宜章县植烟土壤养分变化趋势分析与适宜性评价

范 雄，李明德，曹志强

（1.湖南省烟草公司郴州市公司宜章县分公司，湖南 宜章 424200；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125）



宜章县植烟土壤养分变化趋势分析与适宜性评价

范 雄1，李明德2，曹志强1

（1.湖南省烟草公司郴州市公司宜章县分公司，湖南 宜章 424200；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125）

摘 要：在湖南省宜章县南部烟区采集37个耕层植烟土壤样品，在实验室经自然风干等预处理后，采用凯氏法、钼锑抗比色法、火焰光度法等测定了土壤pH值以及有机质、大量元素、中量元素、微量元素及重金属铅、镉、砷等含量，并采用赵松义等制定的湖南省植烟土壤养分分级标准、国家土壤环境质量二级标准和土壤综合肥力指标值评价了该县植烟土壤适宜性等级。结果表明，宜章县植烟土壤综合肥力较高的占26.47％，中等肥力的占55.88％，肥力较低的占17.65％；该县植烟土壤大部分偏碱性，土壤有机质、交换性钙、有效硫、有效铁、有效铜整体含量水平较高；速效钾、有效硼、有效钼含量普遍较低；而土壤有效磷、交换性镁、有效锰、有效锌、水溶性氯的空间差异较大。建议该区域在烟叶生产过程中，应该根据土壤养分的丰缺状况平衡施肥，合理进行土壤改良。

关键词：植烟土壤；养分；适宜性；评价；宜章

土壤养分含量是评价土壤肥力的重要标志，其丰缺状况和供应强度直接影响着烟草的生长发育及烟叶品质[1]。宜章县是湖南省湘南烟区的主要植烟县，植烟历史悠久，光、热、水资源丰富，烤烟种植区域大多分布在丘陵岗地及溪谷平原，常年植烟面积2 000 hm2，烟叶产量4 000～5 000 t，植烟土壤主要为石灰岩红、黄土壤，烟稻轮作的耕作方式为烤烟生长提供了良好的土壤条件。近年来，宜章县植烟土壤资源和生态环境等因素发生了深刻的变化，烟叶的产量和品质也受到不同层次的影响。因此，调查植烟土壤的养分状况，分析土壤养分的变化趋势，对植烟土壤资源的合理管理、平衡施肥等均有重要意义。

1　材料与方法

1.1土壤样品采集与测定分析

分别于2000年和2012年在宜章县南部烟区采集37个耕层植烟土壤样品。将采集的土壤样品在实验室自然风干、磨细、过筛、混匀后，测定以下指标：土壤pH值、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾；土壤中量元素交换性钙、交换性镁、有效硫；土壤微量元素水溶性氯、有效锌、有效硼、有效钼、有效铁、有效锰、有效铜；土壤重金属铅、镉、砷的总量。测定方法如下：土壤有机质用重铬酸钾氧化-容量法测定，全氮、全磷和全钾分别用凯氏法、氢氧化钠熔融＋钼锑抗比色法和氢氧化钠溶融＋火焰光度法测定，碱解氮、有效磷和速效钾分别用碱解扩散法、0.5 mol NaHCO3浸提（中性和石灰性土壤）或盐酸-氟化铵提取（酸性土壤）＋钼锑抗比色法和1 mol NH4OAC浸提＋火焰光度法测定，交换性钙、镁用l mol NH4OAC-EDTA浸提-原子吸收分光光度法测定，有效锌、铜、锰、铁用DTPA浸提＋原子吸收分光光度法测定，水溶性氯用水浸提-硝酸银滴定法测定，有效硫用磷酸盐-乙酸提取＋硫酸钡比浊法测定，有效钼用草酸-草酸铵浸提＋极谱法测定，有效硼用甲亚胺-H比色法测定，土壤重金属铅、镉、砷用硝酸-盐酸-高氯酸-氢氟酸消解＋石墨炉原子吸收光谱法测定，土壤颗粒分析采用吸管法[2]。

