張家界植煙土壤酸堿度分布及影響因素研究

彭德元，袁謀志，付品山，王祖富，周游，張圣煒，覃瀟，荊永峰，宋浩，王振華*

(1 湖南省煙草公司張家界市公司，張家界 427000；2 湖南中煙工業有限責任公司，長沙 410000；3 湖南農業大學，長沙 410128)

土壤酸堿度是影響土壤肥力的一項重要指標，一方面影響植物對土壤養分的有效吸收[1]，另一方面影響土壤中金屬的形態和遷移[2]。前人研究表明，在土壤酸堿度為中性時(pH 6.5～7.5)，作物對多數礦質營養元素的吸收利用率較高[3]。pH 過低或過高都不利于作物對礦質養分的吸收與利用，造成嚴重的肥料浪費，甚至導致土壤失去耕種價值。煙草生長的適宜酸堿度范圍為5.5～7.0，酸堿度過低或過高均不利于煙株生長和煙葉品質。近年來大量研究顯示，我國多個煙區土壤有酸化的趨勢。符云鵬等[4]研究發現，畢節煙區11.2%的土壤為強酸性，土壤酸堿度與土壤全氮、有效硼及有效鋅含量呈正相關關系，與銨態氮、有效錳以及有效鐵含量呈現負相關關系。云南文山煙區的研究表明[5]，文山煙區20.3%植煙土壤為強酸性，12.0%的植煙土壤為堿性。湘西煙區的研究顯示[6]，2000—2015 年植煙土壤pH 均值下降了0.09 單位，pH 為極低和低的樣品比例分別增加了17.41 和0.36 百分點。張家界是湖南省主要山地煙葉產區，煙草單季連作，關于該煙區植煙土壤酸堿度分布的研究未見報道。本研究利用張家界煙區2015 年植煙土壤普查數據，分析該區植煙土壤pH 的分布狀況及可能的影響因素，以期為張家界煙區土壤保育和科學施肥提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 土壤采集和測定

2015 年，根據煙田的分布情況確定取樣點，于前茬作物收獲后，避開陰雨天氣，根據田塊形狀分別采取“X”或“S”形方法采集耕作層(0～20 cm)土壤，其中慈利170 份、桑植200 份、永定98 份，共計468份。土壤樣品經風干后制樣保存待測。測定指標包括酸堿度、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、有效硫、交換性鎂含量、陽離子交換量(CEC)、粘粒陽離子交換量、粗砂(2～0.2 mm)、細砂(0.2～ 0.02 mm)、粉砂(0.02～ 0.002 mm)和粘粒(<0.002 mm)等[7]。

1.2 數據分析

土壤pH 的分級標準參照文獻[8]，分為極低(<5.0)、低(5.0～5.5)、適宜(5.5～7.0)、高(7.0～7.5)、極高(>7.5)5 個等級。采用Excel 2010 進行數據整理、描述性統計和多重比較，采用SPSS 22.0進行相關分析[9]，參考文獻[10]進行平滑回歸分析。

2 結果與分析

2.1 植煙土壤pH 狀況

對張家界各縣區的植煙土壤pH 進行基本特征和樣本分布統計，結果見表1。張家界各縣區植煙土壤pH 平均為5.91，總體上為弱酸性，基本處于適宜水平，最小值為4.23，最大值為8.38，變異系數為16.36%，屬中等程度變異。從各縣區土壤pH 差異來看，慈利、桑植、永定3 個植煙縣土壤pH 存在顯著差異(P<0.05)，其中，慈利縣植煙土壤pH 顯著高于永定區和桑植縣。

表1 張家界植煙土壤酸堿度及樣本頻率分布Table 1 Distribution of soil pH and sample frequency in Zhangjiajie

張家界現有煙區土壤pH 適宜植煙的樣本占38.25%，分級為低和極低的樣本分別占18.16%和25.43%，分級為高和極高的樣本分別占9.62%和8.55%。縣區間土壤酸堿度樣本分布差異較大，其中土壤酸堿度適宜樣本比例最高的是桑植縣，最低的是永定區，慈利縣居中。

2.2 土壤pH 的影響因素

2.2.1 簡單相關分析

簡單相關分析的結果列于表2。土壤酸堿度與海拔高度、有機質含量、堿解氮含量、有效磷含量、有效硫含量、粘粒含量呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)負相關，與交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量、細砂粒呈極顯著(P<0.01)正相關。

表2 土壤酸堿度與土壤主要理化指標的相關系數Table 2 Correlation analysis of soil pH and main physical and chemical indexes

