湘西典型植煙土壤酸堿緩沖特性及影響因素*

李源環(huán), 鄧小華**, 張仲文, 周米良, 江智敏, 田 峰, 張明發(fā), 石 楠

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湘西典型植煙土壤酸堿緩沖特性及影響因素*

李源環(huán)1, 鄧小華1**, 張仲文2, 周米良3, 江智敏2, 田 峰3, 張明發(fā)3, 石 楠1

(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 長沙 410128; 2. 浙江中煙工業(yè)有限責任公司 杭州 310008; 3. 湖南省煙草公司湘西州公司 吉首 416000)

為探明山地植煙土壤酸堿緩沖特性, 采集了湘西山區(qū)烤煙典型生產(chǎn)區(qū)的28個土壤樣本, 采用酸堿滴定法和灰色關(guān)聯(lián)法分析了湘西山地植煙土壤酸堿緩沖特性以及土壤緩沖容量與各影響因素之間的量化關(guān)系。結(jié)果表明: 湘西山地植煙土壤酸堿緩沖量為11.35~43.29 mmol?kg-1, 平均為17.26 mmol?kg-1, 黃棕壤的酸堿緩沖量(11.35~43.29 mmol?kg-1)顯著高于黃壤(11.79~20.70 mmol?kg-1)。有78.57%的樣本對酸堿敏感, 黃壤土是否對酸敏感由有機質(zhì)含量決定, 黃棕壤土是否對酸敏感與pH和有機質(zhì)含量密切相關(guān)。對于同一土壤類型, 有機質(zhì)和黏粒含量與酸堿緩沖容量顯著正相關(guān); 對于黃棕壤, 酸堿緩沖容量還與pH和陽離子交換量呈顯著正相關(guān), 與交換性酸和交換性鋁呈顯著負相關(guān)。主要土壤類型之間緩沖性能存在較大差異, 黃壤土酸堿緩沖性能主要受土壤有機質(zhì)、陽離子交換量和黏粒含量的影響; 黃棕壤土酸堿緩沖性能主要受pH、陽離子交換量和有機質(zhì)的影響。在生產(chǎn)中應(yīng)采用合理施用化肥、增施有機肥、調(diào)節(jié)土壤酸性等措施提高植煙土壤酸堿緩沖性能, 為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。

湘西山地; 植煙土壤; pH緩沖容量; 土壤緩沖性能; 酸敏感性; 土壤理化性狀

土壤酸堿緩沖性能是土壤質(zhì)量評價體系中的重要因子[1-2], 以土壤酸堿緩沖容量作為度量指標。土壤緩沖容量越大, 就越能穩(wěn)定土壤酸堿環(huán)境, 有利于土壤生態(tài)功能的維持, 為植物生長創(chuàng)造穩(wěn)定的土壤生態(tài)條件[3]。土壤酸堿緩沖特性是土壤形成過程中受成土母質(zhì)、氣候、生物、人為因素等綜合作用所產(chǎn)生, 相關(guān)研究可為預(yù)防、控制和恢復(fù)酸化土壤, 以及評價酸沉降、施肥和栽培措施對土壤酸化的影響提供理論依據(jù)[4]。優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)需要土壤pH為5.5~7.0[5]。湘西山地煙區(qū)土壤pH呈弱酸性至中性, 滿足優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)要求, 但仍有20.77%的地區(qū)土壤為強酸性土壤[6]?？緹熒a(chǎn)長期輕施有機肥和重施化肥, 尤其是過量施用化學氮肥和生理酸性肥料(如硫酸鉀), 加速了煙區(qū)土壤的酸化過程[6], 導(dǎo)致植煙土壤潛在酸化狀態(tài), 土壤質(zhì)量降低, 嚴重影響烤煙生產(chǎn)。土壤酸堿緩沖性能一直是研究的熱點, 如楊杉等[1]、王文婧等[2]、黃平等[3]、井玉丹等[7]分別報道了三峽庫區(qū)、安徽省、黃淮海平原、海南省的典型土壤酸堿緩沖性能及其影響因素; 胡波等[8]研究認為重慶酸雨區(qū)同一森林土壤在不同pH階段其酸緩沖能力相差很大; 蘇有健等[9]認為隨著植茶年限的增加, 茶園土壤緩沖容量呈下降趨勢。土壤緩沖性能影響因素研究表明, 作物根茬加入土壤后影響土壤緩沖性能[10], 氮沉降會降低森林土壤酸緩沖能力[11], 不同土壤類型的酸堿緩沖性能不同[12-13]。但對植煙土壤酸堿緩沖特性的研究報道較少。湘西山地植煙區(qū)是我國山地烤煙典型生態(tài)區(qū)域之一, 本研究分析了該區(qū)域多年植煙土壤的酸堿緩沖特性及其影響因素, 以期為山地植煙土壤保育及制定土壤酸堿度調(diào)控和保護策略提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

