重慶市酉陽縣植煙區(qū)土壤養(yǎng)分演變趨勢及施肥區(qū)劃

吳佳蓉，冉 茂，周鑫斌*

(1.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2.重慶煙草科學(xué)研究所，重慶 400715)

土壤生態(tài)環(huán)境條件是決定煙葉質(zhì)量的最基本因素，是其優(yōu)良品質(zhì)和風(fēng)格形成的基礎(chǔ)和前提，土壤養(yǎng)分豐缺狀況和供應(yīng)強(qiáng)度直接決定著煙葉產(chǎn)質(zhì)量。因此，對植煙土壤養(yǎng)分含量的綜合分析已成為調(diào)節(jié)植煙地塊生產(chǎn)機(jī)能的重要手段。重慶酉陽縣煙區(qū)土壤大都連作25年以上，所有煙田施用的復(fù)合肥種類和用量長期相同，不同地塊沒有根據(jù)實(shí)際地力狀況進(jìn)行配方施肥，導(dǎo)致長期連作的煙田土壤pH下降、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量不同程度地增加，對烤煙的生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量有明顯負(fù)效應(yīng)。只有土壤養(yǎng)分含量處于適宜煙草生長的區(qū)間范圍內(nèi)，且配比合理，煙葉的質(zhì)量才會得到顯著提升。單一養(yǎng)分過多或過少都會對產(chǎn)量造成影響，如氮素過多會導(dǎo)致煙葉生長受到抑制、貪青晚熟，直接影響到煙葉品質(zhì)。酉陽煙區(qū)長期連作及不合理的施肥管理措施加劇了植煙區(qū)土壤養(yǎng)分失調(diào)。

酉陽縣位于重慶市東南部，該縣煙田面積大，煙葉種植歷史長，是重慶市第二大產(chǎn)煙區(qū)，煙葉以醇香型為主。目前酉陽縣煙葉品質(zhì)屬于“武陵秦巴生態(tài)區(qū)—醇甜型”，整體質(zhì)量較好，但也存在煙葉香氣質(zhì)差、上部葉身份厚、煙堿含量高；下部葉身份薄、油分不足，內(nèi)含物不充實(shí)等問題，可見酉陽縣煙葉在工業(yè)可利用性方面有待提高。以往對植煙區(qū)土壤的養(yǎng)分綜合評價(jià)主要專注研究某一年份的土壤數(shù)據(jù)，缺少多年養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的縱向比較，不利于煙田養(yǎng)分管理。本研究通過對2021年酉陽植煙區(qū)代表性煙田土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析，并與2002、2012和2017年的煙田土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行縱向?qū)Ρ确治觯偨Y(jié)土壤養(yǎng)分演變規(guī)律，旨為酉陽縣植煙區(qū)土壤養(yǎng)分科學(xué)管理和實(shí)現(xiàn)煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與制備

重慶酉陽縣公司于2021年對酉陽縣4個主要煙葉基地單元，蒼嶺、桃花源、李溪和龔灘進(jìn)行采樣，根據(jù)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)規(guī)劃，每個種植單元采集一個土樣(為與其他年份進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，不同年份間基本按照同一種植單元采集一個樣品的原則)，選取該基地單元中能代表該區(qū)域主要土壤類型、地形、地貌和生產(chǎn)水平，且集中連片的區(qū)域進(jìn)行采樣。按照“S”形采樣法，每個土樣設(shè)置10個分樣點(diǎn)，每次采樣均安排在當(dāng)年12月煙田翻整后進(jìn)行，共提供土壤樣品371個(圖1)。各采集土壤應(yīng)滿足土體均勻、深淺一致原則，取樣后采用四分法將多余的土壤棄去，剔除雜物后保留2 kg，并帶回實(shí)驗(yàn)室保存。測定前對土樣進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過篩、分類和裝瓶，之后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測定分析，測定結(jié)果與該縣2002、2012和2017年間的數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向分析比較。

圖1 酉陽縣植煙區(qū)土壤樣品分布圖Fig.1 Distribution of soil sampling sites in Youyang

1.2 測定項(xiàng)目及分析方法

采用土壤農(nóng)化分析的常規(guī)方法分析土樣。土壤pH采用pH計(jì)測定，土水比為1∶2.5；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法中的外加熱法；土壤全氮采用凱氏消化法前處理，半微量凱氏定氮法測定；土壤堿解氮采用擴(kuò)散法測定；土壤有效磷采用Olsen法前處理，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NHAc前處理，火焰光度計(jì)法測定；交換性鈣鎂采用NHCl～NHAc法。