2.2.2 逐步回歸分析

以土壤酸堿度為因變量，以簡單相關分析中與酸堿度相關性顯著或極顯著的指標為自變量進行逐步回歸分析，解析這些指標對土壤酸堿度的總體貢獻率，以及各指標對土壤酸堿度的獨立解釋能力。由逐步回歸分析的結果可見，進入回歸方程的指標有交換性鈣、交換性鎂、有效硫、有機質、粘粒、陽離子交換量、海拔和堿解氮等8 項指標(表3)。表中△R2表示在原有自變量的基礎上新增該自變量后回歸方程判定系數的增量，該數值的大小表示新增自變量在回歸方程中的重要性；校正決定系數(AdjustedR2)表示各回歸方程中所有變量對土壤酸堿度的解釋能力。綜合各個方程R2、AdjustedR2和△R2來看，土壤交換性鈣含量對土壤酸堿度的影響能力最大，對土壤酸堿度變化的獨立解釋率高達53.2%，其次是交換性鎂、有效硫、有機質含量、粘粒(<0.002 mm)、陽離子交換量、海拔和堿解氮含量等7 項指標，以上8 項指標對土壤酸堿度的累計解釋能力達77.7%。

表3 主要理化指標與土壤酸堿度的逐步回歸分析Table 3 Stepwise regression analysis of main physical and chemical indexes and soil pH

2.2.3 平滑回歸分析

平滑回歸分析結果顯示，土壤pH 與交換性鈣含量符合二次曲線關系(R2＝0.943 7，P＝0.001)，即隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤pH 先升高后趨于穩定；土壤pH 與交換性鎂含量符合線性模型(R2＝0.821 4，P<0.001)，即隨交換性鎂含量的升高，土壤pH 表現為直線上升趨勢；土壤pH 與有效硫含量符合冪函數模型(R2＝0.759 5，P<0.001)，即隨有效硫含量增加，土壤pH 呈現減速下降的趨勢；土壤pH 與有機質含量符合二次曲線模型(R2＝0.415，P<0.001)，即隨著有機質含量的升高，土壤pH 呈現先快速下降后趨于穩定的規律；土壤pH 與土壤粘粒含量呈線性函數關系(R2＝0.386，P<0.001)，即隨土壤粘粒含量增加，土壤pH呈直線下降趨勢；土壤pH 與陽離子交換量符合線性模型(R2＝0.727 2，P<0.001)，即隨陽離子含量增加，土壤pH 呈直線上升趨勢；土壤pH 與海拔符合線性模型(R2＝0.545 2，P<0.001)，即隨海拔升高，土壤pH 呈直線下降趨勢。土壤pH 與堿解氮符合二次曲線模型(R2＝0.718，P<0.001)，即隨土壤堿解氮含量增加，土壤pH 呈先下降后趨于穩定的趨勢。

3 討論

有研究表明[11，12]，烤煙對土壤酸堿度的適應能力較強，在pH4～9 的土壤上都能正常生長和繁殖，但想要獲得優質煙葉，需要將煙草種植在特定pH范圍內的土壤上；植煙土壤因地域不同而稍有差異，但普遍認為弱酸性或中性土壤更有利于獲得優質煙葉。張家界市植煙土壤pH 值變幅為4.23～8.38，均值為5.91，單從均值上看屬于適宜水平，但從樣品的分布情況來看，只有38.25%的植煙土壤pH 處于適宜水平，43.59%的植煙土壤處于低或者極低水平，與其他煙區類似[4，5]，張家界市煙植土壤同樣存在酸化的問題。

本文著重研究了海拔高度、有機質、堿解氮、有效磷、有效硫、粘粒、交換性鈣、交換性鎂含量、陽離子交換量、細砂粒等影響因素。土壤酸堿度與海拔高度、有機質、堿解氮、有效磷、有效硫及粘粒含量呈顯著或極顯著負相關，這與鄧小華等[13]、戴萬宏等[14]研究結果一致；而土壤酸堿度與土壤交換性鈣、交換性鎂含量、陽離子交換量、細砂粒呈極顯著正相關，這與譚智勇等[15]的研究結果一致。通過逐步回歸分析提取了8 項對土壤pH 貢獻較大的指標，對土壤酸堿度的累計解釋能力達77.7%，其中土壤交換性鈣對植煙土壤酸堿度變化的解釋能力達53.2%，其次是交換性鎂、有效硫、有機質、粘粒(<0.002 mm)、陽離子交換量、海拔和堿解氮等7 項指標。平滑回歸分析結果顯示，交換性鈣、交換性鎂和陽離子交換量是主要的控酸因子，而海拔、有機質、堿解氮、有效硫、粘粒是主要的致酸因子，這說明張家界市煙植土壤pH 是多個因素共同作用的結果。還需根據土壤pH 區域差異，從有機物料、鈣鎂元素投入以及硫元素管控等方面進一步開展土壤酸堿度調控方面的研究。

4 結論

張家界植煙土壤pH 均值為5.91，pH 小于5.5的植煙土壤占43.59%，pH 大于7.0 的植煙土壤占18.17%，pH 處于適宜范圍的為38.25%。土壤酸堿度、海拔高度、有機質、堿解氮、有效磷、有效硫、粘粒、土壤交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量及細砂粒等對土壤pH 有顯著影響。應根據植煙土壤pH分布情況采取差異化管理，堿性植煙土壤區域應適當控制石灰投入量，土壤酸化區域應適當投入鈣鎂磷肥、生石灰和白云石粉進行改良，還可采用其他形態的鉀肥部分替代硫酸鉀肥料，緩解過量硫酸鉀帶入的硫酸根離子對土壤的致酸作用。