重庆市武隆区植烟土壤肥力及其影响因子研究

沈 铮，陈 卫，徐 军，郑文冉，姚鹏伟，武云杰，王 晶

（1. 重庆市烟草公司武隆分公司，重庆 武隆 408500；2. 河南农业大学 烟草学院，河南 郑州 450002）

土壤养分含量是衡量土壤质量的重要指标之一，对植物生长发育有重要影响[1]。烟草是一种适应性较广的经济作物，不同土壤肥力条件下均能生长，但土壤养分丰缺状况对烟株生长发育、烟叶产质量有重要影响[2-3]。土壤单项养分指标不能全面反映整体肥力水平，因此评价土壤肥力需要综合性指标。目前土壤养分及肥力质量综合评价的方法有主成分分析法[4]、模糊数学分析法[5]、地统计学法[6]、聚类分析法[4]、指数和法[7-8]等，通过计算综合评价得分可以对土壤肥力质量进行数值化评价[9-10]。

武隆区自1983 年开始种植烤烟以来就一直是重庆市重要的产烟区之一。但随着植烟年限不断增长，加上不合理的施肥，导致土壤肥力降低，烟叶产质量降低，烟农收益降低[11]。加强烟田保护、合理布局烤烟种植区是提升烟草原料保障能力和优化烟叶等级结构的重要举措。鉴于此，项目组根据武隆烟区种植规模等因素采集414 个土壤样品，分析土壤pH 值以及有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量等指标，以期揭示武隆烟区土壤养分分布特征及影响因素，为该区烟草种植合理布局、平衡施肥和土壤保育提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

武隆区位于重庆市东南部，属亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛，四季分明，年平均气温15～18℃，烤烟大田生长期间（5—9 月）月平均气温24.22℃；年降水量1 000～1 200 mm，其中烤烟大田期总降雨量平均为792.2 mm；年平均日照时数1 075.1 h，其中烤烟大田期总日照时数平均为703 h，采烤（8—9 月） 总日照时数平均311.3 h。烤烟种植区主要分布在海拔700～1 300 m 的中海拔烟区，每年种植面积0.4万～0.6 万 hm2[12]。

1.2 烟田选择与采样

以武隆区烤烟种植规模为主要依据，于2017 年烟叶采收结束后分别在巷口、江口、火炉、白马这4个基地单元的23 个乡镇共采集414 个土样（图1），并记录各采样点经纬度、海拔定位、植烟年限、轮作制度、地形等因素。取样时采用“S”型取样法，每个取样点采集10～20 个耕层土样（0～20 cm），土壤充分混匀后用四分法收集2 kg 作为样品带回实验室。样品经过自然风干、去除杂物、研磨和过筛后（1 和0.25 mm）测定样品pH 值以及有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量。

图1 武隆区烟田采样点分布

1.3 指标测定及评价方法

1.3.1 指标测定方法 土壤pH 值用pH 计测定（水土比为2.5 ∶1）；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化外加热法测定；全氮含量采用凯氏定氮法测定[13]。

1.3.2 土壤养分分级标准 参照前人[14-16]的研究方法，将土壤pH 值、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾等分为5 个等级，将植烟土壤综合肥力指数（Integrated Fertility Index，IFI）分为5 个等级（表1）。1.3.3 模糊数学综合评价法 通过模糊数学综合评价法对植烟土壤的综合肥力状况进行评价[5]。首先确定各养分指标的隶属函数，计算各指标隶属度，然后采用主成分分析法[17]确定各指标的权重系数，最后采用指数和法求出各土壤样品的综合肥力指数。

表1 植烟土壤养分及综合肥力指数（IFI）等级划分标准

采用隶属函数的方法将土壤养分指标标准化，常见的隶属函数有S 型隶属函数和抛物线型隶属函数，其表达式分别为公式（1）和公式（2），综合肥力指数计算公式见（3）。根据相关报道及当地植烟生产实际状况，有效磷、速效钾指标采用“S”型，pH 值、有机质、全氮和碱解氮指标采用抛物线型。

S 型：

抛物线型：

式中，Nij和Wij分别为第i个土壤样品的第j个土壤养分指标的隶属度值和相应的权重系数。

1.3.4 数据处理与分析 采用Excel 2010 和IBM Statistic SPSS 23.0 软件进行数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 重庆市武隆烟区土壤养分描述性统计

