烟草是我国重要的经济作物，其产量与品质与土壤酸碱度密切相关^[1]。酸性或微酸性(pH 5.5 ~ 6.5)土壤环境更适宜优质烟草的生长发育。研究表明，我国不同地区连续多年种植烟草后，烟田土壤pH呈现明显下降趋势^[2-3]，pH < 5.0的强酸性和5.0 < pH < 5.5的弱酸性植烟土壤比例升高^[4-5]。第二次全国土壤普查结果显示，我国2.4%的植烟土壤pH低于4.5，18.6% 的植烟土壤pH介于4.5 ~ 5.5，这些酸性土壤的理化性质差，铁铝及重金属活性高，抑制了根系对养分的吸收^[6]。此外，土壤酸化也是烟草青枯病爆发的重要诱因^[7]。可见，烟田土壤酸化严重影响烤烟产量与品质，亟需有效的调控措施，提升酸性烟田土壤质量，恢复其生产力。

施用碱性物料是改良酸性土壤的常用方法。石灰是传统的酸性土壤改良剂，可与土壤中的酸性物质发生中和反应，提高土壤pH，促进Al³⁺水解生成沉淀，进而缓解植物铝毒害，提高作物产量^[8]。施用1 500 kg/hm²的生石灰可使安徽烟稻轮作酸性水稻土pH提高0.52个单位^[6]。此外，石灰中丰富的Ca²⁺可与土壤交换性Al³⁺发生交换反应，增加土壤中交换性Ca²⁺的含量，降低交换性Al³⁺含量，进一步改善土壤酸化状况。然而，石灰作为不可再生资源，长期大量施用不仅会导致石灰资源的耗竭也会引发土壤板结、养分失衡、土壤微生物数量降低等问题^[9]，最终导致土壤肥力下降。

近年来，随着可持续发展观念的深化，工农业碱性副产品逐渐被用于酸性土壤改良，其中碱渣和牡蛎粉两类新型改良剂展现出较为广泛的应用前景。碱渣是氨碱法纯碱的副产品，呈碱性，富含钙镁营养元素。研究表明添加4 g/kg碱渣可使酸性茶园土壤pH提高0.5个单位，交换性酸降低75% 以上^[10]。Shi等^[11]将碱渣用于林下酸性土壤改良，发现施用5 t/hm²和10 t/hm²碱渣3 a后，表层土壤pH仍可提高约0.7和1.5个pH单位，交换性酸降低48% 以上。然而，目前碱渣对酸性烟田土壤的改良和增产增收效果尚不清楚。由牡蛎壳经粉碎煅烧制成的牡蛎粉主要成分为碳酸钙和氧化钙，在中和土壤酸度的同时可补充大量钙离子。有研究将牡蛎粉用于酸性烟田土壤改良，结果发现，牡蛎粉可使土壤pH提高0.77个单位，烟草青枯病发病率降低36.67%，烟叶增产9.3%，相较于石灰，牡蛎粉在改良酸性烟田和预防烟草青枯病发病方面展现出一定优势^[12-13]。目前基于工农业副产品形成的酸性土壤改良剂种类繁多，但对不同改良剂的改良效果与经济效益缺少田间条件下的对比研究。本文选取碱渣、牡蛎粉和石灰作为研究对象，通过大田试验比较了3种改良剂对酸性烟田的改良效果和对烤烟产量、品质及其经济效益的影响。研究结果可为酸性烟田改良剂的筛选与应用提供参考，助力烟农增产增收。

1 材料与方法 1.1 供试土壤和改良剂

试验田块位于湖北省利川市(30°29′′ N，108°93′′ E)，年均气温12.3 ℃，无霜期232 d，年均降水量为1 300 mm。供试烟田地势平坦，灌溉条件良好。供试土壤为碳酸盐母质发育黄棕壤，其基本理化性质见表 1。

