鄂西北植烟土壤养分现状及演变趋势

佀国涵+刘岱松+魏小慧+饶雄飞+苗春雨+张凯+刘耀

摘要：以鄂西北具有代表性的区域——十堰市作为研究对象，通过分析2011年采集于十堰市主产烟区549份土壤样品的养分指标，并与2001年相关数据进行比较，研究鄂西北植烟土壤养分现状及演变趋势。结果表明，十堰市植烟土壤平均pH为6.4±1.0，属于弱酸性范围；土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为（18.7±7.9） g/kg、（1.7±0.7） g/kg、（114.6±35.4） mg/kg、（36.8±29.0） mg/kg和（162.3±84.0） mg/kg。2001～2011年，十堰市植烟土壤pH已由以中性至碱性为主演变为以弱酸性至中性为主，土壤酸化趋势十分明显。相对于2001年，2011年十堰市植烟土壤的有机质变化不大，但土壤全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均有不同程度的提高，且以土壤速效磷和速效钾的提高幅度较大，其中土壤速效磷>40.0 mg/kg和土壤速效钾>150.0 mg/kg的样点占比较2001年分别提高了36.6和27.6个百分点。鄂西北植烟土壤养分演变趋势与其他农作物土壤养分的变化趋势有所不同，这主要与烟草施肥密切相关。

关键词：植烟土壤；土壤养分；演变趋势；十堰市

中图分类号：S158.3；S572 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）14-2661-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.14.015

Abstract： Taking Shiyan city as a typical region，the present status and variation trends of tobacco-planting soil nutrients in northwestern region of Hubei province were studied. The nutrient indexes of 549 soil samples collected in Shiyan city tobacco fields in 2011 were analyzed，and the results were compared with the related data in 2001. The results indicated that present soil pH in Shiyan city tobacco fields were 6.4±1.0 on average，belonging to the weak acid range. The content of soil organic matter （OM），total nitrogen （N），available N，available phosphorus （P） and available potassium （K） were （18.7±7.9） g/kg，（1.7±0.7） g/kg，（114.6±35.4） mg/kg，（36.8±29.0） mg/kg，（162.3±84.0） mg/kg，respectively. The soil pH was mainly changed from neutral-alkaline to weak acid-neutral，which indicated the trend of acidification in tobacco-planting soil was very obvious during 2001～2011. Compared with the data in 2001，soil OM content in 2011 changed little，but the content of soil total N，available N，available P and available K in 2011 increased to varying degrees，and sample percentages of soil available P in range of >40.0 mg/kg and soil available K in range of >150.0 mg/kg in 2011 were increased by 36.6 and 27.6 percentage points. The variation trends of tobacco-planting soil nutrients in northwestern region of Hubei province was to some extent different from that of other crop soil，which was closely related to the fertilization status on tobacco.

Key words： tobacco-planting soil； soil nutrient； evolution trend； Shiyan city

土壤肥力是土壤属性的综合表现，反映了土壤在植物生长全过程中供应和协调营养及环境条件的能力[1]，植烟土壤肥力是土壤为烤烟生长供应和协调养分、水分、空气及热量的能力，是土壤物理、化学和生物学性质的综合反映[2，3]。土壤养分状况是土壤肥力的基础，其丰缺状况和供应强度与烟草的产量、品质及风味有着密切的关系[4]。科学、准确地评价植烟土壤肥力状况，对利用植烟土壤资源、改善土壤肥力状况、调节土壤养分供给、指导烤烟合理施肥、促进烤烟可持续健康发展具有重要意义[5]。

長期的耕作必然会导致土壤肥力的变化，特别是不合理的利用会导致土壤肥力明显下降和养分不平衡[6，7]，这种变化可能会直接影响烟草生产中施肥等栽培技术的改变，因此了解这种变化对烟草施肥和土壤保育具有重要指导意义。目前关于中国农田土壤肥力变化的研究较多[8，9]，但关于植烟土壤肥力演变的报道尚不多见。

通过选择鄂西北具有代表性的区域——十堰市作为研究对象，分析鄂西北植烟土壤养分现状及演变趋势。十堰市是湖北省烟叶的主要产区，是环神农架地区中间香型风格“金神农”烟叶的主要产地之一，常年植烟面积在7 000 hm2左右，产量在1 000 万kg左右，约占湖北省烟叶生产规模的15%左右。本研究探讨了十堰市植烟土壤的肥力现状，并分析了近10年（2001～2011年）间土壤养分的变化趋势，旨在为鄂西北地区烟叶生产施肥和土壤管理技术的优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

