张家界植烟土壤酸碱度分布及影响因素研究

彭德元，袁谋志，付品山，王祖富，周游，张圣炜，覃潇，荆永峰，宋浩，王振华*

(1 湖南省烟草公司张家界市公司，张家界 427000；2 湖南中烟工业有限责任公司，长沙 410000；3 湖南农业大学，长沙 410128)

土壤酸碱度是影响土壤肥力的一项重要指标，一方面影响植物对土壤养分的有效吸收[1]，另一方面影响土壤中金属的形态和迁移[2]。前人研究表明，在土壤酸碱度为中性时(pH 6.5～7.5)，作物对多数矿质营养元素的吸收利用率较高[3]。pH 过低或过高都不利于作物对矿质养分的吸收与利用，造成严重的肥料浪费，甚至导致土壤失去耕种价值。烟草生长的适宜酸碱度范围为5.5～7.0，酸碱度过低或过高均不利于烟株生长和烟叶品质。近年来大量研究显示，我国多个烟区土壤有酸化的趋势。符云鹏等[4]研究发现，毕节烟区11.2%的土壤为强酸性，土壤酸碱度与土壤全氮、有效硼及有效锌含量呈正相关关系，与铵态氮、有效锰以及有效铁含量呈现负相关关系。云南文山烟区的研究表明[5]，文山烟区20.3%植烟土壤为强酸性，12.0%的植烟土壤为碱性。湘西烟区的研究显示[6]，2000—2015 年植烟土壤pH 均值下降了0.09 单位，pH 为极低和低的样品比例分别增加了17.41 和0.36 百分点。张家界是湖南省主要山地烟叶产区，烟草单季连作，关于该烟区植烟土壤酸碱度分布的研究未见报道。本研究利用张家界烟区2015 年植烟土壤普查数据，分析该区植烟土壤pH 的分布状况及可能的影响因素，以期为张家界烟区土壤保育和科学施肥提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 土壤采集和测定

2015 年，根据烟田的分布情况确定取样点，于前茬作物收获后，避开阴雨天气，根据田块形状分别采取“X”或“S”形方法采集耕作层(0～20 cm)土壤，其中慈利170 份、桑植200 份、永定98 份，共计468份。土壤样品经风干后制样保存待测。测定指标包括酸碱度、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、有效硫、交换性镁含量、阳离子交换量(CEC)、粘粒阳离子交换量、粗砂(2～0.2 mm)、细砂(0.2～ 0.02 mm)、粉砂(0.02～ 0.002 mm)和粘粒(<0.002 mm)等[7]。

1.2 数据分析

土壤pH 的分级标准参照文献[8]，分为极低(<5.0)、低(5.0～5.5)、适宜(5.5～7.0)、高(7.0～7.5)、极高(>7.5)5 个等级。采用Excel 2010 进行数据整理、描述性统计和多重比较，采用SPSS 22.0进行相关分析[9]，参考文献[10]进行平滑回归分析。

2 结果与分析

2.1 植烟土壤pH 状况

对张家界各县区的植烟土壤pH 进行基本特征和样本分布统计，结果见表1。张家界各县区植烟土壤pH 平均为5.91，总体上为弱酸性，基本处于适宜水平，最小值为4.23，最大值为8.38，变异系数为16.36%，属中等程度变异。从各县区土壤pH 差异来看，慈利、桑植、永定3 个植烟县土壤pH 存在显著差异(P<0.05)，其中，慈利县植烟土壤pH 显著高于永定区和桑植县。

表1 张家界植烟土壤酸碱度及样本频率分布Table 1 Distribution of soil pH and sample frequency in Zhangjiajie

张家界现有烟区土壤pH 适宜植烟的样本占38.25%，分级为低和极低的样本分别占18.16%和25.43%，分级为高和极高的样本分别占9.62%和8.55%。县区间土壤酸碱度样本分布差异较大，其中土壤酸碱度适宜样本比例最高的是桑植县，最低的是永定区，慈利县居中。

2.2 土壤pH 的影响因素

2.2.1 简单相关分析

简单相关分析的结果列于表2。土壤酸碱度与海拔高度、有机质含量、碱解氮含量、有效磷含量、有效硫含量、粘粒含量呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)负相关，与交换性钙、交换性镁、阳离子交换量、细砂粒呈极显著(P<0.01)正相关。

表2 土壤酸碱度与土壤主要理化指标的相关系数Table 2 Correlation analysis of soil pH and main physical and chemical indexes

