湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的垂直分布及影響因素分析

田麗君,胡瑞文，肖艷松，唐春閨，向鵬華，李宏光，陳 燾，鐘越楓，李 強(qiáng)，穰中文,黎 娟

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2 湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000； 3 湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011；4 湖南省煙草公司衡陽(yáng)市公司，湖南 衡陽(yáng) 421000；5 湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司瀏陽(yáng)市分公司，湖南 瀏陽(yáng) 410300)

土壤中有效態(tài)微量元素是作物微量元素的主要獲取來(lái)源[1]，其中氯是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素之一，影響煙株的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)也有一定的積極作用[2]。土壤中氯素含量是煙株氯素營(yíng)養(yǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量多少直接影響土壤的供氯能力[3]。氯含量是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，烤煙氯含量過(guò)高或過(guò)低均會(huì)降低煙葉產(chǎn)質(zhì)量[4]。許自成等[5]研究表明，以湖南煙區(qū)為例，煙葉氯含量與土壤中水溶性氯之間存在極顯著的正相關(guān)，土壤有效氯含量過(guò)高，一定程度上也會(huì)導(dǎo)致煙葉氯含量的吸收增加。但煙草是“忌氯”作物，氯含量過(guò)高可能出現(xiàn)中毒癥狀，卷煙燃燒性也會(huì)變差，易導(dǎo)致熄火現(xiàn)象[6]。

湖南稻作煙區(qū)是我國(guó)典型的煙稻輪作區(qū)域，植煙土壤理化指標(biāo)的豐缺評(píng)價(jià)及其影響因素的相關(guān)研究不在少數(shù)，且大多數(shù)集中在大量元素[7]、有機(jī)質(zhì)[8]和pH[9]以及有效鉬[8]、錳[10]、鋅[11]、硼[12]等微量元素，土壤養(yǎng)分垂直分布特征研究也多關(guān)注大量元素[13-14]，有關(guān)氯元素的報(bào)道則相對(duì)較少。劉遜等[15]對(duì)湘西煙區(qū)植煙土壤氯含量及其影響因素進(jìn)行探討，結(jié)果表明前茬作物、海拔、土壤類型、pH均對(duì)土壤氯含量有一定影響。龐夙等[16]對(duì)會(huì)理縣植煙區(qū)土壤氯的空間分布及其影響因子進(jìn)行了研究，表明土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響不顯著，農(nóng)藝措施尤其是含氯肥料的施用是影響該植煙區(qū)土壤氯離子含量的主要因素。雖然前人對(duì)于氯含量及其影響因素的研究取得了一定的成果，但研究植煙土壤剖面有效氯垂直分布特征則鮮有報(bào)道，而土壤養(yǎng)分垂直分布特征有利于指導(dǎo)合理耕作和施肥。鑒于此，本試驗(yàn)以湖南煙稻輪作區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)土壤有效氯的垂直分布特征及其影響因素進(jìn)行探討，以期為湖南稻作煙區(qū)土壤合理利用和精準(zhǔn)施肥以及優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為湖南湘東和湘南，包括郴州、衡陽(yáng)和長(zhǎng)沙。該區(qū)屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，光照充足、熱量豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)，春夏多雨、秋冬干旱，郴州、衡陽(yáng)和長(zhǎng)沙的年降雨量分別為1 610.8，1 511和1 539.9 mm。3煙區(qū)的種植模式均為煙稻輪作，在種煙季節(jié)不灌溉，在早稻種植中合理灌溉，全生育期保持1～2 cm水層。3煙區(qū)的煙草施肥種類一致，基肥包括專用基肥、鈣鎂磷肥和生物餅肥，追肥有提苗肥、硝酸鉀和硫酸鉀，無(wú)氯肥施用。水稻施肥種類：基肥為復(fù)混肥料,N、P2O5、K2O質(zhì)量比為22∶6∶12, 尿素含氮46.4%，鉀肥為KCl(含K2O 55%)。

1.2 樣品采集

2017年在郴州、衡陽(yáng)和長(zhǎng)沙3個(gè)煙稻輪作區(qū)各選取10個(gè)有10年以上煙稻種植史的典型田塊，其中，郴州市嘉禾縣普滿鄉(xiāng)1個(gè)，和平鎮(zhèn)、仁義鎮(zhèn)和雷坪鎮(zhèn)分別為4，3和2個(gè)；衡陽(yáng)市耒陽(yáng)縣導(dǎo)子鎮(zhèn)和馬水鎮(zhèn)各3個(gè)，竹市鎮(zhèn)、東湖圩鎮(zhèn)、哲橋鎮(zhèn)和壇下鄉(xiāng)各1個(gè)；長(zhǎng)沙市瀏陽(yáng)市永安鎮(zhèn)3個(gè)，北盛鎮(zhèn)、沙市鎮(zhèn)和官渡鎮(zhèn)各2個(gè)，淳口鎮(zhèn)1個(gè)。

