周子方，解 燕，易 克，王瑞寶，劉加紅，何志明，杜 堅，李 強

（1．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，煙草研究院，湖南 長沙 410128；2．江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210019；3．云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000；4．湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410019）

酸堿度是土壤重要的化學(xué)特性之一，它是土壤成土母巖、成土母質(zhì)以及許多化學(xué)性質(zhì)特別是鹽基離子狀況的綜合反映，是評價土壤肥力的一項重要指標［1-2］。酸堿度控制著土壤中諸多重要的物理、化學(xué)及生物過程，從而影響土壤養(yǎng)分的有效性、土壤的理化性質(zhì)和微生物活性，進而影響著土壤在農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)中的功能［3-4］。因此有關(guān)農(nóng)田土壤pH值的相關(guān)研究一直受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。楊歆歆等［5］研究了山東省土壤酸堿度變化狀況，弱堿性和中性土壤面積分別減少了12.67%和4.38%，而弱酸性和酸性土壤面積比例分別增加了8.31%和8.06%。郭治興等［6］在廣東省的研究表明，30年來廣東省土壤pH值由平均5.70降至5.44，除潮土pH值增大以外，其他類型的土壤pH值均呈降低趨勢，尤其以赤紅壤、水稻土和紅壤最為嚴重。王寅等［7］研究表明吉林省各類型農(nóng)田耕層土壤普遍存在酸化趨勢，其中黑土pH值下降約0.5個單位，草甸土和水稻分別下降了1.4和1.6個單位。有關(guān)pH影響因素的研究也有大量報道，成土母質(zhì)、高程、坡度、土地利用類型、施肥管理均是影響土壤pH值的重要因素［8-9］。因此近年來，區(qū)域植煙土壤的pH值的分布與變化也備受關(guān)注。周煉川等［10］研究了文山植煙土壤的酸堿度分布情況，發(fā)現(xiàn)文山煙區(qū)強酸性和堿性土壤的比例分別為20.3%和12.0%，隨海拔升高土壤pH值呈降低趨勢。符云鵬等［11］研究了畢節(jié)市植煙土壤pH值的分布狀況及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)畢節(jié)煙區(qū)強酸性和堿性土壤的比例分別為11.2%和6.04%，土壤pH值與全氮、有效硼及有效鋅呈顯著或極顯著正相關(guān)，與銨態(tài)氮、有效錳、有效鐵的含量呈現(xiàn)極顯著負相關(guān)。鄧小華等［12］研究了湘西州植煙土壤pH值分布特征及其影響因素，表明土壤pH值低于5.5的占37.27%，土壤pH值大于7.5的占18.20%，成土母巖、土壤類型、水土流失狀況、灌溉能力、海拔高度、耕作層厚度、有機質(zhì)含量、土壤顆粒組成顯著影響植煙土壤pH。魏國勝［13］研究了咸豐縣植煙土壤的酸堿度變化，結(jié)果表明土壤酸化十分嚴峻，咸豐縣植煙土壤主要呈酸性，pH值平均僅為4.4，pH值＜5.0的強酸性土壤的面積占80.3%，30年間，強酸性土壤的面積增加了79.3個百分點。Zhang等［14］研究表明，長期的煙草種植會導(dǎo)致土壤酸化。馬龍種煙歷史悠久，目前年均種植烤煙0.67×104hm2左右，年產(chǎn)煙葉約1.5萬t［15］，但有關(guān)馬龍植煙土壤的pH值的研究卻未見報道。鑒于此，本研究系統(tǒng)分析了馬龍植煙土壤pH值分布狀況及其影響因素，以期為馬龍酸性植煙土壤改良和烤煙養(yǎng)分管理提供參考，為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和分析

2015年在小春作物收獲后，田塊翻耕前，采用GPS定位技術(shù)在云南馬龍煙區(qū)基本煙田選取定位田塊，記錄田塊中心的經(jīng)緯度和高程，入選的田塊均在667 m2以上。在田塊翻耕前，采用5點取樣法或“W”形取樣法采集耕作層土壤（0～20 cm），確保每個田塊5～10個樣點，用四分法取約1 kg土樣帶回實驗室，共采集土壤樣品214份。土壤經(jīng)風(fēng)干、研磨后過篩制成待測樣品，參照魯如坤［16］的方法進行土壤酸堿度、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫、水溶性等指標的測定。