1.3 土壤養(yǎng)分的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)是以全國第二次土壤普查資料為基礎(chǔ)，參考近年來酉陽縣植煙區(qū)實(shí)際生產(chǎn)情況及相關(guān)的植煙區(qū)土壤養(yǎng)分研究，充分結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)熑~種植技術(shù)與土壤生態(tài)環(huán)境等多方面綜合制定的，詳見表1。

表1 酉陽縣植煙區(qū)土壤pH與養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standard of soil pH and nutrient content in tobacco-growing areas of Youyang

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用IBM Statistics SPSS 25.0和Excel 2016進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理及分析，采用Mapgis 67和Section 2016進(jìn)行制圖及空間疊加分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH狀況

研究表明，最適宜煙葉生長的pH值在5.5～6.5之間。由表2可知，2021年全縣pH<5.5的酸性煙田占比為26.4%，蒼嶺、桃花源、李溪、龔灘基地單元分別為52.6%、28.7%、25.6%和37.2%。圖2為酉陽縣植煙地塊pH分布圖，可直觀地看出該縣植煙地塊pH分布情況。從pH值年際變化來看，土壤pH均值較為穩(wěn)定(圖3)，但是酉陽縣植煙土壤酸化面積大，需特別引起注意，并盡快對這部分煙田進(jìn)行改良。

表2 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤pH分布頻率Tab.2 Frequency distribution of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖2 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤pH空間分布狀況Fig.2 Distribution of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang

圖3 不同年限酉陽縣植煙區(qū)土壤pH的變化Fig.3 Changes of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量狀況

由表3可知，2021年酉陽縣有機(jī)質(zhì)平均含量為22.6 g/kg。超過半數(shù)植煙區(qū)的有機(jī)質(zhì)含量大于20 g/kg，34.2%的煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)較低。有57.2%的土壤有機(jī)質(zhì)含量在20～30 g/kg之間，整體較適宜，但34.2%的土壤有機(jī)質(zhì)含量小于20 g/kg，其中李溪基地單元高達(dá)47.7%，蒼嶺、桃花源、龔灘分別也達(dá)到了17.2%、40.3%和33.3%，說明仍有較大部分煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量較為貧乏，建議在該區(qū)域適當(dāng)增施有機(jī)肥。從圖4可以看出，酉陽縣土壤有機(jī)質(zhì)分布不均一，存在集中性現(xiàn)象，說明該縣在不同植煙地塊的施肥管理措施上存在差異。2002-2017年間煙田有機(jī)質(zhì)含量呈緩慢增加趨勢，但2017-2021年，煙田土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢，降幅為19.3%(圖5)。

圖4 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間分布狀況Fig.4 Distribution of soil organic matter in tobacco-growing areas of Youyang

圖5 不同年限酉陽縣植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化Fig.5 Changes of soil organic matter content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

表3 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量分布頻率Tab.3 Frequency distribution of soil organic matter content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

2.3 土壤堿解氮含量狀況

2021年全縣堿解氮平均含量為133.98 mg/kg，小于100 mg/kg的土壤占14.9%，此范圍內(nèi)的煙田需要增施氮肥；大于180 mg/kg的土壤占8.0%；全縣煙田的堿解氮含量大部分集中在適宜范圍(100～180 mg/kg)(表4)。2002-2012年，土壤堿解氮含量呈顯著上升趨勢，2012-2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤堿解氮含量變化不大，土壤氮素含量較為穩(wěn)定(圖6)。

表4 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤堿解氮含量分布頻率Tab.4 Distribution frequency of soil alkali-hydrolyzed nitrogen content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖6 不同年限酉陽縣植煙區(qū)土壤堿解氮含量的變化Fig.6 Changes of soil alkali～hydrolyzed nitrogen content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.4 土壤有效磷含量狀況

2021年土壤有效磷平均含量為41.42 mg/kg，小于15 mg/kg的僅有10.0%，其在李溪基地單元的占比為18.6%，在蒼嶺、桃花源、龔灘的占比分別為5.3%、12.6%和4.8%。酉陽縣植煙區(qū)土壤有效磷含量大多在適宜和偏高水平，表明土壤有效磷含量相對豐富(表5)。2002至2012年土壤有效磷含量增幅達(dá)到95.1%，2017年土壤有效磷平均含量比2012年提高了104.0%，而2021年比2017年的僅增加了2.0%，說明自2002年來酉陽縣植煙區(qū)土壤有效磷含量有顯著提高(圖7)。

表5 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤有效磷含量分布頻率Tab.5 Distribution frequency of soil available phosphorus content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖7 不同年限酉陽縣植煙區(qū)土壤有效磷含量的變化Fig.7 Changes of soil available phosphorus content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.5 土壤速效鉀含量狀況