1.2植烟土壤养分分级标准

研究采用赵松义等[3]制定的湖南省植烟土壤养分分级标准，如表1。

表1　湖南省植烟土壤养分分级标准

2　结果与分析

2.1宜章县植烟土壤养分变化趋势分析

2.1.1土壤pH值 植烟土壤的pH值与所产烟叶的颜色、油分、光泽、组织等外观质量相关，对烟叶化学成分相互间协调性影响较大，同时与水解氮、水溶性硼、交换性钙和镁、有效锌等呈显著或极显著相关[4]。众多的报道表明，烟草适宜的pH值在5.5～7.0之间。从表2中可以看出，12 a来，宜章县植烟土壤pH值均值有所下降， 2012年土壤pH均值为7.06，40.54％的土壤pH值在5.5～7.0之间，较2000年适宜的植烟土壤有所增加，但是有50％以上的土壤偏碱性。因此，在烟草施肥时，对于偏碱性植烟土壤可考虑使用能降低土壤pH值的肥料。采样点土壤pH值空间分布见图1。

表2　宜章县植烟土壤pH值变化及分布

2.1.2土壤有机质 土壤有机质是最重要的土壤肥力成分，是植物氮、磷、钾等营养元素的供给源，同时还可影响土壤向植物供应其他养分，一定程度上直接或间接影响土壤的许多属性。由表3可知，宜章县植烟土壤有机质含量平均水平较高，且12 a来呈现明显增加的趋势，一方面是由于植烟土壤多为水田，有机质含量丰富；另一方面可能是由于有机肥的施用量较大，导致土壤有机质含量的提高。因此，宜章县在烟草生产中应适当控制有机肥的施用。采样点土壤有机质含量的空间分布见图2。

表3　宜章县植烟土壤有机质含量变化及分布（g/kg）

表4　宜章县植烟土壤氮素、磷素和钾素的含量变化及分布

2.1.3土壤氮素 土壤氮素主要存在于土壤的有机质和土壤胶体复合体内，对植物的生长发育影响十分明显，是限制植物生长和产量形成的首要因素。土壤氮素有90％来自于土壤有机质，由于宜章县植烟土壤有机质含量很高，因此土壤全氮和碱解氮含量平均水平也较高。由表4可知，2012年，土壤全氮均值为3.08 g/kg，碱解氮均值为212.22 mg/kg，与2000年相比，呈明显增加趋势。全氮含量处于适宜范围的比例明显下降，碱解氮含量处于适宜范围的比例稍有增加，但大部分植烟土壤的全氮、碱解氮含量偏高。总体来看，宜章县植烟土壤的供氮能力可满足烟草的需要，生产过程中应适当控制氮肥用量，避免植烟土壤氮素含量过高，采样点土壤碱解氮含量的空间分布见图3。

2.1.4土壤磷素 磷是烟草必须的营养元素，也是烟草中许多有机化合物的组成成分，对烟叶的生长发育和新陈代谢十分重要。烟叶的产量、品质均与磷素营养状况密切相关，如土壤磷含量过低，将直接阻碍烟草根系发育，使地上部分生长缓慢，进而影响烤烟的烟色、总糖与还原糖的含量等。根据植烟土壤评价标准，宜章县植烟土壤全磷含量较低，均值仅为0.86 g/ kg（表4），＜1.0 g/kg的比例达72.97％。12 a来，土壤全磷平均含量虽有所增加，但有效磷平均含量却明显下降，＜10 mg/kg的比例达45.95％，明显高于2000年，而＞20 mg/kg的比例明显降低，这可能是由于以前植烟土壤的有效磷含量较高，宜章县在烟叶生产中减少了磷肥的施用量，导致土壤的有效磷含量普遍下降。因此，宜章县在烟草生长过程中，应该合理平衡施用磷肥。采样点土壤有效磷含量的空间分布见图4。

