湖南稻作烟区土壤有效氯的垂直分布及影响因素分析

田丽君,胡瑞文，肖艳松，唐春闺，向鹏华，李宏光，陈 焘，钟越枫，李 强，穰中文,黎 娟

(1 湖南农业大学 农学院，湖南 长沙 410128；2 湖南省烟草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000； 3 湖南省烟草公司长沙市公司，湖南 长沙 410011；4 湖南省烟草公司衡阳市公司，湖南 衡阳 421000；5 湖南省烟草公司长沙市公司浏阳市分公司，湖南 浏阳 410300)

土壤中有效态微量元素是作物微量元素的主要获取来源[1]，其中氯是烤烟生长发育所必需的微量元素之一，影响烟株的光合作用和生长发育，对烟叶产量和品质也有一定的积极作用[2]。土壤中氯素含量是烟株氯素营养的重要物质基础，其含量多少直接影响土壤的供氯能力[3]。氯含量是评价烟叶质量的重要指标，烤烟氯含量过高或过低均会降低烟叶产质量[4]。许自成等[5]研究表明，以湖南烟区为例，烟叶氯含量与土壤中水溶性氯之间存在极显著的正相关，土壤有效氯含量过高，一定程度上也会导致烟叶氯含量的吸收增加。但烟草是“忌氯”作物，氯含量过高可能出现中毒症状，卷烟燃烧性也会变差，易导致熄火现象[6]。

湖南稻作烟区是我国典型的烟稻轮作区域，植烟土壤理化指标的丰缺评价及其影响因素的相关研究不在少数，且大多数集中在大量元素[7]、有机质[8]和pH[9]以及有效钼[8]、锰[10]、锌[11]、硼[12]等微量元素，土壤养分垂直分布特征研究也多关注大量元素[13-14]，有关氯元素的报道则相对较少。刘逊等[15]对湘西烟区植烟土壤氯含量及其影响因素进行探讨，结果表明前茬作物、海拔、土壤类型、pH均对土壤氯含量有一定影响。庞夙等[16]对会理县植烟区土壤氯的空间分布及其影响因子进行了研究，表明土壤理化性质对土壤有效氯含量的影响不显著，农艺措施尤其是含氯肥料的施用是影响该植烟区土壤氯离子含量的主要因素。虽然前人对于氯含量及其影响因素的研究取得了一定的成果，但研究植烟土壤剖面有效氯垂直分布特征则鲜有报道，而土壤养分垂直分布特征有利于指导合理耕作和施肥。鉴于此，本试验以湖南烟稻轮作区为研究对象，对土壤有效氯的垂直分布特征及其影响因素进行探讨，以期为湖南稻作烟区土壤合理利用和精准施肥以及优质烟叶生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为湖南湘东和湘南，包括郴州、衡阳和长沙。该区属于大陆性亚热带季风湿润气候，光照充足、热量丰富、无霜期长，春夏多雨、秋冬干旱，郴州、衡阳和长沙的年降雨量分别为1 610.8，1 511和1 539.9 mm。3烟区的种植模式均为烟稻轮作，在种烟季节不灌溉，在早稻种植中合理灌溉，全生育期保持1～2 cm水层。3烟区的烟草施肥种类一致，基肥包括专用基肥、钙镁磷肥和生物饼肥，追肥有提苗肥、硝酸钾和硫酸钾，无氯肥施用。水稻施肥种类：基肥为复混肥料,N、P2O5、K2O质量比为22∶6∶12, 尿素含氮46.4%，钾肥为KCl(含K2O 55%)。

1.2 样品采集

2017年在郴州、衡阳和长沙3个烟稻轮作区各选取10个有10年以上烟稻种植史的典型田块，其中，郴州市嘉禾县普满乡1个，和平镇、仁义镇和雷坪镇分别为4，3和2个；衡阳市耒阳县导子镇和马水镇各3个，竹市镇、东湖圩镇、哲桥镇和坛下乡各1个；长沙市浏阳市永安镇3个，北盛镇、沙市镇和官渡镇各2个，淳口镇1个。