由表6可知，2021年酉陽縣煙田土壤速效鉀平均含量為328.52 mg/kg ，有14.3%的煙田速效鉀含量<150 mg/kg，蒼嶺、桃花源、李溪和龔灘分別有4.3%、21.8%、7.0%和22.9%的煙田土壤速效鉀含量偏低，但總體而言，該縣土壤鉀含量非常豐富。酉陽縣煙田速效鉀含量總體呈現(xiàn)隨種植年限的增加而逐漸增加的趨勢，2012年與2002年相比、2017年與2012年相比、2021年與2017年相比增幅分別為86.7%、53.4%和17.7%(圖8)。

圖8 不同年限酉陽縣植煙區(qū)土壤速效鉀含量的變化Fig.8 Changes of soil available potassium content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

表6 2021年酉陽縣植煙區(qū)土壤速效鉀含量分布頻率Tab.6 Distribution frequency of soil available potassium content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

3 結(jié)論與討論

3.1 酉陽植煙區(qū)土壤肥力演變現(xiàn)狀

土壤pH是土壤肥力的基本指標(biāo)，影響土壤養(yǎng)分的微生物轉(zhuǎn)化，煙草最適宜的土壤pH為5.5～6.5，土壤pH低于5.5，易造成鹽基離子流失、土壤板結(jié)、病蟲害加劇和煙葉品質(zhì)下降，而且不利于煙田土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的穩(wěn)定。2021年酉陽縣pH均值為6.10，與之前測定的數(shù)據(jù)相比并無顯著性差異，但土壤酸化比例為26.4%，說明酉陽植煙區(qū)潛在酸化問題較為嚴(yán)重。Zhang等得出，土壤鹽基離子輸入和輸出不平衡是植煙土壤酸化的主要原因，以每年投入鹽基陽離子量為270 kg/hm的煙田為例，地上煙草收獲物從土壤中的去除量為339.23 kg/hm，是陰離子去除量的7.57倍，土壤中的鹽基離子卻沒有及時得到有效補(bǔ)充，為保持電荷平衡，土壤中產(chǎn)生大量H(12.52 kg/hm)并吸附在土壤膠體上，從而引起煙田土壤酸化；另一方面是氮肥的施用引起土壤酸化。本課題組的研究結(jié)果表明，對于酸化的煙田土壤，需采用分類治理的方法，即針對pH<5.0的強(qiáng)酸性土壤，施用約1.3 t/hm的石灰并配施1 t/hm高溫堆肥，來中和土壤酸度，并有效提高土壤緩沖性和微生物活性；對于pH 5.0～6.5的弱酸性土壤，施用約1 t/hm生物炭、2 t/hm高溫堆肥和0.5 t/hm鈣鎂磷肥，實(shí)現(xiàn)土壤酸堿平衡，并有利于土壤的微生態(tài)恢復(fù)。因此，針對不同酸化程度的土壤應(yīng)選擇不同的物料及用量，使煙田土壤pH達(dá)到酸堿平衡，實(shí)現(xiàn)煙田的“精準(zhǔn)降酸”。

研究結(jié)果表明，當(dāng)前酉陽縣植煙土壤有機(jī)質(zhì)缺乏的比例占34.2%，自2017年后土壤有機(jī)質(zhì)呈下降趨勢，這種趨勢必須引起重視，這可能與近些年有機(jī)肥料價(jià)格上漲和勞動力成本升高有關(guān)。適量的有機(jī)質(zhì)可以增強(qiáng)煙株的抗病能力，改善煙株生長，增加煙葉中油分和還原糖含量，促進(jìn)煙葉香氣物質(zhì)合成，提高煙葉產(chǎn)量和上等煙比例。本研究基于土壤養(yǎng)分空間分布與植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖的疊加，能更加直觀地發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量豐缺狀況，這為酉陽縣煙草種植規(guī)劃提供更為明了的依據(jù)。土壤有機(jī)質(zhì)積累是一個長期的逐步積累過程，針對煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低的區(qū)域，必須長期增施有機(jī)肥或秸稈還田等多種手段來改善土壤養(yǎng)分和微生物生物群落，以此來提高土壤肥力。煙田可以通過增加有機(jī)肥數(shù)量來實(shí)現(xiàn)土壤碳庫的培育，特別是施用高C/N比有機(jī)肥，本課題組推薦施用牛糞堆肥(250 kg/667m)、秸稈堆肥(250 kg/667m)、綠肥還田或生物炭(150 kg/667m)等措施，以高碳有機(jī)肥為主材，實(shí)行烤煙寬窄起壟這種集種地養(yǎng)地一體的新型種植模式，寬壟130 cm，窄壟90 cm，寬壟內(nèi)可通過增加高碳有機(jī)肥用量來增加土壤有機(jī)質(zhì)，經(jīng)2年實(shí)施，即可達(dá)到快速培肥的目的；同時，寬窄壟種植模式還有利于通風(fēng)透光、降低病蟲害和采收煙葉，來年壟溝互換位置進(jìn)行種植。