由表2 和表3 可知，武隆烟区土壤pH 值范围为4.46～8.28，平均值为6.09，其中24.88%土壤pH 值低于5.5；有机质含量为5.54～54.18 g/kg，平均值为27.08 g/kg，高有机质含量（＞30 g/kg）和低有机质含量（＜20 g/kg）土壤分别占31.40%和15.94%；全氮平均含量为1.70 g/kg，98.79%土壤全氮含量处于中等以上水平（＞2.0 g/kg）；碱解氮平均含量为140.62 mg/kg，变异系数为24.07%，73.43%土壤碱解氮含量处于高水平（＞120 mg/kg）以上；有效磷平均含量为31.76 mg/kg，75.37%烟区土壤有效磷含量高于220 mg/kg，变异强度较大，变异系数为59.60%；速效钾平均含量为307.24 mg/kg，47.34%烟区土壤速效钾含量处于高水平以上（＞300 mg/kg）；各指标变异系数由小到大排列依次为有效磷＞速效钾＞全氮＞有机质＞碱解氮＞pH 值。

2.2 重庆市武隆烟区土壤综合肥力评价

从IFI 来看，重庆市武隆区植烟土壤的IFI 范围在0.04～1.05 之间，平均值为0.73（表2），其中有88.16%的土壤综合肥力指标处于中等及以上水平（表3）。不同基地单元土壤pH 值、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量分布不均，单个养分指标不能有效代表土壤综合肥力空间分布特征。因此，利用主成分分析法对6 个指标进行综合分析。由表4 可知，第1、2 主成分特征值分别为2.052、1.329，方差贡献率分别为34.205%、56.356%，累计贡献率约为90.56%，各肥力指标权重由大至小的顺序依次为有机质＞全氮＞碱解氮＞pH 值＞速效钾＞有效磷。

表2 重庆市武隆烟区土壤养分的描述性统计

表3 重庆市武隆烟区土壤养分及综合肥力指数（IFI）各等级占比 （%）

表4 重庆市武隆烟区土壤肥力指标主成分分析结果及指标权重

由表5 可知，不同基地单元之间的土壤pH 值、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等指标和IFI 均存在显著差异；其中，白马基地单元土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量最高；江口基地的土壤IFI 为0.84，显著高于巷口、火炉、白马这3 个基地，即江口基地单元植烟土壤养分适宜度最佳。

表5 不同基地单元土壤养分及综合肥力指数（IFI）平均值

2.3 影响土壤肥力的因素

2.3.1 海拔高度 由图2 可知，随着海拔高度的不断增加，土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量呈增加趋势；土壤速效钾含量随该海拔升高呈现先增加后降低的趋势；土壤pH 值和IFI 与海拔无显著关系。

图2 海拔高度对烟区土壤肥力的影响

2.3.2 植烟年限 由图3 和图4 可知，随着植烟年限不断增加，土壤全氮、碱解氮含量呈逐渐降低趋势；pH 值随植烟年限增加逐渐升高后又逐渐降低；土壤有机质、有效磷、速效钾和IFI 与植烟年限没有显著关系。

图3 植烟年限对烟区土壤肥力的影响

图4 海拔（左）、植烟年限对（右）土壤综合肥力影响

2.3.3 耕作模式 由表6 可知，与连作烟田相比，轮作显著降低了土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾的含量，但显著提高了IFI。同时，轮作对土壤pH 值、碱解氮含量无显著影响。

