广东烟区土壤有效磷区域分布及演变特征

王军　刘兰　田俊岭　王行　刘冬梅　丁效东

摘  要：為明确广东烟区土壤有效磷含量现状及演变特征，采用对比分析方法，探讨了2000年和2012年广东烟区不同产区、不同类型土壤有效磷含量及12年间的变化趋势。结果表明，广东烟区土壤有效磷平均含量为44.92 mg/kg，处于“盈余”水平，分别有31.75%和13.02%的土壤有效磷处于“盈余”和“缺乏”水平。韶关、梅州和清远产区土壤有效磷含量分别为29.03、122.61和22.61 mg/kg，其中韶关和清远产区总体上处于“丰富”水平，梅州产区总体上处于高度“盈余”水平;植烟面积较大的紫色土、牛肝田、砂泥田有效磷平均含量分别为15.43、31.95和74.34 mg/kg，总体上分别处于“适中”、“丰富”、“盈余”水平。12年间（2000—2012）广东烟区整体上土壤有效磷含量增加23.89 mg/kg，韶关和梅州产区土壤有效磷含量分别增加10.64和97.27 mg/kg;紫色土、牛肝田和砂泥田土壤有效磷含量分别增加5.53、12.19、46.97 mg/kg。广东烟区总体上存在施磷过度及土壤有效磷不同程度的“盈余”现状，建议在梅州产区及砂泥田土壤隔年施磷、牛肝田减半施磷、其他土壤类型正常施磷，以减少磷肥投入、降低肥料成本、促进广东省优质烟叶生产的持续发展和保护烟区生态环境。

关键词：广东烟区;土壤类型;土壤速效磷;演变特征

中图分类号：S572.06          文章编号：1007-5119（2019）03-0016-08      DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.03.003

Abstract： The purpose of this study is to clarify the present situation and evolution characteristics of soil available phosphorus in Guangdong tobacco-growing areas. The content of available phosphorus in different production areas and different types of soil in 2000 and 2012 were determined by comparative analysis. The results showed that the average content of available phosphorus in soil was 44.92 mg/kg in Guangdong tobacco-growing areas， it was at the “surplus” level as a whole， with 31.75% and 13.02% of soil available phosphorus content at the levels of “surplus” and “deficiency”， respectively. The soil available phosphorus contents in Shaoguan， Meizhou and Qingyuan areas were 29.03， 122.61 and 22.61 mg/kg， respectively， in which Shaoguan and Qingyuan areas were at the “rich” level， Meizhou production area was at the high “surplus” level. The average soil available phosphorus contents in purple soil， beef live field and sand mud field was 15.43， 31.95 and 74.34 mg/kg， at the “moderate”， “rich” and “surplus” levels， respectively. During the 12 years （2000-2012）， the soil available phosphorus contents in the whole province， and in Shaoguan and Meizhou tobacco-growing areas were increased by 3.89， 10.64 and 97.27 mg/kg respectively. For the different soil types， that of purple soil， beef live field and sand mud field were increased by 5.53， 12.19 and 46.97 mg/kg， respectively. Therefore， the soil phosphorus management in Guangdong tobacco-growing areas was recommended as the following： to apply phosphorus fertilizer every other year in Meizhou tobacco-growing areas and in sand mud field， to reduce phosphate fertilization by half in beef live field， and to apply phosphate fertilizer normally in other types of soil， which could promote the sustainable development of high-quality tobacco leaf production and protect the ecological environment of the tobacco-growing areas.

Keywords： Guangdong tobacco-growing area; types of soil; soil available phosphorus; evolution characteristics

磷是烤烟生长发育所必需的大量营养元素之一，是烤烟体内核酸、核蛋白、磷脂、卵磷脂、植素和多种酶的重要成分，与烟株的光合作用、呼吸作用以及物质代谢关系密切，缺磷烟株根系生长发育受阻，植株矮小，叶色暗绿，生长缓慢，不能正常成熟，原烟化学成分协调性较差;反之易造成叶脉突出、组织粗糙、烟株早花，烤后烟叶弹性差、油分低、易破碎，烤烟产量降低，品质下降，经济效益差。烟株中磷含量一般占烟株干重的0.15%～0.60%，烤烟中磷主要来源于土壤，与土壤中的有效磷含量极显著正相关。因此，全面了解土壤有效磷含量区域分布和演变特征对指导区域内土壤磷素管理和烤烟磷肥施用具有积极意义。

