高維常，蔡凱，李寒，朱經(jīng)偉，劉艷霞，姜超英

（1. 煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州省煙草科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081；2. 貴州省煙草公司，貴州 貴陽(yáng) 550004）

貴州作為我國(guó)植煙大省，常年種植烤煙15 余萬(wàn)hm2，種煙歷史悠久。由于區(qū)域海拔梯度大，氣候多變，地形地貌、成土母質(zhì)、土壤類型和土地利用方式復(fù)雜多樣，帶來(lái)了植煙土壤性質(zhì)的復(fù)雜性［1-3］。伴隨著烤煙種植習(xí)慣、生產(chǎn)管理方式的變化，植煙土壤屬性也發(fā)生了相應(yīng)的改變。了解土壤屬性，關(guān)注影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的核心指標(biāo)，分析植煙土壤質(zhì)量現(xiàn)狀及其變化規(guī)律，即符合國(guó)家新發(fā)展理念，也是踐行“耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動(dòng)”的重要舉措，對(duì)推動(dòng)煙草行業(yè)植煙土壤保育意義重大。目前，植煙土壤屬性剖面分布模式的研究相對(duì)較少，現(xiàn)有的少量報(bào)道涉及有機(jī)質(zhì)［4］、微量元素［5］和交換性鈣鎂［6］等。pH值是成土母質(zhì)及鹽基離子等化學(xué)性質(zhì)的綜合反映，也是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)［7-9］。影響著土壤的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，致使土壤物理特性、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和有效性、微生物活性發(fā)生改變，進(jìn)而改變土壤生態(tài)系統(tǒng)功能［10］。同時(shí)，pH值也是影響煙葉質(zhì)量和產(chǎn)量形成的重要因素之一［11-13］。鉀素是烤煙生長(zhǎng)必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一，鉀含量充足的煙葉色澤呈深橘黃色、韌性好、品質(zhì)佳。但當(dāng)土壤中鉀素不足時(shí)，烤煙成熟度將會(huì)下降，煙葉質(zhì)量降低［14］。因此，本文以pH值和速效鉀為研究對(duì)象，選擇貴州省36個(gè)典型植煙土壤，分析其剖面分布模式及其環(huán)境因素的影響，旨在為煙田科學(xué)實(shí)施土壤保育提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州省（N 24°37′～29°13′，E 103°36′～109°35′）地處我國(guó)西南地區(qū)腹地，面積為17.62×104km2，海拔147.8～2 900.6 m，年降雨量850～1 300 mm、年均氣溫12～18 ℃、年均日照時(shí)數(shù)1 100～1 400 h、干燥度0.27～0.58、無(wú)霜期250～300 d，氣候類型為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。貴州省屬于山地高原，其中山地面積占全省面積的61.7%，丘陵面積占全省面積的31.1%，喀斯特地貌占61.9%。土壤類型主要包括黃壤、石灰土、紅壤、黃棕壤和紫色土等。煙田一般是烤煙-玉米或其他旱作輪作，少部分為烤煙-水稻輪作。

1.2 樣點(diǎn)的布設(shè)與采樣分析

典型煙田樣點(diǎn)的布設(shè)基于目標(biāo)采樣方法，依據(jù)貴州省土壤信息和1∶25萬(wàn)土壤類型圖［2，15］、植煙面積信息、煙田常年烤煙長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量和質(zhì)量信息，分別從貴州省畢節(jié)市、遵義市、黔西南州等9個(gè)市（州）25個(gè)植煙縣（區(qū)）中選擇了36個(gè)典型煙田（圖1）。

圖1 典型煙田空間分布Figure 1 Spatial distribution of typical tobacco-planting fields in Guizhou

