江厚龍，張保全，李鈉鉀，楊 超，許安定，王紅鋒，陳益銀，石孝均

（1.重慶煙草科學研究所，重慶 400715；2.浙江中煙工業(yè)有限責任公司，杭州 310009；3.西南大學資源環(huán)境科學學院，重慶 400020）

土壤養(yǎng)分是土壤肥力的核心與基礎[1]，全面評價土壤養(yǎng)分的實際水平是科學指導施肥的依據。土壤養(yǎng)分狀況與優(yōu)質煙葉生產有密切的聯系[2]，其養(yǎng)分含量水平及養(yǎng)分間協調性，直接影響著煙株的營養(yǎng)水平和生長發(fā)育狀況，進而影響煙葉產量和品質的形成[3]，是煙草優(yōu)質、適產的基礎[4]。土壤養(yǎng)分含量除了受人為因素的影響外，還受母質、氣候、地形、海拔及土壤本身理化性狀等諸多因素的影響。其中，土壤酸堿性對土壤養(yǎng)分的有效性有著直接影響[5]，是影響土壤肥力的一個重要因素。許自成等[6]研究發(fā)現，土壤 pH與有機質、全氮、速效磷、速效鉀、有效鋅、有效鐵、水溶性氯、交換性鈣和交換鎂等含量呈極顯著相關性，類似的研究結果也有大量報道[7-8]。土壤有機質是土壤的重要組成部分，其含量在很大程度上決定著土壤肥力的高低，是土壤肥力分級的重要指標和肥力高低的綜合表現[9]，對土壤理化及生物學特性有深遠的影響[10]。據報道，土壤有機質的轉化與氮素循環(huán)及磷素轉化關系密切[11]。陳嬋嬋等[12]也發(fā)現有機質與大多數土壤速效養(yǎng)分間存在顯著相關性。同時，土壤養(yǎng)分含量受耕層厚度的影響也較大。一般認為，隨著耕層厚度的增加，土壤養(yǎng)分含量呈現逐漸增加的趨勢。石彥琴等[13]研究發(fā)現，隨著耕層厚度的增加，土壤全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分、有機質等均呈增加的趨勢。由于海拔條件影響著降水、太陽輻射及土壤水熱狀況，進而影響土壤養(yǎng)分的有效性及其含量[14]，因此，海拔高度也是土壤養(yǎng)分水平的重要特征。付晶瑩等[15]研究了海拔高度對土壤養(yǎng)分含量的影響表明，有機質、氮和磷的含量隨海拔高度的升高而增加，鉀則呈相反的規(guī)律。王瑞永等[16]認為土壤 pH、有機質、有效氮、有效磷、有效鈣和鎂、全硫等含量與海拔之間具有顯著的相關關系。在眾多學者的研究報道中，未見系統分析海拔因素、耕層厚度、土壤 pH和有機質等對土壤有效養(yǎng)分含量影響的報道。本研究在重慶12個區(qū)縣的植煙土壤采集樣品，分析海拔高度、耕層厚度、土壤pH和有機質含量對土壤有效養(yǎng)分含量的影響，以期為煙草種植區(qū)域規(guī)劃和煙田施肥決策提供參考。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與分析

本研究選擇重慶市的彭水、巫山、武隆、豐都、黔江、石柱、南川、涪陵、巫溪、萬州、酉陽、奉節(jié)等 12個植煙縣的煙田土壤為研究對象。研究區(qū)域平均海拔為1079 m，平均耕層厚度為23 cm，土壤pH均為5.7。

研究于2012年整地施肥前（3月5日至4月13日）和煙草收獲后（11月13日至22日）進行土壤樣品采集，每個煙草種植單元（8 hm2）至少取1個樣品。采用“S”型取樣法采集10~20個耕層土壤（0~20 cm）樣品，均勻混合后作為該點的土樣（1 kg），共采集樣品1854個。土樣帶回實驗室經自然風干、去雜、過篩后，利用文獻[17]的方法測定土壤樣品理化屬性。

1.2 數據處理

為了便于統計，把土壤堿解氮（t1）、銨態(tài)氮（t2）、硝態(tài)氮（t3）、有效磷（t4）、速效鉀（t5）作為一組變量，把土壤有效鐵（x1）、有效錳（x2）、有效銅（x3）、有效鋅（x4）、交換性鈣（x5）、交換性鎂（x6）、水溶性氯（x7）、有效鉬（x8）、有效硼（x9）作為一組變量，把海拔高度（y1）、耕層厚度（y2）、土壤pH（y3）、土壤有機質（y4）作為一組變量。采用SPSS 19.0進行典型相關分析，分析參考文獻[18-19]進行。

