一种植烟土壤修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复改良技术领域，具体涉及一种植烟土壤修复方法。

背景技术

烤烟作为湖南省重要经济产业支柱，在我国烤烟生产中占有举足轻重的地位，但植烟土 壤的连作障碍问题日益突出。以湘西为例，湘西地势以山区为主，可利用耕地有限，湘西地 区烤烟种植区土地高度集约化利用和复种指数高，以土传病原菌和土壤退化为主的土壤连作 障碍是一直存在且没有从根本上解决的一个难题。

面临以上问题，各种植烟土壤改良措施应运而生，如CN104541876A通过烤烟和大蒜轮 作和套作来缓解植烟土壤连作障碍，CN112640613A通过施用有机肥、复合肥和缓释肥以期 提高土壤肥力，CN102344326B利用有机物料和土壤改良剂，以达到改良土壤、抑制烤烟连 作障碍和提高烟叶品质的功效。

有机物料中，豆腐渣是一类营养非常丰富，且成本低的有机物料，但是现有技术中豆腐 渣都是作为一种组分与其他组分制成有机肥或者土壤调理剂而使用，并且这些有机肥和土壤 调理剂中有很多没有实际使用价值的组分，这不仅提高了成本还可能会造成土壤营养过剩， 目前还没有对豆腐渣作为单一成分能否修复植烟土壤的报道，如何做到既能有效缓解植烟土 壤的连作障碍问题，又能不对植烟土壤造成破坏，还能降低成本，成为当前亟需解决的问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的是提供一种既能有效缓解植烟土壤的连作障碍问题， 又能不对植烟土壤造成破坏，还能降低成本的植烟土壤修复方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种植烟土壤修复方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将烟草残株清理干净，用粉垄机对土壤进行深翻松耕，翻土深度为30cm；

步骤二：在连作烟草土壤表面均匀添加豆腐渣，使用量为300-800kg/亩，通过旋耕机将 其与耕作层土壤混合均匀；

步骤三：对所述步骤二中的连作烟草土壤进行淹水处理，待土壤为淹水状态时停止灌水；

步骤四：在所述步骤三中的土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；

步骤五：处理时间为烤烟移栽前一个月，处理结束后将膜揭去。

优选地，所述步骤二具体为：在连作烟草土壤表面均匀添加所述步骤二中腐熟后的豆腐 渣，使用量为800kg/亩，通过旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀。

进一步地，所述步骤五中处理结束后，分别对不同时期的烤烟和土壤进行破坏性采收和 收集，并对其进行检测。

进一步地，所述步骤五中处理结束后，对烤烟进行旋耕移栽，在揭膜后和烤烟采收后取 烟样和土样，每次采集相同部位的烟叶和相应土壤，并对其进行检测。

进一步地，所述步骤三中灌水后土壤含水量为最大持水量的80-100％。

进一步地，所述步骤五中将膜揭去前，土壤一直保持淹水状态。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种植烟土壤修复方法，豆腐渣作为单一成分，应用于连作多年病害严重的植 烟土壤中，通过合理施用豆腐渣进行土壤强还原技术，可以有效改善土壤微生物群落结构和 功能，进而改善土壤养分和生物学性状，有效控制土传病害发生，促进烤烟的生长和产质量 的提高，本发明方法的关键是根据连作障碍土壤的特点，把控豆腐渣施用量、灌水程度和覆 膜时间等，达到处理效果和处理成本的最佳组合，既能有效缓解植烟土壤的连作障碍问题， 又能不对植烟土壤造成破坏，还能降低成本。

附图说明

图1为不同处理对微生物群落结构的影响。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本 发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实 施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种植烟土壤修复方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将烟草残株清理干净，用粉垄机对土壤进行深翻松耕，翻土深度为30cm；

步骤二：在连作烟草土壤表面均匀添加充分腐熟后的豆腐渣，使用量为300kg/亩，通过 旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀；

步骤三：对步骤二中的连作烟草土壤进行淹水处理，待土壤为淹水状态时停止灌水；

步骤四：在步骤三中的土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；

步骤五：处理时间为烤烟移栽前一个月，处理结束后将膜揭去。

步骤五中处理结束后，对烤烟进行旋耕移栽，在揭膜后和烤烟采收后取烟样和土样，每 次采集相同部位的烟叶和相应土壤，并对其进行检测；步骤三中灌水后土壤含水量为最大持 水量的80-100％；步骤五中将膜揭去前，土壤一直保持淹水状态。

实施例2

一种植烟土壤修复方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将烟草残株清理干净，用粉垄机对土壤进行深翻松耕，翻土深度为30cm；

步骤二：在连作烟草土壤表面均匀添加充分腐熟后的豆腐渣，使用量为500kg/亩，通过 旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀；