野外調(diào)查采樣于2017年烤煙成熟采收后進(jìn)行，依據(jù)《野外土壤描述與采樣手冊(cè)》［16］，在煙田中部挖1.0 m寬、1.2 m深、2.5 m長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)土壤剖面，觀察土壤剖面形態(tài)學(xué)特征，劃分發(fā)生層層次，然后分層取土樣1.5 kg。共獲得發(fā)生層土樣160個(gè)，土壤整段標(biāo)本樣72個(gè)。將采集的土樣置于室內(nèi)自然晾曬風(fēng)干，分別過(guò)0.85 mm 和0.25 mm 的尼龍篩后，采用電位法測(cè)定pH 值，醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀［17-18］。各煙田土壤系統(tǒng)分類類型的確定依據(jù)《中國(guó)土壤系統(tǒng)分類檢索（第3版）》［19］。

1.3 不同層次土壤數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

土壤樣品的采集是基于發(fā)生層，不同土體剖面劃分的層次數(shù)目和各層次深度不統(tǒng)一。按照均一化剖面層次深度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm）。方法如下：

式中：PCt-b為標(biāo)準(zhǔn)化層次t-b 的pH 值或速效鉀含量，t和b分別對(duì)應(yīng)該層次的上部深度、下部深度；n為剖面發(fā)生層數(shù)目，PCi為發(fā)生層i的pH值或速效鉀含量，Hi為i層深度在標(biāo)準(zhǔn)化層次t-b中所占的比值［20］。

由于36 個(gè)樣點(diǎn)中，有4 個(gè)樣點(diǎn)的土體厚度≤50 cm（下部為基巖或大量礫石），深度偏淺，為確保分析結(jié)果的可靠性，文中剖面分布模式分析選擇32個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣點(diǎn)進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

Microsoft Excel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，IBM Statistics SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Origin Pro 9.0 64Bit進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH和速效鉀含量統(tǒng)計(jì)特征

為全面反映全部樣點(diǎn)土壤pH 值和速效鉀剖面分布特征，表1 展現(xiàn)了36 個(gè)樣點(diǎn)剖面經(jīng)過(guò)層次標(biāo)準(zhǔn)化后的pH值和速效鉀含量統(tǒng)計(jì)特征。從表1可以看出，不同層次pH 均值介于6.29～6.60，變化幅度為4.71～8.50，變異系數(shù)介于14.30%～15.33%（中度變異）；速效鉀含量均值介于133.02～314.03 mg/kg，變化幅度為69.75～885.00 mg/kg，變異系數(shù)介于29.74%～68.18%（中度變異）?？紤]到速效鉀的變異系數(shù)（29.74%～68.18%）高于pH 值（14.30%～15.33%），故其剖面分布的分異速效鉀應(yīng)更為明顯。

表1 不同層次土壤pH值和速效鉀含量統(tǒng)計(jì)特征Table 1 Statistical characteristics of pH values and available potassium contents in different layers

2.2 pH剖面分布模式

2.2.1 分布模式 對(duì)pH值剖面分布特征進(jìn)行比較分析，可將其劃分為遞增型、遞減型、先增后減型、先減后增型和均一型5種模式（圖2），每種類型的典型樣點(diǎn)剖面影像見圖3。其中，遞增型的分布模式樣點(diǎn)最多，有17個(gè)樣點(diǎn)，占53.13%；遞減型有4個(gè)樣點(diǎn)，占12.5%；先增后減型有7個(gè)樣點(diǎn)，占21.88%；先減后增型有2 個(gè)樣點(diǎn)，占6.25%；均一型有2 個(gè)樣點(diǎn)，占6.25%。

圖2 典型植煙土壤pH值含量剖面分布模式Figure 2 Profile distribution modes of pH values of tobacco-planting fields

圖3 pH值分布模式對(duì)應(yīng)的典型煙田土壤剖面影像Figure 3 Soil profile images of tobacco-planting fields with different distribution modesof pH value

