中国优质烤烟产区耕层土壤腐殖质组分特征*

王程栋 徐宜民 马兴华 刘光亮 曲潇玲 李东阳 曾庆宾王树声†

（1 中国农业科学院烟草研究所，山东青岛 266101）（2 陕西省烟草公司宝鸡市公司，陕西宝鸡 721000）（3 四川省烟草公司攀枝花市公司，四川攀枝花 617000）

土壤腐殖质是有机物经过微生物新陈代谢降解后合成的一类非均质的呈黑色或黑褐色的有机高分子化合物，根据在酸碱中的溶解度分为胡敏酸、富里酸和胡敏素［1-3］。土壤腐殖质具有吸收、交换等多种功能，对土壤的物理、化学及生物学性质均有重要影响［4］。腐殖质是评价土壤肥力和质量的重要指标，也是影响烤烟品质与产量的主要因素之一［5-7］。研究表明，不同地区土壤腐殖质的含量、组分以及性质会随生物、气候条件的不同而异，并进而一定程度上影响烟草的品质和产量［8］。因此，土壤腐殖质组分研究一直是我国烤烟种植的一个重要研究领域［9］。

我国烤烟种植空间分布广泛，从东北至西南均有分布，涉及黑龙江、吉林、辽宁、山东、河南、安徽、陕西、湖南、四川、重庆、江西、广东、广西、福建、贵州、云南等地［10］。不同产区成土因素和土壤类型复杂多样，腐殖质组成自然也不尽相同。虽然已有我国植烟土壤腐殖质组分区域尺度方面的报道［11-15］，但全国尺度的相关信息尚缺乏。为此，本研究依据2011—2013年获取的我国主要优质烟叶产区的耕层土样，测定分析了其土壤腐殖质组分，希望能够反映全国尺度上的烟田土壤腐殖质组分特征，并尝试进行了分区，旨在为进一步了解土壤腐殖质组分与烤烟风格和品质之间的关系提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 优质烟叶产区与代表性烟田确定

依据《中国烟草种植区划》［10］和中国烟草总公司提供的我国烤烟种植面积和烟叶品质等信息，选定覆盖全国的12个优质烟叶产区［16］，包括47个代表性县市产区，合计425个典型烟田（表1）。各县市典型烟田的确定主要是基于代表性土壤类型（依据1∶5万土壤图）、烟叶收购站和烟农提供的烟田长年烟叶长势信息。

表1 调查采样的典型烟田区域分布Table 1 Spatial distribution of the typical tobacco-planting fields surveyed in China

1.2 土样采集与测定

在选定的典型烟田地块，运用“梅花形五点取样法”采集0～30 cm耕层（烟垄）土样，去杂后充分混匀，自然风干，分别研磨过孔径750 μm和250 μm尼龙筛。土壤腐殖质组成的测定采用重铬酸钾氧化法［11-12］。

1.3 数据处理与分析

数据处理、统计分析与制图采用 Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行，主要包括聚类分析和方差分析，多重比较采用新复极差法。

2 结 果

2.1 优质烟叶产区腐殖质组分总体特征

表2为土壤腐殖质及其组分的统计结果，可以看出，我国优质烟叶产区烟田耕层土壤腐殖质总碳量介于6.04～23.18 g·kg-1，平均为13.91 g·kg-1，腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量和胡富比分别为3.66～12.33 g·kg-1、1.41～6.17 g·kg-1、2.38～10.95 g·kg-1、2.24～6.9 g·kg-1和1.03～0.45之间，平均分别为8.10 g·kg-1、3.22 g·kg-1、5.81 g·kg-1、4.88 g·kg-1和0.72，变异系数介于20%～40%，其中，胡敏酸碳量变异系数最高，为39.40%，胡富比变异系数最低，为22.27%。表明我国优质烟叶产区土壤腐殖质总碳量以及各组分含量总体上差异较大。

2.2 同一产区不同县市之间土壤腐殖质组分比较

武夷山区、攀西山区高腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量土壤分布较为集中，分布在永定和仁和；黔中山区、秦巴山区、云贵高原、南岭山区、中原产区高腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量土壤分布较为集中，分布在西秀、巫山、盘县、江华、襄城；武陵山区高腐殖质全碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量土壤分布较为集中，主要分布在利川；鲁中山区高腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏素碳量土壤分布较为集中，最高值分布在临朐；东北产区、雪峰山区高腐殖质全碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量土壤分布较为集中，最高值分别分布在宽甸、天柱。

