重庆植烟土壤有效养分含量及其影响因素

江厚龙，张保全，李钠钾，杨 超，许安定，王红锋，陈益银，石孝均

（1.重庆烟草科学研究所，重庆 400715；2.浙江中烟工业有限责任公司，杭州 310009；3.西南大学资源环境科学学院，重庆 400020）

土壤养分是土壤肥力的核心与基础[1]，全面评价土壤养分的实际水平是科学指导施肥的依据。土壤养分状况与优质烟叶生产有密切的联系[2]，其养分含量水平及养分间协调性，直接影响着烟株的营养水平和生长发育状况，进而影响烟叶产量和品质的形成[3]，是烟草优质、适产的基础[4]。土壤养分含量除了受人为因素的影响外，还受母质、气候、地形、海拔及土壤本身理化性状等诸多因素的影响。其中，土壤酸碱性对土壤养分的有效性有着直接影响[5]，是影响土壤肥力的一个重要因素。许自成等[6]研究发现，土壤 pH与有机质、全氮、速效磷、速效钾、有效锌、有效铁、水溶性氯、交换性钙和交换镁等含量呈极显著相关性，类似的研究结果也有大量报道[7-8]。土壤有机质是土壤的重要组成部分，其含量在很大程度上决定着土壤肥力的高低，是土壤肥力分级的重要指标和肥力高低的综合表现[9]，对土壤理化及生物学特性有深远的影响[10]。据报道，土壤有机质的转化与氮素循环及磷素转化关系密切[11]。陈婵婵等[12]也发现有机质与大多数土壤速效养分间存在显著相关性。同时，土壤养分含量受耕层厚度的影响也较大。一般认为，随着耕层厚度的增加，土壤养分含量呈现逐渐增加的趋势。石彦琴等[13]研究发现，随着耕层厚度的增加，土壤全量养分、速效养分、有机质等均呈增加的趋势。由于海拔条件影响着降水、太阳辐射及土壤水热状况，进而影响土壤养分的有效性及其含量[14]，因此，海拔高度也是土壤养分水平的重要特征。付晶莹等[15]研究了海拔高度对土壤养分含量的影响表明，有机质、氮和磷的含量随海拔高度的升高而增加，钾则呈相反的规律。王瑞永等[16]认为土壤 pH、有机质、有效氮、有效磷、有效钙和镁、全硫等含量与海拔之间具有显著的相关关系。在众多学者的研究报道中，未见系统分析海拔因素、耕层厚度、土壤 pH和有机质等对土壤有效养分含量影响的报道。本研究在重庆12个区县的植烟土壤采集样品，分析海拔高度、耕层厚度、土壤pH和有机质含量对土壤有效养分含量的影响，以期为烟草种植区域规划和烟田施肥决策提供参考。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集与分析

本研究选择重庆市的彭水、巫山、武隆、丰都、黔江、石柱、南川、涪陵、巫溪、万州、酉阳、奉节等 12个植烟县的烟田土壤为研究对象。研究区域平均海拔为1079 m，平均耕层厚度为23 cm，土壤pH均为5.7。

研究于2012年整地施肥前（3月5日至4月13日）和烟草收获后（11月13日至22日）进行土壤样品采集，每个烟草种植单元（8 hm2）至少取1个样品。采用“S”型取样法采集10~20个耕层土壤（0~20 cm）样品，均匀混合后作为该点的土样（1 kg），共采集样品1854个。土样带回实验室经自然风干、去杂、过筛后，利用文献[17]的方法测定土壤样品理化属性。

1.2 数据处理

为了便于统计，把土壤碱解氮（t1）、铵态氮（t2）、硝态氮（t3）、有效磷（t4）、速效钾（t5）作为一组变量，把土壤有效铁（x1）、有效锰（x2）、有效铜（x3）、有效锌（x4）、交换性钙（x5）、交换性镁（x6）、水溶性氯（x7）、有效钼（x8）、有效硼（x9）作为一组变量，把海拔高度（y1）、耕层厚度（y2）、土壤pH（y3）、土壤有机质（y4）作为一组变量。采用SPSS 19.0进行典型相关分析，分析参考文献[18-19]进行。

