。
  土壤分析采用文献[14]方法测定:土壤pH采用pH计(水土比为1∶2.5)测定;有机质采用重铬酸钾浓硫酸法测定;全氮采用半微量凯氏定氮法测定;碱解氮采用H3BO3(pH4.8)指示剂溶液吸收法测定;全磷采用钼锑抗比色法测定;速效磷采用NaHCO3浸提后钼锑抗比色法测定;全钾采用火焰光度法测定;速效钾采用醋酸浸-火焰光度法测定。
  1.4 数据处理及统计分析
  试验数据采用Microsoft Excel 2003及SPSS17.0数据分析软件进行统计分析,采用最小显著法(LSD)检验数据的差异显著性水平。
  2 结果与分析
  2.1 不同烟草残体的腐解速率
  由表2可知,烟叶残体在前40 d内腐解迅速,达到了0.41~0.46 g/d,后期逐步减慢;烟茎残体在前20 d内腐解迅速,达到0.50 g/d以上;烟根残体虽然在前40 d内腐解迅速,但是速率仍低于烟叶和烟茎残体。
  2.2 不同烟草残体腐解对土壤有机质含量的影响
  由表3可知,经过100 d的腐解后,烟叶、烟茎和烟根残体腐解后土壤的有机质分别比对照增加了3.27、3.30、3.18 g/kg。可见,在较短的时间内3种烟草残体腐解对土壤有机质的影响差异不显著。
  2.3 不同烟草残体腐解对土壤氮含量的影响
  从表4可知,烟草残体腐解对土壤全氮含量的影响差异不显著,但随着时间的延长,烟草残体的腐解显著增加了土壤中碱解氮的含量,并且在前20 d内,土壤中碱解氮的含量迅速增加,3种烟草残体腐解对土壤碱解氮含量的影响大小为烟根残体>烟叶残体>烟茎残体,至培养结束时,烟叶、烟茎、烟根残体处理的土壤碱解氮含量分别比对照高24.94、24.06、25.04 mg/kg。
  2.4 不同烟草残体腐解对土壤中磷含量的影响
  从表5中可以看出,短期内烟草腐解对土壤中全磷含量的影响不大,但是能够提高土壤速效磷的含量。培养100 d内,加入烟草残体的土壤中的速效磷的含量均显著高于对照,并且随着培养时间的增加,3种烟草残体腐解后的土壤中速效磷的含量呈前期迅速增加中期减少后期缓慢增加的趋势,至培养结束时,烟叶、烟茎、烟根残体处理的土壤速效磷含量分别比对照高7.49、6.78、6.65 mg/kg。 2.5 不同烟草残体腐解对土壤中钾含量的影响
  从表6中可以看出,短期内烟草腐解对土壤中全钾含量的影响不大,但能显著提高土壤速效钾的含量。在培养期间,加入烟草残体的土壤中速效钾的含量均显著高于对照,至培养结束时,烟叶、烟茎、烟根残体处理的土壤速效钾含量分别比对照高22.10、20.01、14.86 mg/kg。
  3 小结与讨论
  烤烟生产中会产生大量的残体或废弃物,如凋落的底脚叶、打顶后的烟杈以及采收后残留的烟茎和烟根,这些残体占到烟草生物总产量的一半以上[15],尤其当前的田间消化处理不适用于烟叶,反而增加了大量的烟草残体[16]。调查发现,这些残体大部分都被残留在烟田中[15]。烟草残体中含有大量的有机质和氮磷钾等元素[17],在腐解的过程中这些营养元素被陆续释放出来[18]。
  研究表明,在各处理的快速腐解期内,各种残体的腐解量均占到了腐解总量的80%左右。在60 d的腐解过程中,烟叶残体腐解量逐步减少,烟茎及烟根残体的腐解率趋于稳定。由于后期烟草残体的易分解物质减少,仅剩余难分解的木质素类,各部位组织残体之间腐解速率的差异不显著。
  土壤的有机质是衡量土壤肥力水平的一个重要标志,它直接影响着土壤的供肥性、保肥性和保墒性等[19]。烟草残体腐解后的土壤有机质含量均大于对照,但3种残体间的差异不显著。
  植物残体腐解对土壤养分含量的影响是一个长期的变化过程[17],在培养的100 d内,烟草残体腐解对全效的氮磷钾含量影响较小,而对速效养分含量影响较大,但3种残体间有差异。烟根残体对碱解氮含量影响较大而对速效钾的含量增加影响相对较少,烟茎及烟叶残体对3种速效养分的含量影响均较大,可能与烟茎和烟叶较易腐解有关。对于氮来讲,前20 d迅速增加原因可能是土壤中加入烟草残体后为土壤微生物的繁殖提供了大量的氮源,土壤的微生物活性和数量的增加加速了土壤矿化和烟草残体养分的释放[20]。前期磷的迅速增加可能是由于加入的烟草残体本身提供了磷元素,也可能是由于其腐解对土壤中的磷素具有一定的活化作用[21]。与氮素和磷素相比,烟草残体中钾素的含量最丰富,且植物残体中的钾是水可浸提的,为速效钾[22],因此研究烟草残体降解对土壤钾素的影响也具有重要意义。
  较高的温度和水分含量条件下,烟草残体可以得到充分的腐解,腐解过程中不断释放出的养分可以培肥土壤,减少农田化肥使用量,尤其是钾素的释放可以缓解氮磷钾肥施用比例失调的矛盾。在南方烟区烟-稻轮作的制度下,烟草残体还田这一措施可以进一步研究和推广。
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