所用石灰购自湖北恩施一家石灰厂公司，主要成分为生石灰(CaO)，成本价格为500元/t。牡蛎粉购自安徽国祯生态科技公司，pH 11.9，CaO、MgO和SiO₂含量分别为190、17和42 g/kg，成本价格为1 300元/t。碱渣为连云港碱业有限公司免费提供，pH为8.50，碱度822 cmol/kg，CaO、MgO、SiO₂和Cl^–含量分别为243.5、59.3、44.6和59.6 g/kg^[14]。碱渣和牡蛎粉中重金属含量均低于中国(2018年)用于农业的污水污泥标准。

1.2 田间试验设计

田间试验共设置4个处理：①不施改良剂的对照组；②1 500 kg/hm²石灰；③1 500 kg/hm²牡蛎粉；④ 3 750 kg/hm²碱渣。每个处理设3次重复。改良剂施用方式为土壤表层均匀撒施后20 cm旋耕3次混匀，起垄机起垄，垄高20 cm。小区面积26.4 m²，种植40株烟苗，种植行距为0.12 m，株距为0.55 m。烟草品种选用云烟87，打顶株高110 ~ 118 cm，生育期110 ~ 115 d。各处理土壤施肥量均按纯氮90 kg/hm²施用烟草专用肥(N︰P︰K为1︰1︰2)，磷肥和钾肥则按N︰P₂O₅︰K₂O=1︰2︰3比例通过施用过磷酸钙和硝酸钾进行补齐。2021年5月6日移栽，2021年7月6日打顶，2021年7月15日进行第一次采烤。

1.3 测定指标与方法 1.3.1 土壤

各小区土壤样品通过多点取样均匀混合法，分别在烤烟移栽前和采摘结束后采集植株周围表层(0 ~ 20 cm)土壤样品，样品经风干、去杂、研磨后，过10目和60目孔筛备用。测定指标包括：土壤pH(电位测定法，1︰2.5土水质量比)、交换性酸(KCl浸提，酸碱滴定法)、交换性盐基阳离子(乙酸铵浸提，Ca²⁺和Mg²⁺测定采用原子吸收分光光度法，K⁺和Na⁺测定采用火焰光度法)、可溶性单核Al和聚合态Al(8-羟基喹啉比色法)，具体测定方法参见文献[15-16]。

1.3.2 烟草

按照YC/T 142—2010《烟草农艺性状调查测量方法》^[17]，分别在烟株生长团棵期、打顶期测定株高、茎围、最大叶长和最大叶宽等农艺性状。每小区随机观测记录5棵烟株并挂牌标记。

烟叶成熟时，各小区分别分批单采单烤成熟烟叶。烟叶采摘后均匀放入烤房中，按照变黄阶段–定色阶段–干筋阶段的三段式量化烘烤工艺进行挂牌烘烤调制。烘烤完成后按照国家标准进行挑选分级，称重获得产量和上等烟比例，并按照湖北省利川市烟叶收购价格核计各小区烟叶均价和产值(产量×均价)，根据改良剂成本估算净增收益。收集烤后中部烟叶为测定样品，45 ℃条件下烘干磨细过60目孔筛，参照国家烟草专卖局行业标准，通过连续流动分析仪分别测定烟叶烟碱、总氮、还原糖、总糖、钾以及氯含量^[18]。

1.4 数据分析

数据使用Excel和SPSS 20.0进行多重比较、方差分析等相关统计分析。

2 结果与分析 2.1 不同改良剂对土壤酸度和可溶性铝含量的影响

土壤pH和交换性酸分别是土壤酸度的强度和容量指标。由表 2可知，施用酸性土壤改良剂后，烟田土壤pH均有所提高，土壤交换性酸含量相应降低。在烟苗移栽前，各处理土壤pH高低顺序为碱渣 > 石灰 > 牡蛎粉 > 对照；烤烟采摘结束后，各处理土壤pH高低顺序为：碱渣 > 牡蛎粉 > 石灰 > 对照。各处理土壤交换性酸含量大小与土壤pH高低顺序呈相反趋势。这是由于改良剂通过碱性物质中和土壤酸度，提高土壤pH，进而促使交换性Al发生水解和沉淀反应，降低交换性Al含量^[15]。

