石门县植烟土壤主要肥力指标特征

梅光军，曹明锋，祝 利，龙世平，孙敬钊，彭斯文，廖超林

（1. 常德市烟草公司，湖南 常德 425000；2. 湖南省农业环境生态研究所，湖南 长沙 410125；3. 湖南农业大学，湖南 长沙 410128）

土壤是烤烟生长发育的重要载体，提供了烤烟生长所必需的矿质元素和水分，是烤烟赖以生存、发育的基础[1]。土壤有机碳、氮、钾、磷是土壤肥力不可或缺的构成要素，其含量是海拔、地形、气候和生物因子相互作用的结果[2]。而海拔高度变化导致光、温、水、热资源差异巨大，其土壤类型和理化性质也会相应变化[3]。由于土壤理化性状是影响烤烟生长发育及品质的关键基础性要素，而海拔又是土壤理化性状的重要影响因子[4]。因此，研究海拔对植烟土壤肥力指标的影响，对指导山地烟区生产布局及生产措施制定具有重要的现实意义。

有研究表明，植烟土壤主要肥力指标在高海拔与中、低海拔间差异显著。如王恩武等[5]发现低海拔地区植烟土壤的有机质和碱解氮含量较高，高海拔区域内的速效养分变幅较大；刘琼峰等[6]指出植烟土壤氮素和有机质含量随海拔高度的升高呈上升趋势；朱三荣等[7]认为植烟土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效钾、有效磷含量随着海拔高度的升高而增加；黎妍妍等[8]等发现植烟土壤有机质、碱解氮和速效钾含量与海拔呈极显著正相关。以上研究结果均以不同母质类型的植烟土壤为对象而获得，对于单一成土母质植烟土壤在不同海拔的主要肥力指标差异尚未见报道。因此，笔者以位于湘西北的石门县为研究区，分析了石灰岩母质发育的植烟土壤主要肥力指标分布的特点及其与海拔的相互关系，以期为石门烟区植烟土壤养分管理及土壤退化防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集

于2018 年秋冬季烟田翻耕前，在石门县的9 个乡镇中的28 个村，选择石灰岩母质发育的多年植烟土壤，采集耕作层（0～20 cm）土样 429 个，其中大同山镇、壶瓶山镇、南镇镇、三圣乡、所街镇、太平镇、维新镇、新铺镇、皂市镇的采集样本数量分别为 35、54、33、55、62、24、64、42 和60 个。按种植面积每10 hm2左右采集1 个代表样，每个代表样由同一采样单元同一土壤类型的多个样点土样混合而成，同一田块为一个样点，每个样点由5～10 点土样混合而成，以保证足够的采样点；每个采样点的取土深度及采样量均匀一致。

1.2 土壤肥力指标的测定

土壤肥力指标测定方法按鲁如坤[9]的方法进行。土壤pH 值以水土比2.5 ∶1 用pH 计测定；土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定；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-火焰光度法测定。

1.3 植烟土壤肥力指标适宜性分级

土壤主要肥力指标适宜性分级参照文献[10-11]，将植烟土壤pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾分为极低、低、适宜、高、极高5 级（表1）。依据各等级比例对植烟土壤肥力指标丰缺状况进行诊断。

表1 植烟土壤pH 值和主要养分适宜性等级

1.4 统计分析方法

应用Excel 2013 和SPSS 20.0 软件进行统计分析，采用单因素方差分析（one-way ANOVA）比较处理间差异，用Duncan’s 法检验差异显著性（P＜0.05），采用Pearson 法进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤主要肥力指标的适宜性分布特征

由表2 可知，土壤pH 值在适宜范围的样本比例占40.17%，等级为高以上和低以下的样本比例分别占44.45%和15.38%，说明湘西北山区植烟pH 值存在较大比例的偏低和偏高现象；土壤有机质和碱解氮在适宜范围的样本比例分别占53.85%和64.10%，极低比例分别占3.42%和0.85%，说明石门烟区植烟土壤有机质和碱解氮含量整体适宜；有效磷和速效钾适宜比例仅分别占29.06%和21.37%，但等级为高以上的样本比例分别占60.69%和53.84%，说明石门烟区植烟土壤有效磷和速效钾含量整体较高。从变异系数看，土壤pH 值属中等强度变异，其他4 个肥力指标均为强变异。变异系数排序为有效磷＞速效钾＞有机质＞碱解氮＞pH 值。