当地代表性土壤质地为壤土，在采集 0～50 cm剖面土壤时，取质地为壤土的田块作为取样田块，分D1(0～10 cm)、D2(10～20 cm)、D3(20～30 cm)、D4(30～40 cm)、D5(40～50 cm)5个土层采取五点取样法采样。用取土器(型号QTZ-1，直径7.5 cm)取出不同土层的土壤，同一土层的土壤充分混匀，经风干、磨细、过筛、装瓶后供土壤理化分析。观察并划分各田块耕作层与非耕作层，测得长沙、郴州、衡阳烟区的耕作深度分别为8.2～13.4 cm、10.6～16.4 cm和9.5～16.4 cm，所以将0～20 cm作为湖南稻作烟区的耕作层，20～50 cm作为非耕作层。

1.3 土壤检测指标及方法

根据文献[17-18]，土壤有效氯采用 DIPA 浸提-原子吸收分光光度法测定；采用pH计法(水土质量比为2.5∶1)测定土壤pH值；根据《土壤物理性质测定法》[19]采用烘干法测定土壤含水率，环刀法测定土壤体积质量。

1.4 土壤有效氯适应性等级划分

根据《中国烟草种植区划》[20]及文献[15,21]，将湖南稻作烟区土壤有效氯的含量分为极低(≤5.00 mg/kg)、低(5.01～10.00 mg/kg)、适宜(10.01～30.00 mg/kg)、高(30.01～40.00 mg/kg)、极高(≥40.00 mg/kg)5个等级。依据各等级比例对湖南稻作烟区土壤有效氯丰缺状况进行判断。

1.5 数据处理与分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0软件进行试验数据处理、统计分析及绘制散点图等。采用SPSS进行多元统计分析、采用Pearson进行相关分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 湖南稻作烟区土壤有效氯的垂直分布

由表1可知，湖南稻作烟区土壤有效氯含量在不同土层间存在显著差异，0～30 cm土层土壤有效氯含量较适宜烟草生长所需，而30～50 cm土层土壤有效氯含量稍偏高。由表1还可知，不同烟区土壤有效氯的垂直分布规律基本一致，土壤有效氯含量在0～30 cm土层随土层深度增加逐渐减少，而30～50 cm土层随土层深度增加逐渐增大。

表1 湖南稻作烟区土壤有效氯垂直分布及适应性分布Table 1 Vertical distribution and adaptability distribution of soil available chlorine in Hunan tobacco-rice rotation areas

2.2 湖南稻作烟区土壤有效氯的分区比较

将长沙、郴州和衡阳3个烟区土壤有效氯含量的垂直分布进行比较，结果见图1。

图柱上标不同大小写字母分别表示同一土层不同烟区差异达0.01和0.05显著水平Different uppercase and lowercase letters indicate significant differences among layers at the levels of 0.01 and 0.05,respectively

从图1可以看出，长沙烟区土壤有效氯含量在0～30 cm土层均显著高于郴州和衡阳烟区，表现为长沙>衡阳>郴州(P<0.05)；3个烟区土壤有效氯含量在30～50 cm土层无显著差异。

2.3 湖南稻作烟区土壤有效氯的影响因素

将湖南稻作烟区土壤有效氯含量与土壤含水率、土壤体积质量以及土壤pH进行相关性分析，结果如表2所示。由表2可以看出，土壤有效氯含量在耕作层中受土壤含水率、土壤体积质量以及土壤pH的显著影响，其中土壤有效氯含量与土壤含水率呈显著负相关(P<0.05)，与土壤体积质量和土壤pH呈极显著或显著正相关(P<0.01或P<0.05)；在非耕作层中土壤有效氯含量受土壤含水率和土壤体积质量的影响较小，但仍受到土壤pH的显著影响，且随着pH的增大而增多。为进一步研究土壤有效氯与土壤含水率、土壤体积质量和pH的关系，对有显著相关的指标进行回归分析。

表2 湖南稻作烟区不同土层土壤有效氯含量与土壤含水率、土壤体积质量和土壤pH的相关性Table 2 Correlation between soil available chlorine content and soil moisture content,soil volume quality and soil pH in different soil layers in Hunan tobacco-rice rotation areas

