湘西植烟土壤养分变化趋势分析

李艳青,屠乃美,田 峰

(1湖南农业大学农学院,长沙 410128;2湖南省烟草公司湘西自治州公司,吉首 416000)

土壤在一定程度上决定着烟叶质量,影响烤烟化学成分的变化,是主要的生态因子之一[1,2]。湘西自治州是湖南省主要的产烟区之一,属于全国烤烟种植最适宜区。该地区目前年种植烤烟10 000 hm2以上,年产烟叶24 000 t以上。近年来,由于连年种植烤烟,给植烟土壤带来了一系列问题,尤其是营养失调等问题比较突出,制约了烤烟生产的可持续发展。为提高该地区烟叶品质,增加烟农收入,实现烤烟种植的可持续发展,急需对该地区植烟土壤养分状况进行综合评价,为实际生产提供依据。2010年,笔者以湘西自治州7个县的主要植烟土壤为研究对象,调查了植烟土壤的各项养分指标变化情况。

1 材料与方法

1.1 土壤取样

土壤取样范围包括湘西州的龙山、永顺、凤凰、花垣、保靖、古丈、泸溪共 7个县。

采样方法为 GPS定位,多点混合,统一采用管形不锈钢土钻取样。取样密度,按照植烟土壤类型,每33 hm2左右取 1个代表土样,并尽量与 1999年取样点一致。采集土壤的深度为20 cm,取样的土壤前茬作物为烤烟,统一在垄边取样,所有形状的地块均按 S形采样,每一个地块取 10个点,制成一个1 kg的混合样。在2010年 3月上中旬进行土壤取样,3月下旬完成土样预处理,统一组织化验。

1999年的453个土壤样品化验结果由湖南省农业科学院农化检测中心提供,是在 1999年取样且完成化验的。其中有 87个样品 GPS定位信息与 2010年取样的田块一致,是定点取样地块。

1.2 土壤养分测定方法

土样送湖南省农业科学院农化检测中心检验分析,测定有机质,pH值,全氮、磷、钾,速效养分氮、磷、钾,交换性钙、镁、铁、锌、铜、硼、钼、锰和氯等17项。土样化验分析方法:土壤有机质—重铬酸钾氧化法(GB-9834-88);碱解氮—碱解扩散法;土壤 pH(H2O)值—电位法(pH计测定);土壤氯离子—硝酸银滴定法;土壤有效磷、钾、钙、镁、锌、铜、铁、钼、锰等—N H4HCO3+DTPA联合提取,ICP法(碳酸氢铵-二乙三氨五乙酸提取,等离子光谱法)。

1.3 数据处理方法

对植烟土壤数据资料的分级评价,根据罗建新等[4]确立的湖南省植烟土壤养分丰缺状况的五级分级体系进行。通过对比 2010年 295个样品化验结果和1999年的 453个样品化验结果,分析湘西州植烟土壤养分总体变化趋势;同时通过对比 1999年和 2010年GPS定位相同的87个样品化验结果,分析连续种植烤烟后定点植烟土壤养分变化的趋势;通过2010年不同海拔高度的土壤养分进行对比,分析不同海拔高度的土壤养分变化特点。统计分析采用 EXCLL软件进行。

2 结果与分析

2.1 植烟土壤养分总体变化趋势

2.1.1 植烟土壤 pH值、有机质含量变化趋势

从图 1看,与 1999年调查的植烟土壤相比,2010年平均 pH值变化很小,而含量在 7.0～ 7.5范围之间的有变大的趋势,说明土壤 pH值处于适宜范围且有较小变化。

图1 1999年与 2010年植烟土壤pH值分级状况对比Fig.1 Distributing figure of pH value between1999and2010

与 1999年相比,有机质含量相同分级范围内的比例相差不大(图2),都有近60%的样品是在最适宜的范围 15～25 g/kg内,2010年的平均值只降低了 0.25 g/kg,没有显著差异,说明植烟土壤有机质含量有下降的趋势但仍处于适宜范围。