表2 石门植烟土壤pH 值和主要养分适宜性分布

2.2 海拔与植烟土壤主要肥力指标间的关系

将石门烟区植烟土壤海拔按200～300 m、300～400 m、400～500 m、500～600 m、600～700 m、700～800 m、800～900 m、900～1 000 m、1 000～1 100 m、1 100～1 200 m分为10 组，其中各组样本数量分别为41、33、43、51、42、50、35、57、54、23，分别统计不同海拔组的pH 平均值及适宜性样本分布频率（由表3～7）。

2.2.1 不同海拔的土壤pH 值分布及相互关系由表3 可知，10 个组的植烟土壤pH 均值范围为5.55～7.46；不同海拔组的植烟土壤pH 值差异显著，其中海拔200～300 m 组显著低于400 m 以上的8 个组；海拔1 000～1 100 m 组显著高于海拔200～600 m 间的4 个组。不同海拔组之间植烟土壤pH 值适宜样品比例以海拔400～500 m 组最高，海拔800～900 m 组最低。

表3 不同海拔植烟土壤pH 值适宜性分布

将分组后的土壤pH 值与海拔进行曲线拟合（图1），其最优回归方程为Y=4E-09x3-1E-05x2+0.009 9x+3.801 9（R2=0.713 4，F=9.238），表明海拔与pH 值存在显著曲线关系。海拔在200～700 m 间，土壤pH 值随着海拔的增加快速上升，当海拔＞700 m 时，植烟土壤pH 值变化相对平稳。

图1 海拔与pH 值的关系

2.2.2 不同海拔的土壤有机质分布及相互关系由表4 可知，10 个组的植烟土壤有机质均值范围为20.66～33.78 g/kg；方差分析表明，200～500 m 间3 个组的有机质含量显著低于海拔500 m 以上的7 个组有机质含量；海拔1 100～1 200 m 组有机质含量显著高于海拔200～800 m 间的6 个组。不同海拔组之间植烟土壤有机质适宜样品比例以海拔1 100～1 200 m 组最高，海拔500～600 m 组最低。

表4 不同海拔植烟土壤有机质适宜性分布

将分组后的土壤有机质与海拔进行曲线拟合（图2），其最优回归方程为Y=-4E-08x3+0.000 1x2-0.079 9x+41.506（R2=0.635 2，F=4.484），表明海拔与有机质存在显著曲线关系。海拔在200～500 m 间，土壤有机质含量随着海拔的增加下降；当海拔＞500 m 时，植烟土壤有机质含量随着海拔的增加快速上升。

图2 海拔与有机质含量的关系

2.2.3 不同海拔的土壤碱解氮分布及相互关系由表5 可知，10 个组的植烟土壤碱解氮均值范围为130.01～157.03 mg/kg；方差分析表明，400～500 m 组碱解氮含量显著低于其他9 个组；海拔200～300 m 和800～900 m 组碱解氮含量显著高于其他8 个组。不同海拔组之间植烟土壤碱解氮适宜样品比例以海拔1 000～1 100 m 组最高，海拔200～300 m 组最低。

表5 不同海拔植烟土壤碱解氮适宜性分布

将分组后的土壤碱解氮与海拔进行曲线拟合（图3），最优回归方程为：Y=-4E-07x3+0.000 8x2-0.504 3x+232.2（R2=0.737 2，F=5.614），表明海拔与碱解氮存在显著曲线关系。海拔在200～500 m 和900～1 200 m间，土壤碱解氮含量随着海拔的增加下降；而海拔在500～900 m 间，植烟土壤有碱解氮含量随着海拔的增加而上升。

图3 海拔与碱解氮含量的关系

2.2.4 不同海拔的土壤有效磷分布及相互关系由表6 可知，10 个组的植烟土壤有效磷均值范围为14.18～103.23 mg/kg；方差分析表明，200～300 m 和500～600 m 组有效磷含量显著低于其他8 个组；海拔1 000～1 100 m 和1 100～1 200 m 组有效磷含量显著高于其他8 个组。不同海拔组之间植烟土壤有效磷适宜样品比例以海拔700～800 m 组最高，海拔1 100～1 200 m 组最低。

表6 不同海拔植烟土壤有效磷适宜性分布

将分组后的土壤有效磷与海拔进行线性回归（图4），回归方程为Y=0.096x-9.651 1（R2=0.831 3，F=39.422），线性相关关系极显著，表明土壤有效磷随海拔增加而升高。

图4 海拔与有效磷含量的关系

2.2.5 不同海拔的土壤速效钾分布及相互关系由表7 可知，10 个组的植烟土壤速效钾均值范围为179.36～494.72 mg/kg；方差分析表明，300～400 m 组速效钾含量显著低于600～900 m 和1 100～1 200 m 组；海拔700～800 m 和1 100～1 200 m 组速效钾含量显著高于200～500 和1 000～1 100 m 海拔组。不同海拔组之间植烟土壤速效钾适宜样品比例以海拔1 000～1 100 m 组最高，海拔200～300 m 组最低。