2.2.2 逐步回归分析

以土壤酸碱度为因变量，以简单相关分析中与酸碱度相关性显著或极显著的指标为自变量进行逐步回归分析，解析这些指标对土壤酸碱度的总体贡献率，以及各指标对土壤酸碱度的独立解释能力。由逐步回归分析的结果可见，进入回归方程的指标有交换性钙、交换性镁、有效硫、有机质、粘粒、阳离子交换量、海拔和碱解氮等8 项指标(表3)。表中△R2表示在原有自变量的基础上新增该自变量后回归方程判定系数的增量，该数值的大小表示新增自变量在回归方程中的重要性；校正决定系数(AdjustedR2)表示各回归方程中所有变量对土壤酸碱度的解释能力。综合各个方程R2、AdjustedR2和△R2来看，土壤交换性钙含量对土壤酸碱度的影响能力最大，对土壤酸碱度变化的独立解释率高达53.2%，其次是交换性镁、有效硫、有机质含量、粘粒(<0.002 mm)、阳离子交换量、海拔和碱解氮含量等7 项指标，以上8 项指标对土壤酸碱度的累计解释能力达77.7%。

表3 主要理化指标与土壤酸碱度的逐步回归分析Table 3 Stepwise regression analysis of main physical and chemical indexes and soil pH

2.2.3 平滑回归分析

平滑回归分析结果显示，土壤pH 与交换性钙含量符合二次曲线关系(R2＝0.943 7，P＝0.001)，即随着土壤交换性钙含量的升高，土壤pH 先升高后趋于稳定；土壤pH 与交换性镁含量符合线性模型(R2＝0.821 4，P<0.001)，即随交换性镁含量的升高，土壤pH 表现为直线上升趋势；土壤pH 与有效硫含量符合幂函数模型(R2＝0.759 5，P<0.001)，即随有效硫含量增加，土壤pH 呈现减速下降的趋势；土壤pH 与有机质含量符合二次曲线模型(R2＝0.415，P<0.001)，即随着有机质含量的升高，土壤pH 呈现先快速下降后趋于稳定的规律；土壤pH 与土壤粘粒含量呈线性函数关系(R2＝0.386，P<0.001)，即随土壤粘粒含量增加，土壤pH呈直线下降趋势；土壤pH 与阳离子交换量符合线性模型(R2＝0.727 2，P<0.001)，即随阳离子含量增加，土壤pH 呈直线上升趋势；土壤pH 与海拔符合线性模型(R2＝0.545 2，P<0.001)，即随海拔升高，土壤pH 呈直线下降趋势。土壤pH 与碱解氮符合二次曲线模型(R2＝0.718，P<0.001)，即随土壤碱解氮含量增加，土壤pH 呈先下降后趋于稳定的趋势。

3 讨论

有研究表明[11，12]，烤烟对土壤酸碱度的适应能力较强，在pH4～9 的土壤上都能正常生长和繁殖，但想要获得优质烟叶，需要将烟草种植在特定pH范围内的土壤上；植烟土壤因地域不同而稍有差异，但普遍认为弱酸性或中性土壤更有利于获得优质烟叶。张家界市植烟土壤pH 值变幅为4.23～8.38，均值为5.91，单从均值上看属于适宜水平，但从样品的分布情况来看，只有38.25%的植烟土壤pH 处于适宜水平，43.59%的植烟土壤处于低或者极低水平，与其他烟区类似[4，5]，张家界市烟植土壤同样存在酸化的问题。

本文着重研究了海拔高度、有机质、碱解氮、有效磷、有效硫、粘粒、交换性钙、交换性镁含量、阳离子交换量、细砂粒等影响因素。土壤酸碱度与海拔高度、有机质、碱解氮、有效磷、有效硫及粘粒含量呈显著或极显著负相关，这与邓小华等[13]、戴万宏等[14]研究结果一致；而土壤酸碱度与土壤交换性钙、交换性镁含量、阳离子交换量、细砂粒呈极显著正相关，这与谭智勇等[15]的研究结果一致。通过逐步回归分析提取了8 项对土壤pH 贡献较大的指标，对土壤酸碱度的累计解释能力达77.7%，其中土壤交换性钙对植烟土壤酸碱度变化的解释能力达53.2%，其次是交换性镁、有效硫、有机质、粘粒(<0.002 mm)、阳离子交换量、海拔和碱解氮等7 项指标。平滑回归分析结果显示，交换性钙、交换性镁和阳离子交换量是主要的控酸因子，而海拔、有机质、碱解氮、有效硫、粘粒是主要的致酸因子，这说明张家界市烟植土壤pH 是多个因素共同作用的结果。还需根据土壤pH 区域差异，从有机物料、钙镁元素投入以及硫元素管控等方面进一步开展土壤酸碱度调控方面的研究。

4 结论

张家界植烟土壤pH 均值为5.91，pH 小于5.5的植烟土壤占43.59%，pH 大于7.0 的植烟土壤占18.17%，pH 处于适宜范围的为38.25%。土壤酸碱度、海拔高度、有机质、碱解氮、有效磷、有效硫、粘粒、土壤交换性钙、交换性镁、阳离子交换量及细砂粒等对土壤pH 有显著影响。应根据植烟土壤pH分布情况采取差异化管理，碱性植烟土壤区域应适当控制石灰投入量，土壤酸化区域应适当投入钙镁磷肥、生石灰和白云石粉进行改良，还可采用其他形态的钾肥部分替代硫酸钾肥料，缓解过量硫酸钾带入的硫酸根离子对土壤的致酸作用。