王智，楊勝剛，范業(yè)晨，劉忠，徐宸

1.中國煙草總公司 重慶市公司石柱分公司，重慶 石柱 409100；2.貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，貴陽 550001

烤煙是重慶山區(qū)重要經(jīng)濟作物之一,在脫貧攻堅、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著積極的作用．目前重慶市石柱縣煙葉與國際優(yōu)質(zhì)煙葉相比還存在一定差距,主要表現(xiàn)在香氣質(zhì)、香氣量稍不足;下部葉身份薄,油分稍低;上部葉煙堿含量高,雜氣較重等方面,進一步提高煙葉原料品質(zhì)是當(dāng)前需首要解決的問題．在相同氣候條件下,土壤是對煙葉品質(zhì)影響最大的環(huán)境因子,煙葉品質(zhì)對土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng)能力的反應(yīng)十分敏感,適宜的土壤肥力是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙草和風(fēng)格形成的基礎(chǔ)與前提[1]．秦松等[2]建立了土壤養(yǎng)分對煙葉化學(xué)成分量化方程式,表明土壤養(yǎng)分與煙葉品質(zhì)形成有著非常緊密的數(shù)量關(guān)系．深入了解土壤肥力現(xiàn)狀,是改善植煙土壤環(huán)境、提高煙葉質(zhì)量的基礎(chǔ)．近年來,為提高烤煙產(chǎn)量,煙農(nóng)采取不合理的過度施肥和連作種植方式,加劇了植煙土壤養(yǎng)分供給的失衡,造成土壤肥力下降．因此非常有必要對石柱縣煙田土壤肥力現(xiàn)狀進行全面梳理．過去研究僅有1篇文章報道了石柱縣2017年煙田土壤大量元素氮、磷和鉀的養(yǎng)分狀況[3],缺乏石柱縣目前煙田大量、中量和微量營養(yǎng)元素的質(zhì)量分數(shù)狀況及評價報道．為此,本文定點采集了石柱縣種植烤煙區(qū)土壤,分析了大、中、微量營養(yǎng)元素的質(zhì)量分數(shù)并予以評價,為制訂石柱縣煙田合理施肥策略、煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

石柱縣是重慶市優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū),全縣29°39′～30°33′N,107°59′～108°34′E,屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,雨熱充沛,以黃壤為主,非常適合烤煙種植．

1.2 土壤樣品的采集和制備方法

2021年11月進行石柱縣煙田土壤樣品采集,按照每個種植單元(6.7～8 hm2)采集1個土壤樣品．具體方法是在種植單元內(nèi),選取5塊集中連片有代表性的煙田進行采樣,共確定130個點,記錄每個采樣點經(jīng)緯度信息(圖1);每個采樣點按照“S”形采樣方法,設(shè)置15個分樣點進行垂直取耕層0～20 cm土樣,采用四分法取樣2 kg進行室內(nèi)化驗工作;樣品經(jīng)自然風(fēng)干研磨過篩后放專用磨口瓶保存并用以后續(xù)測定,將測定結(jié)果與2002,2012和2017年數(shù)據(jù)進行縱向?qū)Ρ确治觯?/p>

底圖來源于重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,審圖號：渝S(2020)019號圖1 石柱縣土壤采樣點分布圖

1.3 分析方法

土壤 pH、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀質(zhì)量分數(shù)測定參照《土壤農(nóng)化分析與環(huán)境監(jiān)測》[4]．土壤 pH采用土水比1∶2.5的懸濁液電位法測定;土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定;土壤堿解氮采用氫氧化鈉堿解擴散法測定;土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度法測定．參照文獻[5]的方法測定水溶性氯、交換性鈣、交換性鎂、有效銅、有效鉬、有效錳和有效鐵質(zhì)量分數(shù)．

1.4 評價標準

結(jié)合石柱縣植煙區(qū)烤煙生產(chǎn)實際和近年來的相關(guān)研究結(jié)果[6],根據(jù)《中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》[7],權(quán)衡土壤養(yǎng)分狀況與煙葉產(chǎn)、質(zhì)量,制訂出石柱縣植煙土壤pH與各養(yǎng)分分級標準(表1)．

表1 石柱縣植煙區(qū)土壤pH與各養(yǎng)分分級標準

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS 25.0,Excel 2016,MapGIS 67,Section 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析與制圖．