攀西山区仁和、武夷山区永定、中原产区襄城胡敏酸碳量显著高于区域内其他各县市，攀西山区仁和、武夷山区永定腐殖质全碳量显著高于区域内其他各县市，攀西山区仁和、武夷山区永定、中原产区襄城腐殖酸碳量显著高于区域内其他各县市，攀西山区仁和胡敏酸碳量显著高于区域内其他各县市，攀西山区会东土壤腐殖质各组分含量均显著低于区域内其他各县市。

2.3 不同产区之间土壤腐殖质组分比较

如表3所示，十二个优质烟叶产区中，南岭山区腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量平均含量均最高，雪峰山区富里酸碳量平均含量最高，鲁中山区在腐殖质全碳量以及腐殖质各组分含量均为最低。武陵山区、雪峰山区、云贵高原与武夷山区之间土壤腐殖质全碳量以及各组分方面差异不显著。黔中山区、东北地区、皖南山区土壤腐殖质全碳量以及各组分方面差异不显著。攀西山区胡敏素含量较高，其他含量均偏低。

表2 优质烟叶产区的腐殖质组分特征Table 2 Statistics of components and contents of topsoils humus in the tobacco-planting fields

图1 12个区域土壤腐殖质组分含量特征Fig. 1 Statistics of components and contents of topsoils humus in the 12 regions

表3 各优质烟叶产区腐殖质组分含量Table 3 Components and their contents in soil humus in the high quality tobacco growing areas

2.4 基于腐殖质特征的中国优质烟区分区

上述12个产区划分主要依据区域位置、气候、土壤和烤烟外观、香型风格质量等因素划分［10］。这里探讨一下基于腐殖质组分特征的聚类分区。如图2所示，根据腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量和胡富比6项指标进行系统聚类分析，将47个县市优质产区分为四类地区。根据聚类图中类别由上至下顺序，第一类地区包括德江、咸丰、利川、桑植、凤凰、彭水、武隆、开阳、西秀、余庆、凯里、巫山、宽甸、天柱、靖州、南涧、江川、威宁和兴仁19个县市，第二类地区包括道真、遵义、黔西、贵定、南郑、旬阳、兴山、房县、临朐、宁安、汪清、泰宁、襄城、宣城和米易15个县市，第三类地区包括盘县、永定、桂阳、江华和仁和5个县市，第四类地区包括蒙阴、费县、诸城、五莲、莒县、灵宝、会东和会理8个县市。

四类地区腐殖质组分的方差分析结果详见表4。腐殖质全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量，均以第三类地区的均值最高，其次是第一类地区，第四类地区最低。其中，腐殖质全碳量不同地区之间存在显著差异或极显著差异。四类地区之间腐殖酸碳量均存在显著或极显著差异。胡敏酸碳量第一类、第二类地区之间差异不显著，其他地区之间均存在显著差异或极显著差异。胡敏素碳量不同地区之间均存在显著差异或极显著差异。富里酸碳量第一类和第二类地区之间差异不显著，其他地区之间均存在极显著差异。

3 讨 论

图2 基于土壤腐殖质特征的产区聚类分析图Fig. 2 Cluster analysis map of the tobacco producing areas based on soil humus composition

表4 腐殖质全碳量的分区差异Table 4 Difference between the four groups of tobacco producing areas in total carbon of humus

土壤腐殖质总碳量及组分含量受生物、气候、土壤等多方面因素的影响。已有研究表明，适当高温、适宜水分有利于微生物活性，进而加速土壤腐殖质分解，使土壤腐殖质全碳量下降。高温有利于胡敏酸的形成，低温有利于富里酸的积累［18］。本研究中，12个优质烟叶产区中腐殖质全碳量平均值最高的为南岭山区，最低为鲁中山区，各产区按含量由高至低依次为南岭山区、武夷山区、雪峰山区、云贵高原、武陵山区、黔中山区、东北产区、皖南山区、攀西山区、秦巴山区、中原产区、鲁中山区。从腐殖质组分方面来看，南岭山区除富里酸含量较低外，腐殖质全碳量及其各组分含量均为第一；中原产区和鲁中山区在腐殖质总量和各组分含量方面始终处于较后位置，含量较低。我国南岭山区属中南亚热带湿润气候，年降水量1 500～1 900 mm，年均气温17～20℃。中原产区冬季受大陆性气团控制，夏季受海洋性气团控制，春秋为二者交替过渡季节，四季分明，年降水量600～1 000 mm，1月均温0～4℃，7月均温26～28℃。鲁中山区属于半湿润暖温带，年降水量550～950 mm，1月均温-5～0℃，7月均温24～28℃［19］。南岭山区虽温度较高，降水较多，微生物活性高，有利于腐殖质分解，但南岭山区良好的水热条件有利于动植物生长，动植物残体的长期土壤返还使土壤腐殖质含量高。本研究中，东北地区处于我国北方地区，土壤腐殖质含量相对较高。一方面，东北年均气温相对较低，微生物活性低，土壤腐殖质易积累；另一方面，东北地区是我国传统耕区，积年的农作物残体留在土壤中，以及秸秆还田［20］，使土壤腐殖质含量较高。此外，东北地区盛产大豆，土壤氮含量较高，促使微生物形成氨基酸，氨基酸是腐殖质形成的前体物质，因而东北地区土壤腐殖质含量较高［21］。