上世纪80—90年代，我国约有2/3的土壤磷缺乏，近30年来，随着我国化肥产业的迅速发展，农业生产中磷肥投入大幅增加，从1980年到2011年，全国磷肥消费量由270万t上升到820万t，增长了3倍多，消费量居世界之首。中国烤烟种植区域间较大的生态和施肥水平差异决定了土壤中有效磷含量参差不一，前人也在不同烟区土壤有效磷含量的特征研究方面做了大量工作。郭燕等研究表明，湖北恩施州土壤有效磷含量偏低，平均为16.88±12.73 mg/kg，仅30.23%的土壤有效磷在适宜范围内。川北烟区土壤有效磷含量介于0.50～34.50 mg/kg，平均值为11.72 mg/kg，有效磷适宜种植烤烟的土壤占23.8%，有43.5%土壤有效磷含量低于10 mg/kg，处于偏低水平。贵州黔西南州土壤有效磷平均值为19.15 mg/kg，处于适宜范围内占26.04%，“极低”为39.58%，“低”为27.08%。由于磷在土壤中易被固定和移动性较弱，一般当季被吸收利用只有15%～18%，施入土壤中的磷80%以上都残留在土壤中，因此，连年施用大量磷肥极易导致土壤磷盈余。李爽等研究表明，云南省陆良烟区土壤有效磷平均含量为46.61±25.15 mg/kg，有19.78%的土壤为“丰富”，51.80%的土壤为“极丰富”。李强等对2010与2014年湖南省湘西自治州煙区土壤有效磷含量数据对比分析后发现，5年间土壤有效磷平均含量增加了30.89 mg/kg，增幅达425.48%，有21.13%的土壤面临着农业“面源”磷污染的风险。

依生态条件和烟叶风格，广东烟区分属两个生态区，其中韶关、清远（连州）产区为湘南粤北桂东丘陵山地烤烟区，属南岭丘陵生态区，烟叶焦甜醇甜香型;梅州产区为闽西赣南粤东丘陵山地烤烟区，属武夷丘陵生态区，烟叶清甜蜜甜香型。磷在土壤中的物理、化学和生物学过程直接影响到磷对作物的有效性。不同母质发育的红壤磷的有效性有差异。与物理性质不同，土壤的化学性质对磷有效性的影响则受多个方面的制约。其中，铁铝氧化物、pH、有机质、风化强度指标等对红壤磷有效性的影响显著。大量的研究证实，铁铝氧化物对磷肥的固定作用是红壤磷有效性低的一个重要原因。广东植烟土壤类型多样，包括沙泥田、牛肝田，紫色土、石灰土田和红火泥地等，不同类型土壤磷肥施肥技术不同，同时对磷素的有效性影响较大。针对广东烟区土壤养分和肥力方面，前人做了大量的研究工作，但都倾向于综合评价和个别区域评价，而对广东烟区不同类型土壤有效磷含量区域分布特征及演变趋势鲜见报道。本文拟采用对比分析的方法，研究2000和2012年广东烟区不同区域和不同类型土壤有效磷含量状况及变化趋势，分析土壤有效磷区域分布及演变特征，旨在为广东烤烟生产合理施用磷肥提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  土壤样品采集

严格遵循“随机、等量、同层次、多点混合”的原则，在土壤冬翻前，避开特殊地形部位和施肥点，采用“S”型取样，每个混合样取l0～15个点，取0～20 cm的耕层土壤。第1次取样于2000年12月进行，每20～22 hm设置1个取样点，在韶关、梅州烟区共采集611个土壤样品;第2次取样在2012年12月进行，每13～15 hm设置1个取样点，在韶关、梅州、清远（连州）产区共采集929个土壤样品。样品充分混合均匀后用四分法取1 kg土壤样品备用。土壤有效磷采用NaHCO浸提-钼锑抗比色法测定。

1.2  土壤有效磷分级

参照陈江华等土壤有效磷分级标准，将广东烟区土壤有效磷含量等级分为“缺乏”（<10 mg/kg）、“适中”（10～20 mg/kg）、“丰富”（20～40 mg/kg）和“盈余”（>40 mg/kg）4个等级。

1.3  数据统计与分析

采用SigmaStat 3.5进行描述性统计分析，S-W（Shapiro-Wilk）检验数据正态性，M-W秩和检验（Mann-Whitney Rank Sum Test）独立样本间差异，K-W单因素秩方差分析（Kruskal-Wallis One Way Analysis of Variance on Ranks），Dunn’s法进行多重比较。

