保山煙區(qū)植煙土壤有機質(zhì)與腐殖質(zhì)組分垂直分布特征

宋文靜，李永亮，王津軍，郭應成，孟 霖，董建新*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.云南省煙草公司保山市公司，云南 保山 678000；3.中國煙草總公司云南省公司，昆明 650224）

保山煙區(qū)植煙土壤有機質(zhì)與腐殖質(zhì)組分垂直分布特征

宋文靜1，李永亮2，王津軍3，郭應成2，孟 霖2，董建新1*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所，青島 266101；2.云南省煙草公司保山市公司，云南 保山 678000；3.中國煙草總公司云南省公司，昆明 650224）

采集測定了云南省保山煙區(qū)5個主要植煙縣318個代表性煙田耕層土樣的有機質(zhì)含量和25個代表性煙田剖面發(fā)生層土樣的有機質(zhì)含量及其腐殖質(zhì)組分碳量，分析了有機質(zhì)的豐缺、剖面垂直分布特征以及與土壤pH和成土母質(zhì)的關(guān)系。研究結(jié)果表明，保山市植煙土壤有機質(zhì)含量平均值為37.39 g/kg，變幅為6.20～150.09 g/kg，變異系數(shù)為52.32%；第四紀紅土和巖類風化坡積物母質(zhì)的煙田土壤有機質(zhì)含量顯著高于巖類風化殘積物母質(zhì)的煙田土壤；不同成土母質(zhì)的煙田土壤有機質(zhì)含量和腐殖質(zhì)組分的碳量總體上隨著土壤深度的增加均呈逐漸降低的趨勢；土壤有機質(zhì)含量與 pH呈顯著的負相關(guān)關(guān)系(r=-0.238，p＜0.05)。

有機質(zhì)；植煙土壤；pH；土壤剖面；保山

土壤有機質(zhì)是反映土壤肥力狀況和供肥特征的決定性因素[1]。烤煙生產(chǎn)中適宜的土壤有機質(zhì)含量能提高土壤肥力，改善土壤的理化性質(zhì)和土壤微環(huán)境，促進煙株正常健壯生長，增強煙株抗性，抵御自然災害和病害，提高煙葉品質(zhì)[2-6]。成土母質(zhì)是土壤形成的物質(zhì)基礎和植物礦物養(yǎng)分元素的最初來源，直接影響土壤的理化性質(zhì)[7-9]。有關(guān)不同生態(tài)區(qū)域內(nèi)成土母質(zhì)類型對植煙土壤耕層有機質(zhì)特征的影響已有廣泛報道[9-12]，關(guān)于云南省重要植煙區(qū)保山市煙田土壤有機質(zhì)含量方面的研究也有一些報道[13-15]，但主要集中在典型植煙區(qū)耕層土壤有機質(zhì)含量區(qū)域分布差異、與其他養(yǎng)分之間的關(guān)系和不同尺度下的空間變異性等，而關(guān)于不同成土母質(zhì)的植煙土壤有機質(zhì)含量及其腐殖質(zhì)組成碳含量的剖面垂直分布特征以及植煙土壤pH與有機質(zhì)空間分布的關(guān)系研究報道較少。為此，以云南保山植煙土壤為研究對象，旨在揭示保山植煙土壤的有機質(zhì)含量及其腐殖質(zhì)組成碳含量、空間分布特征和垂直分布特征及其與土壤pH和成土母質(zhì)之間的關(guān)系，為植煙土壤的質(zhì)量評價和有機肥合理施用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

保山市位于云南省西南部，介于東經(jīng)98°25′～100°02′和北緯 24°08′～25°51′，地處橫斷山脈滇西縱谷南端，地勢自西北向東南延伸傾斜，海拔介于535～3781 m，境內(nèi)地形復雜多樣，其中壩區(qū)占8.20%，山區(qū)占91.80%。保山屬低緯山地亞熱帶季風氣候，但由于地處低緯高原，地形地貌復雜，立體氣候明顯，氣候類型有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、南溫帶、中溫帶和高原氣候共 7個氣候類型。其特點年溫差小，日溫差大，年均氣溫為 14～17 ℃；降水充沛、干濕分明，分布不均，年降雨量700～2100 mm。