2.1.5土壤钾素 烟草是喜钾作物，因此土壤的供钾能力很大程度决定着烟草的生长和品质。从宜章县植烟土壤分析结果来看（表4），2012年全县植烟土壤全钾均值为10.08 g/kg，仅10.81％的土壤全钾含量超过15 g/kg，土壤速效钾均值为115.54 mg/kg，仅13.51％的土壤速效钾含量在160～240 mg/kg之间。这表明宜章县植烟土壤全钾含量和速效钾含量均较低，大部分土壤缺钾。相比2000年，土壤全钾和速效钾含量变化不大，总体上没有明显提高。因此，在以后的烟草种植过程中，应重视钾肥的施用。采样点土壤速效钾含量的空间分布见图5。

图1　2012年宜章县植烟土壤pH值等级分布

图2　2012年宜章县植烟土壤有机质含量分布

图3　2012年宜章县植烟土壤碱解氮含量分布

图4　2012年宜章县植烟土壤有效磷含量分布

图5　2012年宜章县植烟土壤速效钾含量分布

图6　2012年宜章县植烟土壤交换性钙含量分布

2.1.6土壤中量元素 （1）交换性钙。钙作为细胞代谢的调节物质，对作物的生长发育有重要作用，尤其是在增强植株抗逆性方面效果显著[5]。烟株缺钙时，生长停滞，顶芽、幼叶、嫩叶叶缘和叶尖等新生部位生长受阻，严重时易造成叶片残破不全，直接影响烟叶的产量和品质。2012年宜章县植烟土壤交换性钙平均含量为27.69 cmol/kg（表5），处于较高水平，有81.08％的土壤交换性钙含量超过10 cmol/kg；与2000年相比，土壤中交换性钙含量大幅度提高。因此，宜章县在烟草生产中应适当控制钙肥用量，避免植烟土壤含钙量过高。采样点土壤交换性钙含量的空间分布见图6。（2）交换性镁。镁作为植物必需的中量营养元素，在作物正常生长发育和生理代谢过程中起重要作用，对提高作物产量以及改善作物品质均有重要意义。镁能增加烟株的高度、茎粗、百叶重，还能改善根系的发育情况，提高中上等烟比例，增加产量及烟碱、总糖、总氮和蛋白质的含量。由表5可知，与2000年相比，2012年宜章县土壤交换性镁的平均含量提高了98.5％，其中处于适宜含量水平（1.0～1.5 cmol/kg）的有16.22％，＜1.0 cmol/kg的植烟土壤有48.65％，而＞1.5 cmol/kg的植烟土壤有35.13％。这表明宜章县植烟土壤交换性镁含量的空间差异较大，在烟草生产中应根据土壤交换性镁的丰缺状况因地制宜的施用镁肥。采样点土壤交换性镁含量的空间分布见图7。（3）有效硫。硫是烟草必需的营养元素之一，国外把硫列为第5种元素，即氮、磷、钾、钙、硫，可见硫的重要性。从表5中可以看出，2000年和2012年宜章县植烟土壤有效硫平均含量均在30 mg/kg以上，处于较高水平。2012年，有35.14％的植烟土壤有效硫含量较为适宜，但仍有64.86％的植烟土壤有效硫含量超过20 mg/kg。这主要与宜章县植烟土壤长期施用K2SO4等含硫肥料有关。因此，对于土壤有效硫含量较高的植烟土壤应控制含硫肥料的施用。采样点土壤有效硫含量的空间分布见图8。