十堰市位于湖北省西北部，为秦岭-大巴山山脉的一部分，位于东经110°47′，北纬32°39′，亚热带季风气候，年平均日照时数1 655～1 958 h，无霜期224～255 d，年平均降水量800 mm以上，全区境内地形复杂，地貌类型多种多样，主要以丘陵、低山、中山、高山等4种地貌类型为主，土壤有黄棕壤、棕壤、暗棕壤、石灰土、紫色土、潮土、水初土等7个类型。

1.2 取样与样品分析方法

取样时间为2011年11月至2012年4月。选取十堰市有代表性且相对集中的植烟区（7 hm2以上）作为取样区域，采用GPS定位。全市共取土壤样品549份，包括竹山县、竹溪县、房县和郧西县。

土壤样品的分析参照土壤农化分析方法[10]，土壤pH测定采用水浸提电位法（固液比1∶2.5）；土壤有机质测定采用外加热重铬酸钾氧化-容量法；全氮采用凯氏蒸馏法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效磷用Olsen法测定；速效钾采用醋酸铵浸提火焰光度法测定。

1.3 数据来源

2001-2002年十堰市共采集822份烟区土壤样品（湖北省农业科学院植保土肥研究所参加）。近10年十堰市的烟叶生产规模和生产区域处于相对稳定的状态，在选择本次（2011-2012年）取样区域时尽量与2001-2002年取样区域一致。因此通过比较近10年（2001-2011年）的土壤数据来分析烟区土壤肥力的变化是可信的。

1.4 土壤养分含量分级标准

以全国第二次土壤普查确定的土壤养分含量分级标准为基础[11]，参考2002年湖北省烟区平衡施肥项目的土壤分析试验数据，结合当地种植制度对土壤肥力的要求和本次土壤分析的结果，给出各单项肥力指标的分级标准（表1），土壤pH的分级标准参照黄昌勇[12]划分的等级。

2 结果与分析

2.1 土壤pH现状及演变趋势

土壤pH是影响土壤肥力的重要因子之一，其变化直接影响土壤营养元素的存在状态和有效性，从而影响土壤肥力形成和土壤质量的演变过程[13]。由表2和表3可知，2011年十堰市植烟土壤pH范围为4.3～8.3，平均值为6.4±1.0，属于弱酸性范围；不同县市之间存在一定的差异，其顺序为郧西县（7.0±0.8）>竹溪县（6.4±0.9）>房县（6.2±1.1）、竹山县（6.2±0.8），以郧西县最高，房县和竹山县土壤pH最低。

2011年十堰市植烟土壤弱酸性（pH 5.6～6.5）和中性（pH 6.6～7.5）土壤样点分别占调查总样点的30.6%和32.6%，而酸性（pH<5.5）和碱性（pH>7.5）土壤样点仅分别占调查总面积的23.0%和13.8%。相对于2001年，2011年十堰市植烟土壤的平均pH降低了0.9个百分点，降幅为12.3%，其中中性（pH 6.6～7.5）和碱性（pH>7.5）土壤的样点较2001年分别降低了6.9和28.5个百分点，而弱酸性（pH 5.6～6.5）和酸性（pH<5.5）土壤样点较2001年分别提高了14.7和20.7个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤pH已经由以中性至碱性为主演变成以中性和弱酸性为主，酸性土壤面积明显增加，土壤酸化趋势十分明显。

2.2 土壤有机质现状及演变趋势

有机质直接影响土壤的物理、化学及生物性质，是衡量土壤肥力高低的重要指标，也是农业可持续发展的重要因素[14]。由表2和表4可知，十堰市植烟土壤有机质含量变幅为0.5～51.1 g/kg，平均值为18.7 g/kg。不同烟区的土壤有机质含量以竹溪县[（24.8±8.1） g/kg]最高，其次为竹山县[（18.4±5.8） g/kg]，而郧西县[（16.1±6.3） g/kg]和房县[（16.4±9.9） g/kg]的土壤有机质含量均较低。

2011年植烟土壤的有机质含量处于低水平（10.1～20.0 g/kg）和适宜水平（20.1～30.0 g/kg）的土壤样点分别占调查总样点的49.7%和28.9%，表明本区域土壤有机质处于中等偏低水平。与2001年相比，2011年土壤平均有机质含量变化不大，但是不同级别的有机质含量分布有所变化，主要表现在有机质含量极低水平（<10.0 g/kg）和极高水平（>40.0 g/kg）范围内的样点占比较2001年分别增加了8.3和2.9个百分点，而低水平（10.1～20.0 g/kg）范围内的样点比例降低了14.2个百分点，表明过去10年间不同区域土壤有机质含量的分布呈分化趋势。

2.3 土壤氮素现状及演变趋势

2.3.1 土壤全氮现状及演变趋势 由表2和表5可知，2011年十堰市植烟土壤全氮含量为（1.7±0.7） g/kg，范围为0.5～4.2 g/kg。不同烟区的土壤全氮含量以竹溪县[（2.2±0.7） g/kg]最高，其次为房县[（1.7±0.7） g/kg]，而郧西县[（1.5±0.5） g/kg]和竹山县[（1.5±0.4） g/kg]的土壤总氮含量均较低。