保山市是云南省重要烤煙產(chǎn)區(qū)之一，近年來烤煙種植面積基本維持在近4萬hm2，收購煙葉約7萬t，烤煙生產(chǎn)是保山重要的經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，對全市的社會經(jīng)濟發(fā)展有著舉足輕重的地位。保山市植煙土壤主要集中在隆陽、騰沖、施甸、龍陵和昌寧，植煙土壤主要是地理發(fā)生分類上的黃壤、紅壤、水稻土和火山灰土。

1.2 代表性煙田確定、土樣采集與測定

依據(jù)植煙區(qū)域、植煙面積、地形地貌、成土母質(zhì)、煙田常年長勢等因素，分別在騰沖、昌寧、隆陽、施甸和龍陵分別確定86、61、75、41和55個合計318個代表性煙田采集耕作層（0～20 cm）土壤樣品，采樣方式：同一煙田內(nèi)按“S”形隨機取樣8～10個點，土樣充分混勻后四分法留取1.5 kg土壤備用。另外從上述5個植煙區(qū)域再分別確定5個不同成土母質(zhì)的代表性煙田，挖掘?qū)?.0、深1.2～1.5 m的土壤剖面，劃分發(fā)生層后采集各層土樣。

采集后的土樣經(jīng)風干、去雜、研磨后，分別過20目（2 mm）100目（0.15 mm）篩，土樣測定在中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所農(nóng)業(yè)部煙草生物學與加工重點實驗室進行，有機質(zhì)和腐殖質(zhì)組成碳含量均采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定，pH采用電位計法測定，具體測定方法詳見參考文獻[16]。

1.3 土壤有機質(zhì)分級標準

土壤有機質(zhì)含量分級依據(jù)全國第二次土壤普查肥力評價標準（表1）[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析采用 IBM Statistics SPSS 16.0及Microsoft Excel 2007軟件進行。

表1 全國第二次土壤有機質(zhì)普查分級標準Table 1 Soil organic matter grading standards of the second soil survey g/kg

2 結(jié) 果

2.1 耕層土壤有機質(zhì)含量的區(qū)域差異

由表2可見，保山市植煙土壤耕層土壤有機質(zhì)含量的平均值為 37.39 g/kg，變幅為 6.20～150.09 g/kg，變異系數(shù)為52.32%。依據(jù)全國第二次土壤普查肥力評價標準，土壤有機質(zhì)含量總體上處于豐富水平，其中騰沖縣耕層土壤有機質(zhì)含量最高，顯著高于昌寧縣和隆陽區(qū)，但與施甸縣和龍陵縣差異不顯著。

表2 保山植煙區(qū)耕層土壤有機質(zhì)含量Table 2 The contents of organic matter in different tobaccogrowing regions of Baoshan city

2.2 不同成土母質(zhì)的耕層土壤有機質(zhì)含量差異

保山市植煙土壤的土壤母質(zhì)類型可以劃分為巖類風化坡積物、巖類風化殘積物和第四紀紅土三大類。圖1表明，第四紀紅土發(fā)育形成的土壤，耕層有機質(zhì)含量最高，其次為巖類風化坡積物發(fā)育形成的土壤，雖然兩者之間差異不顯著，但均顯著高于巖類風化殘積物發(fā)育而成的土壤。

圖1 不同成土母質(zhì)土壤有機質(zhì)含量Fig. 1 Contents of soil organic matter of different parent materials