2 結 果

2.1 土壤養(yǎng)分統計特征

利用SPSS軟件對土壤屬性進行了描述性統計（表1）。結果表明，土壤pH在3.78~8.45變化，均值（5.70）顯示重慶部分煙區(qū)土壤酸化嚴重，不利于煙葉優(yōu)良品質的形成[20]。鑒于陳江華等[21]的植煙土壤養(yǎng)分標準，重慶煙區(qū)土壤有效鐵、錳和銅含量很豐富，堿解氮、有效磷和有效鋅含量豐富，速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量適宜，而土壤有效硼和有效鉬缺乏。土壤氯含量常被作為判斷土壤是否適宜種煙的重要指標之一，陳瑞泰等[22]認為可種植煙草的土壤氯離子最高上限量為45 mg/kg。研究表明重慶煙區(qū)土壤不存在氯離子障礙，而大部分煙區(qū)有缺氯現象，生產上應考慮適當施含氯肥料。

2.2 土壤大量元素養(yǎng)分含量的影響因素分析

由表2可知，土壤中速效大量元素養(yǎng)分與影響因素典型相關系數中，前3個典型相關系數均達到了極顯著水平，因此，僅對前3對典型變量進行分析。

由于原始變量的計量單位不一致，不宜進行直接比較，這里采用標準化的典型系數給出典型相關模型mi和li，并計算原始變量與典型變量之間的相關系數ri，結果見表3。

表1 重慶煙區(qū)土壤有效養(yǎng)分數據描述性統計（n=1854）Table 1 Descriptive statistic of soil available nutrients in Chongqing tobacco-planted fields

表2 海拔高度、耕層厚度、pH和有機質與土壤有效養(yǎng)分的典型相關分析Table 2 Canonical correlation analysis of altitude, topsoil thickness, pH, OM and soil available nutrients

由表3可知，第Ⅰ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅰ典型變量（u1，v1）中，u1與t1（堿解氮）呈負相關關系，相關系數為-0.967。故u1主要描述了土壤堿解氮含量的綜合性狀，隨著u1的增加，土壤堿解氮有降低的趨勢。由v1與原始數據yi的相關系數可知，它與y4（有機質）存在較高負相關性（-0.950），因此v1主要描述了土壤有機質含量的綜合性狀。這一線性組合說明土壤有機質含量與堿解氮含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著土壤有機質含量的增加，土壤中的堿解氮含量有增加趨勢。也有研究顯示土壤有機質含量與速效氮含量呈極顯著正相關關系[12]。

第Ⅱ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅱ典型變量（u2，v2）中，u2與t5（速效鉀）呈較高負相關關系，相關系數為-0.855。故u2主要描述了t5（速效鉀）含量的綜合性狀，隨著u2的增加，土壤速效鉀有降低的趨勢。由v2與原始數據yi的相關系數可知，它與y1（海拔高度）存在較高負相關性（-0.882），因此，v2主要描述了海拔高度的綜合性狀。這一線性組合說明了海拔高度與土壤速效鉀含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著海拔的升高，土壤速效鉀含量有增加趨勢。呂世麗等[23]研究4個土層土壤速效鉀與海拔高度的關系時發(fā)現，各土層土壤速效鉀含量均隨海拔升高而增加，到海拔2000 m左右達到最高，之后隨著海拔的升高緩慢下降，這與本研究結果相一致。這可能是因為在一定范圍內，隨著海拔升高，氣溫逐漸適應微生物的活動、分解速度逐漸加快、礦化作用加強，表現為養(yǎng)分含量增加；當海拔繼續(xù)升高，氣溫逐漸不適用微生物活動、分解速度逐漸降低、礦化減弱，表現為養(yǎng)分含量降低[24]。因此，海拔高度與土壤養(yǎng)分含量及其有效性有著較大的相關性。

