沈 錚，陳 衛(wèi)，徐 軍，鄭文冉，姚鵬偉，武云杰，王 晶

（1. 重慶市煙草公司武隆分公司，重慶 武隆 408500；2. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002）

土壤養(yǎng)分含量是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，對植物生長發(fā)育有重要影響[1]。煙草是一種適應(yīng)性較廣的經(jīng)濟作物，不同土壤肥力條件下均能生長，但土壤養(yǎng)分豐缺狀況對煙株生長發(fā)育、煙葉產(chǎn)質(zhì)量有重要影響[2-3]。土壤單項養(yǎng)分指標(biāo)不能全面反映整體肥力水平，因此評價土壤肥力需要綜合性指標(biāo)。目前土壤養(yǎng)分及肥力質(zhì)量綜合評價的方法有主成分分析法[4]、模糊數(shù)學(xué)分析法[5]、地統(tǒng)計學(xué)法[6]、聚類分析法[4]、指數(shù)和法[7-8]等，通過計算綜合評價得分可以對土壤肥力質(zhì)量進行數(shù)值化評價[9-10]。

武隆區(qū)自1983 年開始種植烤煙以來就一直是重慶市重要的產(chǎn)煙區(qū)之一。但隨著植煙年限不斷增長，加上不合理的施肥，導(dǎo)致土壤肥力降低，煙葉產(chǎn)質(zhì)量降低，煙農(nóng)收益降低[11]。加強煙田保護、合理布局烤煙種植區(qū)是提升煙草原料保障能力和優(yōu)化煙葉等級結(jié)構(gòu)的重要舉措。鑒于此，項目組根據(jù)武隆煙區(qū)種植規(guī)模等因素采集414 個土壤樣品，分析土壤pH 值以及有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量等指標(biāo)，以期揭示武隆煙區(qū)土壤養(yǎng)分分布特征及影響因素，為該區(qū)煙草種植合理布局、平衡施肥和土壤保育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武隆區(qū)位于重慶市東南部，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫15～18℃，烤煙大田生長期間（5—9 月）月平均氣溫24.22℃；年降水量1 000～1 200 mm，其中烤煙大田期總降雨量平均為792.2 mm；年平均日照時數(shù)1 075.1 h，其中烤煙大田期總?cè)照諘r數(shù)平均為703 h，采烤（8—9 月） 總?cè)照諘r數(shù)平均311.3 h?？緹煼N植區(qū)主要分布在海拔700～1 300 m 的中海拔煙區(qū)，每年種植面積0.4萬～0.6 萬 hm2[12]。

1.2 煙田選擇與采樣

以武隆區(qū)烤煙種植規(guī)模為主要依據(jù)，于2017 年煙葉采收結(jié)束后分別在巷口、江口、火爐、白馬這4個基地單元的23 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)共采集414 個土樣（圖1），并記錄各采樣點經(jīng)緯度、海拔定位、植煙年限、輪作制度、地形等因素。取樣時采用“S”型取樣法，每個取樣點采集10～20 個耕層土樣（0～20 cm），土壤充分混勻后用四分法收集2 kg 作為樣品帶回實驗室。樣品經(jīng)過自然風(fēng)干、去除雜物、研磨和過篩后（1 和0.25 mm）測定樣品pH 值以及有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

圖1 武隆區(qū)煙田采樣點分布

1.3 指標(biāo)測定及評價方法

1.3.1 指標(biāo)測定方法 土壤pH 值用pH 計測定（水土比為2.5 ∶1）；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定；土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定[13]。

1.3.2 土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn) 參照前人[14-16]的研究方法，將土壤pH 值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀等分為5 個等級，將植煙土壤綜合肥力指數(shù)（Integrated Fertility Index，IFI）分為5 個等級（表1）。1.3.3 模糊數(shù)學(xué)綜合評價法 通過模糊數(shù)學(xué)綜合評價法對植煙土壤的綜合肥力狀況進行評價[5]。首先確定各養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬函數(shù)，計算各指標(biāo)隸屬度，然后采用主成分分析法[17]確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最后采用指數(shù)和法求出各土壤樣品的綜合肥力指數(shù)。

表1 植煙土壤養(yǎng)分及綜合肥力指數(shù)（IFI）等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

采用隸屬函數(shù)的方法將土壤養(yǎng)分指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，常見的隸屬函數(shù)有S 型隸屬函數(shù)和拋物線型隸屬函數(shù)，其表達式分別為公式（1）和公式（2），綜合肥力指數(shù)計算公式見（3）。根據(jù)相關(guān)報道及當(dāng)?shù)刂矡熒a(chǎn)實際狀況，有效磷、速效鉀指標(biāo)采用“S”型，pH 值、有機質(zhì)、全氮和堿解氮指標(biāo)采用拋物線型。

S 型：

拋物線型：

式中，Nij和Wij分別為第i個土壤樣品的第j個土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值和相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Excel 2010 和IBM Statistic SPSS 23.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 重慶市武隆煙區(qū)土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計