表2 給出了各分布模式下各層次的pH 值變異情況。遞減型變異性最大（19.95%～21.88%），均一型變異性最?。?.22%～2.33%），其他依次為先減后增型（14.01%～26.44%）、先增后減型（14.22%～17.94%）、遞增型（12.31%～13.76%）。其中，均一型屬低度變異，其他類型均屬于中度變異。除先減后增型表層（0～20 cm）外，不同分布模式各層次間變異性差異較小，植煙土壤剖面pH 值相對(duì)穩(wěn)定。

表2 pH值剖面分布模式變異系數(shù)Table 2 Variation coefficients of different profile distribution modes of pH values

2.2.2 環(huán)境要素分配 基于不同的土壤pH 值剖面分布模式，選擇環(huán)境變量中不可定量化的成土母質(zhì)、土壤類型和土地利用進(jìn)行環(huán)境要素分析（表3），5 種分布模式的成土母質(zhì)均以坡積物為主，遞增型和遞減型受沖積物、洪積－沖積物影響也較大。5 種分布模式的土壤類型均有淋溶土，除先減后增型和均一型為2 個(gè)土壤類型外，其余土壤pH值剖面分布模式的土壤類型在3 個(gè)以上，土壤類型多樣。土地利用主要以烤煙-玉米輪作為主，在5類分布模式中均有出現(xiàn)，煙-稻輪作僅有遞增型和先增后減型2 種類型，這說(shuō)明貴州烤煙種植仍以旱地為主。

表3 土壤pH值剖面分布模式的環(huán)境要素分配Table 3 Distribution of environmental factors relative to soil pH profile distribution mode

2.3 速效鉀剖面分布模式

2.3.1 分布模式 速效鉀剖面分布特征可劃分為遞減型、先減后增型、先增后減型和不規(guī)則型等4種模式（圖4），剖面分布模式分異規(guī)律明顯，每種類型的典型樣點(diǎn)剖面影像見圖5。其中，遞減型的分布模式樣點(diǎn)最多，有19個(gè)樣點(diǎn)，占59.38%；其次是先減后增型，有9 個(gè)樣點(diǎn)，占28.13%；先增后減型有2 個(gè)樣點(diǎn)，占6.25%；不規(guī)則型有2 個(gè)樣點(diǎn)，占6.25%，大致呈S型。

圖4 典型植煙土壤速效鉀含量剖面分布模式Figure 4 Profile distribution modes of available potassium contents of tobacco-planting fields

圖5 速效鉀分布類型典型樣點(diǎn)剖面圖Figure 5 Soil profile images of tobacco-planting fields with different distribution modes of available potassium content

表4給出了不同分布模式下速效鉀各層次間的變異情況。遞減型、先減后增型、先增后減型和不規(guī)則型變異系數(shù)分別為30.71%～56.32%、30.86%～48.73%、16.97%～31.38%、12.50%～52.08%，4 種分布模式雖均屬于中等強(qiáng)度變異，但0～40 cm 變異性相對(duì)較大，這可能與烤煙種植時(shí)鉀的投放量相對(duì)較高有關(guān)。

表4 速效鉀剖面分布模式變異系數(shù)Table 4 Variation coefficients of different profile distribution modes of available potassium content

2.3.2 環(huán)境要素分配 從土壤速效鉀剖面分布模式的環(huán)境要素分配來(lái)看（表5），坡積物、沖積物和洪積-坡積物在遞減型、先減后增型均有出現(xiàn)，先增后減型以坡積物和沖積物為主，不規(guī)則型以洪積-坡積物為主。遞減型土壤類型多樣，富鐵土、淋溶土、雛形土和人為土均有出現(xiàn)，其次是先減后增型，有富鐵土、淋溶土和人為土3個(gè)類型，先減后增型和不規(guī)則型僅為1個(gè)土壤類型，分別是富鐵土和雛形土。從土地利用方式來(lái)看，仍以烤煙-玉米輪作為主，在速效鉀4種分布模式中均有出現(xiàn)，烤煙-水稻輪作僅出現(xiàn)在速效鉀遞減型和先減后增型2種分布模式中。