2 結(jié)果分析

2.1 石柱縣植煙土壤pH狀況及評價

土壤酸化對土壤營養(yǎng)元素轉(zhuǎn)換、土壤微生物活性、土壤酶活性等方面有著深刻的影響．由表2可以看出,2021年石柱土壤pH均值為5.93,pH值在5.5～7.5適宜煙草生長的比例占53.8%．全縣沒有pH值小于4.5的煙田,但pH值小于5.5的煙田占比仍較大,為40.0%;南賓、馬武基地單元分別為40.7%和39.4%,說明石柱縣植煙部分土壤pH偏低．為了不影響烤煙對土壤養(yǎng)分有效性、土壤微生物的分布及烤煙的生長及品質(zhì)的需求,急需對這部分煙田施用石灰及堿性肥料改良土壤,以利于煙葉的可持續(xù)發(fā)展．

表2 石柱植煙土壤pH分布頻率

由圖2可知,石柱縣植煙區(qū)pH呈酸性的區(qū)域主要分布在南賓基地單元,整體呈斑塊狀分布．隨種植年限的增加,石柱縣植煙土壤pH均值在2002,2012,2017和2021年分別為5.56,5.35,5.64和5.93．土壤pH值的大小總體上呈先降低后升高趨勢．2012年石柱縣pH均值最低,2012年后pH值呈逐年升高趨勢,這與近年來石柱縣加強了土壤酸化改良有關(guān)．

2.2 石柱縣植煙土壤有機質(zhì)狀況及評價

由有機質(zhì)特征值表3及分布圖3可以看出,2021年石柱縣有機質(zhì)平均質(zhì)量分數(shù)為25.08 g/kg,有機質(zhì)大于20 g/kg的土壤占83.9%,南賓、馬武也達到了88.1%,80.2%,有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較為適宜,但也有16.1%的土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較低．石柱縣植煙土壤有機質(zhì)平均值在2002,2012,2017和2021年分別為24.51,30.20,30.70和25.08 g/kg．2017年有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與2012年相比差異不明顯,但2021年有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較2012年減少了5.12個單位,較2017年減少了5.62個單位,減少明顯．

表3 石柱縣植煙土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分布頻率

底圖來源于重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,審圖號：渝S(2020)019號圖3 石柱縣植煙土壤有機質(zhì)分布圖

2.3 石柱縣植煙土壤堿解氮現(xiàn)狀及評價

石柱縣堿解氮均值為146.77 mg/kg,其中小于100 mg/kg的土壤占9.2%,大部分土壤處在較適宜的范圍,大于180 mg/kg的土壤占20.1%(表4和圖4)．

表4 石柱縣植煙土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)分布頻率

石柱縣植煙土壤堿解氮均值在2002,2012,2017和2021年分別為40.90,136.13,156.35和146.77 mg/kg．與2002年相比,2012年石柱植煙土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)提高了2.33倍,2017年堿解氮質(zhì)量分數(shù)在2012年的基礎(chǔ)上又增加了14.9%,絕大多數(shù)植煙土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)處于豐富或過剩狀態(tài);盡管2021年堿解氮質(zhì)量分數(shù)較2017年有所減少,約減少了6.1%,但仍需注意控制氮肥施用量．

2.4 石柱縣植煙土壤中碳氮比現(xiàn)狀及評價

由表5可知,石柱縣植煙土壤中碳氮比均值為9.13,全縣碳氮比嚴重偏低,僅有1.5%處于10～15之間,偏低的比例占98.5%,應(yīng)注重土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的添加．

表5 石柱縣植煙土壤碳氮比分布頻率

2.5 石柱縣植煙土壤有效磷現(xiàn)狀及評價

表6和圖5中石柱縣植煙土壤有效磷質(zhì)量分數(shù)均值為86.01 mg/kg,小于15 mg/kg的只有0.8%,南賓、馬武小于15 mg/kg的土壤分別為0和1.4%．石柱土壤有效磷質(zhì)量分數(shù)大多在極高水平,表明土壤有效磷質(zhì)量分數(shù)相對豐富,土壤磷素隨種煙年限增加總體呈積累狀態(tài)．石柱縣植煙土壤有效磷均值在2002,2012,2017和2021年分別為22.48,40.62,108.40和86.01 mg/kg．

表6 石柱縣植煙土壤有效磷質(zhì)量分數(shù)分布頻率

底圖來源于重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,審圖號：渝S(2020)019號圖4 石柱縣植煙區(qū)土壤堿解氮分布圖