图2 1999年与 2010年植烟土壤有机质含量分级状况对比Fig.2 Distributing figure of organic matter content between 1999and 2010

2.1.2 植烟土壤大量营养元素变化趋势

从表 1看,植烟土壤全氮含量 2010年为 1.54 g/kg,比 1999年的 1.42 g/kg高出 8%;碱解氮含量 2010年平均值为 129.60 mg/kg,相比于 1999年的 118.03 mg/kg,高出近 10%。

表1 1999年与2010年湘西州植烟土壤大量营养元素变化情况Table 1 Variation of N,P,K contents between 1999and 2010

从表 1看,全磷含量平均值 2010年为 0.59 g/kg,比 1999年的 0.63 g/kg减少了近 10%;速效磷含量平均值 2010年为 17.17 mg/kg,比 1999年的 11.17 mg/kg增加了53%。

2010年土壤全钾含量平均值为 18.58 g/kg,比1999年的 17.94 g/kg增加3%,变化不明显;速效钾含量平均值 2010年为 179.00 mg/kg,比 1999年的179.54 mg/kg减少不足 0.3%,变化不明显(表 1)。

2.1.3 植烟土壤中量、微量元素养分变化趋势

科尔沁沙地上有个脑子灵光的农民，却看到了种沙葱是一个好项目。种沙葱，一方面防风固沙，保持水土，尽显植物的生态功用，一方面作为一种沙地美物一茬一茬割下后出售，还可以带来可观的收入。在通辽、赤峰、沈阳等地的超市，一盒二百克的沙葱就能卖十几元呢。

从表 2看出,交换性钙整体平均含量 2010年为11.29(1/2cmol/kg),1999年为 8.28(1/2cmol/kg),增加36%,整体含量在上升,但是低于适宜值的比例2010年比1999年多,说明局部有下降的趋势。

交换性镁2010年平均含量为1.97(1/2cmol/kg),比 1999年的平均值1.40(1/2cmol/kg)增加 40%,有上升的趋势。

2010年有效锌含量平均值为2.02 mg/kg,比1999年的平均值 1.27 mg/kg显著增加,同时 2010年在适宜范围(4.5～ 10 mg/kg)内的占 60%,有 27.62%的土壤有效锌含量比较高,都显著高于1999年的。

表2 1999年与 2010年湘西州植烟土壤中量、微量元素养分变化情况Table 2 Variation of macroelement and microelement contents between 1999and 2010

有效铜含量 2010年平均值为 1.98 mg/kg,只有2.86%的土壤处于较缺乏状态,在适宜范围内的有19.05%,78.1%的土壤有效铜含量较高或极高,都显著高于 1999年的。

有效锰含量2010年平均值为27.55 mg/kg,相比于1999年的平均值36.01 mg/kg,整体有下降的趋势。

有效硼含量2010年平均值为0.38 mg/kg,在适宜范围(0.30～ 0.60)内的有 52.38%,相比 1999年的平均值0.20 mg/kg,整体有上升的趋势。

有效钼含量2010年平均值为0.32 mg/kg,极显著高于 1999年的 0.17 mg/kg。

有效铁含量2010年平均值为70.2 mg/kg,相比于1999年的 31.34 mg/kg,增加了 124%。

水溶性氯含量 2010年平均值为 15.71 mg/kg,相比 1999年的 12.74 mg/kg,增加了 23%。

整体来看,湘西州植烟土壤中量、微量元素养分除有效锰含量有下降趋势外,其他都有升高的趋势。有效硫含量虽未做分析,但可以肯定其含量有升高,因为在烟草上施用有大量含硫肥料。

2.2 不同海拔高度植烟土壤养分含量变化分析

对 2010年取样的土壤按海拔高度 <400,400～600,601～ 800,>800 m 4个范围进行分类,比较分析了各高度范围内的养分含量变化特征。结果显示,速效氮、速效钾含量的平均值随着海拔升高而升高,同时速效钾的含量在低于 400 m的区域内处于临界值以下的占88.88%,处于速效钾明显缺乏的水平。全磷、全钾含量的平均值随海拔升高有上升趋势(表3)。