2.3 不同成土母質(zhì)土壤剖面有機質(zhì)含量及pH垂直分布特征

土壤剖面是土壤長期發(fā)育過程中形成的立體結(jié)構(gòu)[18]。研究土壤有機質(zhì)含量剖面垂直分布特征有助于了解土壤碳庫貯量以及指導煙田的深耕和深松。表3表明，不同成土母質(zhì)的植煙土壤有機質(zhì)含量均是耕層含量最高，隨著土壤垂直深度的加深，土壤有機質(zhì)含量不斷減少。第四紀紅土發(fā)育形成的土壤，耕作層（Ap）有機質(zhì)含量較高，而巖類風化殘積物較低。不同成土母質(zhì)的植煙土壤pH總體上表現(xiàn)為耕層較低，不同層次之間pH差異不顯著。

2.4 不同成土母質(zhì)土壤腐殖質(zhì)組分碳量剖面垂直分布特征

不同成土母質(zhì)的植煙土壤腐殖質(zhì)及其組分碳量的剖面垂直分布特征見表4。表4表明，不同成土母質(zhì)的植煙土壤腐殖質(zhì)總碳量耕層最高，隨土壤深度增加而降低，與有機質(zhì)含量的剖面垂直分布特征基本一致。巖類風化物母質(zhì)的植煙土壤腐殖質(zhì)組分碳量也隨土壤深度增加而逐漸降低，而第四紀紅土母質(zhì)的植煙土壤腐殖質(zhì)組分碳量卻表現(xiàn)為 B層（心土層）最高。這可能與第四紀紅土通體黏粒含量均較高，B層土壤溫度低于耕層，因此該層土壤有機質(zhì)礦化慢于耕層有關(guān)。

2.5 土壤pH與有機質(zhì)含量的關(guān)系

土壤pH與土壤有機質(zhì)的分解和礦化速度有著密不可分的關(guān)系[19-20]。保山市植煙土壤 pH介于4.5～8.0，平均為6.3，土壤pH主要集中在5.5～6.5，總體上屬于適宜植煙范圍。由圖2可知，保山市植煙土壤 pH與有機質(zhì)含量呈顯著的負相關(guān)關(guān)系（r=-0.238，p＜0.05）。

表3 不同成土母質(zhì)煙田土壤有機質(zhì)含量剖面層次分布Table 3 Profile vertical distribution of soil organic matter contents of different parent materials

表4 不同成土母質(zhì)煙田土壤腐殖質(zhì)組分含量剖面垂直分布Table 4 Profile distribution of carbon contents of different soil humic components of different parent materials

圖 2 耕層土壤pH與有機質(zhì)含量關(guān)系Fig. 2 Relationship between contents of soil organic matter and pH

3 討 論

保山市植煙土壤成土母質(zhì)主要以石灰?guī)r、板頁巖等巖石的風化殘積物和坡積物以及古紅土為主。LU等研究表明[20]，不同成土母質(zhì)發(fā)育的土壤有機質(zhì)含量存在一定的差異，這與本文的研究結(jié)果基本一致。保山植煙土壤耕層有機質(zhì)含量的平均值為37.39 g/kg，符合優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的土壤有機質(zhì)需求。隨著土層加深，不同成土母質(zhì)發(fā)育形成的有機質(zhì)含量逐漸下降。植煙土壤腐殖質(zhì)組分的垂直分布與有機質(zhì)總量的分布表現(xiàn)趨于一致，均隨土層深度增加而降低，這也是多數(shù)農(nóng)田土壤類型共有的趨勢，與施肥、秸稈還田和作物根系在土壤中分布和殘留有關(guān)[21-22]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，合理耕層構(gòu)建可以改善土壤有機質(zhì)的垂直分布，優(yōu)化烤煙生長的土壤環(huán)境養(yǎng)分均衡性[23-24]。