底圖來源于重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,審圖號：渝S(2020)019號圖5 石柱縣植煙區(qū)土壤有效磷分布圖

2.6 石柱區(qū)植煙土壤速效鉀現(xiàn)狀及評價

表7和圖6得出速效鉀均值為431.03 mg/kg,石柱縣植煙土壤速效鉀整體呈非常豐富的狀態(tài)．若以土壤速效鉀質(zhì)量分數(shù)150 mg/kg為標準,則石柱縣有0.8%的土壤鉀質(zhì)量分數(shù)低,南賓、馬武分別有1.7%和0的土壤鉀偏低．總體而言,石柱縣土壤鉀質(zhì)量分數(shù)非常豐富．石柱縣植煙土壤速效鉀均值在2002,2012,2017和2021年分別為148.60,223.14,436.25和431.03 mg/kg．與2002年相比,2012年速效鉀質(zhì)量分數(shù)增加了50.2%;2017年與2012年相比,速效鉀質(zhì)量分數(shù)顯著增加了將近1倍;2021年的速效鉀質(zhì)量分數(shù)與2017年接近．總體來看,石柱縣植煙土壤速效鉀質(zhì)量分數(shù)隨種植年限的增加而顯著增長．

表7 石柱縣植煙土壤速效鉀質(zhì)量分數(shù)分布頻率

底圖來源于重慶市地理信息和遙感應(yīng)用中心,審圖號：渝S(2020)019號圖6 石柱縣植煙土壤速效鉀分布圖

2.7 石柱縣植煙土壤中微量元素現(xiàn)狀及評價

表8為2021年石柱縣植煙土壤中微量元素質(zhì)量分數(shù)現(xiàn)狀及評價表,其中交換性鈣和交換性鎂的平均質(zhì)量分數(shù)較低,分別為5.08 cmol/kg,0.79 cmol/kg．煙田中鈣、鎂缺乏的土壤占70.2%和74.8%,適宜植煙的比例分別為26.4%和19.5%,鈣、鎂缺乏的土壤建議施用含鈣、鎂的土壤改良劑或肥料．石柱縣植煙土壤有效鉬和有效硼的質(zhì)量分數(shù)較豐富,偏低的比例分別為12.3%和5.4%,適宜的比例分別為15.4%和25.4%,偏高的比例分別為72.3%和69.2%．石柱縣植煙土壤鐵、錳質(zhì)量分數(shù)豐富,有效鐵和有效錳質(zhì)量分數(shù)較高的比例分別為48.5%,86.9%,應(yīng)注意開溝排水防治土壤有效鐵和有效錳過高對根系的危害,但同時也有28.4%的土壤缺鐵,需要引起重視．石柱縣植煙土壤銅、氯、鋅總體質(zhì)量分數(shù)差異較大,銅缺乏較為嚴重,其質(zhì)量分數(shù)較低占比為33.9%,適宜的比例為30.0%,較高的比例為36.1%;水溶性氯處于適宜范圍的分布為100.0%;有效鋅質(zhì)量分數(shù)過于豐富,較高占比為90.7%,較低占比僅為1.5%．表9可以看出,石柱縣大部分煙田土壤陽離子交換量處于中等水平．

表8 石柱縣植煙土壤中微量元素質(zhì)量分數(shù)分析表

3 討論

煙草是我國重要的經(jīng)濟作物,其品質(zhì)(包括香氣質(zhì)和香氣量)的形成與土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng)密切相關(guān)[8]．研究表明,土壤養(yǎng)分的豐缺狀況、供應(yīng)強度和供應(yīng)容量直接影響著煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)[9]．楊效家等[10]通過大樣本整合分析得出,土壤中各種營養(yǎng)元素均衡供應(yīng),可調(diào)節(jié)烤煙的生理代謝來維持各化學(xué)成分的平衡,從而提高烤煙的內(nèi)在品質(zhì)．可見對煙區(qū)土壤肥力狀況進行評價可為烤煙平衡施肥和煙葉品質(zhì)提升提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐．

