段淑輝，劉天波，李建勇，周志成

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湖南瀏陽(yáng)植煙土壤肥力評(píng)價(jià)及土壤養(yǎng)分變化

段淑輝1,2，劉天波1,2，李建勇2，周志成1

（1.湖南省煙草科學(xué)研究所，長(zhǎng)沙 410010；2.湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司，長(zhǎng)沙410010）

為提高湖南瀏陽(yáng)煙區(qū)烤煙施肥針對(duì)性，于2000年和2015年，分別對(duì)煙區(qū)188個(gè)煙田土壤樣點(diǎn)進(jìn)行了取樣測(cè)定，并采用模糊函數(shù)方法對(duì)土壤肥力適宜性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，研究了15年來(lái)土壤養(yǎng)分及肥力變化。結(jié)果表明：（1）經(jīng)過(guò)15年的生產(chǎn)利用，土壤pH提高了0.32個(gè)單位，有機(jī)質(zhì)和堿解氮分別下降了9.26%和7.26%，土壤有效磷和速效鉀分別增加118.84%和63.42%，水溶性氯和有效硫分別下降了55.87%和24.33%，其余微量元素（銅、鉬除外）均出現(xiàn)不同幅度增加，全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)由0.536增至0.650，增幅為21.27%。（2）當(dāng)前瀏陽(yáng)植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量偏低，有效磷、有效銅和有效鐵含量偏高，有效鉬和水溶性氯較缺，其余養(yǎng)分較適宜，綜合肥力處于較高（75.76%）和中等（21.21%）等級(jí)，各基地單元間無(wú)顯著差異。因此煙草施肥應(yīng)穩(wěn)氮控磷增鉀，增施有機(jī)肥及鉬、氯等中微量元素肥料。

瀏陽(yáng)；植煙土壤；肥力；評(píng)價(jià)；變化

土壤是影響煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量的首要環(huán)境因素，土壤養(yǎng)分豐缺狀況和供應(yīng)強(qiáng)度直接影響著煙草的生長(zhǎng)發(fā)育[1]及烤后煙葉的內(nèi)在化學(xué)成分[2-3]和感官質(zhì)量[4]。由于土壤是一個(gè)隨時(shí)間和空間不斷變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其肥力演變受人類生產(chǎn)活動(dòng)影響較大[5]，所以了解土壤養(yǎng)分肥力特點(diǎn)及其時(shí)空變化趨勢(shì)，分析其變化原因及采取相應(yīng)調(diào)控措施對(duì)于植煙土壤養(yǎng)分管理非常重要[6]。目前，關(guān)于植煙土壤肥力評(píng)價(jià)及養(yǎng)分空間變異方面的研究較多[7-14]，但涉及時(shí)間變化方面的研究較少。本研究以湖南省瀏陽(yáng)市植煙土壤為研究對(duì)象，利用模糊數(shù)學(xué)理論及多元統(tǒng)計(jì)分析分別對(duì)該地區(qū)2000及2015年的土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，分析了該煙區(qū)近15年來(lái)的土壤肥力變化情況，旨在為瀏陽(yáng)市植煙土壤養(yǎng)分管理以及科學(xué)施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

瀏陽(yáng)市位于湖南省東部偏北，地處中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，年均溫度17.5℃，降水量1551 mm，無(wú)霜期268 d左右，大于10 ℃積溫為5123～5447 ℃，日均溫大于20 ℃時(shí)間為140～160 d。瀏陽(yáng)是湖南省烤煙種植第2大縣，下轄沙市、永安、淳口、北盛、官渡5個(gè)煙葉基地單元，年種植烤煙5000 hm2，產(chǎn)量1萬(wàn)t左右，土壤類型以起源于第四紀(jì)紅土的水稻土為主，較適宜優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)。

1.2 樣品采集

2015年，在綜合考慮各基地單元地形地貌、成土母質(zhì)、肥力狀況等因素的基礎(chǔ)上，以13.33~26.67 hm2連片基本煙田為最小采樣規(guī)劃片區(qū)確定取樣地塊，取樣點(diǎn)盡量與2000年保持一致，在20個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、141個(gè)烤煙種植村確定采樣田塊188個(gè)。每個(gè)地塊隨機(jī)取10個(gè)0~20 cm耕層土樣充分混合用于分析測(cè)定。

1.3 樣品測(cè)定方法

檢測(cè)指標(biāo)包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效硫、水溶性氯、有效鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬等指標(biāo)，測(cè)定方法與2000年一致，詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[15]。