當(dāng)?shù)卮硇酝寥蕾|(zhì)地為壤土，在采集 0～50 cm剖面土壤時(shí)，取質(zhì)地為壤土的田塊作為取樣田塊，分D1(0～10 cm)、D2(10～20 cm)、D3(20～30 cm)、D4(30～40 cm)、D5(40～50 cm)5個(gè)土層采取五點(diǎn)取樣法采樣。用取土器(型號(hào)QTZ-1，直徑7.5 cm)取出不同土層的土壤，同一土層的土壤充分混勻，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩、裝瓶后供土壤理化分析。觀察并劃分各田塊耕作層與非耕作層，測(cè)得長(zhǎng)沙、郴州、衡陽(yáng)煙區(qū)的耕作深度分別為8.2～13.4 cm、10.6～16.4 cm和9.5～16.4 cm，所以將0～20 cm作為湖南稻作煙區(qū)的耕作層，20～50 cm作為非耕作層。

1.3 土壤檢測(cè)指標(biāo)及方法

根據(jù)文獻(xiàn)[17-18]，土壤有效氯采用 DIPA 浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定；采用pH計(jì)法(水土質(zhì)量比為2.5∶1)測(cè)定土壤pH值；根據(jù)《土壤物理性質(zhì)測(cè)定法》[19]采用烘干法測(cè)定土壤含水率，環(huán)刀法測(cè)定土壤體積質(zhì)量。

1.4 土壤有效氯適應(yīng)性等級(jí)劃分

根據(jù)《中國(guó)煙草種植區(qū)劃》[20]及文獻(xiàn)[15,21]，將湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的含量分為極低(≤5.00 mg/kg)、低(5.01～10.00 mg/kg)、適宜(10.01～30.00 mg/kg)、高(30.01～40.00 mg/kg)、極高(≥40.00 mg/kg)5個(gè)等級(jí)。依據(jù)各等級(jí)比例對(duì)湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯豐缺狀況進(jìn)行判斷。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析及繪制散點(diǎn)圖等。采用SPSS進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析、采用Pearson進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的垂直分布

由表1可知，湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量在不同土層間存在顯著差異，0～30 cm土層土壤有效氯含量較適宜煙草生長(zhǎng)所需，而30～50 cm土層土壤有效氯含量稍偏高。由表1還可知，不同煙區(qū)土壤有效氯的垂直分布規(guī)律基本一致，土壤有效氯含量在0～30 cm土層隨土層深度增加逐漸減少，而30～50 cm土層隨土層深度增加逐漸增大。

表1 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯垂直分布及適應(yīng)性分布Table 1 Vertical distribution and adaptability distribution of soil available chlorine in Hunan tobacco-rice rotation areas

2.2 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的分區(qū)比較

將長(zhǎng)沙、郴州和衡陽(yáng)3個(gè)煙區(qū)土壤有效氯含量的垂直分布進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖柱上標(biāo)不同大小寫字母分別表示同一土層不同煙區(qū)差異達(dá)0.01和0.05顯著水平Different uppercase and lowercase letters indicate significant differences among layers at the levels of 0.01 and 0.05,respectively

從圖1可以看出，長(zhǎng)沙煙區(qū)土壤有效氯含量在0～30 cm土層均顯著高于郴州和衡陽(yáng)煙區(qū)，表現(xiàn)為長(zhǎng)沙>衡陽(yáng)>郴州(P<0.05)；3個(gè)煙區(qū)土壤有效氯含量在30～50 cm土層無(wú)顯著差異。

2.3 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的影響因素

將湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量以及土壤pH進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，土壤有效氯含量在耕作層中受土壤含水率、土壤體積質(zhì)量以及土壤pH的顯著影響，其中土壤有效氯含量與土壤含水率呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與土壤體積質(zhì)量和土壤pH呈極顯著或顯著正相關(guān)(P<0.01或P<0.05)；在非耕作層中土壤有效氯含量受土壤含水率和土壤體積質(zhì)量的影響較小，但仍受到土壤pH的顯著影響，且隨著pH的增大而增多。為進(jìn)一步研究土壤有效氯與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量和pH的關(guān)系，對(duì)有顯著相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行回歸分析。

表2 湖南稻作煙區(qū)不同土層土壤有效氯含量與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量和土壤pH的相關(guān)性Table 2 Correlation between soil available chlorine content and soil moisture content,soil volume quality and soil pH in different soil layers in Hunan tobacco-rice rotation areas