第Ⅲ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅲ典型變量（u3，v3）中，u3與t4（有效磷）呈正相關性（0.785），說明u3主要描述了土壤有效磷含量的綜合性狀，即隨著u3的增加，土壤有效磷含量呈增加的趨勢。由v3與原始數據yi的相關系數可知，與y3（土壤 pH）存在較高的負相關性（-0.840），因此v3主要描述了土壤pH的綜合性狀。這一線性組合說明了pH與土壤有效磷含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著土壤pH的增高，土壤有效磷含量有降低的趨勢。郭明全等[25]在攀枝花煙區(qū)研究也發(fā)現，土壤pH與速效磷含量間也存在顯著的負相關關系。

2.3 土壤中微量元素養(yǎng)分含量的影響因素分析

由表4可知，土壤中有效微量元素含量與影響因素典型相關系數中，前3對達到極顯著水平，第4對達到顯著水平，因此，對這4對典型變量進行分析。

表3 典型變量和與典型變量有關性狀的相關系數Table 3 Canonical variable and their correlation coefficients with related traits

由表5可知，第Ⅰ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅱ典型變量（u4，v4）中，u4與x1（有效鐵）呈較高的負相關性（-0.894）、與x5（交換性鈣）呈較高的正相關性（0.845），故u4主要描述了土壤有效鐵和交換性鈣含量的綜合特征；隨u1的增加，有效鐵含量有降低的趨勢，交換性鈣含量有增加的趨勢。由v4與原始數據yi的相關系數可知，它與y3（pH）存在較高的正相關性（0.999），因此，v4主要描述了土壤pH的綜合性狀。這一線性組合說明了土壤pH與有效鐵和交換性鈣含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著pH的增高，土壤交換性鈣含量有增加的趨勢，土壤有效鐵含量有降低的趨勢。王暉等[26]和梁頒捷等[8]也報道了土壤pH與交換性鈣含量間呈正相關關系。關于土壤有效鐵含量與pH關系的結果與陳菁等[27]的研究結果一致。

表4 海拔高度、耕層厚度、pH和有機質與土壤有效養(yǎng)分的典型相關分析Table 4 Canonical correlation analysis of altitude, topsoil thickness, pH, OM, and soil available nutrients

第Ⅱ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅱ典型變量（u5，v5）中，u5與x3（有效銅）、x4（有效鋅）、x1（有效鐵）、x9（有效硼）間存在較高的負相關關系，相關系數分別為-0.644、-0.546、-0.413和-0.370，故u5主要描述了土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼含量的綜合性狀，當這 4種元素含量增加時，將致使u5降低。由v5與原始數據yi的相關系數可知，它與y4（有機質）存在較高的負相關性（-0.928），因此，v5主要描述了土壤有機質含量的綜合性狀。這一線性組合說明了土壤有機質含量與有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著有機質含量的增加，土壤有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼含量有增加趨勢。這主要是因為有機質中包含有大量的植物生長所需的大量元素和微量元素，分解時釋放入土壤中有關[28]。張永娥等[29]研究結果也與之相一致。

第Ⅲ典型變量的構成如下：

達到極顯著水平的第Ⅲ典型變量（u6，v6）中，u6與x4（有效鋅）呈較強的正相關性（0.585），說明u3主要描述了土壤有效鋅含量的綜合性狀，隨著u6的增加，土壤有效鋅含量有增加的趨勢。由v6與原始數據yi的相關系數顯示，它與y1（海拔高度）存在較高的正相關性（0.904），因此，v6主要描述了海拔高度的綜合性狀。這一線性組合說明了海拔高度與土壤有效鋅含量存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著海拔高度的增高，土壤有效鋅含量有增加的趨勢。黎娟等[30]在湘西植煙土壤上研究發(fā)現，有效鋅含量有隨海拔的升高而增加的趨勢。達到顯著水平的第Ⅳ典型變量（u7，v7）中，u7與x6（交換性鎂）間呈較高的正相關關系（0.583），故u7主要描述了交換性鎂含量的綜合性狀，土壤交換性鎂含量的增加將引起u7的增加。由v7與原始數據yi的相關系數顯示，它與y2（耕層厚度）間有較高的正相關性（0.916），因此，v7主要描述了耕層厚度的綜合性狀。這一線性組合說明了耕層厚度與土壤交換性鎂含量間存在密切關系，反映出在一定范圍內，隨著耕層厚度的增加，土壤交換性鎂含量有增加的趨勢，這與石彥琴等[13]的報道相一致?？赡苁且驗殡S著犁底層上升，阻礙了農作物根系的下扎，降低了根系營養(yǎng)面積，致使根系只能在有限的空間內吸收營養(yǎng)，從而導致土壤肥力的下降。毛吉賢等[31]在免耕麥田中研究則發(fā)現相反的規(guī)律，即隨著土層厚度的增加土壤堿解氮、有機質和速效磷等養(yǎng)分含量有降低的趨勢，這可能是因為耕層增加后稀釋了人為施入的大量元素肥料，而常被忽視的鎂素則因耕層增加而得到了補償。

