石門縣植煙土壤主要肥力指標(biāo)特征

梅光軍，曹明鋒，祝 利，龍世平，孫敬釗，彭斯文，廖超林

（1. 常德市煙草公司，湖南 常德 425000；2. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

土壤是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的重要載體，提供了烤煙生長(zhǎng)所必需的礦質(zhì)元素和水分，是烤煙賴以生存、發(fā)育的基礎(chǔ)[1]。土壤有機(jī)碳、氮、鉀、磷是土壤肥力不可或缺的構(gòu)成要素，其含量是海拔、地形、氣候和生物因子相互作用的結(jié)果[2]。而海拔高度變化導(dǎo)致光、溫、水、熱資源差異巨大，其土壤類型和理化性質(zhì)也會(huì)相應(yīng)變化[3]。由于土壤理化性狀是影響烤煙生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)性要素，而海拔又是土壤理化性狀的重要影響因子[4]。因此，研究海拔對(duì)植煙土壤肥力指標(biāo)的影響，對(duì)指導(dǎo)山地?zé)焻^(qū)生產(chǎn)布局及生產(chǎn)措施制定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

有研究表明，植煙土壤主要肥力指標(biāo)在高海拔與中、低海拔間差異顯著。如王恩武等[5]發(fā)現(xiàn)低海拔地區(qū)植煙土壤的有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量較高，高海拔區(qū)域內(nèi)的速效養(yǎng)分變幅較大；劉瓊峰等[6]指出植煙土壤氮素和有機(jī)質(zhì)含量隨海拔高度的升高呈上升趨勢(shì)；朱三榮等[7]認(rèn)為植煙土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、速效鉀、有效磷含量隨著海拔高度的升高而增加；黎妍妍等[8]等發(fā)現(xiàn)植煙土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量與海拔呈極顯著正相關(guān)。以上研究結(jié)果均以不同母質(zhì)類型的植煙土壤為對(duì)象而獲得，對(duì)于單一成土母質(zhì)植煙土壤在不同海拔的主要肥力指標(biāo)差異尚未見報(bào)道。因此，筆者以位于湘西北的石門縣為研究區(qū)，分析了石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的植煙土壤主要肥力指標(biāo)分布的特點(diǎn)及其與海拔的相互關(guān)系，以期為石門煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分管理及土壤退化防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2018 年秋冬季煙田翻耕前，在石門縣的9 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中的28 個(gè)村，選擇石灰?guī)r母質(zhì)發(fā)育的多年植煙土壤，采集耕作層（0～20 cm）土樣 429 個(gè)，其中大同山鎮(zhèn)、壺瓶山鎮(zhèn)、南鎮(zhèn)鎮(zhèn)、三圣鄉(xiāng)、所街鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、維新鎮(zhèn)、新鋪鎮(zhèn)、皂市鎮(zhèn)的采集樣本數(shù)量分別為 35、54、33、55、62、24、64、42 和60 個(gè)。按種植面積每10 hm2左右采集1 個(gè)代表樣，每個(gè)代表樣由同一采樣單元同一土壤類型的多個(gè)樣點(diǎn)土樣混合而成，同一田塊為一個(gè)樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)由5～10 點(diǎn)土樣混合而成，以保證足夠的采樣點(diǎn)；每個(gè)采樣點(diǎn)的取土深度及采樣量均勻一致。

1.2 土壤肥力指標(biāo)的測(cè)定

土壤肥力指標(biāo)測(cè)定方法按魯如坤[9]的方法進(jìn)行。土壤pH 值以水土比2.5 ∶1 用pH 計(jì)測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定。

1.3 植煙土壤肥力指標(biāo)適宜性分級(jí)

土壤主要肥力指標(biāo)適宜性分級(jí)參照文獻(xiàn)[10-11]，將植煙土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀分為極低、低、適宜、高、極高5 級(jí)（表1）。依據(jù)各等級(jí)比例對(duì)植煙土壤肥力指標(biāo)豐缺狀況進(jìn)行診斷。

表1 植煙土壤pH 值和主要養(yǎng)分適宜性等級(jí)

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

應(yīng)用Excel 2013 和SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較處理間差異，用Duncan’s 法檢驗(yàn)差異顯著性（P＜0.05），采用Pearson 法進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤主要肥力指標(biāo)的適宜性分布特征