湘西山地是我國烤煙醇甜香型生態(tài)區(qū)[14]。本研究選擇其典型生態(tài)區(qū)——湘西自治州的龍山縣、永順縣、鳳凰縣、花垣縣、保靖縣、古丈縣等6縣作為取樣煙區(qū), 該地區(qū)以山地為主, 山地和山原約占81.5%, 丘陵占10.3%, 平原占4.1%; 年均氣溫15.8~16.9 ℃, 年均降水量1 300~1 500 mm, 無霜期250~280 d, 屬中亞熱帶山區(qū)季風濕潤氣候區(qū)[15]; 烤煙()種植有60余年歷史, 主要是一年1熟, 與玉米()、甘薯()等作物輪作。

1.2 土樣采集與分析

依據(jù)湖南省煙草公司第2次土壤普查資料, 結(jié)合湘西州烤煙種植區(qū)劃, 按地形地貌、成土母質(zhì)、土壤條件的空間差異, 在具有20年以上的植煙片區(qū)確定28塊能代表當?shù)厣鷳B(tài)條件和煙葉質(zhì)量風格特征的典型煙田。在2016年烤煙拔稈后, 在典型煙田按S形取樣法取10個點, 采集0~20 cm耕層混合土樣, 帶回實驗室自然風干、研磨, 過孔徑1 mm土壤篩備用。

采用電位法測定土壤pH[16]; 氯化鉀-中和滴定法測定交換性酸、交換性氫、交換性鋁[16]; 醋酸銨法測定土壤陽離子交換量(cation exchange capacity)、交換性鹽基總量(exchangeable base cations)并計算鹽基飽和度[BS(%)=EB/CEC×100%][16]; 重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)(soil organic matter)[16]; 采用吸管法測定土壤機械組成, 計算黏粒含量百分比(直徑<0.002 mm)[16]。土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.3 土壤酸堿緩沖容量測定及酸敏感性劃分

稱取3.00 g過篩后的風干土于玻璃燒杯中, 加入一定量的去離子水到土樣剛好濕潤為止, 然后分別加入已標定的0.01 mol?L-1HCl 或0.01 mol?L-1NaOH 溶液0 mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL, 加入去離子水使外加溶液的總體積為15 mL(水土比為5∶1), 最后密閉好玻璃燒杯放入搖床, 搖勻, 所有處理均重復(fù)5次。放置72 h后, 土壤懸液在25 ℃(30 r?min-1)下每日間歇搖動3~4次, 每次往復(fù)搖勻3 min。恒溫25 ℃培養(yǎng)7 d, 最后一次搖動靜止2 h后, 用復(fù)合電極(Sartorius PB-10)測定土壤pH。土壤酸堿緩沖容量是指土壤溶液改變1個pH單位所需酸或堿的量, 是加入一定量的酸或堿后, 土壤溶液pH變化的幅度, 以每千克干土加入的酸或堿的毫摩爾[mmol?kg-1(土)]表示。參照成杰民等[17]的方法, 以pH為縱坐標, 加入酸堿的量為橫坐標作圖, 繪制土壤滴定曲線。土壤酸堿緩沖容量是指單位質(zhì)量的土壤pH降低或增加1個單位所需酸或堿的量, 在線性條件成立的情況下, 即為滴定曲線的斜率絕對值的倒數(shù)[11]。通過繪制的土壤酸堿滴定曲線, 進行線性擬合, 并建立線性方程式。按以下公式計算土壤酸堿緩沖容量(HBC):

表1 取樣點信息及土壤基本理化性質(zhì)

HBC=1/|| (1)