分析还表明,水溶性氯、交换性钙含量的平均值随着海拔升高有下降的趋势;而交换性镁含量的平均值随着海拔升高有上升的趋势。

2.3 植烟土壤养分变化趋势分析

对1999年与2010年定点取样的87个植烟土壤样品养分进行对比分析,结果表明(表 4),与 1999年相比,pH值没有什么变化,都保持在适宜范围内;速效氮含量升高了 7.23%,速效钾含量上升了 10.85%,有机质含量下降了5.04%,全氮含量升高6.19%。极显著升高的是:有效磷含量从 7.08 mg/kg升高到了 18.19 mg/kg,升高了 156.92%;水溶性氯升高了 138.79%;交换性镁升高了108.40%;有效锌升高了73.5%;有效硼升高了67.21%;交换性钙升高了 64.39%。

除了pH值基本上没变化,有机质含量减少外,其余各类养分都有不同程度的增加。

3 讨论与结论

3.1 植烟土壤养分在时间上的变化特点

对比2010年和1999年植烟土壤养分含量(在植烟土壤的选择上),整体变化上存在的特点为:pH值基本上没有变化,有机质含量有下降的趋势,大量元素养分全氮、速效氮(碱解氮)、速效磷含量有上升的趋势,全磷含量有下降的趋势,全钾、速效钾变化不明显。在中量、微量元素养分方面,除有效锰含量有下降的趋势外,其他都有升高的趋势。

表3 不同海拔高度植烟土壤养分含量分级状况对比Table 3 Comparison of nutrient contents among different altitudes

表4 湘西州植烟土壤定点取样养分含量对比分析Table 4 Comparison of nutrient contents in fixed soil sample sites between 1999and 2010

通过对连续种植烤烟定点取样的土壤养分进行分析,湘西州植烟土壤2010年与1999年相比,pH值总体上没有变化;有机质含量下降了5.04%,速效氮含量升高了 7.23%,速效钾含量上升了10.85%,全氮含量升高了6.19%。有效磷含量极显著升高,从 7.08 mg/kg升高到了 18.19 mg/kg,升高了 156.92%;水溶性氯、有效锌、硼、交换性钙、镁都有极显著升高。据何琳等[15]研究,烤烟连作导致 0～ 20 cm土层的有机质、碱解氮和速效钾含量均发生不同程度的积累。而本研究结果则为:烤烟连作会导致耕作层的有机质含量下降。

湘西州植烟土壤 pH值没有明显变化,与邹家明等[2]研究结果不一致。据邹家明等研究云南大理州的植烟土壤,pH值呈酸化趋势。这可能是与土壤类型、气候条件、施肥、耕种制度等不同有关,尤其是与湘西州土壤大部分是石灰岩母质发育而成的有关。

3.2 植烟土壤养分在空间上的变化特点

通过对湘西州不同海拔高度的植烟土壤分析,速效氮、速效钾含量的平均值随着海拔升高而升高,同时速效钾的含量在低于400 m的区域内处于临界值以下的占88.88%,处于速效钾明显缺乏的水平。海拔高于800 m的有效钾含量极显著高于海拔低于 400 m的。有效钾含量在低海拔比较低,高海拔比较高,是湘西州的烟叶质量高海拔优于低海拔的原因之一。

全磷、全钾含量的平均值随海拔升高有上升的趋势。不同海拔区域内全磷含量低于临界值的都较低。在低于400 m海拔区域内全钾含量低于适宜范围。

水溶性氯、交换性钙含量的平均值随着海拔升高有下降的趋势;而交换性镁含量的平均值随着海拔升高有上升的趋势。

3.3 对湘西州植烟土壤施肥的建议

结合本地区的烟叶质量情况,在今后的施肥中,湘西州烤烟种植的施肥原则整体是:控氮、稳磷、增钾、减氯,多施有机肥。

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