將耕作層土壤有效氯含量與土壤含水率和土壤體積質(zhì)量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果(圖2-A-B)表明，土壤有效氯含量與土壤含水率呈線性負(fù)相關(guān)，土壤含水率越高土壤有效氯含量越低；土壤有效氯含量與土壤體積質(zhì)量呈線性正相關(guān)，土壤體積質(zhì)量越大有效氯含量越高。由圖2-C-D可知，土壤有效氯含量在耕作層和非耕作層與土壤pH均呈線性正相關(guān)，即土壤有效氯含量隨pH的升高而增大，湖南稻作煙區(qū)酸性土壤中土壤有效氯含量低于堿性土壤。

由表2和圖2還可知，土壤含水率和土壤體積質(zhì)量對(duì)土壤有效氯含量的影響主要在耕作層，因此對(duì)非耕作層中土壤有效氯的影響因素進(jìn)行分析。湖南稻作煙區(qū)的成土母巖主要有第四紀(jì)紅色黏土、花崗巖和石灰?guī)r3種類型，樣本數(shù)分別為11，4和15個(gè)；成土母質(zhì)的類型主要是洪積物、坡積物和殘積物，樣本數(shù)分別為18，5和7個(gè)。結(jié)果(圖3)表明，土壤有效氯含量在不同成土母巖中有明顯差異，其中土壤有效氯含量在第四紀(jì)紅色黏土中最高，花崗巖土壤中次之，石灰?guī)r土壤中最低。但非耕作層中土壤有效氯含量在不同成土母質(zhì)土壤中差異不顯著。由此可知，在非耕作層中影響土壤有效氯含量的主要因素是pH和成土母巖。

A-C代表指標(biāo)之間在耕作層(0～20 cm)的回歸分析，D代表指標(biāo)之間在非耕作層(20～50 cm)的回歸分析A-C represent regression analysis among indexes for soil tillage layer of 0-20 cm，D represents regression analysis among indexes for soil non-tillable layer of 20-50 cm圖2 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量與其影響因素之間的回歸分析Fig.2 Regression analysis between soil available chlorine content and its influencing factors in in Hunan tobacco-rice rotation areas

圖柱上標(biāo)不同大小寫字母分別表示不同成土母巖和母質(zhì)間差異達(dá)0.01和0.05顯著水平Different uppercase and lowercase letters indicate 0.01 and 0.05 significant levels, respectively圖3 湖南稻作煙區(qū)不同成土母巖和母質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響Fig.3 Influence of different soil-forming parent rocks and parent materials on soil available chlorine content in Hunan tobacco-rice rotation areas

3 討 論

土壤養(yǎng)分含量是烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的基礎(chǔ)，其診斷是指導(dǎo)煙草施肥的核心[22]?？緹煹纳L(zhǎng)發(fā)育及烤后煙葉的可用性與植煙土壤有效氯含量密不可分[2]。根據(jù)有效氯在0～50 cm土壤剖面的垂直分布特征可知，湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量較適宜，0～30 cm土層中有效氯含量能較好地滿足煙草生長(zhǎng)所需，但在30～50 cm土層中土壤有效氯含量稍偏高，在生產(chǎn)中需適當(dāng)采取控氯措施。其主要原因是前茬作物為水稻，植煙土壤為水稻土，水稻土的氯含量極顯著高于其他類型土壤，這與水稻種植時(shí)大量施用氯化鉀有關(guān)[15]。常年使用氯化鉀肥料，是導(dǎo)致土壤氯離子含量高的重要原因。因此，需要從煙田土壤的前茬作物入手，規(guī)范高氯肥料在前茬和烤煙當(dāng)季施用[23]。

根據(jù)對(duì)長(zhǎng)沙、郴州和衡陽(yáng)3煙區(qū)煙田土壤有效氯的垂直分布規(guī)律分析可知，土壤有效氯含量在0～30 cm土層間隨土壤深度增加逐漸減少，在30～50 cm土層隨土壤深度增加而增大。在0～30 cm土層中隨著土層深度的增加，氯離子含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明該部分氯離子來(lái)自外源氯的加入，呈現(xiàn)從上往下滲透的趨勢(shì)[24]。深層有效氯含量偏高主要是因?yàn)橥寥乐械穆纫话阋噪x子的形態(tài)存在，在土壤中移動(dòng)性很大[25]，3煙區(qū)的年降雨量均大于1 500 mm，而且氯為強(qiáng)溶淋元素，75%以上都會(huì)隨水遷移到30 cm以下[26]。氯含量在深層土壤聚集的現(xiàn)象與尤曉瑩等[27]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明氯離子的移動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较蛏系淖陨隙拢浞煮w現(xiàn)出“鹽隨水來(lái)，鹽隨水去；鹽隨水聚，水散鹽存”的特點(diǎn)。3煙區(qū)土壤有效氯含量在0～30 cm土層存在顯著差異，以長(zhǎng)沙煙區(qū)顯著高于郴州和衡陽(yáng)，具體表現(xiàn)為長(zhǎng)沙>衡陽(yáng)>郴州(P<0.05)。這可能是由于2015年土壤普查結(jié)果顯示瀏陽(yáng)市部分煙區(qū)土壤氯含量偏低，段淑輝等[28]提出在煙葉氯含量偏低地區(qū)考慮適當(dāng)補(bǔ)氯，導(dǎo)致長(zhǎng)沙煙區(qū)的土壤有效氯含量較高。因此不同植煙區(qū)應(yīng)采取差異化的管理措施。