1.4 土壤肥力評(píng)價(jià)方法

1.4.1 土壤肥力因子隸屬函數(shù)類型及閾值 采用模糊函數(shù)方法對(duì)土壤肥力因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，根據(jù)各土壤肥力因子對(duì)煙草產(chǎn)量品質(zhì)的影響效應(yīng)，參照他人研究方法[16-21]，采用S型和拋物線型兩種隸屬函數(shù)計(jì)算土壤肥力因子的隸屬度。土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、水溶性氯采用拋物線型隸屬函數(shù)，其表達(dá)式為：

土壤有效磷、速效鉀、有效鋅、有效銅、有效錳、有效鐵、有效硼、有效鉬、有效硫、交換性鈣、交換性鎂采用S型隸屬函數(shù)，其表達(dá)式為：

(2)

根據(jù)湖南省植煙土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]，各土壤肥力因子的相應(yīng)閾值見(jiàn)表1。

表1 土壤肥力因子隸屬函數(shù)及閾值

1.4.2 土壤肥力因子權(quán)重 計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的隸屬度后，通過(guò)主成分分析，求得各主成分得分（特征向量），再計(jì)算出各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)系數(shù)，再將權(quán)系數(shù)歸一，得出各指標(biāo)權(quán)重（表2）。

1.4.3 土壤肥力綜合指標(biāo) 土壤肥力綜合指數(shù)IFI計(jì)算公式為：，和分別表示第種土壤肥力指標(biāo)的權(quán)重和隸屬度值[23]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用IBM Statistic SPSS 18.0 和Microsoft Excel 2010等統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，表格中不同的小寫(xiě)英文字母表示5%水平差異顯著。

表2 土壤肥力因子權(quán)重

2 結(jié) 果

2.1 2015年土壤肥力總體特征

由表3可以看出，瀏陽(yáng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)大部分處于適宜區(qū)間，且均存在較強(qiáng)變異。從各指標(biāo)均值及適宜區(qū)間比例來(lái)看，堿解氮、速效鉀、有效鋅、有效錳、有效硼、有效硫、交換性鈣和交換性鎂較適宜，其均值均處于適宜區(qū)間，適宜區(qū)間分布頻率均達(dá)到60%以上；有效磷、有效銅、有效鐵含量偏高，偏高樣點(diǎn)比例達(dá)到70%及以上；土壤pH值平均為5.69，50%的樣點(diǎn)pH值小于5.5（偏酸）；土壤有機(jī)質(zhì)含量平均為29.19 g/kg，32.98%樣點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)含量在低-極低范圍內(nèi)；中微量元素中有效鉬和水溶性氯比較缺乏，其中有99個(gè)樣點(diǎn)（52.66%）未檢出水溶性氯。

從各肥力因子的變異系數(shù)來(lái)看，有效鉬和水溶性氯變異性較大，變異系數(shù)分別為122.81%和192.05%；其余指標(biāo)變異系數(shù)均在10%~100%；pH變異最小，變異系數(shù)為11.34%。

表3 湖南瀏陽(yáng)植煙土壤肥力因子描述性統(tǒng)計(jì)分析

2.2 15年來(lái)土壤肥力因子及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)變化

通過(guò)2000年和2015年土壤養(yǎng)分指標(biāo)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（表4），15年來(lái)，除有效銅和有效鉬外，其余土壤養(yǎng)分指標(biāo)均發(fā)生了顯著變化（<0.01），土壤pH值平均提高了0.32個(gè)單位，有機(jī)質(zhì)含量降低了9.26%。大量元素中，堿解氮降低比例為7.26%，有效磷和速效鉀含量均有較大幅度提升，平均增加118.84%和63.42%。中微量元素中，有效鋅、有效錳、有效鐵、有效硼、交換性鈣和鎂均有不同程度增加，增加幅度分別為50.34%、55.31%、39.06%、216.12%、54.12%和46.90%；水溶性氯和有效硫有所降低，特別是水溶性氯急劇下降，下降55.87%。

表4 2000年土壤養(yǎng)分及15年來(lái)變化

注：2000年和2015年養(yǎng)分指標(biāo)差異采用檢驗(yàn)，*和**分別表示在=0.05和0.01水平顯著，ns 表示未達(dá)到顯著水平。