由表2 和表3 可知，武隆煙區(qū)土壤pH 值范圍為4.46～8.28，平均值為6.09，其中24.88%土壤pH 值低于5.5；有機質(zhì)含量為5.54～54.18 g/kg，平均值為27.08 g/kg，高有機質(zhì)含量（＞30 g/kg）和低有機質(zhì)含量（＜20 g/kg）土壤分別占31.40%和15.94%；全氮平均含量為1.70 g/kg，98.79%土壤全氮含量處于中等以上水平（＞2.0 g/kg）；堿解氮平均含量為140.62 mg/kg，變異系數(shù)為24.07%，73.43%土壤堿解氮含量處于高水平（＞120 mg/kg）以上；有效磷平均含量為31.76 mg/kg，75.37%煙區(qū)土壤有效磷含量高于220 mg/kg，變異強度較大，變異系數(shù)為59.60%；速效鉀平均含量為307.24 mg/kg，47.34%煙區(qū)土壤速效鉀含量處于高水平以上（＞300 mg/kg）；各指標(biāo)變異系數(shù)由小到大排列依次為有效磷＞速效鉀＞全氮＞有機質(zhì)＞堿解氮＞pH 值。

2.2 重慶市武隆煙區(qū)土壤綜合肥力評價

從IFI 來看，重慶市武隆區(qū)植煙土壤的IFI 范圍在0.04～1.05 之間，平均值為0.73（表2），其中有88.16%的土壤綜合肥力指標(biāo)處于中等及以上水平（表3）。不同基地單元土壤pH 值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分布不均，單個養(yǎng)分指標(biāo)不能有效代表土壤綜合肥力空間分布特征。因此，利用主成分分析法對6 個指標(biāo)進行綜合分析。由表4 可知，第1、2 主成分特征值分別為2.052、1.329，方差貢獻率分別為34.205%、56.356%，累計貢獻率約為90.56%，各肥力指標(biāo)權(quán)重由大至小的順序依次為有機質(zhì)＞全氮＞堿解氮＞pH 值＞速效鉀＞有效磷。

表2 重慶市武隆煙區(qū)土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計

表3 重慶市武隆煙區(qū)土壤養(yǎng)分及綜合肥力指數(shù)（IFI）各等級占比 （%）

表4 重慶市武隆煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)主成分分析結(jié)果及指標(biāo)權(quán)重

由表5 可知，不同基地單元之間的土壤pH 值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等指標(biāo)和IFI 均存在顯著差異；其中，白馬基地單元土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量最高；江口基地的土壤IFI 為0.84，顯著高于巷口、火爐、白馬這3 個基地，即江口基地單元植煙土壤養(yǎng)分適宜度最佳。

表5 不同基地單元土壤養(yǎng)分及綜合肥力指數(shù)（IFI）平均值

2.3 影響土壤肥力的因素

2.3.1 海拔高度 由圖2 可知，隨著海拔高度的不斷增加，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量呈增加趨勢；土壤速效鉀含量隨該海拔升高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢；土壤pH 值和IFI 與海拔無顯著關(guān)系。

圖2 海拔高度對煙區(qū)土壤肥力的影響

2.3.2 植煙年限 由圖3 和圖4 可知，隨著植煙年限不斷增加，土壤全氮、堿解氮含量呈逐漸降低趨勢；pH 值隨植煙年限增加逐漸升高后又逐漸降低；土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀和IFI 與植煙年限沒有顯著關(guān)系。

圖3 植煙年限對煙區(qū)土壤肥力的影響

圖4 海拔（左）、植煙年限對（右）土壤綜合肥力影響

2.3.3 耕作模式 由表6 可知，與連作煙田相比，輪作顯著降低了土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀的含量，但顯著提高了IFI。同時，輪作對土壤pH 值、堿解氮含量無顯著影響。

表6 耕作模式對煙區(qū)肥力的影響

2.3.4 前茬作物 由表7 可知，蔬菜作為前茬的土壤堿解氮含量顯著高于煙草和玉米，不同前茬作物對其他土壤養(yǎng)分指標(biāo)及IFI 沒有顯著影響。

表7 前茬作物對煙區(qū)土壤肥力的影響

2.3.5 地 形 由表8可知，平地植煙土壤的速效鉀含量顯著高于坡地，地形對其他養(yǎng)分指標(biāo)和IFI 沒有顯著影響。

表8 地形對煙區(qū)肥力的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 土壤養(yǎng)分及綜合肥力指數(shù)分布特征