劉遜等[15]研究表明，不同海拔高度和pH的植煙土壤氯含量達(dá)到顯著差異；譚軍等[29]指出降雨也是影響土壤氯含量的重要因素；龐夙等[16]研究表明，農(nóng)藝措施特別是含氯肥料的施用是影響土壤有效氯含量的重要因素。前人研究影響土壤有效氯含量的因素較多，主要包括下層母巖物質(zhì)，空氣中Cl-的沉積，通過(guò)灌溉水沉積、施肥和其他人類活動(dòng)輸入，盆地鹵水或鹽泉的貢獻(xiàn)[30]。本研究對(duì)土壤含水率、土壤體積質(zhì)量、pH以及成土母巖、母質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響進(jìn)行了探討，結(jié)果表明耕作層中土壤有效氯含量在含水率高的土壤中較低，這與徐明崗等[31]的研究結(jié)果一致，氯大多是以離子形式存在土壤中，在濕潤(rùn)地區(qū)易于被淋濕，Cl-擴(kuò)散較快，所以土壤有效氯含量隨土壤含水率增大而降低。土壤體積質(zhì)量是表征土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)，其影響土壤水分、鹽分及養(yǎng)分在土壤中運(yùn)移[32-33]。本研究結(jié)果表明，土壤有效氯含量隨著土壤體積質(zhì)量增加逐漸增多，這與徐明崗等[31]的研究結(jié)果相似，黏壤土中隨土壤體積質(zhì)量增加，Cl-擴(kuò)散系數(shù)下降從而導(dǎo)致土層中有效氯增多。在耕作層和非耕作層中土壤有效氯均隨pH值的升高呈上升趨勢(shì)，這是由于土壤中的OH-能減少煙株對(duì)氯的吸收，一方面是因?yàn)镺H-與Cl-存在拮抗關(guān)系，另一方面硝化作用加強(qiáng)，煙株對(duì)Cl-的吸收受到抑制[23]，從而導(dǎo)致氯在堿性土壤中有效性較強(qiáng)。因此，通過(guò)適當(dāng)調(diào)整施肥策略，采取隔年過(guò)磷酸鈣和鈣鎂磷肥交替施用的辦法，穩(wěn)步降低土壤pH[34]，以促進(jìn)土壤有效氯含量處于煙草生長(zhǎng)所需最適范圍。

土壤含水率和土壤體積質(zhì)量對(duì)土壤有效氯的影響主要集中在耕作層，非耕作層中土壤有效氯在不同母巖中具有顯著差異，這與任汝周等[23]的研究結(jié)果一致。因此在非耕作的犁底層和心土層中，土壤有效氯含量可能主要受到地形地貌[35]、成土母巖的作用，這一現(xiàn)象還有待深入研究。另外，龐夙等[16]、尤曉瑩等[26]和Christoph-Martin等[36]研究表明，土壤有效氯含量還受農(nóng)藝措施尤其是含氯肥料的施用和施肥方式影響，即需要深入研究植煙土壤中含氯肥料施用量、施用時(shí)期、施用方式。尤曉瑩等[27]研究表明，水肥一體化的施肥模式在滴灌和水分分布過(guò)程中，促進(jìn)土壤氯由表層向深層移動(dòng)，從而降低烤煙根際土壤氯含量。因此，可以通過(guò)減少氯肥施用、采取水肥一體化的施肥模式，為烤煙生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量在不同土層間存在顯著差異，不同煙區(qū)0～30 cm土層有效氯以長(zhǎng)沙最高、衡陽(yáng)次之、郴州最低。在耕作層中土壤有效氯含量隨pH和土壤體積質(zhì)量增加而增加，隨土壤含水率增大而降低；在非耕作層中土壤有效氯含量主要受成土母巖、母質(zhì)自然因素的作用。因此，在湖南稻作煙區(qū)煙葉生產(chǎn)中，需因地制宜控制氯肥施用，合理安排過(guò)磷酸鈣和鈣鎂磷肥的交替使用及采用水肥一體化施肥等措施，優(yōu)化植煙土壤養(yǎng)分以促進(jìn)優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)。