2.3 土壤綜合肥力評(píng)價(jià)及時(shí)空變化特征

參照文獻(xiàn)[5,12]研究方法，根據(jù)土壤綜合肥力指標(biāo)值將土壤肥力劃分為高（Ⅰ）（IFI≥0.8）、較高（Ⅱ）（0.8>IFI≥0.6）、中等（Ⅲ）（0.6>IFI≥0.4）、較低（Ⅳ）（0.4>IFI≥0.2）和低（Ⅴ）（IFI<0.2）5個(gè)等級(jí)。瀏陽(yáng)煙區(qū)各基地單元土壤綜合肥力指標(biāo)值及各等級(jí)分布頻率見(jiàn)表5。由表5可知，全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)平均值為0.650，處于較高等級(jí)，變異系數(shù)為12.61%。從各等級(jí)分布頻率可以看出，大部分植煙土壤綜合肥力處于較高（75.76%）和中等（21.21%）等級(jí)，全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)均大于0.4，無(wú)較低和低等級(jí)樣品。各基地單元間綜合肥力差異不顯著，變異系數(shù)在12.30%~13.63%。各基地單元植煙土壤處于較高的比例最大，分布比例均達(dá)到60%以上，處于中等區(qū)域次之，在21.21%~34.69%，肥力達(dá)到高等級(jí)的區(qū)域比例為2.65%，主要分布在北盛（3.03%）、沙市（4.08%）和永安（6.25%）3個(gè)基地單元內(nèi)。

瀏陽(yáng)煙區(qū)經(jīng)過(guò)15年的生產(chǎn)利用，植煙土壤肥力狀況發(fā)生了較大變化。2000年瀏陽(yáng)植煙土壤綜合肥力平均值為0.536，變異系數(shù)為11.57%，2015年全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)增加0.114個(gè)單位，增幅為21.27%。從土壤肥力各等級(jí)分布比例可以看出，2000年全市植煙土壤99%處于中等和較高肥力等級(jí)，分布頻率分別為84.5%和14.5%，2015年大部分土壤綜合肥力提高一個(gè)等級(jí)，全市植煙土壤處于較高等級(jí)的區(qū)域占68.62%，相比2000年提高54.12%。說(shuō)明15年來(lái)瀏陽(yáng)地區(qū)土壤肥力出現(xiàn)明顯提升，肥力狀況更佳。

表5 瀏陽(yáng)煙區(qū)各基地單元植煙土壤肥力評(píng)價(jià)及15年來(lái)變化

注：用Duncan 法在=0.05水平進(jìn)行多重比較。同列小寫(xiě)字母相同代表基地單元間土壤綜合肥力指標(biāo)差異不顯著（<0.05）。

3 討 論

烤煙最適宜生長(zhǎng)的土壤pH范圍為5.5~6.5。周曉陽(yáng)等[24]研究表明，湖南水旱輪作下的水稻土出現(xiàn)顯著酸化，pH下降速率為每年0.076。而本研究表明，通過(guò)15年水旱輪作，瀏陽(yáng)植煙土壤pH值顯著提高，平均提高了0.32個(gè)單位，這與當(dāng)?shù)責(zé)煵莶块T(mén)和煙農(nóng)對(duì)用生石灰改良土壤酸性工作的重視密不可分，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)依托當(dāng)?shù)睾献魃绮⑴涮讓ｍ?xiàng)經(jīng)費(fèi)用于生石灰改良土壤取得了良好效果。

經(jīng)過(guò)15年的生產(chǎn)利用，瀏陽(yáng)植煙土壤有機(jī)質(zhì)下降了9.26%，這與煙農(nóng)施肥習(xí)慣有關(guān)，普遍重視無(wú)機(jī)肥施用，有機(jī)肥施用較少，同時(shí)pH上升也加速了有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，有機(jī)質(zhì)消耗未得到足量補(bǔ)充。

15年來(lái)，瀏陽(yáng)煙區(qū)有效磷、速效鉀及大部分中微量元素含量均有所增加，尤其是有效磷增加幅度為118.84%，變化趨勢(shì)與李強(qiáng)等[25]研究結(jié)果相同，煙區(qū)土壤有效磷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)概率顯著上升。此外，瀏陽(yáng)植煙土壤鐵、錳、鋅等微量元素在耕層大量富集，可能對(duì)烤煙生產(chǎn)造成毒害[26-28]，同時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成威脅[29]。因此，在今后的生產(chǎn)中一方面繼續(xù)防止土壤酸化，另一方面要控制重金屬元素輸入，包括灌溉水、肥料等源頭控制，減少其在土壤耕層的積累。