在3類成土母質(zhì)的煙田中，巖類風化坡積物和第四紀紅土母質(zhì)的煙田，一般位于坡度較緩的地帶，水土流失輕微，土體較為穩(wěn)定，由于施肥、秸稈還田和作物根系殘留，土壤中有機質(zhì)總體上處于不斷積累過程中。而巖類風化殘積物母質(zhì)的煙田往往位于坡度較陡的地帶，土體較薄，水土流失較為嚴重，肥沃的耕層土壤始終處于流失狀態(tài)，原來的耕層逐漸變薄，但植煙要求起壟高達到30 cm，因此在起壟過程中會有耕層之下的有機質(zhì)含量低的“新土”混入，造成煙田耕層有機質(zhì)含量在3類成土母質(zhì)中最低。

土壤pH對土壤有機質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化速度和礦化代謝有著十分重要的影響[25-27]，戴萬宏等[28]研究發(fā)現(xiàn)，中國西南地區(qū)土壤有機質(zhì)含量與土壤pH呈顯著負相關(guān)線性關(guān)系；張萍等[29]研究了宜昌土壤有機碳垂直分布特征及演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)土壤有機質(zhì)含量與土壤pH呈負相關(guān)關(guān)系。本研究表明，保山植煙土壤pH絕大多數(shù)集中在5.50～6.50，且與土壤有機質(zhì)含量呈現(xiàn)顯著的負相關(guān)關(guān)系。

由于施用酸性肥料原因，農(nóng)田土壤耕層一般會發(fā)生一定的酸化，本研究中也發(fā)現(xiàn)了此現(xiàn)象，表現(xiàn)為耕層土壤pH最低，因此需要注意防止煙田土壤耕層過酸而不利于烤煙生長的現(xiàn)象，對于pH低于5.5的煙田，可以考慮適當施用堿性物料改良酸性。

4 結(jié) 論

保山植煙土壤耕層有機質(zhì)含量的平均值為37.39 g/kg，變幅為 6.20～150.09 g/kg，變異系數(shù)為52.32%，總體上適宜烤煙生長；隨著土層深度的增加，土壤有機質(zhì)含量和腐殖質(zhì)總碳量及組分碳量總體上呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢；土壤有機質(zhì)含量與 pH呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。

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Vertical Profile Distribution of Soil Organic Matter and Humic Components in Tobacco-growing Soils in Baoshan

SONG Wenjing1, LI Yongliang2, WANG Jinjun3, GUO Yingcheng2, MENG Lin2, DONG Jianxin1*
(1. Tobacco Research Institute, CAAS, Qingdao 266101, China; 2. Baoshan Branch of Yunnan Province Tobacco Company, Baoshan 678000, China; 3. China Tobacco Corporation Yunnan Company, Kunming 650224, China;)

Plough-layer samples of 318 typical tobacco-growing fields and profile-horizon samples of 25 typical tobacco-growing fields were collected respectively from the 5 main tobacco-growing counties in Baoshan City of Yunnan Province in order to study the contents, spatial and profile distribution of organic matter, humus and its component carbon and their relationship with pH and soil parental materials. The results showed that the mean content of soil organic matter was 37.39 g/kg with a range from 6.20 to 150.09 g/kg, and the coefficient of variation was 52.32%. The contents of soil organic matter in soil derived from the parental materials the Quaternary red clays and weathered slope washes were significantly higher than that derived from the weathered residuals. The contents of soil organic matter, humus and its component carbon in all profiles decreased with the increase of soil depth. The content of soil organic matter had a significant negative correlation with soil pH (r=-0.238, p＜0.05).

organic matter; tobacco growing soil; pH; soil profile; Baoshan

S572.06

1007-5119（2017）05-0077-05 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2017.05.013

云南省煙草公司科技計劃項目“保山煙區(qū)植煙土壤面源污染綜合防治技術(shù)研究與應用”（2015YN23）；中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-TRIC03）

宋文靜（1983-），男，博士，助理研究員，主要從事土壤生態(tài)方面研究。E-mail：songwenjing@caas.cn。*通信作者，E-mail：dongjainxing@caas.cn

2017-05-29

2017-08-09