3种改良剂中，碱渣对土壤酸度的改良效果最好，在移苗前和采收后分别使土壤pH提高0.39和0.15个单位，交换性Al含量降低90.9% 和55.3%。按施用量计算，单位碱渣施用量对土壤酸度的改良效果与石灰的效果相当(施用量1 500 kg/hm²，pH提高0.16个单位/)。因此，本研究中碱渣改良土壤酸度效果优于石灰应归因于其相对较高的施用量。烟苗种植后，碱渣对土壤酸度的改良效果有所降低，说明烤烟种植过程中存在土壤复酸化过程。石灰对土壤酸度的改良效果在前期优于牡蛎粉，后期弱于牡蛎粉。可见，牡蛎粉改良土壤酸度的持效性优于生石灰。该现象与姬佳旗^[13]的研究结果一致，其原因可能是石灰中碱性物质以CaO为主，反应活性高，易被消耗或淋失，而牡蛎粉中含有部分碳酸盐，与土壤酸反应相对缓慢。

可溶性Al是导致酸性土壤植物铝毒害的直接原因^[19]。土壤溶液Al的存在形态可分为单核Al和聚合态Al。通常认为，单核Al是毒害植物的主要形态，其中以Al³⁺的植物毒害作用最强。研究表明，当Al³⁺浓度高于4 μmol/L时，植物根系即可表现出铝毒效应^[20]。图 1表明，施用碱渣、牡蛎粉和石灰分别使土壤溶液单核Al浓度降低58.7%、39.9% 和24.4%，一定程度上降低了土壤可溶性总Al浓度。随着土壤pH增加，土壤溶液Al逐渐发生水解、聚合、沉淀等反应，其浓度呈指数降低。3种改良剂中碱渣处理土壤pH最高，因此其溶液Al浓度最低。各改良剂处理土壤溶液中聚合态Al浓度均略有增加(图 1)，这与土壤pH提升促进单核Al的聚合反应有关。

2.2 不同改良剂对土壤交换性盐基阳离子的影响

土壤交换性盐基阳离子含量是酸性土壤肥力的重要体现。3种改良剂对土壤交换性盐基阳离子具有不同程度的影响。碱渣、石灰和牡蛎粉分别使土壤交换性Ca²⁺含量增加72.8%、43.6%、8.7%。此外，碱渣一定程度上提高了土壤交换性Mg²⁺和Na⁺含量，石灰和牡蛎粉则对土壤交换性Mg²⁺和Na⁺含量影响不大(表 3)。单位施用量下，石灰对土壤交换性Ca²⁺的提升效果优于碱渣。这与3种改良剂中Ca、Mg元素含量及存在形态有关，石灰Ca含量较碱渣和牡蛎粉高，而碱渣中Mg含量显著高于石灰和牡蛎粉。牡蛎粉对土壤交换性Ca²⁺、Mg²⁺含量影响相对较小的原因可能还与牡蛎粉中Ca、Mg元素以碳酸盐形式存在，反应速度相对较慢有关^[21]。相较于对照处理，3种改良剂处理土壤交换性K⁺含量略有降低。一方面，改良剂中大量Ca²⁺、Mg²⁺置换交换性K⁺，促使K⁺淋溶损失；另一方面，改良剂施用促进了烟草生长，增加了烟草根系对土壤K⁺的吸收。因此，在施用碱渣、石灰或牡蛎粉改良酸性烟田的同时需注意钾肥的补充。土壤表面负电荷密度是衡量酸性土壤保肥能力的重要指标。表 4表明，碱渣和石灰施用分别使土壤有效负电荷量(ECEC)增加19.8% 和15.4%，增强了酸性烟田土壤的保肥能力，牡蛎粉则对土壤ECEC影响不大。土壤ECEC增加的原因，一方面是土壤pH提升导致土壤可变负电荷量增加；另一方面，碱渣中SO₄^2–等阴离子的专性吸附也对土壤有效负电荷密度的增加有所贡献^[22]。