式中:HBC為酸堿緩沖容量,為方程的斜率。

根據(jù)土壤酸堿緩沖容量大小可對土壤的酸敏感性進行分級。具體為:Ⅰ級, 緩沖容量<10 mmol?kg-1, 對酸最敏感, 極易受酸害; Ⅱ級, 緩沖容量10~20 mmol?kg-1, 對酸敏感, 易受酸害; Ⅲ級, 緩沖容量20~40 mmol?kg-1, 對酸稍敏感, 稍易受酸害; Ⅳ級, 緩沖容量>40 mmol?kg-1, 對酸不敏感, 不易受酸害[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010及SPSS 20.0等軟件進行統(tǒng)計分析, 采用DPS 15.10進行灰色關(guān)聯(lián)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙土壤酸堿緩沖特性

由表2可知, 供試土壤的酸堿緩沖量在11.35~43.29 mmol?kg-1, 平均17.26 mmol?kg-1。從不同土壤類型看, 黃棕壤的緩沖量在11.35~43.29 mmol?kg-1, 平均為20.38 mmol?kg-1; 黃壤的緩沖量在11.79~20.70 mmol?kg-1, 平均為13.66 mmol?kg-1; 黃棕壤的緩沖量顯著高于黃壤(<0.05)。從敏感性分級看, 對酸堿不敏感的土壤樣本為2個, 占7.14%; 稍敏感的樣本有4個, 占14.29%; 敏感的樣本有22個, 占78.57%。

表2 不同植煙土壤酸堿緩沖曲線和緩沖容量及敏感性

2.2 植煙土壤性質(zhì)對酸堿緩沖容量的影響

2.2.1 土壤pH對酸堿緩沖容量的影響

將土壤pH與酸堿緩沖容量進行簡單相關(guān)分析, 其相關(guān)系數(shù)=0.726。將土壤pH與酸堿緩沖容量作圖(圖1a), 當土壤pH<6.50時, 土壤酸堿緩沖容量變化不大; 當土壤pH>6.50時, 土壤酸堿緩沖容量隨土壤pH升高而大幅度升高。按土壤類型分析pH對酸堿緩沖容量的影響, 黃壤土的pH與緩沖容量正相關(guān), 但不顯著(圖1b); 黃棕壤土的pH與緩沖容量顯著正相關(guān)(圖1c)。表明兩種類型土壤酸堿緩沖容量隨pH升高而升高。不同土壤類型酸堿緩沖容量變化趨勢存在明顯差異, 黃棕壤緩沖容量的大小及其對pH變化的敏感性高于黃壤。

圖1 不同植煙土壤類型pH與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: pH與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: pH與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: pH與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between pH and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between pH and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between pH and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.2 土壤黏粒含量對酸堿緩沖容量的影響

土壤黏粒含量與酸堿緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=0.422*。土壤黏粒含量與酸堿緩沖容量的線性方程的擬合度低, 散點圖呈倒伏的“V”型(圖2a), 說明不同土壤類型酸堿緩沖容量與黏粒含量的關(guān)系不同, 不能簡單合并分析。不同土壤類型的黏粒含量對酸堿緩沖容量相關(guān)分析表明, 黃壤土和黃棕壤土的黏粒含量與酸堿緩沖容量均顯著正相關(guān)(圖2b, c)。表明試驗區(qū)兩種土壤的酸堿緩沖容量均隨土壤黏粒含量而增加。不同土壤類型酸堿緩沖容量變化以黃棕壤受到黏粒影響較大。

圖2 不同植煙土壤類型黏粒與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 黏粒與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 黏粒與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 黏粒與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between clay content and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between clay content and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between clay content and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.3 土壤有機質(zhì)含量對酸堿緩沖容量的影響

土壤有機質(zhì)與酸堿緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=0.804*。將土壤有機質(zhì)與酸堿緩沖容量作圖(圖3a), 當土壤有機質(zhì)小于35 g?kg-1時, 土壤酸堿緩沖容量變化不大; 當土壤有機質(zhì)大于35 g?kg-1時, 土壤酸堿緩沖容量隨土壤有機質(zhì)升高而大幅度升高。不同土壤類型的有機質(zhì)含量對酸堿緩沖容量相關(guān)分析表明, 黃壤和黃棕壤土的有機質(zhì)含量均與酸堿緩沖容量顯著正相關(guān)(圖2b, c)。表明隨土壤有機質(zhì)含量增加, 土壤酸堿緩沖容量增加, 且黃棕壤受有機質(zhì)含量的影響較大。