2  结  果

2.1  不同产区有效磷含量区域分布及演变特征

从表1中可以看出，2000和2012年广东烟区各产区土壤样本有效磷含量皆呈非正态分布（表1，S-W检验<0.001），且样本数据分布右偏且拖尾较重。由表2看出，2000年广东烟区土壤样本有效磷含量平均值为21.03±17.32 mg/kg，总体上处于“丰富”（20～40 mg/kg）偏低水平;其中，韶关产区平均值为18.39±13.29 mg/kg，总体上处于“适中”（10～20 mg/kg）偏高水平，梅州产区平均值为25.34±21.76 mg/kg，总体上处于“丰富”水平。因数据为非正态分布，采用Kruskal-Wallis单因素秩方差分析（Dunn’s）结果显示，2000年梅州产区土壤有效磷平均含量显著高于韶关产区（=3.547，<0.05）;全省平均含量与韶关产区（=2.378，>0.05）及梅州产区（=1.717，>0.05）无显著差异。2012年，广东烟区土壤样本有效磷含量平均值为44.92± 49.27 mg/kg，总体上处于“盈余”水平（>40 mg/kg）;其中，韶关产区平均含量为29.03± 23.06 mg/kg，总体上处于“丰富”水平;梅州产区平均含量为122.61±61.83 mg/kg，总体上处于高度“盈余”水平;清远产区平均为22.61±15.91 kg/kg，总体上处于“丰富”偏低水平。2012年各产区间差异皆达到了显著水平，说明产区间土壤有效磷含量差异较大。

与2000年相比，2012年广东烟区不同产区土壤平均有效磷含量皆极显著增加（表2），其中全省平均含量增加23.89 mg/kg，韶关产区增加10.64 mg/kg，梅州产区增加97.27 mg/kg。

表3结果显示，2000年，广东烟区（不包括清远）有28.97%的土壤有效磷缺乏，仅11.62%的土壤有效磷盈余;其中韶关产区将近1/3（30.87%）的土壤有效磷缺乏，少数区域（5.80%）有效磷盈余;梅州产区超过1/4（25.86%）的土壤有效磷缺乏，但也有超过1/5（21.12%）区域有效磷盈余。至2012年，广东烟区（包括清远）有效磷缺乏的区域下降15.94个百分点，其中韶关和梅州产区分别下降16.03和25.86个百分点;与此同时，全省、韶关和梅州产区有效磷盈余区域占各自产区的比例分别增加到31.75%、21.77%和85.54%，较2000年分别增加20.13、15.97和64.42个百分点。

2.2  不同类型土壤有效磷含量演变特征

表4结果显示，除了2012年石灰土田和红火泥地土壤样本外（S-W检验>0.05），2000和2012年所有类型土壤样本有效磷含量分布都为非正态分布（S-W检验<0.001）。呈正态分布的样本未有异常值，而非正态分布的样本皆有大量异常值分布在较大一侧，反映非正态分布样本右偏拖尾分布。从表4还可以看出，2000年，广东烟区土壤有效磷平均含量最高的为砂泥田，平均含量為27.37±19.30 mg/kg，总体上处于“丰富”水平，显著高于其他各类土壤;其次为牛肝田，平均含量为19.76±12.69 mg/kg，总体上处于“适中”范围，显著高于紫色土和红火泥地，与石灰土田无显著差异;紫色土和红火泥地有效磷平均含量较低，分别为9.91±7.40 mg/kg和8.48±5.85 mg/kg，总体上处于“缺乏”（<10 mg/kg）水平。2012年，砂泥田有效磷平均含量为74.34±62.72 mg/kg，总体上处于“盈余”水平，且显著高于其他各类土壤;其次为牛肝田（31.95±16.39 mg/kg），总体上处于“丰富”水平，显著高于紫色土、石灰土田和红火泥地;紫色土、石灰土田和红火泥地有效磷平均含量间无显著差异，分别为15.43±12.01、11.72±3.88和11.94±3.43 mg/kg，总体上处于“适中”偏低水平。

从不同类型土壤有效磷平均含量年度间变化（表5）来看，紫色土、牛肝田、砂泥田和红火泥地2012年有效磷平均含量较2000年皆显著或极显著增加，分别增加5.53、12.19、46.97和3.46 mg/kg;石灰土田有效磷平均含量呈下降趋势，但不显著。

表6结果显示，2000年，广东烟区紫色土、牛肝田、砂泥田、石灰土田和红火泥地分别有58.82%、21.95%、15.36%、27.45%和72.13%的土壤有效磷缺乏;砂泥田有18.98%的土壤有效磷盈余，其他类土壤有效磷“盈余”比例皆不超过10%。至2012年，紫色土、牛肝田、砂泥田和红火泥地土壤有效磷“缺乏”比例分别下降26.84、15.04、11.25和27.69个百分点，而紫色土、牛肝田、砂泥田土壤有效磷“盈余”比例分别达到3.64%、25.09%和55.78%，分别增加2.47、17.77和36.81个百分点。