煙草為茄科忌連作作物,但是石柱縣人多地少,煙田常年連作,大部分煙田連作年限超30年,這種現(xiàn)狀導(dǎo)致目前煙田土壤退化十分嚴重．石柱縣40.0%的煙田酸化,酸化程度非常嚴峻．據(jù)查宇璇等[11]報道,一方面,鹽基離子(K+,Ca2+,Mg2+)的輸出遠大于輸入,每年煙葉和煙桿帶走大量的鹽基離子,同時石柱縣煙區(qū)多雨,鈣、鎂等鹽基離子淋失非常嚴重,而被輸入到煙田的鹽基離子非常有限,所以土壤水解產(chǎn)生了大量的H+,使土壤膠體表面的鹽基陽離子被致酸氫離子所代替,從而發(fā)生土壤酸化[11-12];另一方面,煙田氮肥的不合理施用,經(jīng)測算,鹽基離子總致酸貢獻率達到82.93%,氮的致酸貢獻率為17.07%[11],這與石柱縣實際煙田鈣、鎂缺乏的土壤占70.2%和74.8%非常吻合．土壤陽離子交換量(CEC)是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量,其質(zhì)量分數(shù)能作為評價土壤保肥能力的指標．重慶市石柱縣植煙土壤中有83.85%的CEC質(zhì)量分數(shù)處于中等水平,其植煙土壤保肥供肥能力有待進一步提升．因此,在土壤酸化后補充鈣、鎂,可以有效改善土壤陽離子交換量,增強土壤的保蓄能力．對于pH值小于5.0的強酸性土壤施用石灰,同時配合施用3 t/hm2有機肥增強土壤對酸性的緩沖,可增加生物肥力．針對pH值在5.0～5.5之間的弱酸性土壤,建議選擇施用1.2 t/hm2硅鈣鉀鎂肥,達到即節(jié)約改良成本又精準對標．寇智瑞等[13]報道,連作5年以上的煙田,土壤pH和煙田細菌的多樣性和豐富度均開始降低,pH是影響土壤細菌組成的關(guān)鍵因子,所以建議改良煙田土壤酸性的同時應(yīng)注意土壤生物肥力的恢復(fù)．石柱縣氮素過量煙田占20.1%,對于這部分煙田要嚴格控制氮肥的施用,以免引起土壤酸化和煙葉煙堿質(zhì)量分數(shù)升高,從而影響煙葉的品質(zhì)．

適宜的土壤碳氮比為微生物生長和繁殖提供了能源,石柱縣98.5%的煙田土壤碳氮比偏低．研究表明,土壤碳氮比過高和過低均不利于烤煙的碳氮代謝,隨著土壤碳氮比增加,煙葉碳氮代謝酶活性逐漸增加,烤后煙葉總糖和還原糖含量、糖堿比、中性香氣成分均有不同程度增加[14]．韋建玉等[15]采用牛糞、菜籽餅和煙草秸稈等混合發(fā)酵成高碳氮比(14.5～26.2)的有機肥,能顯著提升黃壤煙田碳氮比、土壤微生物活性和土壤大于0.25 mm水穩(wěn)性團聚體的形成,降低了微團聚體比例,提升了土壤團聚體的機械穩(wěn)定性,提高了土壤水肥氣熱供應(yīng)能力．施用碳氮比為30的有機物料,能有效降低土壤容重,增加總碳總氮、土壤微生物量碳,同時能促進煙草根系生長,有助于煙草碳氮代謝,提高烤煙的抗病性和烤煙品質(zhì)[16-17]．