2011年植烟土壤的全氮含量>1.0 g/kg的土壤样点占比达到87.6%，特别是>2.0 g/kg的比例达到了22.8%，表明本区域的土壤全氮含量处于中等偏高水平。与2001年相比，2011年土壤平均全氮含量提高了0.3 g/kg，增幅為21.4%，其中土壤全氮含量处于高（1.6～2.0 g/kg）和极高水平（>2.0 g/kg）的样点占比较2001年分别提高了3.0和14.2个百分点，而处于适宜水平（1.1～1.5 g/kg）和极低水平（<0.7 g/kg）的样点降低了11.3和4.9个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤的总氮含量呈增加趋势。

2.3.2 土壤碱解氮现状及演变趋势 碱解氮是估量土壤中有效态氮供应的一个重要指标，能够较灵敏地反映土壤氮素动态以及供氮水平[15]。由表2和表6可知，2011年十堰市植烟土壤碱解氮含量为（114.6±35.4） mg/kg，范围为19.7～233.8 mg/kg。不同烟区的土壤碱解氮含量以竹溪县[（133.6±32.5） mg/kg]最高，其次为竹山县[（121.1±31.7） mg/kg]，而郧西县[（100.1±25.1） mg/kg]和房县[（104.8±38.9） mg/kg]的土壤碱解氮含量均较低。

2011年土壤碱解氮含量处于适宜水平（90.1～120.0 mg/kg）和高至极高水平（>120.0 mg/kg）的土壤样点分别占调查总样点的35.5%和40.1%，表明本区域土壤碱解氮处于中等偏高水平。与2001年相比，2011年土壤碱解氮平均含量提高了28.0 mg/kg，增幅为32.3%，其中90.1～150.0 mg/kg和>150.0 mg/kg的土壤样点占比较2001年提高了24.8和13.6个百分点，而<90.0 mg/kg的土壤样点降低了38.4个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤的供氮能力明显提高。

2.4 土壤速效磷现状及演变趋势

土壤中速效磷的含量反映了土壤中可供作物吸收利用的磷素水平，了解土壤中速效磷的供应状况，对于施肥有着直接的指导意义[16]。由表2和表7可知，2011年十堰市植烟土壤速效磷含量为（36.8±29.0） mg/kg，范围为0.7～149.5 mg/kg。不同烟区的土壤速效磷含量以竹山县[（47.4±30.5） mg/kg]最高，其次为竹溪县[（37.0±25.3） mg/kg]，而房县[（33.1±29.4） mg/kg]和郧西县[（28.5±27.1） mg/kg]的土壤速效磷含量均较低。

2011年植烟土壤中速效磷含量处于高水平（20.1～40.0 mg/kg）和极高水平（>40.0 mg/kg）的土壤样点分别占调查总样点的26.1%和38.4%，表明本区域土壤速效磷处于较高水平。与2001年相比，2011年土壤平均速效磷含量提高了21.3 mg/kg，增幅为137.4%，其中20.1～40.0 mg/kg和>40.0 mg/kg的土壤样点占比较2001年提高了5.8和36.6个百分点，而5.1～20.0 mg/kg的土壤样点降低了44.5个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤的速效磷含量明显提高，土壤速效磷含量的快速提高也反映出磷肥的利用率较低以及磷肥施用方法的不科学。

2.5 土壤速效钾现状及演变趋势

土壤速效钾含量是决定土壤对当季作物供钾水平的指标。由表2和表8可知，2011年十堰市植烟土壤速效钾含量为（162.3±84.0） mg/kg，范围为18.9～601.5 mg/kg。不同烟区的土壤速效钾含量以竹山县[（193.8±93.5） mg/kg]最高，其次为竹溪县[（169.4±69.3） mg/kg]，而房县[（140.0±83.6） mg/kg]和郧西县[（147.2±72.9） mg/kg]的土壤速效钾含量均较低。

2011年植烟土壤的速效钾含量处于低水平（50.1～100.0 mg/kg）和适宜至极高水平（>100.0 mg/kg）的样点分别占调查总样点的20.6%和77.2%，表明本區域土壤速效钾含量处于中等偏高水平。与2001年相比，2011年土壤速效钾平均含量提高了39.6 mg/kg，增幅为32.3%，其中>150.0 mg/kg的土壤样点占比较2001年提高了27.6个百分点，而50.1～150.0 mg/kg的土壤样点占比降低了28.1个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤的速效钾含量明显提高，土壤供钾水平得到进一步提升。