将耕作层土壤有效氯含量与土壤含水率和土壤体积质量进行回归分析，结果(图2-A-B)表明，土壤有效氯含量与土壤含水率呈线性负相关，土壤含水率越高土壤有效氯含量越低；土壤有效氯含量与土壤体积质量呈线性正相关，土壤体积质量越大有效氯含量越高。由图2-C-D可知，土壤有效氯含量在耕作层和非耕作层与土壤pH均呈线性正相关，即土壤有效氯含量随pH的升高而增大，湖南稻作烟区酸性土壤中土壤有效氯含量低于碱性土壤。

由表2和图2还可知，土壤含水率和土壤体积质量对土壤有效氯含量的影响主要在耕作层，因此对非耕作层中土壤有效氯的影响因素进行分析。湖南稻作烟区的成土母岩主要有第四纪红色黏土、花岗岩和石灰岩3种类型，样本数分别为11，4和15个；成土母质的类型主要是洪积物、坡积物和残积物，样本数分别为18，5和7个。结果(图3)表明，土壤有效氯含量在不同成土母岩中有明显差异，其中土壤有效氯含量在第四纪红色黏土中最高，花岗岩土壤中次之，石灰岩土壤中最低。但非耕作层中土壤有效氯含量在不同成土母质土壤中差异不显著。由此可知，在非耕作层中影响土壤有效氯含量的主要因素是pH和成土母岩。

A-C代表指标之间在耕作层(0～20 cm)的回归分析，D代表指标之间在非耕作层(20～50 cm)的回归分析A-C represent regression analysis among indexes for soil tillage layer of 0-20 cm，D represents regression analysis among indexes for soil non-tillable layer of 20-50 cm图2 湖南稻作烟区土壤有效氯含量与其影响因素之间的回归分析Fig.2 Regression analysis between soil available chlorine content and its influencing factors in in Hunan tobacco-rice rotation areas

图柱上标不同大小写字母分别表示不同成土母岩和母质间差异达0.01和0.05显著水平Different uppercase and lowercase letters indicate 0.01 and 0.05 significant levels, respectively图3 湖南稻作烟区不同成土母岩和母质对土壤有效氯含量的影响Fig.3 Influence of different soil-forming parent rocks and parent materials on soil available chlorine content in Hunan tobacco-rice rotation areas

3 讨 论

土壤养分含量是烤烟优质适产的基础，其诊断是指导烟草施肥的核心[22]。烤烟的生长发育及烤后烟叶的可用性与植烟土壤有效氯含量密不可分[2]。根据有效氯在0～50 cm土壤剖面的垂直分布特征可知，湖南稻作烟区土壤有效氯含量较适宜，0～30 cm土层中有效氯含量能较好地满足烟草生长所需，但在30～50 cm土层中土壤有效氯含量稍偏高，在生产中需适当采取控氯措施。其主要原因是前茬作物为水稻，植烟土壤为水稻土，水稻土的氯含量极显著高于其他类型土壤，这与水稻种植时大量施用氯化钾有关[15]。常年使用氯化钾肥料，是导致土壤氯离子含量高的重要原因。因此，需要从烟田土壤的前茬作物入手，规范高氯肥料在前茬和烤烟当季施用[23]。

根据对长沙、郴州和衡阳3烟区烟田土壤有效氯的垂直分布规律分析可知，土壤有效氯含量在0～30 cm土层间随土壤深度增加逐渐减少，在30～50 cm土层随土壤深度增加而增大。在0～30 cm土层中随着土层深度的增加，氯离子含量均呈现下降趋势，说明该部分氯离子来自外源氯的加入，呈现从上往下渗透的趋势[24]。深层有效氯含量偏高主要是因为土壤中的氯一般以离子的形态存在，在土壤中移动性很大[25]，3烟区的年降雨量均大于1 500 mm，而且氯为强溶淋元素，75%以上都会随水迁移到30 cm以下[26]。氯含量在深层土壤聚集的现象与尤晓莹等[27]的研究结果一致，说明氯离子的移动方向为垂直方向上的自上而下，充分体现出“盐随水来，盐随水去；盐随水聚，水散盐存”的特点。3烟区土壤有效氯含量在0～30 cm土层存在显著差异，以长沙烟区显著高于郴州和衡阳，具体表现为长沙>衡阳>郴州(P<0.05)。这可能是由于2015年土壤普查结果显示浏阳市部分烟区土壤氯含量偏低，段淑辉等[28]提出在烟叶氯含量偏低地区考虑适当补氯，导致长沙烟区的土壤有效氯含量较高。因此不同植烟区应采取差异化的管理措施。