步骤三：对步骤二中的连作烟草土壤进行淹水处理，待土壤为淹水状态时停止灌水；

步骤四：在步骤三中的土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；

步骤五：处理时间为烤烟移栽前一个月，处理结束后将膜揭去。

步骤五中处理结束后，对烤烟进行旋耕移栽，在揭膜后和烤烟采收后取烟样和土样，每 次采集相同部位的烟叶和相应土壤，并对其进行检测；步骤三中灌水后土壤含水量为最大持 水量的80-100％；步骤五中将膜揭去前，土壤一直保持淹水状态。

实施例3

一种植烟土壤修复方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将烟草残株清理干净，用粉垄机对土壤进行深翻松耕，翻土深度为30cm；

步骤二：在连作烟草土壤表面均匀添加充分腐熟后的豆腐渣，使用量为700kg/亩，通过 旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀；

步骤三：对步骤二中的连作烟草土壤进行淹水处理，待土壤为淹水状态时停止灌水；

步骤四：在步骤三中的土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；

步骤五：处理时间为烤烟移栽前一个月，处理结束后将膜揭去。

步骤五中处理结束后，对烤烟进行旋耕移栽，在揭膜后和烤烟采收后取烟样和土样，每 次采集相同部位的烟叶和相应土壤，并对其进行检测；步骤三中灌水后土壤含水量为最大持 水量的80-100％；步骤五中将膜揭去前，土壤一直保持淹水状态。

实施例4

一种植烟土壤修复方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将烟草残株清理干净，用粉垄机对土壤进行深翻松耕，翻土深度为30cm；

步骤二：在连作烟草土壤表面均匀添加充分腐熟后的豆腐渣，使用量为800kg/亩，通过 旋耕机将其与耕作层土壤混合均匀；

步骤三：对步骤二中的连作烟草土壤进行淹水处理，待土壤为淹水状态时停止灌水；

步骤四：在步骤三中的土壤表面覆膜，地膜周边用土压实；

步骤五：处理时间为烤烟移栽前一个月，处理结束后将膜揭去。

步骤五中处理结束后，对烤烟进行旋耕移栽，在揭膜后和烤烟采收后取烟样和土样，每 次采集相同部位的烟叶和相应土壤，并对其进行检测；步骤三中灌水后土壤含水量为最大持 水量的80-100％；步骤五中将膜揭去前，土壤一直保持淹水状态。

实验例1

试验地点在湘西州花垣县烟区道二镇，连作多年病害严重的土壤。烤烟品种为当地主栽 品种云烟87，烤烟移栽期为2020年4月20日。供试土壤土壤基本理化性质为pH6.9，全氮 (1.328g/kg)，全磷(0.815g/kg)，全钾(15.00g/kg)，碱解氮(101mg/kg)，有效磷(22.8mg/kg)，速效钾(630mg/kg)，有机质(19.01g/kg)。

试验设置六个处理：

(对比例1)CK1：常规处理、不覆膜；

(对比例2)CK2：常规处理、覆膜；

(对比例3)DT1：添加有机物料豆腐渣的RSD处理(300kg/亩)、覆膜

(对比例4)DT2：添加有机物料豆腐渣的RSD处理(800kg/亩)、覆膜

(实验例1)DT3：添加有机物料豆腐渣的RSD处理(300kg/亩)+饱和水分+覆膜

(实验例2)DT4：添加有机物料豆腐渣的RSD处理(800kg/亩)+饱和水分+覆膜

土壤强还原处理的具体操作如下：在连作烟草土壤表面均匀添加豆腐渣后通过旋耕机将 其与耕作层土壤混合均匀，厌氧处理时间为烤烟移栽前一个月，后揭膜旋耕移栽，揭膜后取 样。采用随机区组设计，每个处理3个重复，每个重复面积30㎡，共计18个小区。在揭膜 后和烤烟采收后取土样，并对其进行检测。

(1)土壤理化指标测定参照鲁如坤主编的《土壤农化分析方法》(中国农业科技出版社， 2000)，主要包括土壤速效养分指标。测定的理化性质包括pH、有机质含量、总氮、碱解氮、 有效磷、速效钾。