3 小结与讨论

土壤pH是土壤酸碱度的衡量指标，而土壤酸碱度通过影响土壤中物质转化、矿质元素的有效性和根系对养分的吸收，进而影响烟株的生理代谢、生长发育和烟叶产、质量。据研究，植烟土壤最适宜的pH为5.5～6.5，适宜pH为5.0～7.0[17]。十堰市植烟土壤主要以弱酸至中性为主，其中弱酸性（pH 5.6～6.5）和中性（pH 6.6～7.5）土壤样点分别占调查总样点的30.6%和32.6%。相对于2001年，2011年中性（pH 6.6～7.5）和碱性（pH>7.5）土壤的样点分别降低了6.9和28.5个百分点，而弱酸性（pH 5.6～6.5）和酸性（pH<5.5）土壤样点较2001年分别提高了14.7和20.7个百分点，表明十堰市烟区土壤已经表现出明显的酸化趋势。Guo等[18]研究表明中国高达90%的农田土壤均发生了不同程度的酸化现象，土壤pH下降了0.1～0.8。过度使用化肥，尤其是施用大量氮肥[19]、磷肥[20]是中国土壤酸化加剧的主要原因。Chadwick等[21]认为土壤处于中性和酸性范围，特别是中性范围时，对酸性物质的输入比较敏感，因此十堰市烟区可采取施用石灰、白云石粉等碱性物质修复酸化的土壤，而对于尚未酸化的土壤应通过优化施肥结构等方式进行土壤保育，防止土壤进一步酸化。

土壤有机质是土壤肥力的重要标志之一，其变化也直接反映了土壤肥力的演变过程。十堰市植烟土壤的有机质含量处于中等偏低水平，且与2001年相比平均有机质含量变化不大，但不同区域间土壤有机质含量分布呈分化趋势，即2011年土壤有机质含量<10.0 g/kg和>20.0 g/kg范围内的样点占比较2001年分别增加了8.3和5.9个百分点，而10.1～20.0 g/kg范围内的样点占比降低了14.2个百分点。这可能与不同区域的施肥习惯有关，有些区域通过种植绿肥、秸秆还田、施用饼肥和商品有机肥等有机物料以提高土壤有机质含量，而有些区域仍习惯施用化肥从而导致土壤有机质含量处于极低水平的面积有所增加。

施氮肥可以增加土壤全氮和碱解氮的含量[22]。十堰市植烟土壤的全氮和碱解氮含量处于中等偏高水平，与2001年相比土壤全氮和碱解氮含量均有不同程度的提高，其中土壤全氮含量处于高至极高水平（>1.6 g/kg）的样点占比较2001年分别提高了17.2个百分点，而碱解氮含量处于高至极高水平（>90.1 mg/kg）的土壤样点占比较2001年提高了38.4个百分点，可见过去10年间十堰市植烟土壤的供氮能力明显提高，这与长期施用氮肥有关。

磷肥施入土壤后基本没有挥发损失，淋失也相对较少，所以土壤磷素的长期盈余或亏缺必然决定土壤磷素的消长趋向[23]。十堰市植烟土壤的速效磷处于较高水平，与2001年相比，2011年土壤速效磷平均含量提高了21.3 mg/kg，增幅为137.4%，其中 >40.0 mg/kg的土壤样点占比较2001年提高了36.6个百分点，表明过去10年间十堰市植烟土壤的速效磷含量明显提高，土壤中速效磷含量的快速提升与烟草种植中重视磷肥的施用密切相关，十堰市烟叶施肥中N∶P2O5值一般在1∶1～1∶1.2，磷肥施用量远高于普通农田。土壤达到富磷水平后，速效磷的进一步增加只会加重农田土壤磷素向水体流失的风险[24]，因此在土壤速效磷含量很高的区域可以考虑降低磷肥施用量，同时指导农民合理施用磷肥，以提高磷肥的利用率。

十堰市植烟土壤速效钾含量处于中等偏高水平，与2001年相比，2011年土壤速效钾平均含量提高了39.6 mg/kg，增幅为32.3%，其中>150.0 mg/kg的样点占比较2001年提高了27.6个百分点。烟叶钾含量被认为是优质烟叶的重要指标之一[25]，烟叶钾含量高不仅能提高燃烧性、降低焦油产生量，而且还可以提高香气含量、改善烟叶香吃味和安全性，对烟叶外观和内在品质均有良好的影响[26]，因此烟草种植中十分重视钾肥的施用，在十堰市烟叶种植中钾肥的施用量一般在225～270 kg/hm2，明显超过其他农作物的施用量，这可能是近10年来十堰市植烟土壤速效钾含量上升较快的主要原因，此外土壤中速效钾的累积也反映出农业生产中钾肥的利用率不高，因此应该重视钾肥的施用技术问题。

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