表5　宜章县植烟土壤中量元素含量变化及分布

图7　2012年宜章县植烟土壤交换性镁含量分布

图8　2012年宜章县植烟土壤有效硫含量分布

图9　2012年宜章县植烟土壤有效锰含量分布

2.1.7土壤微量元素 （1）土壤有效锰。锰是维持叶绿体结构的必需元素，参与呼吸、氧化还原、铁的活化以及发芽种子的酶活化等生理过程；同时，锰是烟株体内许多酶的组成成分和活性剂，还可影响烟草根系的生长与发育。2012年，宜章县植烟土壤有效锰的平均含量为12.17 mg/kg（表6），比2000年降低了48％，处于较低的水平；其中，全县有56.76％的土壤缺锰。因此，宜章县在烟草种植时可考虑适量施用锰肥。采样点土壤有效锰含量的空间分布见图9。（2）土壤有效铁。铁是烟草体内许多酶的活性剂，与烟草的光合作用、呼吸作用、硝酸还原作用等都有着密切的关系。宜章县植烟土壤中有效铁含量很丰富，2012年的平均含量达到了153.64 mg/kg（表8），是2000年的1.99倍；其中，有89.19％的土壤有效铁含量过高，其原因还有待进一步的研究。（3）土壤有效铜。烟叶中铜含量虽然极低，但却是植株生长发育的必需元素之一，主要参与蛋白质的合成，同时参与光合作用、氧化还原作用和碳水化合物、氮的代谢，并能增强植物的抗逆性；缺铜严重地影响烟叶的产量和品质。2012年，宜章县植烟土壤有效铜的平均含量为2.82 mg/kg（表8），处于丰富水平，与2000年相比，植烟土壤有效铜含量没有明显变化。其中，有32.43％的植烟土壤有效铜含量过高。因此，目前该区域可不考虑铜肥的施用。（4）土壤有效锌。锌是烟株体内许多酶的组成成分，可催化氧化反应，还是维生素的活化剂，对生长素的形成及光合作用也有一定作用。2012年，宜章县植烟土壤有效锌平均含量为2.95 mg/kg（表8），处于较高水平，且有21.62％的土壤有效锌含量过高。因此，对于土壤有效锌含量较高的植烟土壤应合理施肥。采样点土壤有效锌含量的空间分布见图10。（5）土壤有效硼。烟草对硼的吸收量较低，但硼在烟草的生理生化过程中起着非常重要的作用，不仅参与碳水化合物的运输及代谢，还能促进植物细胞生长等。由表6可知，宜章县植烟土壤有效硼的平均含量为0.23 mg/kg，处于较低水平，虽然较2000年有所提高，但仍有81.08％的土壤缺硼。因此，宜章县在烟草种植时应重视硼肥的补充。但是由于烟草需硼较少，且从不足到过量毒害的范围较窄，所以烟草在施用硼肥时用量需严格控制。采样点土壤有效硼含量的空间分布见图11。（6）土壤有效钼。烟草属于喜钼作物，钼对烟草产量及品质的形成有重要作用[6]。烟草是忌氯作物，生产上常用硫酸钾代替氯化钾施用，使土壤酸度加大，从而抑制烟草对钼的吸收，这也是植烟土壤缺钼的主要原因。2012年，宜章县植烟土壤有效钼的平均含量为0.07 mg/kg（表6），处于较低水平，较2000年平均含量有明显下降，缺钼的比例也从2000年的55.17％增加到72.97％。因此，近年来，宜章县在烟草种植时应该重视钼肥的施用。采样点土壤有效钼含量的空间分布见图12。（7）土壤水溶性氯。氯虽是烟草生长发育所必需的营养元素，但过量吸氯会严重影响烤烟的品质，因此烟草一直被认为是一种“忌氯作物”。另外，也有研究表明适量的氯能提高烟叶的内在、外在品质[7]。2012年，宜章县植烟土壤水溶性氯的平均含量为17.36 mg/kg（表6），相比2000年有所提高，但是处于适宜水平的样点较少，其中缺氯的土壤比例有所增加，占54.29％，还有14.29％的样点土壤氯含量过高。这表明宜章县植烟土壤水溶性氯含量的空间差异较大，应该因地制宜的根据丰缺状况合理施肥。由于烟草对氯很敏感，所以不提倡生产中专门施用氯化钾，但可在烟草专用肥中配入一定比例的氯化钾，这样既可以满足烟草对氯的需要，又可以防止氯化钾的滥用。烟草专用肥中氯化钾的比例应根据当地的实际情况，一般以氯化钾占加入总钾量（以K2O计）的15％为适宜[7]。采样点土壤水溶性氯含量的空间分布见图13。