2 结 果

2.1 土壤养分统计特征

利用SPSS软件对土壤属性进行了描述性统计（表1）。结果表明，土壤pH在3.78~8.45变化，均值（5.70）显示重庆部分烟区土壤酸化严重，不利于烟叶优良品质的形成[20]。鉴于陈江华等[21]的植烟土壤养分标准，重庆烟区土壤有效铁、锰和铜含量很丰富，碱解氮、有效磷和有效锌含量丰富，速效钾、交换性钙和交换性镁含量适宜，而土壤有效硼和有效钼缺乏。土壤氯含量常被作为判断土壤是否适宜种烟的重要指标之一，陈瑞泰等[22]认为可种植烟草的土壤氯离子最高上限量为45 mg/kg。研究表明重庆烟区土壤不存在氯离子障碍，而大部分烟区有缺氯现象，生产上应考虑适当施含氯肥料。

2.2 土壤大量元素养分含量的影响因素分析

由表2可知，土壤中速效大量元素养分与影响因素典型相关系数中，前3个典型相关系数均达到了极显著水平，因此，仅对前3对典型变量进行分析。

由于原始变量的计量单位不一致，不宜进行直接比较，这里采用标准化的典型系数给出典型相关模型mi和li，并计算原始变量与典型变量之间的相关系数ri，结果见表3。

表1 重庆烟区土壤有效养分数据描述性统计（n=1854）Table 1 Descriptive statistic of soil available nutrients in Chongqing tobacco-planted fields

表2 海拔高度、耕层厚度、pH和有机质与土壤有效养分的典型相关分析Table 2 Canonical correlation analysis of altitude, topsoil thickness, pH, OM and soil available nutrients

由表3可知，第Ⅰ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅰ典型变量（u1，v1）中，u1与t1（碱解氮）呈负相关关系，相关系数为-0.967。故u1主要描述了土壤碱解氮含量的综合性状，随着u1的增加，土壤碱解氮有降低的趋势。由v1与原始数据yi的相关系数可知，它与y4（有机质）存在较高负相关性（-0.950），因此v1主要描述了土壤有机质含量的综合性状。这一线性组合说明土壤有机质含量与碱解氮含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着土壤有机质含量的增加，土壤中的碱解氮含量有增加趋势。也有研究显示土壤有机质含量与速效氮含量呈极显著正相关关系[12]。

第Ⅱ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅱ典型变量（u2，v2）中，u2与t5（速效钾）呈较高负相关关系，相关系数为-0.855。故u2主要描述了t5（速效钾）含量的综合性状，随着u2的增加，土壤速效钾有降低的趋势。由v2与原始数据yi的相关系数可知，它与y1（海拔高度）存在较高负相关性（-0.882），因此，v2主要描述了海拔高度的综合性状。这一线性组合说明了海拔高度与土壤速效钾含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着海拔的升高，土壤速效钾含量有增加趋势。吕世丽等[23]研究4个土层土壤速效钾与海拔高度的关系时发现，各土层土壤速效钾含量均随海拔升高而增加，到海拔2000 m左右达到最高，之后随着海拔的升高缓慢下降，这与本研究结果相一致。这可能是因为在一定范围内，随着海拔升高，气温逐渐适应微生物的活动、分解速度逐渐加快、矿化作用加强，表现为养分含量增加；当海拔继续升高，气温逐渐不适用微生物活动、分解速度逐渐降低、矿化减弱，表现为养分含量降低[24]。因此，海拔高度与土壤养分含量及其有效性有着较大的相关性。

第Ⅲ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅲ典型变量（u3，v3）中，u3与t4（有效磷）呈正相关性（0.785），说明u3主要描述了土壤有效磷含量的综合性状，即随着u3的增加，土壤有效磷含量呈增加的趋势。由v3与原始数据yi的相关系数可知，与y3（土壤 pH）存在较高的负相关性（-0.840），因此v3主要描述了土壤pH的综合性状。这一线性组合说明了pH与土壤有效磷含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着土壤pH的增高，土壤有效磷含量有降低的趋势。郭明全等[25]在攀枝花烟区研究也发现，土壤pH与速效磷含量间也存在显著的负相关关系。