表7 不同海拔植烟土壤速效钾适宜性分布

将分组后的土壤速效钾与海拔进行线性回归（图5），回归方程为Y=0.290 4x+138.97（R2=0.618 8，F=12.985），线性相关关系极显著，表明土壤速效钾随海拔增加而升高。

图5 海拔与速效钾含量的关系

3 讨 论

3.1 海拔对植烟土壤pH 值的影响

植烟土壤pH 值影响烤烟烟叶质量，一般认为适宜烤烟种植的土壤pH 值范围在5.5～7.0 之间。从石门烟区植烟土壤pH 值均值6.66 看，呈弱酸性至中性，满足优质烟叶生产的要求；但pH 值属中等变异，存在4.27%样品＜5.0 的极低水平和35.90%样品＞7.5的极高水平；说明石门烟区植烟土壤存在强酸性和强碱性土壤，不利于烤烟生长发育，需引起重视。海拔是影响土壤pH 值的重要因素，主要通过影响气候、植被及土壤母质风化因素而导致土壤CEC、缓冲性等的变化，进而导致土壤pH 值随海拔呈现规律性的变化[4]。海拔200～300 m 组土壤pH 值显著低于400 m 以上的8 个组，均值为5.55，同时海拔200～500 m 间的3 个组中pH 值＜5.5 的土样比率分别占到45.14%、25.52%和18.96%，说明低海拔尤其是海拔200～300 m 植烟土壤存在酸化特征；低海拔主要是石灰岩红壤或黄红壤，脱硅富铝化作用相对较强[12]，同时烟田耕作强度大，化肥施用量高，部分土壤出现酸化现象。海拔700 m 以上烟区，存在较大比例pH值极高等级的土壤；可能与该区成土作用慢，受成土母质影响较大有关。最优回归曲线曲线表明，土壤pH 值在海拔700 m 以下，随着海拔的增加快速上升，可能与随着海拔的增加，土壤风化淋溶作用弱，CEC和缓冲性能降低有关；当海拔＞700 m 时，植烟土壤pH 值变化相对平稳，说明土壤风化淋溶及盐基离子浓度差异不大，从而土壤缓冲性能差异不明显，土壤pH 值保持平稳。

3.2 海拔对植烟土壤有机质和碱解氮的影响

土壤有机质是影响土壤结构、养分供应的关键物质，是决定土壤质量的主要指标[13]。植烟土壤有机质含量在20～30 g/kg 的中等范围即可满足优质烤烟生产要求[14]。石门烟区植烟土壤有机质含量均值为26.00 g/kg，在烤烟生长发育的适宜范围，处于极低水平的土样仅占3.42%；说明石门烟区植烟土壤有机碳能满足优质烤烟的生产需求。土壤有机质含量受有耕作、机质输入及分解矿化等因素的影响[15]。石门烟区植烟土壤200～500 m 间3 个组的有机质含量显著低于海拔500 m 以上的7 个组；可能与耕作管理和分解矿化速率相关，海拔＞500 m 的山区实行的是一年一熟的连作植烟，而海拔＜500 m 的植烟土壤主要为低山丘陵区，往往实行一年两熟的耕作制度，耕作强度大，土壤结构易破坏，降低了对土壤有机质保护作用，同时低海拔区水热条件好，有机质分解矿化速率高[16]，因此200～500 m 海拔有机质含量较低；最优回归曲线表明，200～500 m 海拔范围内，土壤有机质含量随着海拔的增加而降低，可能是该海拔范围内土壤有机质受海拔影响较小，主要受有机质输入和矿化分解平衡的影响。而海拔＞500 m 的植烟土壤有机质含量随着海拔的增加而呈现上升的变化趋势，与刘琼峰等[6]的结果一致，表现为海拔成为影响土壤有机质含量的主导因素，随着海拔的升高，气温降低，土壤有机碳释放速率降低，碳氮矿化速率减慢，同时环境微生物活性降低，分解动植物残体速度减慢，致使土壤有机碳积累量显著增加[17]。