由表2 可知，土壤pH 值在適宜范圍的樣本比例占40.17%，等級(jí)為高以上和低以下的樣本比例分別占44.45%和15.38%，說明湘西北山區(qū)植煙pH 值存在較大比例的偏低和偏高現(xiàn)象；土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮在適宜范圍的樣本比例分別占53.85%和64.10%，極低比例分別占3.42%和0.85%，說明石門煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量整體適宜；有效磷和速效鉀適宜比例僅分別占29.06%和21.37%，但等級(jí)為高以上的樣本比例分別占60.69%和53.84%，說明石門煙區(qū)植煙土壤有效磷和速效鉀含量整體較高。從變異系數(shù)看，土壤pH 值屬中等強(qiáng)度變異，其他4 個(gè)肥力指標(biāo)均為強(qiáng)變異。變異系數(shù)排序?yàn)橛行Я祝舅傩р洠居袡C(jī)質(zhì)＞堿解氮＞pH 值。

表2 石門植煙土壤pH 值和主要養(yǎng)分適宜性分布

2.2 海拔與植煙土壤主要肥力指標(biāo)間的關(guān)系

將石門煙區(qū)植煙土壤海拔按200～300 m、300～400 m、400～500 m、500～600 m、600～700 m、700～800 m、800～900 m、900～1 000 m、1 000～1 100 m、1 100～1 200 m分為10 組，其中各組樣本數(shù)量分別為41、33、43、51、42、50、35、57、54、23，分別統(tǒng)計(jì)不同海拔組的pH 平均值及適宜性樣本分布頻率（由表3～7）。

2.2.1 不同海拔的土壤pH 值分布及相互關(guān)系由表3 可知，10 個(gè)組的植煙土壤pH 均值范圍為5.55～7.46；不同海拔組的植煙土壤pH 值差異顯著，其中海拔200～300 m 組顯著低于400 m 以上的8 個(gè)組；海拔1 000～1 100 m 組顯著高于海拔200～600 m 間的4 個(gè)組。不同海拔組之間植煙土壤pH 值適宜樣品比例以海拔400～500 m 組最高，海拔800～900 m 組最低。

表3 不同海拔植煙土壤pH 值適宜性分布

將分組后的土壤pH 值與海拔進(jìn)行曲線擬合（圖1），其最優(yōu)回歸方程為Y=4E-09x3-1E-05x2+0.009 9x+3.801 9（R2=0.713 4，F(xiàn)=9.238），表明海拔與pH 值存在顯著曲線關(guān)系。海拔在200～700 m 間，土壤pH 值隨著海拔的增加快速上升，當(dāng)海拔＞700 m 時(shí)，植煙土壤pH 值變化相對(duì)平穩(wěn)。

圖1 海拔與pH 值的關(guān)系

2.2.2 不同海拔的土壤有機(jī)質(zhì)分布及相互關(guān)系由表4 可知，10 個(gè)組的植煙土壤有機(jī)質(zhì)均值范圍為20.66～33.78 g/kg；方差分析表明，200～500 m 間3 個(gè)組的有機(jī)質(zhì)含量顯著低于海拔500 m 以上的7 個(gè)組有機(jī)質(zhì)含量；海拔1 100～1 200 m 組有機(jī)質(zhì)含量顯著高于海拔200～800 m 間的6 個(gè)組。不同海拔組之間植煙土壤有機(jī)質(zhì)適宜樣品比例以海拔1 100～1 200 m 組最高，海拔500～600 m 組最低。

表4 不同海拔植煙土壤有機(jī)質(zhì)適宜性分布

將分組后的土壤有機(jī)質(zhì)與海拔進(jìn)行曲線擬合（圖2），其最優(yōu)回歸方程為Y=-4E-08x3+0.000 1x2-0.079 9x+41.506（R2=0.635 2，F(xiàn)=4.484），表明海拔與有機(jī)質(zhì)存在顯著曲線關(guān)系。海拔在200～500 m 間，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加下降；當(dāng)海拔＞500 m 時(shí)，植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加快速上升。

圖2 海拔與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

2.2.3 不同海拔的土壤堿解氮分布及相互關(guān)系由表5 可知，10 個(gè)組的植煙土壤堿解氮均值范圍為130.01～157.03 mg/kg；方差分析表明，400～500 m 組堿解氮含量顯著低于其他9 個(gè)組；海拔200～300 m 和800～900 m 組堿解氮含量顯著高于其他8 個(gè)組。不同海拔組之間植煙土壤堿解氮適宜樣品比例以海拔1 000～1 100 m 組最高，海拔200～300 m 組最低。