石柱縣有28.4%的土壤缺鐵和33.9%的土壤缺銅,有效鉬和有效硼偏低的比例分別為12.3%和5.4%．大部分煙田常年施用大量元素,忽視微量元素施用,造成土壤營養(yǎng)元素的不均衡供應(yīng),嚴重影響烤煙品質(zhì)．究其原因在于微量元素是烤煙酶、維生素、激素等的重要組成部分,直接或間接參與機體的生理代謝過程,能夠改善烤煙根系形態(tài),促進葉片生長,增強抗病性,提高產(chǎn)量與品質(zhì)[18]．土壤中微量元素與煙葉化學(xué)成分、致香物質(zhì)之間顯著相關(guān)[19],而且是不同微量元素間協(xié)調(diào)配合共同影響烤后煙葉品質(zhì),比如土壤速效鉀、有效鎂、有效銅和有效鉬共同作用能提高煙葉糖含量,并得出了它們之間的定量關(guān)系,表明煙葉品質(zhì)不是由某一元素決定的[20]．鐵素在烤煙植物體內(nèi)流動性小,老葉中的鐵素不易流動到新葉,如出現(xiàn)嫩葉正片黃化等,缺鐵使烤后煙葉葉片結(jié)構(gòu)不夠疏松及其他物理性狀變差,建議采用葉面噴施0.1%～0.2%硫酸亞鐵溶液,葉面還可噴施0.02%～0.05%硫酸銅溶液．為了避免毒害,最好加入0.15%～0.25%的熟石灰,配成波爾多液,既可避免葉面的灼傷,又可以殺菌防病,促進煙草根系更加均勻和健壯,以提高煙葉的香氣質(zhì)和產(chǎn)量[21]．缺鉬植煙區(qū),將復(fù)合肥以150 g/hm2拌入基肥中,也可以用鉬酸銨或鉬酸鈉配成0.02%～0.1%的溶液噴施葉面．施鉬能夠提高中上部煙葉中性和酸性香氣成分總量,能提高絕大部分香氣成分和香氣指數(shù)B值[22]．多酚類物質(zhì)是煙葉次生代謝產(chǎn)物之一,對煙葉外觀質(zhì)量、煙氣質(zhì)量和風(fēng)格起著重要的作用．硼和鋅交互可顯著提高煙葉硼、鋅和多酚類物質(zhì)質(zhì)量分數(shù),提升煙葉的感官質(zhì)量,同時煙葉化學(xué)成分可用性指數(shù)表現(xiàn)最高[23]．可以得出,煙葉質(zhì)量的提高依賴于各種元素的均衡供應(yīng),大量元素與微量元素結(jié)合,才能促進煙草的正常生長,增加煙葉的香氣質(zhì)和產(chǎn)量,任何一種元素缺乏均不利于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)．

煙田土壤養(yǎng)分豐缺狀況診斷是實現(xiàn)煙草平衡施肥的基礎(chǔ),對于改進施肥技術(shù)、提高煙田土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng),進而促進烤煙生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)具有十分重要的意義．石柱縣植煙土壤養(yǎng)分的豐缺狀況呈現(xiàn)出不同程度的空間異質(zhì)性,因此石柱縣煙草專用肥配方和制訂施肥方案時要考慮不同區(qū)域養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的空間差異,進行分區(qū)施肥,不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)植煙土壤主要關(guān)鍵養(yǎng)分指標的豐缺狀況進行精細化施肥分區(qū),大量和中微量元素平衡施用,因地制宜調(diào)整施肥方案．本研究在進行合理準確診斷石柱縣土壤養(yǎng)分豐缺狀況的基礎(chǔ)上,探明了影響煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵土壤障礙因素,通過補短板的“木桶理論”進行平衡施肥,即可解決石柱縣工業(yè)調(diào)撥需求和科學(xué)指導(dǎo)煙葉生產(chǎn)實踐．

4 結(jié)論

1) 石柱縣pH值小于5.5的煙田占比40.0%,土壤酸化依然嚴峻,這與目前煙田土壤鈣、鎂缺乏,氮質(zhì)量分數(shù)豐富是相互對應(yīng)且關(guān)聯(lián)的．建議施用含鈣、鎂的土壤改良劑或肥料(如硅鈣鉀鎂肥),在改良土壤酸性的同時,增加土壤鈣、鎂元素的質(zhì)量分數(shù),同時嚴格控制氮肥用量．全縣土壤碳氮比偏低,應(yīng)注重提高土壤有機碳的質(zhì)量分數(shù)．

2) 全縣植煙土壤有效磷和速效鉀質(zhì)量分數(shù)都非常豐富,適當(dāng)降低磷肥和鉀肥的投入,緩解磷素、鉀素的積累狀況,注意肥料的施用和選擇,提高肥料的利用率．石柱縣植煙土壤有效鋅和有效氯質(zhì)量分數(shù)較豐富;有效鐵、有效硼、有效銅、有效鉬質(zhì)量分數(shù)過量和缺乏并存,土壤錳過量,應(yīng)注意開溝排水防治土壤有效鐵、有效錳過高對根系的危害．

3) 石柱縣植煙土壤養(yǎng)分的豐缺狀況呈現(xiàn)出不同程度的空間異質(zhì)性,因此煙草專用肥配方和制訂施肥方案時要考慮不同區(qū)域養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)的空間差異,不同區(qū)域應(yīng)根據(jù)植煙土壤主要關(guān)鍵養(yǎng)分指標的豐缺狀況進行精細化施肥分區(qū),大量和中微量元素平衡施用,因地制宜調(diào)整施肥方案．