腐殖质组分及其特征与烟叶品质关系极为密切，烟叶品质会随腐殖质含量的增加而提高［22］。土壤腐殖质组分不仅与烟叶常规化学成分存在显著的正相关性，也与烟叶的感官评价中品质指标存在正相关关系［17］，增加腐殖酸肥料的投入会提高烟叶的产量、质量［23-24］。根据第二次全国土壤普查养分评价标准，第一、二类地区有机质平均含量分别为27.5 g·kg-1和21.1 g·kg-1，属于中等水平；第三类地区有机质平均含量为40.2 g·kg-1，属于丰富水平；第四类地区有机质平均含量为10.3 g·kg-1，属于很缺水平。四类地区土壤腐殖质含量差异较大。已有研究表明，我国烤烟土壤有机质含量适宜范围大致是20～35 g·kg-1［10,25］，各产区可按照自身情况，通过调控有机肥料施用、秸秆还田等来调节土壤腐殖质含量，如第四类地区腐殖质含量缺乏，可增施生物有机肥、加大秸秆还田力度，提高腐殖质含量；第三类地区腐殖质含量丰富，可以削控饼肥和腐殖酸肥料的施用，来适当削减土壤腐殖质含量，从而一定程度上提高烟草的品质和产量。

现有的十二个产区划分主要是基于地理气候和烤烟香型，属于一定程度上的经验式划分。本文对县市级别土壤腐殖质数据进行了层次聚类与数值分析，得到了基于土壤腐殖质特征的四个新产区划分。从本文相关的数据分析来看，虽然不同产区的局部地区土壤腐殖质组分和含量相似，但不同产区乃至同一产区不同县市之间，也或多或少存在一定的差异。如除武陵山区、秦巴山区和鲁中山区、雪峰山区、云贵高原产区、南岭山区、皖南山区外，其余产区内各取样点的腐殖质组分存在较大差异，这可能是烟田的土地利用方式、栽培管理模式导致的土壤有机质差异造成的。这一研究结果，不仅有助于进一步理解土壤腐殖质组分对烟叶品质的影响关系及其空间模式，为国家尺度上烤烟土壤保育工作中各烟区土壤的有机质提升提供宏观指导；同时也通过腐殖质组分的区域分布与产区地理分布比较，结合腐殖质组分对烟叶品质的影响，说明土壤腐殖质组分不仅可以在一定范围内影响烟叶品质，也可作为烤烟品质区划研究中的一个参考指标，这对进一步完善我国烤烟品质区划指标体系具有一定的指导意义。

4 结 论

我国优质烟叶产区土壤腐殖质总碳量介于6.04～23.18 g·kg-1，胡敏酸、胡敏素、富里酸的含量以及胡富比分别为3.66～12.23 g·kg-1、1.4 1 ～6.1 7 g·k g-1、2.3 8 ～1 0.9 5 g·k g-1、2.2 4 ～6.9 9 g·k g-1和0.4 5 ～1.0 3，变异系数20%～40%。总体上我国优质烟叶产区土壤腐殖质总碳量以及各组分含量差异程度较大。在腐殖质全碳量上，南岭山区最高，显著高于其他地区；中原产区与鲁中山区较低，显著低于其他地区。在腐殖质组分上，南岭山区腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量均为最高，鲁中山区均为最低。攀西山区胡敏素含量较高，其他组分偏低。总体而言，我国南方地区腐殖质含量高于北方。依据腐殖质组分将47个县市产区分为四类地区，各类地区之间腐殖质含量和组分上差异显著。