表5 不同海拔植煙土壤堿解氮適宜性分布

將分組后的土壤堿解氮與海拔進(jìn)行曲線擬合（圖3），最優(yōu)回歸方程為：Y=-4E-07x3+0.000 8x2-0.504 3x+232.2（R2=0.737 2，F(xiàn)=5.614），表明海拔與堿解氮存在顯著曲線關(guān)系。海拔在200～500 m 和900～1 200 m間，土壤堿解氮含量隨著海拔的增加下降；而海拔在500～900 m 間，植煙土壤有堿解氮含量隨著海拔的增加而上升。

圖3 海拔與堿解氮含量的關(guān)系

2.2.4 不同海拔的土壤有效磷分布及相互關(guān)系由表6 可知，10 個(gè)組的植煙土壤有效磷均值范圍為14.18～103.23 mg/kg；方差分析表明，200～300 m 和500～600 m 組有效磷含量顯著低于其他8 個(gè)組；海拔1 000～1 100 m 和1 100～1 200 m 組有效磷含量顯著高于其他8 個(gè)組。不同海拔組之間植煙土壤有效磷適宜樣品比例以海拔700～800 m 組最高，海拔1 100～1 200 m 組最低。

表6 不同海拔植煙土壤有效磷適宜性分布

將分組后的土壤有效磷與海拔進(jìn)行線性回歸（圖4），回歸方程為Y=0.096x-9.651 1（R2=0.831 3，F(xiàn)=39.422），線性相關(guān)關(guān)系極顯著，表明土壤有效磷隨海拔增加而升高。

圖4 海拔與有效磷含量的關(guān)系

2.2.5 不同海拔的土壤速效鉀分布及相互關(guān)系由表7 可知，10 個(gè)組的植煙土壤速效鉀均值范圍為179.36～494.72 mg/kg；方差分析表明，300～400 m 組速效鉀含量顯著低于600～900 m 和1 100～1 200 m 組；海拔700～800 m 和1 100～1 200 m 組速效鉀含量顯著高于200～500 和1 000～1 100 m 海拔組。不同海拔組之間植煙土壤速效鉀適宜樣品比例以海拔1 000～1 100 m 組最高，海拔200～300 m 組最低。

表7 不同海拔植煙土壤速效鉀適宜性分布

將分組后的土壤速效鉀與海拔進(jìn)行線性回歸（圖5），回歸方程為Y=0.290 4x+138.97（R2=0.618 8，F(xiàn)=12.985），線性相關(guān)關(guān)系極顯著，表明土壤速效鉀隨海拔增加而升高。

圖5 海拔與速效鉀含量的關(guān)系

3 討 論

3.1 海拔對(duì)植煙土壤pH 值的影響

植煙土壤pH 值影響烤煙煙葉質(zhì)量，一般認(rèn)為適宜烤煙種植的土壤pH 值范圍在5.5～7.0 之間。從石門煙區(qū)植煙土壤pH 值均值6.66 看，呈弱酸性至中性，滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的要求；但pH 值屬中等變異，存在4.27%樣品＜5.0 的極低水平和35.90%樣品＞7.5的極高水平；說明石門煙區(qū)植煙土壤存在強(qiáng)酸性和強(qiáng)堿性土壤，不利于烤煙生長(zhǎng)發(fā)育，需引起重視。海拔是影響土壤pH 值的重要因素，主要通過影響氣候、植被及土壤母質(zhì)風(fēng)化因素而導(dǎo)致土壤CEC、緩沖性等的變化，進(jìn)而導(dǎo)致土壤pH 值隨海拔呈現(xiàn)規(guī)律性的變化[4]。海拔200～300 m 組土壤pH 值顯著低于400 m 以上的8 個(gè)組，均值為5.55，同時(shí)海拔200～500 m 間的3 個(gè)組中pH 值＜5.5 的土樣比率分別占到45.14%、25.52%和18.96%，說明低海拔尤其是海拔200～300 m 植煙土壤存在酸化特征；低海拔主要是石灰?guī)r紅壤或黃紅壤，脫硅富鋁化作用相對(duì)較強(qiáng)[12]，同時(shí)煙田耕作強(qiáng)度大，化肥施用量高，部分土壤出現(xiàn)酸化現(xiàn)象。海拔700 m 以上煙區(qū)，存在較大比例pH值極高等級(jí)的土壤；可能與該區(qū)成土作用慢，受成土母質(zhì)影響較大有關(guān)。最優(yōu)回歸曲線曲線表明，土壤pH 值在海拔700 m 以下，隨著海拔的增加快速上升，可能與隨著海拔的增加，土壤風(fēng)化淋溶作用弱，CEC和緩沖性能降低有關(guān)；當(dāng)海拔＞700 m 時(shí)，植煙土壤pH 值變化相對(duì)平穩(wěn)，說明土壤風(fēng)化淋溶及鹽基離子濃度差異不大，從而土壤緩沖性能差異不明顯，土壤pH 值保持平穩(wěn)。