1.2 土壤酸堿度評價標準

參照《中國煙草種植區(qū)劃》［17］和相關(guān)文獻［10-12］，制定了馬龍煙區(qū)土壤酸堿度的評價標準，具體分為以下5個等級，極低（＜5.0）、低（5.0～5.5）、適宜（5.5～6.5）、高（6.5～7.5）、極高（＞7.5）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

多元統(tǒng)計分析利用SPSS 17.0軟件完成［18］；虛擬變量逐步回歸分析在SPSS 17.0中完成，參照趙明松等［19］的方法進行分析；半方差函數(shù)的計算和擬合在GS+9.0中完成［20］；Kriging插值、面積統(tǒng)計和圖片繪制在ArcGIS 10.22軟件中進行［21］。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬龍植煙土壤pH值基本統(tǒng)計特征

2.1.1 土壤pH值基本統(tǒng)計特征

馬龍植煙土壤pH值分布列于表1，均值為5.43，處于適宜范圍，變幅為4.27～7.54，變異系數(shù)為11.45%，屬中等變異，經(jīng)K-S檢驗，馬龍植煙土壤pH值不符合正態(tài)分布，經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換后符合對數(shù)正態(tài)分布。馬龍土壤pH值“低”和“極低”的樣本分別占22.90%和38.31%，土壤pH值處于適宜范圍的樣本僅占33.18%，土壤pH值“高”和“極高”的分別占5.14%和0.47%。8個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤pH值均為中等程度變異，土壤pH值在5.18～5.66，最低的是馬過河鎮(zhèn)，最高的是王家莊鎮(zhèn)，除王家莊鎮(zhèn)土壤pH均值在適宜范圍外，其他縣區(qū)均為“低”水平。方差分析結(jié)果表明，不同植煙縣區(qū)土壤pH值差異達顯著水平（P＜0.05），進一步多重比較發(fā)現(xiàn)王家莊鎮(zhèn)植煙土壤pH值顯著高于馬過河鎮(zhèn)、舊縣鎮(zhèn)、大莊鄉(xiāng)和月望鄉(xiāng)，其他各縣區(qū)土壤pH值也存在不同程度的差異。

表1 馬龍植煙土壤pH值基本統(tǒng)計特征

2.1.2 土壤pH值空間分布

采用多種函數(shù)模型對pH值空間結(jié)構(gòu)模型進行擬合，獲得最佳函數(shù)模型及其相關(guān)參數(shù)（表2），pH值最佳函數(shù)模型為指數(shù)模型，模型具有較高的擬合精度（RMSSE接近1，MSE接近0），能夠很好地反映土壤pH值空間結(jié)構(gòu)特征。土壤pH值的塊金效應(yīng)均在25%～75%，反映出土壤由隨機因素和人為因素共同決定。利用得到的半方差函數(shù)，采用普通克里格插值法獲得馬龍土壤pH值的空間分布圖（圖1）。進一步利用ArcGIS軟件中的面積統(tǒng)計模塊對分布圖各等級的面積進行統(tǒng)計，面積最大的是“低”等級，占全縣面積的67.28%，在各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；其次是“適宜”等級，占全縣面積的30.72%，以插花狀分散分布在各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)，最后是“極低”等級，占全縣面積的2.00%，分布在通泉鎮(zhèn)、王家莊鎮(zhèn)和舊縣鎮(zhèn)的交界處。

表2 土壤pH值半方差函數(shù)模型及其插值精度

圖1 馬龍土壤pH值空間分布

2.2 土壤pH值的影響因素

2.2.1 海拔高度、土壤質(zhì)地和土壤類型對土壤pH值的影響

馬龍煙區(qū)平均海拔高達2 010 m，且跨度較大，海拔范圍變化為1 861～2 148 m。土壤pH值與海拔高度呈顯著負相關(guān)關(guān)系（r=-0.163，P=0.000）。馬龍煙區(qū)的土壤質(zhì)地主要有重壤土、輕黏土和中壤土，土壤pH值在不同質(zhì)地間存在顯著差異（P=0.023）（表3），其中重壤土最高，顯著高于輕黏土和中壤土。馬龍煙區(qū)的土壤類型主要有紫色土、水稻土、新積土和紅壤，土壤pH值在不同土壤類型間存在極顯著差異（P＜0.01）（表4），其中紫色土最高，極顯著高于其他類型土壤。