烤煙生長的適宜土壤pH 值范圍為5.5～6.5[18]，武隆煙區(qū)24.88%土壤pH 值處于低水平（＜0.05），在這些地區(qū)推薦施用鈣鎂磷肥、硅鈣肥、生石灰和生物炭等堿性物料，同時還可采取作物秸稈還田等措施改良酸化土壤[16,19]。武隆煙區(qū)有52.66%的土壤有機質(zhì)含量適中，31.40%的地區(qū)土壤有機質(zhì)含量高，15.70%的地區(qū)土壤有機質(zhì)含量低，還有0.24%的地區(qū)土壤有機質(zhì)含量極低。土壤有機質(zhì)礦化后能為煙草提供大量礦質(zhì)營養(yǎng)，尤其在煙草生長后期高溫高濕環(huán)境下，大量供氮會使煙草貪青晚熟，造成中上部葉不容易正常落黃，烤后煙葉煙堿含量高；相反有機質(zhì)含量過低，氮素供應(yīng)不足，煙葉香氣量不足。因此對于有機質(zhì)含量高的區(qū)域，應(yīng)適當(dāng)減少有機肥施用量；而對于有機質(zhì)含量過低的區(qū)域，應(yīng)繼續(xù)增加有機肥施用量。全氮是土壤中所有可被植物利用和不可被植物利用的氮素的總稱。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，武隆煙區(qū)有79.95%的地區(qū)土壤全氮含量適中，18.84%土壤全氮含量處于高或過高水平，因此對于全氮含量高的煙區(qū)，要適當(dāng)減少有機肥和施氮量。堿解氮含量能較好地反映土壤氮素供應(yīng)狀況和土壤氮素釋放速率[20]。武隆煙區(qū)有73.43%的土壤堿解氮含量處于高或過高水平，在這些地區(qū)要適當(dāng)減少施氮量，避免烤煙發(fā)育過度，影響煙葉品質(zhì)。武隆煙區(qū)75.37%的土壤有效磷含量處于高或過高水平，并且屬于強變異。近年來，武隆煙區(qū)氮磷鉀肥料投入比例穩(wěn)定在1 ∶1 ∶3 左右，但磷肥利用率低，導(dǎo)致煙區(qū)土壤磷含量連年不斷積累上升[19]。魯艷紅等[21]也表明，長期投入磷肥是造成土壤有效磷積累的主要原因。因此，今后植煙土壤需要在生產(chǎn)上持續(xù)保持低磷投入，直到土壤有效磷含量恢復(fù)至正常值。對于6.76%的缺磷煙區(qū)應(yīng)注重補磷。煙草是喜鉀作物，胡國松等[22]認(rèn)為土壤中鉀含量越多越好，武隆煙區(qū)有47.34%的土壤速效鉀含量處于高或過高水平，有19.56%的土壤速效鉀含量不足。鉀素不足地區(qū)要重視補充鉀肥，鉀素過高區(qū)域與每年大量施用鉀肥有關(guān)。4 個基地單元中，白馬基地單元有機質(zhì)、全氮、速效鉀和有效磷含量最高，化肥減量空間較大。江口各項指標(biāo)含量較適宜，IFI 也高于其他地區(qū)，因而更適宜種植烤煙。

3.2 土壤養(yǎng)分含量及IFI 影響因素

調(diào)查結(jié)果顯示，土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量隨海拔高度增加而呈增加趨勢。這與王育軍等[23]在陸良縣煙區(qū)的結(jié)果一致，可能與高海拔區(qū)域植被豐富且氣溫低有利于養(yǎng)分積累有關(guān)。隨著植煙年限增加，土壤pH 值逐漸增加后又呈緩慢降低趨勢，這主要與重慶煙區(qū)近年來注重改良酸性土壤有關(guān)[19]；而全氮和堿解氮含量隨種植年限呈降低趨勢，這主要與近年來各產(chǎn)區(qū)嚴(yán)格控制施氮量有關(guān)，當(dāng)前產(chǎn)區(qū)在烤煙株型上以培育“中棵煙”為目標(biāo)，在一定程度上也減少了氮肥用量。研究結(jié)果表明，連作煙田的土壤有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量均顯著高于輪作煙田。然而有研究指出[24]，輪作土壤有機質(zhì)和全氮高于連作土壤，原因可能與重慶煙區(qū)近年來連續(xù)增施有機肥、實施土壤保育有關(guān)。同時，煙區(qū)連年施用磷肥和大量鉀肥，導(dǎo)致連作煙田的有效磷和速效鉀含量也高于輪作土壤。然而，實施輪作的IFI 顯著大于連作，這主要是由于輪作后土壤的養(yǎng)分含量處于較適宜水平。通過研究發(fā)現(xiàn)，影響武隆煙區(qū)土壤IFI 的主要養(yǎng)分指標(biāo)為有機質(zhì)、全氮和堿解氮，武隆煙區(qū)土壤有機質(zhì)和全氮含量偏高，輪作有利于適度降低有機質(zhì)和全氮含量而提高土壤IFI，進而保證煙葉正常生長發(fā)育，形成優(yōu)質(zhì)煙葉。蔬菜作為前茬作物的土壤堿解氮含量較高，可能與蔬菜種植期間需施大量氮肥有關(guān)[19]，因而以蔬菜為前茬作物的煙田，在種植烤煙時應(yīng)適當(dāng)減少氮肥用量。平地土壤速效鉀含量顯著高于坡地，這主要是由于坡地鉀離子容易流失。