3.2 海拔對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是影響土壤結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分供應(yīng)的關(guān)鍵物質(zhì)，是決定土壤質(zhì)量的主要指標(biāo)[13]。植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量在20～30 g/kg 的中等范圍即可滿足優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)要求[14]。石門煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為26.00 g/kg，在烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的適宜范圍，處于極低水平的土樣僅占3.42%；說明石門煙區(qū)植煙土壤有機(jī)碳能滿足優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)需求。土壤有機(jī)質(zhì)含量受有耕作、機(jī)質(zhì)輸入及分解礦化等因素的影響[15]。石門煙區(qū)植煙土壤200～500 m 間3 個(gè)組的有機(jī)質(zhì)含量顯著低于海拔500 m 以上的7 個(gè)組；可能與耕作管理和分解礦化速率相關(guān)，海拔＞500 m 的山區(qū)實(shí)行的是一年一熟的連作植煙，而海拔＜500 m 的植煙土壤主要為低山丘陵區(qū)，往往實(shí)行一年兩熟的耕作制度，耕作強(qiáng)度大，土壤結(jié)構(gòu)易破壞，降低了對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)保護(hù)作用，同時(shí)低海拔區(qū)水熱條件好，有機(jī)質(zhì)分解礦化速率高[16]，因此200～500 m 海拔有機(jī)質(zhì)含量較低；最優(yōu)回歸曲線表明，200～500 m 海拔范圍內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加而降低，可能是該海拔范圍內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)受海拔影響較小，主要受有機(jī)質(zhì)輸入和礦化分解平衡的影響。而海拔＞500 m 的植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加而呈現(xiàn)上升的變化趨勢(shì)，與劉瓊峰等[6]的結(jié)果一致，表現(xiàn)為海拔成為影響土壤有機(jī)質(zhì)含量的主導(dǎo)因素，隨著海拔的升高，氣溫降低，土壤有機(jī)碳釋放速率降低，碳氮礦化速率減慢，同時(shí)環(huán)境微生物活性降低，分解動(dòng)植物殘?bào)w速度減慢，致使土壤有機(jī)碳積累量顯著增加[17]。

石門煙區(qū)植煙土壤堿解氮含量均值為140.86 mg/kg，極低和適宜水平土壤樣品分別占0.85%和64.10%，說明研究區(qū)植煙土壤堿解氮能滿足優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)要求。諸多研究表明，土壤堿解氮含量受有機(jī)質(zhì)影響顯著，且與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系[18]。最優(yōu)回歸曲線表明，在海拔200～900 m 范圍內(nèi)，堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加表現(xiàn)出一致的變化趨勢(shì)，可能與堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量間關(guān)系密切相關(guān)；900～1 200 m 范圍內(nèi)堿解氮含量隨海拔增加呈下降的變化趨勢(shì)，可能與900～1 200 m 的高海拔地區(qū)氣溫低、土壤微生物活力減弱且濕度大等因素使土壤堿解氮淋失有關(guān)[19]。