表3 土壤質(zhì)地對土壤pH值的影響

表4 土壤類型對土壤pH值的影響

2.2.2 土壤pH值與有機質(zhì)和主要土壤養(yǎng)分指標關(guān)系分析

土壤pH值與有機質(zhì)和主要養(yǎng)分指標的相關(guān)分析結(jié)果（表5）顯示，土壤pH值與土壤堿解氮、有效磷、有效硫、有機質(zhì)呈顯著或極顯著負相關(guān)，與土壤有效鈣、有效鎂、速效鉀和水溶性氯呈顯著或極顯著正相關(guān)。

表5 土壤pH值與有機質(zhì)和主要養(yǎng)分指標的相關(guān)分析

2.2.3 各因素對土壤pH值影響效應(yīng)分析

方差分析和多重比較雖然能夠表征相關(guān)因素對土壤pH值影響的差異性，相關(guān)分析能夠說明各因素與土壤pH值的相關(guān)性，但不能定量解析各因子對pH值的影響效應(yīng)大小。因此，以海拔、質(zhì)地、土壤類型、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)、有效鈣、有效鎂、有效硫和水溶性氯為自變量，以土壤pH值為因變量進行逐步回歸分析，定量分析各因素對土壤pH值空間變異的綜合解釋能力和不同因素對土壤pH值空間變異獨立解釋能力［19］。表6為各因子對土壤pH值的逐步回歸分析結(jié)果。從逐步回歸分析的結(jié)果來看，進入回歸方程的因素有6項，分別為有效鈣、有效鎂、土壤類型、堿解氮、土壤質(zhì)地、有效硫；表中△R2為在其他變量的基礎(chǔ)上增加該變量時，回歸方程判定系數(shù)的增量，△R2越大，說明該變量在回歸方程中越重要；校正決定系數(shù)，是各回歸方程中所有因素對土壤pH值變異的解釋比例。由R2、Adjusted R2和△R2可知，土壤有效鈣含量對縣域土壤pH值空間變異的影響最大，能夠獨立解釋其變異的50.9%；其次是有效鎂、土壤類型、堿解氮、土壤質(zhì)地、有效硫，這6項指標對土壤pH值的累計解釋能力達86.2%。綜上，土壤pH值是多個因子共同作用的結(jié)果，結(jié)合前文多重比較和相關(guān)分析結(jié)果可知，土壤有效硫和堿解氮是馬龍植煙土壤的主要致酸因子，土壤有效鈣和有效鎂是馬龍土壤酸化的控制因子，而土壤類型和土壤質(zhì)地均對土壤pH值有較大影響。

表6 各因素與土壤pH值的逐步回歸分析結(jié)果

3 討論

烤煙對土壤酸堿度的適應(yīng)能力較強，在pH值4～9的土壤上均能正常生長和繁殖，但要獲得品質(zhì)優(yōu)良的煙葉，煙草須種植在特定的pH值范圍的土壤上［22］。不同的研究得到的烤煙種植的最佳土壤pH值雖因地域的不同而有微小差異［23］，但國內(nèi)外學(xué)者均普遍認為弱酸性到中性的土壤利于獲得優(yōu)質(zhì)煙葉［24］?？傮w上與其他煙區(qū)類似［8，10-13］，馬龍植煙土壤也存在明顯的酸化問題，土壤pH值由2003年的5.72下降至2015年的5.43（2003年數(shù)據(jù)來自曲靖市煙草公司內(nèi)部資料），下降了0.29個單位，酸化趨勢明顯。