石门烟区植烟土壤碱解氮含量均值为140.86 mg/kg，极低和适宜水平土壤样品分别占0.85%和64.10%，说明研究区植烟土壤碱解氮能满足优质烤烟生产要求。诸多研究表明，土壤碱解氮含量受有机质影响显著，且与土壤有机质含量呈显著正相关关系[18]。最优回归曲线表明，在海拔200～900 m 范围内，碱解氮和有机质含量随着海拔的增加表现出一致的变化趋势，可能与碱解氮和有机质含量间关系密切相关；900～1 200 m 范围内碱解氮含量随海拔增加呈下降的变化趋势，可能与900～1 200 m 的高海拔地区气温低、土壤微生物活力减弱且湿度大等因素使土壤碱解氮淋失有关[19]。

3.3 海拔对植烟土壤有效磷和速效钾的影响

有效磷是土壤肥力的主要指标之一。烤烟对于磷素供应的要求是足而不过多，过多的磷素营养对于烟叶品质有显著的不利影响[11]。石门烟区植烟土壤有效磷含量均值57.20 mg/kg，适宜及高等级以上水平的土壤样品分别占29.06%和60.69%；说明研究区植烟土壤有效磷含量可满足烤烟生产的需求，但存在较大比例有效磷含量过高现象。不同海拔组土壤有效磷含量分析表明，土壤有效磷含量低等级水平以下的土壤样品主要分布在海拔200～700 m 间的5 个组别，其中300～400 m 海拔组比例最高，为20.69%；1 100～1 200 m 海拔组土样高和极高等级分别占到43.11%和56.89%，无适宜等级土样；最优线性回归表明，土壤有效磷含量随着海拔的增加而升高。该结果与丁园等[20]研究一致，其原因可能与土壤淋溶及磷的无效化等有关，低海拔地区水热条件好，淋溶强度大，同时该区域主要为石灰岩红壤，磷素存在包被作用即“蓄闭态磷”等无效化作用，而高海拔淋溶强度小，磷的无效化作用弱，有效磷含量高。因此，在烤烟生产中，石门县应对不同海拔烟区针对性制定烟草肥料配方，在＜700 m 的低海拔区关注磷素缺乏现象，适当增施磷肥；在海拔700 m 以上的区域，需考虑磷肥减施或不施磷肥。

土壤丰富的速效钾可保障烟叶含钾量充足，而充足钾素供应对保障烤烟生长发育、产量和品质以及卷烟制品的安全性均具有重要作用[21]。石门烟区植烟土壤速效钾含量均值326.38 mg/kg，虽在高等级水平范围，但极低和低等级水平的土样分别占4.27%和20.51%，存在较高比例样品速效钾含量偏低。因此，针对速效钾含量偏低的植烟土壤应适量增施钾肥。不同海拔组间的植烟土壤速效钾含量，以海拔200～500 m 间的3 个组别较低，海拔1 100～1 200 m 组最高。最优线性回归表明，土壤速效钾含量随着海拔的增加而升高，结果与邓小华等[21]的研究一致。其原因可能与成土作用、水土流失和养分淋溶相关；研究采集的土样均为石灰岩风化母质发育的植烟土壤，土壤钾素来源主要为施肥，且烟区实行套餐化施肥方案，钾肥的使用量基本一致，但低海拔区降雨较为集中，地表径流及壤中流较大，同时水热条件好，淋溶作用较强，损失量较大[22]，而较高的海拔区植烟土壤速效钾含量相对较高。因此，在烤烟生产上，石门烟区需重视对低海拔区速效钾含量偏低的植烟土壤进行调控，尤其在烤烟生长后期应及时补施钾肥。

4 结 论

石门烟区植烟土壤pH 值主要为中至碱性，但存在部分酸化现象；土壤有机质和碱解氮含量整体适宜；有效磷和速效钾含量总体较高；5 个主要肥力指标整体满足优质烤烟生产的要求。海拔对石门烟区植烟土壤主要肥力指标影响显著，其中海拔与pH 值呈显著上升的曲线关系，在海拔200～700 m 间，土壤pH 值随着海拔的增加快速上升，当海拔＞700 m 时，植烟土壤pH 值变化相对平稳；海拔与有机质呈显著反抛物线相关关系，在海拔200～500 m 间，土壤有机质含量随着海拔的增加下降，当海拔＞500 m 时，植烟土壤有机质含量随着海拔的增加快速上升；海拔与碱解氮含量呈显著波浪型曲线关系，在海拔200～500 m 和900～1 200 m间，土壤碱解氮含量随着海拔的增加下降，而在海拔500～900 m 间，植烟土壤有碱解氮含量随着海拔的增加而上升；海拔与有效磷及速效钾之间呈显著的线性关系，土壤有效磷及速效钾均随海拔增加而升高。低海拔烟区需防止土壤酸化，增施有机肥和磷钾肥；高海拔烟区需适当调酸，适量施用磷钾肥和有机肥，以保障优质烟叶生产。