3.3 海拔對(duì)植煙土壤有效磷和速效鉀的影響

有效磷是土壤肥力的主要指標(biāo)之一。烤煙對(duì)于磷素供應(yīng)的要求是足而不過多，過多的磷素營(yíng)養(yǎng)對(duì)于煙葉品質(zhì)有顯著的不利影響[11]。石門煙區(qū)植煙土壤有效磷含量均值57.20 mg/kg，適宜及高等級(jí)以上水平的土壤樣品分別占29.06%和60.69%；說明研究區(qū)植煙土壤有效磷含量可滿足烤煙生產(chǎn)的需求，但存在較大比例有效磷含量過高現(xiàn)象。不同海拔組土壤有效磷含量分析表明，土壤有效磷含量低等級(jí)水平以下的土壤樣品主要分布在海拔200～700 m 間的5 個(gè)組別，其中300～400 m 海拔組比例最高，為20.69%；1 100～1 200 m 海拔組土樣高和極高等級(jí)分別占到43.11%和56.89%，無適宜等級(jí)土樣；最優(yōu)線性回歸表明，土壤有效磷含量隨著海拔的增加而升高。該結(jié)果與丁園等[20]研究一致，其原因可能與土壤淋溶及磷的無效化等有關(guān)，低海拔地區(qū)水熱條件好，淋溶強(qiáng)度大，同時(shí)該區(qū)域主要為石灰?guī)r紅壤，磷素存在包被作用即“蓄閉態(tài)磷”等無效化作用，而高海拔淋溶強(qiáng)度小，磷的無效化作用弱，有效磷含量高。因此，在烤煙生產(chǎn)中，石門縣應(yīng)對(duì)不同海拔煙區(qū)針對(duì)性制定煙草肥料配方，在＜700 m 的低海拔區(qū)關(guān)注磷素缺乏現(xiàn)象，適當(dāng)增施磷肥；在海拔700 m 以上的區(qū)域，需考慮磷肥減施或不施磷肥。

土壤豐富的速效鉀可保障煙葉含鉀量充足，而充足鉀素供應(yīng)對(duì)保障烤煙生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)以及卷煙制品的安全性均具有重要作用[21]。石門煙區(qū)植煙土壤速效鉀含量均值326.38 mg/kg，雖在高等級(jí)水平范圍，但極低和低等級(jí)水平的土樣分別占4.27%和20.51%，存在較高比例樣品速效鉀含量偏低。因此，針對(duì)速效鉀含量偏低的植煙土壤應(yīng)適量增施鉀肥。不同海拔組間的植煙土壤速效鉀含量，以海拔200～500 m 間的3 個(gè)組別較低，海拔1 100～1 200 m 組最高。最優(yōu)線性回歸表明，土壤速效鉀含量隨著海拔的增加而升高，結(jié)果與鄧小華等[21]的研究一致。其原因可能與成土作用、水土流失和養(yǎng)分淋溶相關(guān)；研究采集的土樣均為石灰?guī)r風(fēng)化母質(zhì)發(fā)育的植煙土壤，土壤鉀素來源主要為施肥，且煙區(qū)實(shí)行套餐化施肥方案，鉀肥的使用量基本一致，但低海拔區(qū)降雨較為集中，地表徑流及壤中流較大，同時(shí)水熱條件好，淋溶作用較強(qiáng)，損失量較大[22]，而較高的海拔區(qū)植煙土壤速效鉀含量相對(duì)較高。因此，在烤煙生產(chǎn)上，石門煙區(qū)需重視對(duì)低海拔區(qū)速效鉀含量偏低的植煙土壤進(jìn)行調(diào)控，尤其在烤煙生長(zhǎng)后期應(yīng)及時(shí)補(bǔ)施鉀肥。

4 結(jié) 論

石門煙區(qū)植煙土壤pH 值主要為中至堿性，但存在部分酸化現(xiàn)象；土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量整體適宜；有效磷和速效鉀含量總體較高；5 個(gè)主要肥力指標(biāo)整體滿足優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的要求。海拔對(duì)石門煙區(qū)植煙土壤主要肥力指標(biāo)影響顯著，其中海拔與pH 值呈顯著上升的曲線關(guān)系，在海拔200～700 m 間，土壤pH 值隨著海拔的增加快速上升，當(dāng)海拔＞700 m 時(shí)，植煙土壤pH 值變化相對(duì)平穩(wěn)；海拔與有機(jī)質(zhì)呈顯著反拋物線相關(guān)關(guān)系，在海拔200～500 m 間，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加下降，當(dāng)海拔＞500 m 時(shí)，植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量隨著海拔的增加快速上升；海拔與堿解氮含量呈顯著波浪型曲線關(guān)系，在海拔200～500 m 和900～1 200 m間，土壤堿解氮含量隨著海拔的增加下降，而在海拔500～900 m 間，植煙土壤有堿解氮含量隨著海拔的增加而上升；海拔與有效磷及速效鉀之間呈顯著的線性關(guān)系，土壤有效磷及速效鉀均隨海拔增加而升高。低海拔煙區(qū)需防止土壤酸化，增施有機(jī)肥和磷鉀肥；高海拔煙區(qū)需適當(dāng)調(diào)酸，適量施用磷鉀肥和有機(jī)肥，以保障優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。