2.2.4 土壤交換性酸對酸堿緩沖容量的影響

土壤交換性酸與緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=-0.292。將土壤交換性酸與緩沖容量作圖(圖4a), 其散點圖呈“L”型, 當交換性酸小于0.5cmol?kg-1時酸堿緩沖容量較高且變化較大(在10~50 mmol?kg-1); 當土壤交換性酸大于0.5 cmol?kg-1時, 土壤酸堿緩沖容量變化較小(在10~15 mmol?kg-1)。按土壤類型分析, 對黃壤土來說, 交換性酸與緩沖容量呈負相關(guān), 但差異不顯著(圖4b); 對黃棕壤土來說, 交換性酸與緩沖容量顯著負相關(guān)(圖4c)。表明隨交換性酸含量增加, 土壤酸堿緩沖容量減少; 交換性酸對黃壤酸堿緩沖容量變化的影響較小, 對黃棕壤酸堿緩沖容量變化影響較大。

圖3 不同植煙土壤類型有機質(zhì)與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 有機質(zhì)與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 有機質(zhì)與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 有機質(zhì)與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between soil organic matter content and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between soil organic matter content and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between soil organic matter content and pH buffer capacity of yellow brown soil.

圖4 不同植煙土壤類型交換性酸與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 交換性酸與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 交換性酸與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 交換性酸與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between exchangeable acid and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between exchangeable acid and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between exchangeable acid and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.5 土壤交換性氫對酸堿緩沖容量的影響

土壤交換性氫與緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=-0.234。將土壤交換性氫與緩沖容量作圖并做趨勢分析(圖5a), 其擬合方程的擬合度較小(只有5.49%), 說明交換性氫對酸堿緩沖容量的影響不明顯。按土壤類型分析, 對黃壤土來說, 交換性氫與緩沖容量呈負相關(guān), 但差異不顯著(圖5b); 對黃棕壤土來說, 交換性氫與緩沖容量負相關(guān), 差異也不顯著(圖5c)。顯然, 土壤交換性氫對酸堿緩沖容量的影響較小; 在交換性氫含量相同條件下, 部分黃棕壤土緩沖容量明顯高于黃壤。

圖5 不同植煙土壤類型交換性氫與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 交換性氫與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 交換性氫與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 交換性氫與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between exchangeable hydrogen and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between exchangeable hydrogen and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between exchangeable hydrogen and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.6 土壤交換性鋁對酸堿緩沖容量的影響

土壤交換性鋁與酸堿緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=-0.290。從土壤交換性鋁與緩沖容量的關(guān)系圖(圖6a)看, 其散點圖呈“L”型, 當土壤交換性鋁小于0.5 cmol?kg-1時, 土壤酸堿緩沖容量較高且變化較大(在10~50 mmol?kg-1); 當土壤交換性鋁大于0.5 cmol?kg-1時, 土壤酸堿緩沖容量變化較小(在10~15 mmol?kg-1)。按土壤類型分析, 對黃壤土來說, 交換性鋁與緩沖容量呈負相關(guān), 但差異不顯著(圖6b); 對黃棕壤土來說, 交換性鋁與緩沖容量顯著負相關(guān)(圖6c)。表明隨交換性鋁含量增加, 土壤酸堿緩沖容量減少; 交換性鋁對黃壤酸堿緩沖容量變化的影響較小, 對黃棕壤酸堿緩沖容量變化影響較大。

圖6 不同植煙土壤類型交換性鋁與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 交換性鋁與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 交換性鋁與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 交換性鋁與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between exchangeable aluminum and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between exchangeable aluminum and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between exchangeable aluminum and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.7 土壤陽離子交換量對酸堿緩沖容量的影響

土壤陽離子交換量與酸堿緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=0.642*。將土壤陽離子交換量與緩沖容量作圖(圖7a)并做趨勢分析, 其線性方程的擬合度為41.18%, 達顯著水平, 但其散點圖呈倒伏的“V”型, 說明不同土壤類型酸堿緩沖容量與陽離子交換量的關(guān)系不同。按土壤類型分析, 對黃壤土來說, 土壤陽離子交換量與緩沖容量正相關(guān), 但不顯著(圖7b); 對黃棕壤土來說, 土壤陽離子交換量與緩沖容量顯著正相關(guān)(圖7c)。表明隨陽離子交換量增加, 土壤酸堿緩沖容量增加; 陽離子交換量對黃壤酸堿緩沖容量變化的影響較小, 對黃棕壤酸堿緩沖容量變化影響較大。