2.3 不同改良剂对烤烟生长的影响

由表 4可知，碱渣、牡蛎粉和石灰处理均促进了团棵期和打顶期烤烟的生长，其中碱渣处理效果最佳，可使团颗期烟株株高、茎围、最大叶长和叶宽分别提高13%、15%、7.5% 和3.4%，使打顶期烟株株高、茎围、最大叶长和叶宽分别提高11%、25%、5.7% 和12%。石灰和牡蛎粉在团棵期和打顶期烤烟生长的促进效果有所不同。石灰处理烤烟在团棵期的生长状况略优于牡蛎粉处理，而牡蛎粉处理打顶期烤烟生长状况略优于石灰处理。这一规律与不同时期石灰和牡蛎粉对土壤酸度的改良效果一致。可见，石灰在烤烟生长前期可更好地改良土壤酸度，促进烤烟生长，而牡蛎粉在后期可更好地发挥改良作用。

2.4 不同改良剂对烤烟品质的影响

烤烟中化学成分组成是影响烟叶内在品质的重要因素。钾对烤烟的燃烧性具有积极作用，烟碱含量影响烟气香味，总氮决定了烤烟的吸食劲头和刺激性，还原糖可提高烤烟的醇和度，氯含量影响烟叶的弹性、膨胀性等物理性质。表 5表明，3种改良剂处理显著降低了烟叶烟碱和总氮含量，氮碱比增加，趋近于优质烤烟的水平(烟碱1.50% ~ 3.50%、总氮1.50% ~ 4.0%、氮碱比0.8 ~ 1.2)^[23]，其中碱渣和牡蛎粉处理中烟叶烟碱和总氮均符合优质烟叶标准。牡蛎粉和石灰显著降低了烟叶总糖和还原糖含量，使其趋于优质水平(总糖18.00% ~ 22%^[24]、还原糖18% ~ 24%^[25])，而碱渣处理则呈相反趋势。3种改良剂处理烟叶中还原糖与烟碱的比例仍趋于优质水平(8 ~ 12)^[23]。

碱渣和牡蛎粉处理中烟叶钾含量明显低于对照和石灰处理，说明在施用碱渣和牡蛎粉改良酸性烟田过程中需加强钾肥投入。由于碱渣中氯含量(59.6 g/kg)较高^[14]，施用碱渣处理使烟叶中总氯的含量较对照增加近两倍，但仍处于质控范围之内(< 0.60%)。根据烤烟化学成分质量评价体系^[25]对各处理烟叶品质综合评价表明，3种改良剂均一定程度上提升了烤烟的品质，其中牡蛎粉处理中烟叶质量评分最高，其次为石灰，碱渣对烟叶内在品质的提升作用相对较弱。

2.5 不同改良剂对烤烟经济效益的影响

表 6表明，碱渣、牡蛎粉和石灰均显著提高了烟叶产量，其中碱渣对烟叶增产效果最佳(增产9.5%)。碱渣、牡蛎粉和石灰均提高了上等烟比例，其中牡蛎粉和碱渣处理与对照差异显著，并且牡蛎粉处理上等烟比例最高，较对照提高9个百分点。按照烟草行业不同等级烟叶收购价格计算，碱渣、牡蛎粉和石灰分别使烟叶均价提高9.1%、7.4% 和3.3%。产值比较发现，碱渣处理烟田产值最高，其次为牡蛎粉和石灰处理。考虑不同改良剂成本计算净增收益，碱渣处理烟田净增收益达9 270.30元/hm²，是石灰和牡蛎粉处理2倍左右。由于牡蛎粉成本远高于石灰，因此，牡蛎粉处理烟田虽然产值高于石灰处理，但其净增收益却略低于石灰。综合看，碱渣相较于石灰和牡蛎粉提升酸性烟田烤烟产量和品质效果相当甚至更优，加之作为氨碱法制碱工业副产品，碱渣具有成本低廉优势。因此，碱渣改良酸性烟田经济效益最高，更有助于烟农实现增产增收。