表6　宜章县植烟土壤微量元素含量变化及分布

图10　2012年宜章县植烟土壤有效锌含量分布

图11　2012年宜章县植烟土壤有效硼含量分布

图12　2012年宜章县植烟土壤有效钼含量分布

图13　2012年宜章县植烟土壤水溶性氯含量分布

2.1.8土壤重金属铅、镉、和砷 土壤是烟叶重金属的最主要来源。研究表明，金属开采、冶炼以及有机肥的施用都容易造成土壤重金属污染。按照国家土壤环境质量二级标准值，一般农田以二级标准进行评价。由表7可知，2012年宜章县植烟土壤中Pb含量在31.4～127.7 mg/kg之间，平均含量为52.98 mg/kg，未出现铅超标的土壤样品；土壤中镉含量在0.33～1.41 mg/kg之间，平均含量为0.63 mg/kg，其中有92％的样点土壤镉含量超过国家土壤环境质量二级标准，表明宜章县大部分植烟土壤存在镉超标现象；土壤中砷含量在12.44～80.32 mg/kg之间，平均含量为30.25 mg/ kg，按水田标准有62.16％的样点土壤As含量超过国家土壤环境质量二级标准，表明宜章县大部分植烟土壤也存在砷超标现象。随着现代人们生活水平的提高，吸烟对人体的危害越来越受到关注，特别是香烟中的重金属污染越来越被重视。因此，针对上述情况，应加强植烟土壤中重金属含量动态变化的监测，积极采取措施修复污染土壤，尽量规避在土壤重金属污染风险高的区域种植烟草。采样点土壤总铅、总镉、总砷含量的空间分布见图14～16。

表7　2012年宜章县植烟土壤重金属铅、镉和砷含量

图14　2012年宜章县植烟土壤总铅含量分布

图15　2012年宜章县植烟土壤总镉含量分布

图16　2012年宜章县植烟土壤总砷含量分布

3　宜章县植烟土壤适宜性评价

3.1植烟土壤适宜性评价方法

采用土壤综合肥力指标值（Soil Integrated Fertility Index，SFI）来评价宜章县植烟土壤适宜性等级，计算公式为：

式中，Wi和Bi分别表示第i种土壤指标的隶属度值和相应的权重值。

3.2土壤指标的隶属度函数

隶属度函数是建立土壤指标与烟草生长效应曲线之间的数学表达式，以反映土壤状况。一般采用特尔菲专家评估法建立各评价因子的隶属函数类型，主要为抛物线型和S型隶属度函数。

抛物线型：

图17　2012年宜章县植烟土壤采样点综合评价值分级图

S型：

函数中，x1为指标的函数下限，x2为上限，最优值为x3～x4。隶属度值大小在0.1～1.0之间，取值越大表示其养分状况越好，越适宜烟草的生长。以湖南省植烟土壤养分分级标准为依据，根据土壤指标与烟草营养的关系以及宜章县植烟土壤养分的丰缺状况，确定各评价指标所属的隶属度，结合植烟土壤中各养分的实际含量和有关专家的经验确定各项指标隶属度函数曲线转折点的取值，见表8。

表8　土壤养分各项指标所属隶属度函数及其阈值

3.3评价指标与权重的确定

针对宜章县植烟土壤养分的丰缺状况确定了13项评价指标。为了确定各指标对植烟土壤适宜性的贡献率，采用因子分析法计算各项肥力指标的所对应的公因子方差大小，各公因子方差与各项公因子方差总和的比值作为该项指标的贡献率，用以表示各项指标的权重值，如表9。