表5 典型變量和與典型變量有關性狀的相關系數Table 5 Canonical variable and their correlation coefficients with related traits

3 討 論

土壤養(yǎng)分是煙草生長發(fā)育的重要因子，在很大程度上決定著煙葉產量和品質。雖然不同肥力水平的土壤均能種植煙草，但其產質量存在較大差異[32]。土壤中全量養(yǎng)分含量非常豐富，但絕大部分對植物而言是無效的，只有少部分在短期內能被植物根系吸收利用（即有效養(yǎng)分）。植煙土壤的有效養(yǎng)分對煙草的生長發(fā)育和品質形成有著極為重要的作用，其含量和動態(tài)受海拔梯度[33]、耕層厚度[13]、pH[34]、有機質含量[35]等因素的影響較大，這些因素進而影響著煙株的生長發(fā)育和煙葉的產質量形成。

本研究利用重慶煙區(qū)2012年的1854個土壤樣品，分析了土壤有效養(yǎng)分含量的主要影響因素。結果表明，重慶部分煙區(qū)土壤酸化嚴重，這主要由復種指數高和長期使用化肥引起的[36]，王子芳等[37]也報道了類似的研究結果。土壤酸化后對養(yǎng)分的分解轉化及其有效性有著較大的影響，進而影響到土壤生產性能和作物的生長發(fā)育[38]。土壤酸化對烤煙的影響也較大，尤其是煙株對礦質元素吸收[39]和產量品質的形成[40]。重慶煙區(qū)土壤氯離子含量普遍較低，這可能與植煙土壤施氯肥較少、煙株又長期從土壤中帶走大量氯造成的，土壤氯含量不足可能會導致煙葉的氯含量低，于建軍等[41]的研究也印證了這種推測。土壤有效鐵、錳和銅含量極為豐富，堿解氮、有效磷和有效鋅含量豐富，速效鉀、交換性鈣和交換性鎂含量適宜優(yōu)質煙葉生產，這些養(yǎng)分為重慶地區(qū)生產優(yōu)質煙葉提供了基本保障。另外，重慶煙區(qū)土壤的有效硼和有效鉬也較為缺乏，在生產中應適當補充相應肥料。

有機質與土壤的養(yǎng)分供給、物理特性及理化過程有著密切的關系[42]，有機質礦化后可釋放大量的N、P、S及微量元素供作物生長需要[43]。本文顯示，當土壤有機質含量的較高時，土壤堿解氮、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效硼等的含量也較高，Jiang等[44]也報道了土壤有機質含量增加將顯著提高其他養(yǎng)分的含量。海拔高度的變化常導致溫度、濕度、光照、降水及大氣成分等因子的顯著變化，這些因素的變化勢必干擾土壤養(yǎng)分的礦化過程，影響土壤養(yǎng)分的釋放。本研究顯示，土壤速效鉀和有效鋅含量有隨海拔增高而增加的趨勢，類似的研究結果黎妍妍等[45]、王玉時[46]也有報道。土壤pH對土壤理化性狀有著直接的影響，pH的變化將影響著土壤的礦化過程及養(yǎng)分的形成、轉化和有效性。本試驗表明，土壤pH值的下降將導致有效磷、有效鐵含量的降低和交換性鈣含量的增加。這主要是因為在酸性條件下，土壤有效磷被鐵、鋁所固定，產生難溶性的鐵、鋁磷酸鹽，從而降低了土壤磷和鐵有效性，梁頒捷等[47]的報道也印證了這種現象。就土壤交換性鈣與pH的關系而言，有學者認為交換性鈣與pH之間存在極顯著正相關關系[48]。植物生長所需養(yǎng)分主要通過根系從耕層中吸收，隨著微耕機的推廣使用，重慶植煙土壤的耕層越來越淺，煙株根系所能達到的范圍越來越小，這樣導致土壤養(yǎng)分逐年減少，氮、磷、鉀等大中量可以通過施肥來補充，微量元素往往被煙農忽視，因此，也不難理解本文顯示的土壤交換性鎂含量隨耕層厚度增加而增加的現象了。

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