表6 耕作模式对烟区肥力的影响

2.3.4 前茬作物 由表7 可知，蔬菜作为前茬的土壤碱解氮含量显著高于烟草和玉米，不同前茬作物对其他土壤养分指标及IFI 没有显著影响。

表7 前茬作物对烟区土壤肥力的影响

2.3.5 地 形 由表8可知，平地植烟土壤的速效钾含量显著高于坡地，地形对其他养分指标和IFI 没有显著影响。

表8 地形对烟区肥力的影响

3 讨论与结论

3.1 土壤养分及综合肥力指数分布特征

烤烟生长的适宜土壤pH 值范围为5.5～6.5[18]，武隆烟区24.88%土壤pH 值处于低水平（＜0.05），在这些地区推荐施用钙镁磷肥、硅钙肥、生石灰和生物炭等碱性物料，同时还可采取作物秸秆还田等措施改良酸化土壤[16,19]。武隆烟区有52.66%的土壤有机质含量适中，31.40%的地区土壤有机质含量高，15.70%的地区土壤有机质含量低，还有0.24%的地区土壤有机质含量极低。土壤有机质矿化后能为烟草提供大量矿质营养，尤其在烟草生长后期高温高湿环境下，大量供氮会使烟草贪青晚熟，造成中上部叶不容易正常落黄，烤后烟叶烟碱含量高；相反有机质含量过低，氮素供应不足，烟叶香气量不足。因此对于有机质含量高的区域，应适当减少有机肥施用量；而对于有机质含量过低的区域，应继续增加有机肥施用量。全氮是土壤中所有可被植物利用和不可被植物利用的氮素的总称。调查发现，武隆烟区有79.95%的地区土壤全氮含量适中，18.84%土壤全氮含量处于高或过高水平，因此对于全氮含量高的烟区，要适当减少有机肥和施氮量。碱解氮含量能较好地反映土壤氮素供应状况和土壤氮素释放速率[20]。武隆烟区有73.43%的土壤碱解氮含量处于高或过高水平，在这些地区要适当减少施氮量，避免烤烟发育过度，影响烟叶品质。武隆烟区75.37%的土壤有效磷含量处于高或过高水平，并且属于强变异。近年来，武隆烟区氮磷钾肥料投入比例稳定在1 ∶1 ∶3 左右，但磷肥利用率低，导致烟区土壤磷含量连年不断积累上升[19]。鲁艳红等[21]也表明，长期投入磷肥是造成土壤有效磷积累的主要原因。因此，今后植烟土壤需要在生产上持续保持低磷投入，直到土壤有效磷含量恢复至正常值。对于6.76%的缺磷烟区应注重补磷。烟草是喜钾作物，胡国松等[22]认为土壤中钾含量越多越好，武隆烟区有47.34%的土壤速效钾含量处于高或过高水平，有19.56%的土壤速效钾含量不足。钾素不足地区要重视补充钾肥，钾素过高区域与每年大量施用钾肥有关。4 个基地单元中，白马基地单元有机质、全氮、速效钾和有效磷含量最高，化肥减量空间较大。江口各项指标含量较适宜，IFI 也高于其他地区，因而更适宜种植烤烟。

3.2 土壤养分含量及IFI 影响因素

调查结果显示，土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量随海拔高度增加而呈增加趋势。这与王育军等[23]在陆良县烟区的结果一致，可能与高海拔区域植被丰富且气温低有利于养分积累有关。随着植烟年限增加，土壤pH 值逐渐增加后又呈缓慢降低趋势，这主要与重庆烟区近年来注重改良酸性土壤有关[19]；而全氮和碱解氮含量随种植年限呈降低趋势，这主要与近年来各产区严格控制施氮量有关，当前产区在烤烟株型上以培育“中棵烟”为目标，在一定程度上也减少了氮肥用量。研究结果表明，连作烟田的土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量均显著高于轮作烟田。然而有研究指出[24]，轮作土壤有机质和全氮高于连作土壤，原因可能与重庆烟区近年来连续增施有机肥、实施土壤保育有关。同时，烟区连年施用磷肥和大量钾肥，导致连作烟田的有效磷和速效钾含量也高于轮作土壤。然而，实施轮作的IFI 显著大于连作，这主要是由于轮作后土壤的养分含量处于较适宜水平。通过研究发现，影响武隆烟区土壤IFI 的主要养分指标为有机质、全氮和碱解氮，武隆烟区土壤有机质和全氮含量偏高，轮作有利于适度降低有机质和全氮含量而提高土壤IFI，进而保证烟叶正常生长发育，形成优质烟叶。蔬菜作为前茬作物的土壤碱解氮含量较高，可能与蔬菜种植期间需施大量氮肥有关[19]，因而以蔬菜为前茬作物的烟田，在种植烤烟时应适当减少氮肥用量。平地土壤速效钾含量显著高于坡地，这主要是由于坡地钾离子容易流失。