煙草是忌氯作物，但氯同時(shí)又是煙草必須的微量營(yíng)養(yǎng)元素之一，土壤氯過(guò)低將導(dǎo)致光合作用受阻[30]，降低香味和吸味[31]。2000年土壤普查結(jié)果顯示，部分煙區(qū)土壤氯含量偏高，為此瀏陽(yáng)煙區(qū)全面禁施氯化鉀等含氯肥料，但15年來(lái)氯不斷消耗導(dǎo)致土壤氯含量逐漸下降。因此，在煙葉氯含量偏低地區(qū)可考慮適當(dāng)補(bǔ)氯。

從2015年土壤養(yǎng)分含量狀況及綜合評(píng)價(jià)來(lái)看，目前全市植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)偏低，氮較適宜、磷偏高、鉀稍有缺乏，中微量養(yǎng)分中鉬、氯含量缺乏，其余養(yǎng)分均較豐富。在今后的煙草施肥中，氮可保持目前的施肥水平，適當(dāng)減少磷肥的用量，提高鉀肥的用量，增施有機(jī)肥，增施鉬、氯等中微量元素肥料，對(duì)pH值較低的土壤可適量施用生物炭或生石灰等加以調(diào)節(jié)，定期開(kāi)展測(cè)土配方施肥，及時(shí)調(diào)整肥料配方。

4 結(jié) 論

1）經(jīng)過(guò)15年的生產(chǎn)利用，土壤養(yǎng)分含量發(fā)生較大變化，pH值上升，有機(jī)質(zhì)和堿解氮有小幅下降，有效磷和速效鉀大幅增加，水溶性氯急劇下降，全市植煙土壤綜合肥力有所提高。

2）2015年，瀏陽(yáng)植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量偏低，有效磷、有效銅和有效鐵含量偏高，有效鉬和水溶性氯比較缺乏，其余養(yǎng)分指標(biāo)較適宜。大部分植煙土壤綜合肥力處于較高和中等等級(jí)。

3）今后的煙草施肥應(yīng)穩(wěn)氮控磷增鉀，增施有機(jī)肥及鉬、氯等中微量元素肥料。同時(shí)，定期開(kāi)展測(cè)土配方施肥，促進(jìn)土壤養(yǎng)分供需平衡。

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Evaluation of Soil Fertility and Variability of Nutrient Contents of Tobacco-growing Areas of Liuyang County of Hunan, China

DUAN Shuhui1,2, LIU Tianbo1,2, LI Jianyong2, ZHOU Zhicheng1

（1. Hunan Tobacco Science Institute, Changsha 410010, China; 2. Changsha Tobacco Company of Hunan Province, Changsha 410010, China）

The soil nutrient contents of 188 tobacco-planting fields in Liuyang of Hunan were surveyed in 2000 and 2015 in order to instruct fertilization. The soil fertility suitability in 2015 was comprehensively evaluated, and the variations of soil nutrient contents from 2000 to 2015 were studied. The results showed that: 1) From 2000 to 2015, soil pH increased by 0.32 unit. Available P and available K increased by 118.84% and 63.42%. Organic matter and hydrolytic N reduced by 9.26% and 7.26%. Water-soluble Cl and available S decreased sharply by 55.87% and 24.33%. Except available Cu and Mo, all the other microelements increased. The average IFI of soil fertility changed from 0.536 to 0.650, increased by 21.27%. 2) Currently the soil pH and organic matter were relatively low. Available P, Cu and Fe were high while available Mo and water-soluble Cl were deficient. Other nutrient contents were appropriate. IFI of 75.76% tobacco-growing areas in Liuyang were high (75.76%) and 21.21% were medium. The difference in IFI was insignificant between different base units. The reasonable fertilization is to stabilize N, control P, and to increase K, Mo, Cl and organic manure fertilizers.

Liuyang; tobacco-growing soil; fertility; evaluation; variability

S572.061

1007-5119（2017）02-0033-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2017.02.006

中國(guó)煙草總公司湖南省公司科技項(xiàng)目“湖南煙葉重金屬鎘阻控技術(shù)研究與應(yīng)用”（16-19Aa04）

段淑輝（1986-），女，碩士，農(nóng)藝師，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)與煙草栽培研究。E-mail：285234028@qq.com

2016-09-21

2016-12-30