3 讨论与结论

近年来，酸沉降、过量氮肥施用以及烤烟收获，使得长期植烟土壤呈现明显酸化趋势^[2]。施用碱性改良剂是改良酸性烟田、提高烤烟产量与品质、助力烟农增产增收的重要措施^[26]。碱渣作为一类新型酸性土壤改良剂，已有研究将其应用于农田、茶园、林地的酸性土壤改良，并取得显著成效^[10-11，27]。本研究率先将碱渣应用于酸性烟田改良，改良效果和增产增收效益显著。

土壤可溶性Al和交换性Al是酸性土壤抑制烟草生长的关键限制因素^[28]。研究表明，适宜优质烤烟生长的土壤pH为5.5 ~ 6.5^[1]，此时土壤交换性Al和可溶性Al含量极低，对烤烟根系生长影响较小。本研究中，单位施用量的碱渣与石灰对土壤酸度的改良效果相当。施用3 750 kg/hm²的碱渣可使土壤pH升至5.28，交换性Al³⁺降至1.0 mmol/kg，可溶性单核Al浓度低于3 μmol/L，此时土壤活性Al对烤烟生长的限制作用较弱^[28]。施用1 500 kg/hm²的石灰和牡蛎粉的酸性烟田土壤pH在5.0左右，交换性Al³⁺含量可达8.0 mmol/kg，存在限制烤烟生长的可能^[28]，因此，需进一步提高石灰和牡蛎粉的施用量。

相较于石灰和牡蛎粉，碱渣能够同时提高土壤交换性Ca²⁺、Mg²⁺含量以及ECEC，起到平衡养分和提升土壤保肥能力的作用。牡蛎粉和生石灰则仅能提高土壤交换性Ca²⁺含量，长期施用极易引起土壤盐基阳离子养分的失衡，导致土壤地力下降^[29]。值得注意的是，碱渣处理土壤中交换性Na⁺呈增加趋势，而K⁺有所降低。这可能对烟草生长过程中的营养状况产生不利影响。因此，在施用碱渣改良酸性烟田时需注意控制其Na⁺含量，同时注意钾肥的补充。

随着土壤性质的改善，3种改良剂均一定程度上促进了烤烟的生长，提升了烟叶产量和内在品质。碱渣对烤烟的增产效果最佳，牡蛎粉则更有利于烤烟品质的提升。3种改良剂处理烟叶中烟碱、总氮、总钾含量均呈下降趋势。牡蛎粉和石灰处理中还原糖、总糖以及总氯含量同样明显降低。这可能与土壤pH的提升有关。已有研究表明，在酸性pH范围内，烟叶中烟碱、总氮、总钾含量均与土壤pH呈负效应关系^[30]。潘金华等^[31]在对皖南旱坡地红壤烟田的改良研究中得到相似结果。与石灰和牡蛎粉处理相反，碱渣增加了烟叶中还原糖和总糖含量，说明碱渣相较于牡蛎粉和石灰对烟草碳代谢途径可能存在不同影响^[32]，该影响机制有待从生理角度进一步探明。烟草对氯敏感，碱渣中氯含量较高，导致烟叶总氯含量大幅增加。研究表明，适量施用氯肥，能够促进烟株生长，增强抗逆能力，改善烟叶产量和品质^[33]。但氯过量会严重影响烤烟的品质甚至导致烟叶氯中毒。因此，在实际应用碱渣改良酸性烟田土壤时，需严格控制碱渣氯含量，避免影响烤烟生长与品质。综合考虑经济效益，碱渣成本低廉，净增收益远高于牡蛎粉和石灰，具有较为广泛的应用前景，但在改良酸性烟田过程中需注意控制其钠和氯的含量，同时增加钾肥用量。