表5 土壤速效鉀剖面分布模式的環(huán)境要素分配Table 5 Distribution of environmental factors relative to soil available potassium profile distribution mode

3 討論

本研究表明，貴州典型植煙土壤pH 值剖面有5種變化模式，其中遞增型最多（占比53.13%），這與前人研究結(jié)果類似［21-23］。pH值剖面呈現(xiàn)遞增型可能的原因是，常年的種植烤煙導(dǎo)致表層土壤偏酸［24］，而土體下部自身pH 值較高，如石灰土本身pH 值偏高［25］，且土壤中富含碳酸鈣，鹽基豐富，在風(fēng)化過(guò)程中鈣鎂的釋放減緩了土壤中鹽基陽(yáng)離子的淋失和土壤酸化進(jìn)程［26-27］，加之土體下部受人類活動(dòng)的影響小，共同作用促成pH值隨土壤深度加深而呈遞增的趨勢(shì)。pH 值剖面呈遞減型則是由于植煙土壤多分布在石灰?guī)r山坡下部，大量的降雨會(huì)將石灰?guī)r中的鈣鎂離子帶入山體下部土壤的表層，加之改酸物質(zhì)主要集中在耕層及其相鄰的亞層，導(dǎo)致植煙土壤pH值表層高而下部低。而先增后減型與先減后增型一般分布于坡地或溝谷中的植煙土壤，或有新的坡積物，或經(jīng)過(guò)土地平整，導(dǎo)致原來(lái)的表層被掩埋而形成。均一型一般為新墾植煙土壤，受外來(lái)影響時(shí)間較短，影響程度相對(duì)也較小。雖分布模式的形成差異較大，但不同的分布模式各土壤層次間的變異性較小，說(shuō)明貴州植煙土壤pH 值剖面含量相對(duì)穩(wěn)定。而分布模式的多樣，與貴州地處云貴高原，地形復(fù)雜，土壤發(fā)育程度差異大，成土因素多樣，作物種植模式等因素有關(guān)。故環(huán)境要素分配呈現(xiàn)出單一剖面分布模式受多種環(huán)境因子的影響，相同的環(huán)境因子也出現(xiàn)在不同的分布模式中。

進(jìn)一步研究表明，植煙土壤不同層次間速效鉀含量均值介于133.02～314.03 mg/kg，變異幅度29.74%～68.18%，說(shuō)明速效鉀在空間分布上差異較大。速效鉀剖面4種變化模式中，以遞減型為主（占比53.10%）的分布模式主要由于烤煙種植過(guò)程中大量鉀肥的施用導(dǎo)致表層養(yǎng)分積聚，而隨著土壤深度的增加，以及人為活動(dòng)影響的減弱，土壤中速效鉀含量呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢(shì)。其它分布模式與pH 分布模式的原因類似，位于坡地或溝谷中的植煙土壤，新的坡積物使原來(lái)的表層被掩埋，因而呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。不同分布模式各土壤層次間雖屬于中度變異，但變異性差異較大，特別是表層與中下層間的差異。從環(huán)境要素分配來(lái)看，遞減型和先減后增型相對(duì)較為復(fù)雜。

4 結(jié)論

貴州典型植煙土壤pH 值剖面有遞增型、遞減型、先增后減型、先減后增型、均一型5種變化模式，以遞增型為主，不同剖面各土壤層次間差異較小。速效鉀剖面有遞減型、先增后減型、先減后增型和不規(guī)則型4種變化模式，以遞減型為主，其含量空間分布差異較大。根據(jù)土壤pH 值和速效鉀剖面分布模式及形成原因，做好植煙土壤保育工作，特別是在施肥投入方面，需結(jié)合土壤實(shí)際情況有針對(duì)性的采取措施。