圖7 不同植煙土壤類型陽離子交換量與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 陽離子交換量與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 陽離子交換量與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 陽離子交換量與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between cation exchange capacity and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between cation exchange capacity and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between cation exchange capacity and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.2.8 土壤鹽基飽和度對酸堿緩沖容量的影響

土壤鹽基飽和度與酸堿緩沖容量的相關(guān)系數(shù)=0.349。從土壤鹽基飽和度與緩沖容量的關(guān)系圖(圖8a)看, 其散點圖呈倒“L”型, 當土壤鹽基飽和度小于48%時, 土壤酸堿緩沖容量變化較小(在10~15 mmol?kg-1); 當土壤鹽基飽和度大于48%時, 土壤酸堿緩沖容量較高且變化較大(在10~50 mmol?kg-1)。按土壤類型分析, 對黃壤土來說, 土壤鹽基飽和度與緩沖容量正相關(guān), 但不顯著(圖8b); 對黃棕壤土來說, 土壤鹽基飽和度與緩沖容量顯著正相關(guān)(圖8c)。表明隨鹽基飽和度增加, 土壤酸堿緩沖容量增加; 鹽基飽和度對黃壤酸堿緩沖容量變化的影響較小, 對黃棕壤酸堿緩沖容量變化影響較大。

圖8 不同植煙土壤類型鹽基飽和度與土壤酸堿緩沖容量的關(guān)系

a: 鹽基飽和度與兩種土壤類型酸堿緩沖容量的關(guān)系; b: 鹽基飽和度與黃壤酸堿緩沖容量的關(guān)系; c: 鹽基飽和度與黃棕壤酸堿緩沖容量的關(guān)系。a: the relationship between base saturation and pH buffer capacities of two soil types; b: the relationship between base saturation and pH buffer capacity of yellow soil; c: the relationship between base saturation and pH buffer capacity of yellow brown soil.

2.3 植煙土壤基本理化性狀與酸堿緩沖容量的關(guān)聯(lián)度分析

將測定數(shù)據(jù)進行標準化處理, 設(shè)min=0、分辨系數(shù)=0.5, 土壤基本理化性質(zhì)指標與酸堿緩沖容量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)見表3。在灰色關(guān)聯(lián)度分析中, 各因子的重要性以關(guān)聯(lián)度的大小表示[19], 關(guān)聯(lián)度越大, 則表示該因子對土壤酸堿緩沖容量的影響越大。由表3可知, 黃壤基本理化性質(zhì)指標對酸堿緩沖容量的影響大小排序為: 有機質(zhì)>陽離子交換量>黏粒>pH>鹽基飽和度>交換性鋁>交換性氫>交換性酸, 以有機質(zhì)影響最大, 其次是陽離子交換量、黏粒和pH; 黃棕壤基本理化性質(zhì)指標對酸堿緩沖容量的影響大小排序為: pH>陽離子交換量>有機質(zhì)>黏粒>鹽基飽和度>交換性氫>交換性酸>交換性鋁, 以pH影響最大, 其次是陽離子交換量、有機質(zhì)和黏粒。

表3 不同植煙土壤類型基本理化性質(zhì)與酸堿緩沖容量的關(guān)聯(lián)度

3 討論

成土母質(zhì)對土壤的理化性質(zhì)有極大的影響[14,18-19]。湘西山地煙區(qū)內(nèi)不同類型土壤酸堿緩沖量存在明顯差異, 黃棕壤的緩沖量(11.35~43.29 mmol?kg-1)顯著高于黃壤(11.79~20.70 mmol?kg-1), 這與彭世良[20]對張家界土壤的研究結(jié)果一致。黃壤的成土母質(zhì)與黃棕壤相比, 少有含砂巖和石灰?guī)r。石灰?guī)r一般由方解石組成, 容易風化, 石灰?guī)r風化物發(fā)育的土壤中鈣離子含量高, CaCO3含量與土壤酸堿緩沖容量有顯著的正相關(guān)性[4], 故黃棕壤土壤緩沖能力較高。同種母質(zhì)的土壤, 海拔高度對土壤酸堿緩沖能力影響顯著, 海拔越高, 土壤緩沖能力越強[12], 湘西山地黃壤分布海拔下限為600 m左右, 黃棕壤一般位于海拔1 000 m以上[14], 這也可能是黃棕壤酸堿緩沖容量高于黃壤的原因之一。