氮、磷、鉀是維持植物正常生理活動不可或缺的元素。氮素對煙葉的生長發(fā)育、質(zhì)量產(chǎn)量有著顯著影響。氮素用量適宜，煙葉生長健壯、顏色正常、致香物質(zhì)豐富，品質(zhì)良好。磷素是植物生長發(fā)育的必需營養(yǎng)元素，合理增施磷肥有利于加速煙株的生長發(fā)育，提早成熟采收，有效提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量。鉀素是決定煙葉品質(zhì)的重要元素，對煙葉的色澤、吸濕性和生理方面均有非常明顯的影響。酉陽縣堿解氮含量呈先上升后下降的趨勢，整體上處于適宜情況，這說明近年來植煙區(qū)在煙葉種植中氮肥管理趨于合理。酉陽縣有效磷和速效鉀含量均呈逐年上升趨勢，可見土壤有效磷和速效鉀過量較為嚴(yán)重。同時，有效磷和速效鉀空間變異系數(shù)大，區(qū)域分布不均，過量和缺乏現(xiàn)象并存，建議根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行施肥區(qū)劃，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，以提高煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 酉陽植煙區(qū)施肥區(qū)劃建議

配方施肥的原則是“區(qū)域大配方，地塊小調(diào)整”，即通過烤煙實(shí)際的需肥規(guī)律和地塊的養(yǎng)分供應(yīng)規(guī)律等進(jìn)行針對性的施肥，通過這種養(yǎng)分管理策略不僅能夠節(jié)省肥料，增加農(nóng)田收益，還可以顯著地改善煙葉內(nèi)在質(zhì)量和外部品質(zhì)。本研究基于2021年酉陽縣土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及演變趨勢，根據(jù)配方施肥原則，結(jié)合做到“降酸、穩(wěn)定氮素和有機(jī)質(zhì)、控磷鉀”的目標(biāo)，通過疊加分析土壤圖、土壤有機(jī)質(zhì)圖、土壤堿解氮含量圖、土壤有效磷含量圖、土壤速效鉀含量圖形成綜合施肥區(qū)劃圖，并根據(jù)土壤肥力分區(qū)提出科學(xué)合理的施肥方案(圖9)。為保證煙田土壤肥力合理，施用氮素時中等肥力土壤氮肥用量控制在7.0～8.0 kg/667m(高肥力6.0～7.0 kg；中肥力7.0～7.5 kg；低肥力7.5～8.0 kg)，防止控氮過度。目前酉陽縣現(xiàn)有基肥配方(6-12-25)中磷、鉀含量偏高，應(yīng)適當(dāng)降低磷鉀比例。近10年來由于高磷鉀比例專用肥的施用，土壤中有效磷和速效鉀較2017年相比有明顯提高，目前酉陽縣大多數(shù)土壤速效鉀含量都在220 mg/kg左右，含鉀豐富；烤煙前期對鉀的需求量低，基肥中施用過多的鉀容易產(chǎn)生流失且導(dǎo)致肥料成本高，建議基肥配方中降低1～2個P、2～4個K，根據(jù)酉陽縣施肥區(qū)劃圖進(jìn)行精準(zhǔn)施肥。

圖9 酉陽縣施肥區(qū)劃圖Fig.9 Fertiliz ation zoning map of tobacco-growing soil in Youyang

酉陽縣植煙區(qū)土壤酸化面積大，與2017年相比，仍存在明顯的土壤酸化趨勢，此現(xiàn)象必須引起高度重視。酉陽縣煙田有機(jī)質(zhì)含量近年來呈降低趨勢，其中34.2%的煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量較低。酉陽縣煙田堿解氮總體適宜，土壤有效磷和速效鉀較為豐富，總體把握“降酸、穩(wěn)定氮素和有機(jī)質(zhì)、控磷鉀”的原則。針對目前酉陽縣土壤養(yǎng)分現(xiàn)狀及演變趨勢，以土壤養(yǎng)分測定結(jié)果為依據(jù)，建立施肥區(qū)劃圖，按照“區(qū)域大配方”和“地塊小調(diào)整”的原則，科學(xué)合理地提出各區(qū)域的施肥管理方案，為酉陽縣烤煙優(yōu)質(zhì)可持續(xù)性生產(chǎn)提供科學(xué)支撐。