2.3 土壤中微量元素养分含量的影响因素分析

由表4可知，土壤中有效微量元素含量与影响因素典型相关系数中，前3对达到极显著水平，第4对达到显著水平，因此，对这4对典型变量进行分析。

表3 典型变量和与典型变量有关性状的相关系数Table 3 Canonical variable and their correlation coefficients with related traits

由表5可知，第Ⅰ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅱ典型变量（u4，v4）中，u4与x1（有效铁）呈较高的负相关性（-0.894）、与x5（交换性钙）呈较高的正相关性（0.845），故u4主要描述了土壤有效铁和交换性钙含量的综合特征；随u1的增加，有效铁含量有降低的趋势，交换性钙含量有增加的趋势。由v4与原始数据yi的相关系数可知，它与y3（pH）存在较高的正相关性（0.999），因此，v4主要描述了土壤pH的综合性状。这一线性组合说明了土壤pH与有效铁和交换性钙含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着pH的增高，土壤交换性钙含量有增加的趋势，土壤有效铁含量有降低的趋势。王晖等[26]和梁颁捷等[8]也报道了土壤pH与交换性钙含量间呈正相关关系。关于土壤有效铁含量与pH关系的结果与陈菁等[27]的研究结果一致。

表4 海拔高度、耕层厚度、pH和有机质与土壤有效养分的典型相关分析Table 4 Canonical correlation analysis of altitude, topsoil thickness, pH, OM, and soil available nutrients

第Ⅱ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅱ典型变量（u5，v5）中，u5与x3（有效铜）、x4（有效锌）、x1（有效铁）、x9（有效硼）间存在较高的负相关关系，相关系数分别为-0.644、-0.546、-0.413和-0.370，故u5主要描述了土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效硼含量的综合性状，当这 4种元素含量增加时，将致使u5降低。由v5与原始数据yi的相关系数可知，它与y4（有机质）存在较高的负相关性（-0.928），因此，v5主要描述了土壤有机质含量的综合性状。这一线性组合说明了土壤有机质含量与有效铜、有效锌、有效铁、有效硼含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着有机质含量的增加，土壤有效铜、有效锌、有效铁、有效硼含量有增加趋势。这主要是因为有机质中包含有大量的植物生长所需的大量元素和微量元素，分解时释放入土壤中有关[28]。张永娥等[29]研究结果也与之相一致。

第Ⅲ典型变量的构成如下：

达到极显著水平的第Ⅲ典型变量（u6，v6）中，u6与x4（有效锌）呈较强的正相关性（0.585），说明u3主要描述了土壤有效锌含量的综合性状，随着u6的增加，土壤有效锌含量有增加的趋势。由v6与原始数据yi的相关系数显示，它与y1（海拔高度）存在较高的正相关性（0.904），因此，v6主要描述了海拔高度的综合性状。这一线性组合说明了海拔高度与土壤有效锌含量存在密切关系，反映出在一定范围内，随着海拔高度的增高，土壤有效锌含量有增加的趋势。黎娟等[30]在湘西植烟土壤上研究发现，有效锌含量有随海拔的升高而增加的趋势。达到显著水平的第Ⅳ典型变量（u7，v7）中，u7与x6（交换性镁）间呈较高的正相关关系（0.583），故u7主要描述了交换性镁含量的综合性状，土壤交换性镁含量的增加将引起u7的增加。由v7与原始数据yi的相关系数显示，它与y2（耕层厚度）间有较高的正相关性（0.916），因此，v7主要描述了耕层厚度的综合性状。这一线性组合说明了耕层厚度与土壤交换性镁含量间存在密切关系，反映出在一定范围内，随着耕层厚度的增加，土壤交换性镁含量有增加的趋势，这与石彦琴等[13]的报道相一致。可能是因为随着犁底层上升，阻碍了农作物根系的下扎，降低了根系营养面积，致使根系只能在有限的空间内吸收营养，从而导致土壤肥力的下降。毛吉贤等[31]在免耕麦田中研究则发现相反的规律，即随着土层厚度的增加土壤碱解氮、有机质和速效磷等养分含量有降低的趋势，这可能是因为耕层增加后稀释了人为施入的大量元素肥料，而常被忽视的镁素则因耕层增加而得到了补偿。