本研究結(jié)果表明, 土壤有機質(zhì)含量的高低與黃壤、黃棕壤是否對酸敏感密切相關(guān), 這是因為土壤有機質(zhì)中的腐殖質(zhì)具有較強的吸附性和陽離子交換性能, 可以增強土壤緩沖性能[21]。對于黃棕壤而言, pH也是決定其是否對酸敏感的主要因素, 這可能與部分黃棕壤煙田在烤煙收獲后輪作水稻有關(guān)。同時, 湘西植煙生態(tài)區(qū)兩種土壤類型的土壤性質(zhì)與酸堿緩沖的相關(guān)性也存在明顯差異, 黃壤、黃棕壤的酸堿緩沖容量都隨土壤黏粒和有機質(zhì)含量的增加而增加, 這與楊杉等[1]、王文婧等[2]、黃平等[3]、Tarkalson等[22]的報道一致; 但對黃棕壤而言, 其酸堿緩沖容量大小還與土壤pH和陽離子交換量呈顯著正相關(guān), 與交換性酸和交換性鋁呈顯著負相關(guān), 這可能是由土壤類型以及土壤所處的緩沖體系不同所導(dǎo)致的[1,23], 相關(guān)問題將在今后的試驗中進一步研究。

采用灰色關(guān)聯(lián)方法研究因素間的關(guān)聯(lián)程度, 可以研究對象與待識別對象各影響因素之間的貼近程度, 通過比較各關(guān)聯(lián)度的大小來判斷待識別對象的影響程度[24-25]。研究結(jié)果表明, 對于黃壤, 有機質(zhì)對土壤酸堿緩沖容量影響最大, 其次是陽離子交換量和黏粒; 對于黃棕壤, pH對土壤酸堿緩沖容量影響最大, 其次是陽離子交換量和有機質(zhì); 蔣勝軍等[24]對成都平原土壤緩沖容量研究的灰色關(guān)聯(lián)分析認為, CaCO3、鹽基飽和度和pH與土壤緩沖容量的關(guān)系最為密切, 與本研究結(jié)果存在差異。這進一步說明土壤類型和生態(tài)區(qū)域?qū)ν寥谰彌_容量存在較大影響。

酸化速率可在一定程度上反映土壤酸緩沖容量的差異[26], 施用化肥是通過提高生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)效應(yīng)來加速農(nóng)田土壤酸化進程, 而磷鉀化肥配施氮肥可增加植物或土壤的氮積累速率, 從而通過降低生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)效應(yīng)來減緩農(nóng)田土壤酸化進程[27]。長期施用銨態(tài)氮肥等酸性肥料會加速土壤酸化進程, 使土壤基性礦物劇烈風化, 破壞土壤養(yǎng)分, 降低有機質(zhì)和鹽基離子含量, 導(dǎo)致土壤pH和酸緩沖能力降低[1,8]。有機肥中堿性物質(zhì)的輸入可抵消被收獲生物量中堿性物質(zhì)的輸出, 從而避免土壤堿性物質(zhì)的過度消耗[27], 同時有機肥的施入可以提高土壤有機質(zhì)含量, 從而增強土壤緩沖性能[21]。因此, 施肥時應(yīng)將化肥進行合理配比, 避免單施一種化學肥料, 并逐步減少銨態(tài)氮肥的施用量, 采用硝態(tài)氮肥代替, 同時增加有機肥的施用量, 采用有機-無機肥結(jié)合的方式, 通過合理的水肥管理, 緩減土壤的酸化, 提高土壤酸緩沖能力。