本文研究了海拔、土壤質(zhì)地、土壤類型、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效硫和水溶性氯等因素對土壤pH值的影響。海拔高度主要通過母巖、母質(zhì)、水熱條件影響著土壤的發(fā)育進程，從而造成土壤理化性狀在垂直梯度上的差異［25-26］。本研究中，植煙土壤pH值與海拔呈顯著負相關(guān)關(guān)系，這與鄧小華等［12］及杜薇等［27］的研究結(jié)果一致。植煙土壤pH值在不同土壤質(zhì)地和土壤類型間分別存在顯著和極顯著差異，不同質(zhì)地土壤以重壤土最高，中壤土最低。不同土壤類型以紫色土pH值最高，紅壤pH值最低，進一步分析不同類型土壤酸堿度差異的影響因素（表7），發(fā)現(xiàn)不同類型植煙土壤的有效鈣、堿解氮和有機質(zhì)含量是造成土壤酸堿度差異的主要原因，這與他人的研究結(jié)果一致［13，28-29］。植煙土壤pH值與土壤堿解氮、有效磷、有效硫、有機質(zhì)呈顯著或極顯著負相關(guān)，與土壤有效鈣、有效鎂、速效鉀和水溶性氯呈顯著或極顯著正相關(guān)。這與鄧小華等［12］、戴萬宏等［30］、劉琳等［31］、朱小琴等［32］、Tang［33］、崔玉珍等［34］的研究結(jié)果各有異同。逐步回歸分析結(jié)果表明，土壤有效鈣含量對縣域土壤pH值空間變異的影響最大，能夠獨立解釋其變異的50.9%，其次是有效鎂、土壤類型、堿解氮、土壤質(zhì)地、有效硫，這6項指標對土壤pH值的累計解釋能力達86.2%。綜上，本研究基本探明了植煙土壤pH值的影響因素，闡明了土壤堿解氮含量是馬龍植煙土壤的主要致酸因子，這與Guo等［35］認為的氮素過量施用是土壤酸化的主要因素的結(jié)論一致，土壤有效鈣含量是馬龍土壤酸化的控制因子。

表7 不同類型植煙土壤致酸因子和控制因子的差異

目前沒有來自工業(yè)企業(yè)的由于土壤酸化導(dǎo)致馬龍煙葉質(zhì)量變差的反饋，但土壤pH值進一步下降后是否對煙葉品質(zhì)造成不良影響尚不得而知，土壤pH值升高的問題應(yīng)當(dāng)引起足夠關(guān)注。一方面應(yīng)繼續(xù)關(guān)注土壤pH值變化，在當(dāng)?shù)亻_展酸性土壤對煙葉品質(zhì)影響的研究，為植煙土壤管理決策提供參考。另一方面針對土壤pH值“低”和“極低”的區(qū)域應(yīng)杜絕過磷酸鈣的施用，施用鈣鎂磷肥作為磷肥來源，并適當(dāng)投入石灰粉或白云石粉進行酸性土壤改良。此外，應(yīng)同時適當(dāng)減少氮肥用量，采用氯化鉀或其他鉀肥部分替代硫酸鉀，以減少氮肥和硫酸根離子對植煙土壤的致酸作用。

4 結(jié)論

馬龍植煙土壤pH值平均為5.43，處于“低”水平；但從樣本分布情況來看，土壤pH值“低”的面積占67.28%，是除王家莊鎮(zhèn)以外各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤pH值的主要分布等級；土壤pH值“適宜”的面積占30.72%，是王家莊鎮(zhèn)土壤pH值的主要分布等級，同時以插花狀零星分布在各植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)；土壤pH值“極低”的面積占2.00%，主要分布在通泉鎮(zhèn)、王家莊鎮(zhèn)和舊縣鎮(zhèn)的交界處。土壤有效鈣、有效鎂、土壤質(zhì)地、土壤類型、堿解氮和有效硫等均對土壤pH值有顯著影響；土壤堿解氮含量是馬龍植煙土壤的主要致酸因子，土壤有效鈣含量是馬龍土壤酸化的控制因子。今后應(yīng)根據(jù)土壤pH值區(qū)域差異，針對鈣鎂元素投入、氮肥投入和硫素管控等方面進行土壤酸堿度分類調(diào)控方面的研究。