表5 典型变量和与典型变量有关性状的相关系数Table 5 Canonical variable and their correlation coefficients with related traits

3 讨 论

土壤养分是烟草生长发育的重要因子，在很大程度上决定着烟叶产量和品质。虽然不同肥力水平的土壤均能种植烟草，但其产质量存在较大差异[32]。土壤中全量养分含量非常丰富，但绝大部分对植物而言是无效的，只有少部分在短期内能被植物根系吸收利用（即有效养分）。植烟土壤的有效养分对烟草的生长发育和品质形成有着极为重要的作用，其含量和动态受海拔梯度[33]、耕层厚度[13]、pH[34]、有机质含量[35]等因素的影响较大，这些因素进而影响着烟株的生长发育和烟叶的产质量形成。

本研究利用重庆烟区2012年的1854个土壤样品，分析了土壤有效养分含量的主要影响因素。结果表明，重庆部分烟区土壤酸化严重，这主要由复种指数高和长期使用化肥引起的[36]，王子芳等[37]也报道了类似的研究结果。土壤酸化后对养分的分解转化及其有效性有着较大的影响，进而影响到土壤生产性能和作物的生长发育[38]。土壤酸化对烤烟的影响也较大，尤其是烟株对矿质元素吸收[39]和产量品质的形成[40]。重庆烟区土壤氯离子含量普遍较低，这可能与植烟土壤施氯肥较少、烟株又长期从土壤中带走大量氯造成的，土壤氯含量不足可能会导致烟叶的氯含量低，于建军等[41]的研究也印证了这种推测。土壤有效铁、锰和铜含量极为丰富，碱解氮、有效磷和有效锌含量丰富，速效钾、交换性钙和交换性镁含量适宜优质烟叶生产，这些养分为重庆地区生产优质烟叶提供了基本保障。另外，重庆烟区土壤的有效硼和有效钼也较为缺乏，在生产中应适当补充相应肥料。

有机质与土壤的养分供给、物理特性及理化过程有着密切的关系[42]，有机质矿化后可释放大量的N、P、S及微量元素供作物生长需要[43]。本文显示，当土壤有机质含量的较高时，土壤碱解氮、有效铜、有效锌、有效铁、有效硼等的含量也较高，Jiang等[44]也报道了土壤有机质含量增加将显著提高其他养分的含量。海拔高度的变化常导致温度、湿度、光照、降水及大气成分等因子的显著变化，这些因素的变化势必干扰土壤养分的矿化过程，影响土壤养分的释放。本研究显示，土壤速效钾和有效锌含量有随海拔增高而增加的趋势，类似的研究结果黎妍妍等[45]、王玉时[46]也有报道。土壤pH对土壤理化性状有着直接的影响，pH的变化将影响着土壤的矿化过程及养分的形成、转化和有效性。本试验表明，土壤pH值的下降将导致有效磷、有效铁含量的降低和交换性钙含量的增加。这主要是因为在酸性条件下，土壤有效磷被铁、铝所固定，产生难溶性的铁、铝磷酸盐，从而降低了土壤磷和铁有效性，梁颁捷等[47]的报道也印证了这种现象。就土壤交换性钙与pH的关系而言，有学者认为交换性钙与pH之间存在极显著正相关关系[48]。植物生长所需养分主要通过根系从耕层中吸收，随着微耕机的推广使用，重庆植烟土壤的耕层越来越浅，烟株根系所能达到的范围越来越小，这样导致土壤养分逐年减少，氮、磷、钾等大中量可以通过施肥来补充，微量元素往往被烟农忽视，因此，也不难理解本文显示的土壤交换性镁含量随耕层厚度增加而增加的现象了。

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