(2)采用高通量测序和Biolog分析土壤微生物群落结构和土壤微生物代谢活性，具体 同第一节。

(3)调查每个小区青枯病、黑胫病、根腐病等土传病害发病情况。

使用Microsoft Office 2017和IBM Statistics SPSS 24.0进行数据分析统计，多重比 较检验方法为LSD法。

(1)对土壤pH、EC、Eh值的影响

由表1可知，与对照相比，RSD处理均能够增加土壤pH值，其中简单的覆膜厌氧处理(CK2、DT1和DT2)的增长幅度在0.50-1.13之间；而添加800kg/亩豆渣的两个处理(DT2 和DT4)的pH值最大，且无显著差异(P<0.05)。豆渣结合饱和水分覆膜的强还原环境(DT3、DT4)还显著地降低了土壤的EC和Eh(P<0.05)，即DT处理中EC从对照CK的480μs/cm 降低到DT4的240μs/cm，降幅为50％，而Eh从324mV降低到-234mV，降幅可达172％。 土壤添加豆渣但水分未饱和的两个处理(DT1、DT2)也能够有效改变土壤中EC和Eh值， 两者的影响效果比其结合饱和水分的处理(DT3、DT4)的影响效果的弱些。同时可以看到 CK2处理-未加任何有机物料，单纯的覆膜所营造的厌氧环境也能够显著影响土壤的环境特 性，例如EC和Eh(P<0.05)，但对土壤pH与空白对照CK1无显著差异。

表1不同处理对土壤pH、EC、Eh值的影响

注：氧化还原电位，Eh；电导率，EC

(2)对土壤中主要养分含量的影响

由表2可知，与空白对照CK1相比，灌水覆膜后CK2的土壤中养分TN、HN显著变(P <0.05)。添加有机物料豆渣的厌氧处理中，所检测的五种土壤养分均增加，豆渣结合覆膜处理对土壤养分提升有一定的帮助，如DT2处理HN、AP、AK的含量比对照增加了11.96、9.06、119.21(mg/kg)；而土壤添加相同豆渣施用量下辅以饱和水分后再进行覆膜处理，土壤的养分积累更显著，其中豆渣添加量为800kg/亩的厌氧强还原处理(DT4)的土壤养分含量增加幅度最显著，即TN、HN、AP、AK和OM分别比对照增加了0.21g/kg、14.74mg/kg、5.47mg/kg、178.78mg/kg、4.49g/kg。有机物料的添加的量对土壤养分的积累有一定的贡献率。表4-3中可以看到添加300kg/亩豆渣的覆膜或饱和水分后覆膜处理(DT1、DT3)比豆渣添加量为800kg/亩的处理(DT2、DT4)的土壤养分积累量低些(P<0.05)。

表2不同处理对土壤养分变化的影响

注：总氮，TN；碱解氮，HN；活性磷，AP；活性钾，AK；有机质，OM

(3)对土壤微生物丰富度和多样性的影响

厌氧处理后，土壤环境的转变导致了土壤微生物群落组成结构的变化。表3可以看到， 细菌和真菌群落的丰富度和多样性的变化情况。不同处理后，对土壤微生物进行Chao和ACE 指数计算，结果表明土壤细菌的丰度与对照CK1无显著变化；而多样性Shannon指数则有显 著变化，主要表现在DT1和DT2处理比其他四个实验组的Shannon值低，DT3和DT4与对 照组无显著变化差异。从三个指数的值来看，不同处理的真菌群落结构变化较细菌的显著。 覆膜处理(CK2、DT1、DT2)的土壤微生物的丰富度和多样性与空白对照土壤(CK1)均无显著变化；结合饱和水分处理后，三个指数均与对照有显著降低趋势，且有机物料添加量多的处理DT4中的更显著，即Chao、ACE、Shannon指数分别为409、410、3.40。

表3不同处理土壤中微生物群落多样性和丰富的变化

注：Chao和ACE，丰富度指数；Shannon，多样性指数

(4)对土壤微生物群落结构的影响

图1展示了土壤细菌(a)和真菌(c)群落在门水平的丰度变化。图中，细 菌(a)和真菌(b)在门水平的相对丰度；不同处理后细菌(c)和真菌(d)主 要科水平的丰度变化；细菌和真菌门丰度柱形图中的“Others”颜色一致。处理 之后，细菌群落中丰度发生显著变化且占比比较大的门有Proteobacteria(变形 菌门)、Gemmatimonadetes(芽单胞菌门)、Actinobacteria(放线菌门)、 Acidobacteria(酸杆菌门)、Patescibacteria、Bacteroidetes(拟杆菌门)。未加任 何物料覆膜处理的土壤，其微生物门Proteobacteria和Actinobacteria的丰度有显 著变化；而结合有机物料再进行饱和水分处理后，细菌内部结构组成变化更显