4 結(jié)論

黃棕壤的酸堿緩沖容量顯著高于黃壤。供試樣本土壤大部分屬于敏感性土壤, 黃壤土是否對酸敏感由有機質(zhì)含量決定, 黃棕壤土是否對酸敏感與pH和有機質(zhì)含量密切相關(guān)。對于同一土壤類型, 有機質(zhì)和黏粒含量與酸堿緩沖容量顯著正相關(guān); 對于黃棕壤, 酸堿緩沖容量還與pH和陽離子交換量呈顯著正相關(guān), 與交換性酸和交換性鋁呈顯著負相關(guān)。主要土壤類型之間緩沖性能存在較大差異, 黃壤土酸堿緩沖性能主要受土壤有機質(zhì)、陽離子交換量和黏粒含量的影響; 黃棕壤土酸堿緩沖性能主要受pH、陽離子交換量和有機質(zhì)的影響。應(yīng)采用合理方式調(diào)節(jié)湘西山地植煙土壤酸性, 提高土壤緩沖容量, 為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。

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Characteristics and driving factors of acid-base buffer of typical tobacco-planting soils in western Hunan Province*

LI Yuanhuan1, DENG Xiaohua1**, ZHANG Zhongwen2, ZHOU Miliang3, JIANG Zhimin2, TIAN Feng3, ZHANG Mingfa3, SHI Nan1

(1. College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. China Tobacco Zhejiang Industrial Co, Ltd, Hangzhou 310008, China; 3. Xiangxi Autonomous Prefecture Tobacco Company of Hunan Province, Jishou 416000, China)

To determine the characteristics of pH buffer of soils cultivated with tobacco in the mountain regions that are under long-term fertilizer application, a total of 28 soil samples were collected in areas of typical flue-cured tobacco cultivation in mountain regions in western Hunan Province. The pH buffer characteristics of collected soils were analyzed using both titration curve and gray correlation methods. Then quantitative relationships and the driving factors of soil acid-base buffer characteristics were also investigated. The results showed that the range of pH buffer of soils cultivated with tobacco in western Hunan Province was 11.35–43.29 mmol?kg-1and the average was 17.26 mmol?kg-1. Acid-base buffer of yellow brown soil (11.35-43.29 mmol?kg-1) was significantly higher than that of yellow soil (11.79-20.70 mmol?kg-1). While the sensitivity of yellow soil to acid was determined by the content of soil organic matter, that of yellow brown soil to acid was closely related to pH and organic matter content. Also while 78.57% of the samples were sensitive to both acid and base, soil type, organic matter contents, and clay content were positively correlated with pH buffer capacity. For yellow brown soil, pH buffer capacity was also positively correlated with pH and cation exchange capacity. However, it was negatively correlated with exchangeable acid and aluminum.The performances of pH buffer of two soil types were quite different. pH buffer capacity of yellow soil was mainly affected by soil organic matter content, cation exchange capacity, and clay content. Then pH buffer capacity of yellow brown soil was mainly affected by pH, cation exchange capacity, and organic matter content. For production, it was necessary to use chemical fertilizers properly, to add organic fertilizer, to adjust soil acidity and to take other measures to improve pH buffer capacity of soil cultivated with tobacco. This will create a good ecological environment for the production of high quality tobacco leaves.

Mountain region in western Hunan Province; Tobacco cultivated soil; pH buffer capacity; Soil buffer performance; Acid sensitivity; Soil physicochemical property

, E-mail: yzdxh@163.com

Jul. 8, 2018;

Sep. 21, 2018

S153

A

2096-6237(2019)01-0109-10

10.13930/j.cnki.cjea.180643

李源環(huán), 鄧小華, 張仲文, 周米良, 江智敏, 田峰, 張明發(fā), 石楠. 湘西典型植煙土壤酸堿緩沖特性及影響因素[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報(中英文), 2019, 27(1): 109-118

LI Y H, DENG X H, ZHANG Z W, ZHOU M L, JIANG Z M, TIAN F, ZHANG M F, SHI N. Characteristics and driving factors of acid-base buffer of typical tobacco-planting soils in western Hunan Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(1): 109-118

* 湖南省煙草專賣局科技項目(xx15-18Aa01)資助

鄧小華, 主要從事煙草科學與工程技術(shù)研究。E-mail: yzdxh@163.com

李源環(huán), 主要研究方向為煙草栽培生理。E-mail: 404844559@qq.com

2018-07-08

2018-09-21

* This research was supported by the Science and Technology Project of Hunan Tobacco Monopoly Bureau (xx15-18Aa01).