刘逊等[15]研究表明，不同海拔高度和pH的植烟土壤氯含量达到显著差异；谭军等[29]指出降雨也是影响土壤氯含量的重要因素；庞夙等[16]研究表明，农艺措施特别是含氯肥料的施用是影响土壤有效氯含量的重要因素。前人研究影响土壤有效氯含量的因素较多，主要包括下层母岩物质，空气中Cl-的沉积，通过灌溉水沉积、施肥和其他人类活动输入，盆地卤水或盐泉的贡献[30]。本研究对土壤含水率、土壤体积质量、pH以及成土母岩、母质对土壤有效氯含量的影响进行了探讨，结果表明耕作层中土壤有效氯含量在含水率高的土壤中较低，这与徐明岗等[31]的研究结果一致，氯大多是以离子形式存在土壤中，在湿润地区易于被淋湿，Cl-扩散较快，所以土壤有效氯含量随土壤含水率增大而降低。土壤体积质量是表征土壤物理性质的重要参数，其影响土壤水分、盐分及养分在土壤中运移[32-33]。本研究结果表明，土壤有效氯含量随着土壤体积质量增加逐渐增多，这与徐明岗等[31]的研究结果相似，黏壤土中随土壤体积质量增加，Cl-扩散系数下降从而导致土层中有效氯增多。在耕作层和非耕作层中土壤有效氯均随pH值的升高呈上升趋势，这是由于土壤中的OH-能减少烟株对氯的吸收，一方面是因为OH-与Cl-存在拮抗关系，另一方面硝化作用加强，烟株对Cl-的吸收受到抑制[23]，从而导致氯在碱性土壤中有效性较强。因此，通过适当调整施肥策略，采取隔年过磷酸钙和钙镁磷肥交替施用的办法，稳步降低土壤pH[34]，以促进土壤有效氯含量处于烟草生长所需最适范围。

土壤含水率和土壤体积质量对土壤有效氯的影响主要集中在耕作层，非耕作层中土壤有效氯在不同母岩中具有显著差异，这与任汝周等[23]的研究结果一致。因此在非耕作的犁底层和心土层中，土壤有效氯含量可能主要受到地形地貌[35]、成土母岩的作用，这一现象还有待深入研究。另外，庞夙等[16]、尤晓莹等[26]和Christoph-Martin等[36]研究表明，土壤有效氯含量还受农艺措施尤其是含氯肥料的施用和施肥方式影响，即需要深入研究植烟土壤中含氯肥料施用量、施用时期、施用方式。尤晓莹等[27]研究表明，水肥一体化的施肥模式在滴灌和水分分布过程中，促进土壤氯由表层向深层移动，从而降低烤烟根际土壤氯含量。因此，可以通过减少氯肥施用、采取水肥一体化的施肥模式，为烤烟生长提供良好的土壤环境，促进优质烤烟的生产。

4 结 论

湖南稻作烟区土壤有效氯含量在不同土层间存在显著差异，不同烟区0～30 cm土层有效氯以长沙最高、衡阳次之、郴州最低。在耕作层中土壤有效氯含量随pH和土壤体积质量增加而增加，随土壤含水率增大而降低；在非耕作层中土壤有效氯含量主要受成土母岩、母质自然因素的作用。因此，在湖南稻作烟区烟叶生产中，需因地制宜控制氯肥施用，合理安排过磷酸钙和钙镁磷肥的交替使用及采用水肥一体化施肥等措施，优化植烟土壤养分以促进优质烤烟生产。