土壤中真菌的优势门为Ascomycota(子囊菌门)，覆膜或有机物料+覆膜处理显著增加其 丰度，8.56％-17.38％；而再辅以饱和水分处理Ascomycota的丰度却有点回落，DT4中 Ascomycota的丰度甚至比CK1中还低。Rozellomycota(罗兹菌门)的丰度随着厌氧还原环 境的加强，丰度逐渐下降，丰度从CK1中9.60％降低至DT4中0.04％；取而代之的是，Basidiomycota(担子菌门)的丰度在各组间的变化趋势刚好相反，在对照中仅为1.70％，而DT4中的丰度为16.56％。此外，厌氧处理后显著降低的真菌门还有Entomophthoromycota(虫 菌门)、Zoopagomycota(捕虫霉亚门)、Chytridiomycota(壶菌门)、Monoblepharomycota、 Chlorophyta(绿藻门)，部分门，如Zoopagomycota、Monoblepharomycota、Chlorophyta在 DT4中的丰度甚至为零。从真菌科水平来看，Cortinariaceae(丝膜菌科)、Piptocephalidaceae (掉头霉科)、Trichocomaceae(发菌科)、Plectosphaerellaceae、Aspergillaceae(曲霉科)、 Bolbitiaceae(粪绣伞科)、Entomophthoraceae(虫霉科)、Strophariaceae(球盖菇科)这八个 真菌科在几个处理间显著变化。与CK相比，厌氧处理显著降低了Cortinariaceae、 Piptocephalidaceae、Trichocomaceae、Plectosphaerellaceae、Aspergillaceae的丰度；而增加了Bolbitiaceae、Entomophthoraceae、Strophariaceae的丰度。其中DT1和DT2处理Cortinariaceae 的丰度显著高于其他处理(≈10％)，而DT3和DT4中Strophariaceae的丰度占有优势(≈10％)。

(5)对烟株田间病害发生情况的影响

由表4可知，与CK1相比，单独的覆膜对烟草的病害发生率影响并不大，无统计学差异。 添加有机物料结合覆膜或饱和水分覆膜的厌氧消毒可显著降低了烟株的发病率和病情指数， 如DT1-DT4处理中，青枯病、黑胫病和空胫病的发病率下降幅度分别为25.82％-35.49％、 0％-60.54％、3.74％-19.97％。豆渣添加量对于烟株发病率影响存在差异，如DT3和DT4处理 的青枯病的发病率和病情指数差异显著，且豆渣添加量较大的厌氧处理对于烟株病害的抑制 效果更强，如DT4处理中，烟株三种病害的病情指数分别比对照降低57.25％、63.26％、73.53％。 相同有机物料添加情况下，对于土壤饱和水分处理与否的厌氧还原处理之间，即DT1和DT2， DT3和DT4，水分饱和的厌氧还原环境更利用病害的抑制。

表4不同处理对烟株发病率的影响

(6)关键微生物对烟株病害发生的影响

由表5可知，在豆渣添加量高的强还原厌氧处理中(DT4)，土壤的理化指标如都显著增 加，而土壤养分的改变也会影响微生物的生长繁殖。通过对细菌和真菌关键科的微生物与烟 株发病率进行相关性分析表明，烟株病害发生与这些微生物的丰度存在一定关系，如表4-6 所示。除了Frankiaceae、Cortinariaceae，其余的六个科都与烟株青枯病的发生率存在显著相 关性。对于黑胫病，Trichocomaceae、Gemmatimonadaceae、Polyangiaceae、Rhizobiaceae和 Aspergillaceae的丰度与其发病率存在显著相关性。此外，烟株空胫病的发病率与Rhizobiaceae 和Aspergillaceae存在正相关关系(P<0.01)，与Strophariaceae和Trichocomaceae存在显著 负相关关系(P<0.05)。与烟株发病率呈现负相关关系的微生物对土壤病原菌的生长繁殖发 挥一定拮抗效果，从而影响地上烟株的生长发育情况。

表5微生物关键科与烟株发病率的相关性分析

注：。“***”、“**”、“*”分别表示P值在<0.001、<0.01、<0.05的水平有显著性。表中前四个为细菌的科，后四个为真菌 的科

上述实验结果表明，覆膜所营造的厌氧环境能够显著改变土壤微生物的群落结构组成及 土壤理化性质；而土壤饱和水分处理后覆膜的强还原环境对微生物的组成和土壤理化的影响 更显著；有机物料豆腐渣添加越多，对土壤养分改善效果越强，其中有机物料添加800kg/亩 的RSD处理(DT4)中TN、HN、AK和OM的含量显著高于300kg/亩的RSD处理(DT3)。 同时，DT4处理对于烟叶青枯病、黑胫病和空胫病的病害防控的效果也显著优于其他处理。 本发明是在淹水覆膜的条件下添加豆腐渣，通过合理施用豆腐渣进行土壤强还原技术，可以 有效改善土壤微生物群落结构和功能，进而改善土壤养分和生物学性状，有效控制土传病害 发生，在土壤得到修复和土传病害得到控制的基础上，烤烟的生长和产质量得到提高，本发 明方法的关键是根据连作障碍土壤的特点，把控豆腐渣施用量、灌水程度和覆膜时间等，达 到处理效果和处理成本的最佳组合，既能有效缓解植烟土壤的连作障碍问题，又能不对植烟 土壤造成破坏，还能降低成本。土壤的强还原状态能持续3-5年。