3  讨  论

我国南方广泛分布着红壤，以可变电荷矿物为主的酸性红壤对磷的固定相当强烈，导致磷在土壤中的移动性较小，特别是在华南植烟土壤中，施入土壤中的磷易被土壤吸附固定，磷与土壤铁、铝、钙和镁发生反应而沉淀。红壤旱地有效磷的供应往往不足，作物对施入的磷肥利用效率很低，当季作物的利用率一般仅为10%～25%。主要原因在于：磷肥施入土壤后，易与土壤组分发生吸附和沉淀反应，而红壤吸附磷的双核化和吸收作用比较强烈、延续时间较长，并逐渐转化为难溶性的Fe-P、Al-P和O-P而被固定。长期大量施用磷肥容易导致土壤磷素积累，同时影响其他元素的生物有效性。本研究结果表明，广东烟区土壤有效磷平均含量（2012）为44.92 mg/kg，有31.75%的土壤呈现有效磷盈余，12年间增加23.89 mg/kg，年平均增加1.99 mg/kg，高于广东省耕地有效磷平均增加速率。这主要是因为在广东烟区烤烟生产中（2000—2012）普遍施用烟草专用复合肥（N）∶（PO）∶（KO）=13∶9∶14，按照广东烟区年种植烤烟14000 hm、输入750 kg/hm烟草专用复合肥计算，2000—2012年广东烟区共输入PO 1.134×10 kg。因此，长期、大量的磷肥投入，再加上磷在土壤中移动性较差、易被固定和当季利用率低的特点，导致广东烟区土壤有效磷快速富集和盈余。

我国南方亚热带地区，广泛分布着红色、酸性、铁铝聚集、盐基高度不饱和的红壤，其养分含量低，速效养分缺乏。不同母质发育的红壤磷的有效性有差异，红壤磷有效性衰减的快反应阶段（3 h）固定率大小依次为：第四纪红色粘土（75%）>紫砂岩（44%）>红砂岩（31%）。土壤的物理性质对磷有效性的影响体现在吸附、扩散性能等方面，而不同肥力和土壤质地条件下黏粒含量不同，将影响磷在土壤中的吸附、扩散及其生物有效性。不同母质发育土壤物理化学特性差异较大（不考虑人为因素），母质与土壤磷含量关系密切。此外，农业土壤有效磷含量与海拔高度、土地利用類型、土壤轮作模式、施肥状况等密切相关。广东烟区（2012）土壤有效磷含量与土壤pH、碱解氮、有效钾、铁离子、氯离子含量极显著负相关，与土壤有机质、锌离子、锰离子和交换性镁含量极显著正相关（数据未列出），与许自成等研究结果不尽一致，这可能是因为研究对象各养分指标所处范围差异所致。本研究结果表明，广东烟区3种植烟面积最大的紫色土、牛肝田和砂泥田土壤有效磷含量差异显著，砂泥田土壤有效磷含量增幅最大且超过50%的土壤有效磷处于“盈余”水平，而仅有<7%的牛肝田和砂泥田土壤缺乏。由于各产区不同土壤类型分布差异较大，导致产区间有效磷含量及其演变特征趋势不同，其中梅州产区以砂泥田类土壤为主，其高达85.54%的土壤有效磷“盈余”，无“缺乏”的土壤。表明在同一耕作模式和施肥水平下，土壤母质决定土壤有效磷的固定和富集程度。因此，在广东烟区不同类型土壤中，应根据当地土壤类型决定施用磷肥种类和施肥量。

4  结  论

广东烟区土壤有效磷含量整体上处于“盈余”水平，各产区之间差异显著。广东烟区5种土壤中，植烟面积较大的紫色土、牛肝田、砂泥田有效磷含量整体上分别处于“适中”、“丰富”、“盈余”水平，3种土壤间差异显著;而植烟面积较小的石灰土田和红火泥地有效磷含量整体上分别处于“适中”偏低水平。2000—2012年广东烟区有效磷含量平均增加23.89 mg/kg，年均增加1.99 mg/kg，其中韶关和梅州产区分别增加10.64和97.27 mg/kg，年均分别增加0.89和8.11 mg/kg;紫色土、牛肝田、砂泥田、红火泥地4种植烟土壤有效磷含量皆显著增加，分别增加5.53、12.19、46.97和3.46 mg/kg。

针对广东烟区土壤有效磷现状，建议以有效磷含量30 mg/kg以上的土壤减少磷肥施用量50%以上、有效磷含量40%以上的土壤尝试隔年施磷技术为原则：（1）梅州产区建议隔年施磷;韶关和清远产区建议分土壤类型施磷;（2）砂泥田建议隔年施磷，牛肝田建议减少50%施磷量，紫色土、石灰土田和红火泥地建议正常施磷。

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