3.4宜章县植烟土壤适宜性评价

根据隶属度函数计算得出的各个肥力指标的隶属度值，结合其变量所对应的权重，计算各土壤样品的综合肥力指标（SFI）值，范围在0.28～0.75之间，用等间距法将土壤肥力综合指标值划分为3个等级，分别为较高（0.6≤SFI＜0.8）、中等（0.4≤SFI＜0.6）、较低（0.2≤SFI＜0.4），其在宜章县植烟土壤中的比例分别为26.47％、55.88％和17.65％，各采样点土壤综合肥力指标分布见图17。

表9　各项评价指标公因子方差和权重

4　结论

总体上，宜章县植烟土壤大部分偏碱性，土壤有机质、交换性钙、有效硫、有效铁、有效铜整体含量水平较高，而速效钾、有效硼、有效钼含量普遍较低，而土壤有效磷、交换性镁、有效锰、有效锌、水溶性氯的空间差异较大，因此该区域在烟叶生产过程中，应该根据土壤养分的丰缺状况平衡施肥，合理进行土壤改良。

参考文献：

[1] 杨凤铃，赵方贵，刘洪庆，等.不同烟草栽培地区土壤理化性质与AM真菌分布关系[J].中国农学通报，2011，27（1）：116-120.

[2] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业出版社，1999.

[3] 赵松义，肖汉乾.湖南植烟土壤肥力与平衡施肥[M].长沙：湖南科学技术出版社，2005.

[4] 梁颁捷，林 毅，朱其清，等.福建植烟土壤pH值与土壤养分的相关性[J].中国烟草科学，2001，（1）：25-27.

[5] 汪邓民，周冀衡，朱显灵，等.磷钙锌对烟草生长、抗逆性保护酶及渗调物的影响[J].土壤，2000，（1）：34-37.

[6] 韩锦锋，王瑞新，刘国顺.烟草栽培生理[M].北京：农业出版社，1986.

[7] 李明德，肖汉乾，汤海涛，等.湖南烟区土壤含氯状况及烤烟施氯效应[J].植物营养与肥料学报，2007，13（1）：44-50.

（责任编辑：成 平）

Changing Trend and Applicability of Tobacco-Grown Soil Nutrients in Yizhang

FAN Xiong1，LI Ming-de2，CAO Zhi-qiang1
（1.Yizhang Tobacco Branch, Chenzhou Tobacco Company, Hunan Tobacco Corporation, Yizhang 424200, PRC; 2.Hunan Institute of Soil and Fertilizer, Changsha 410125, PRC）

Abstract：In this study, 37 samples of the tobacco-grown topsoil in the tobacco253 area south of Yizhang County in Hunan Province were determined on physicochemical properties with Kjeldahl method, Mo-Sb colorimetric method and flame photometry, and evaluated on soil applicability with Hunan tobacco-grown soil nutrient classification standard, the state soil environment quality secondary standard and soil integrated fertility index.The results showed that 26.47％ of the tobacco-grown soil samples were at high comprehensive fertility, 55.88％ at the medium fertility and 17.65％ at the low fertility; most of the soil samples were slight alkaline; the content of organic matter, exchangeable Ca, available S, available Fe and Cu in the soil samples was relatively high; the content of available K, effective B and Mo in the soil samples was generally low; and there were obvious spatial differences in the soil available P, exchangeable Mg, effective Mn and Zn, and water-soluble Cl.So it was suggested that balanced fertilization should be practised based on actual conditions of soil nutrient abundance or deficiency, and soil improvement should be conducted reasonably for tobacco production in the area.

Key words：tobacco-grown soil; nutrient; applicability; evaluation; Yizhang County

作者简介：范 雄（1965-），男，湖南宜章县人，农艺师，主要从事烟叶科研及技术推广工作。

收稿日期：2015-10-26

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.12.015

中图分类号：S158.2

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2015）12-0047-07