重慶市武隆區植煙土壤肥力及其影響因子研究

沈 錚，陳 衛，徐 軍，鄭文冉，姚鵬偉，武云杰，王 晶

（1. 重慶市煙草公司武隆分公司，重慶 武隆 408500；2. 河南農業大學 煙草學院，河南 鄭州 450002）

土壤養分含量是衡量土壤質量的重要指標之一，對植物生長發育有重要影響[1]。煙草是一種適應性較廣的經濟作物，不同土壤肥力條件下均能生長，但土壤養分豐缺狀況對煙株生長發育、煙葉產質量有重要影響[2-3]。土壤單項養分指標不能全面反映整體肥力水平，因此評價土壤肥力需要綜合性指標。目前土壤養分及肥力質量綜合評價的方法有主成分分析法[4]、模糊數學分析法[5]、地統計學法[6]、聚類分析法[4]、指數和法[7-8]等，通過計算綜合評價得分可以對土壤肥力質量進行數值化評價[9-10]。

武隆區自1983 年開始種植烤煙以來就一直是重慶市重要的產煙區之一。但隨著植煙年限不斷增長，加上不合理的施肥，導致土壤肥力降低，煙葉產質量降低，煙農收益降低[11]。加強煙田保護、合理布局烤煙種植區是提升煙草原料保障能力和優化煙葉等級結構的重要舉措。鑒于此，項目組根據武隆煙區種植規模等因素采集414 個土壤樣品，分析土壤pH 值以及有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量等指標，以期揭示武隆煙區土壤養分分布特征及影響因素，為該區煙草種植合理布局、平衡施肥和土壤保育提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

武隆區位于重慶市東南部，屬亞熱帶濕潤季風氣候，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，年平均氣溫15～18℃，烤煙大田生長期間（5—9 月）月平均氣溫24.22℃；年降水量1 000～1 200 mm，其中烤煙大田期總降雨量平均為792.2 mm；年平均日照時數1 075.1 h，其中烤煙大田期總日照時數平均為703 h，采烤（8—9 月） 總日照時數平均311.3 h。烤煙種植區主要分布在海拔700～1 300 m 的中海拔煙區，每年種植面積0.4萬～0.6 萬 hm2[12]。

1.2 煙田選擇與采樣

以武隆區烤煙種植規模為主要依據，于2017 年煙葉采收結束后分別在巷口、江口、火爐、白馬這4個基地單元的23 個鄉鎮共采集414 個土樣（圖1），并記錄各采樣點經緯度、海拔定位、植煙年限、輪作制度、地形等因素。取樣時采用“S”型取樣法，每個取樣點采集10～20 個耕層土樣（0～20 cm），土壤充分混勻后用四分法收集2 kg 作為樣品帶回實驗室。樣品經過自然風干、去除雜物、研磨和過篩后（1 和0.25 mm）測定樣品pH 值以及有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。

圖1 武隆區煙田采樣點分布

1.3 指標測定及評價方法

1.3.1 指標測定方法 土壤pH 值用pH 計測定（水土比為2.5 ∶1）；堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法測定；土壤有機質采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定；全氮含量采用凱氏定氮法測定[13]。

1.3.2 土壤養分分級標準 參照前人[14-16]的研究方法，將土壤pH 值、有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀等分為5 個等級，將植煙土壤綜合肥力指數（Integrated Fertility Index，IFI）分為5 個等級（表1）。1.3.3 模糊數學綜合評價法 通過模糊數學綜合評價法對植煙土壤的綜合肥力狀況進行評價[5]。首先確定各養分指標的隸屬函數，計算各指標隸屬度，然后采用主成分分析法[17]確定各指標的權重系數，最后采用指數和法求出各土壤樣品的綜合肥力指數。

表1 植煙土壤養分及綜合肥力指數（IFI）等級劃分標準

采用隸屬函數的方法將土壤養分指標標準化，常見的隸屬函數有S 型隸屬函數和拋物線型隸屬函數，其表達式分別為公式（1）和公式（2），綜合肥力指數計算公式見（3）。根據相關報道及當地植煙生產實際狀況，有效磷、速效鉀指標采用“S”型，pH 值、有機質、全氮和堿解氮指標采用拋物線型。

S 型：

拋物線型：

式中，Nij和Wij分別為第i個土壤樣品的第j個土壤養分指標的隸屬度值和相應的權重系數。

1.3.4 數據處理與分析 采用Excel 2010 和IBM Statistic SPSS 23.0 軟件進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 重慶市武隆煙區土壤養分描述性統計

由表2 和表3 可知，武隆煙區土壤pH 值范圍為4.46～8.28，平均值為6.09，其中24.88%土壤pH 值低于5.5；有機質含量為5.54～54.18 g/kg，平均值為27.08 g/kg，高有機質含量（＞30 g/kg）和低有機質含量（＜20 g/kg）土壤分別占31.40%和15.94%；全氮平均含量為1.70 g/kg，98.79%土壤全氮含量處于中等以上水平（＞2.0 g/kg）；堿解氮平均含量為140.62 mg/kg，變異系數為24.07%，73.43%土壤堿解氮含量處于高水平（＞120 mg/kg）以上；有效磷平均含量為31.76 mg/kg，75.37%煙區土壤有效磷含量高于220 mg/kg，變異強度較大，變異系數為59.60%；速效鉀平均含量為307.24 mg/kg，47.34%煙區土壤速效鉀含量處于高水平以上（＞300 mg/kg）；各指標變異系數由小到大排列依次為有效磷＞速效鉀＞全氮＞有機質＞堿解氮＞pH 值。

2.2 重慶市武隆煙區土壤綜合肥力評價

從IFI 來看，重慶市武隆區植煙土壤的IFI 范圍在0.04～1.05 之間，平均值為0.73（表2），其中有88.16%的土壤綜合肥力指標處于中等及以上水平（表3）。不同基地單元土壤pH 值、有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分布不均，單個養分指標不能有效代表土壤綜合肥力空間分布特征。因此，利用主成分分析法對6 個指標進行綜合分析。由表4 可知，第1、2 主成分特征值分別為2.052、1.329，方差貢獻率分別為34.205%、56.356%，累計貢獻率約為90.56%，各肥力指標權重由大至小的順序依次為有機質＞全氮＞堿解氮＞pH 值＞速效鉀＞有效磷。

表2 重慶市武隆煙區土壤養分的描述性統計

表3 重慶市武隆煙區土壤養分及綜合肥力指數（IFI）各等級占比 （%）

表4 重慶市武隆煙區土壤肥力指標主成分分析結果及指標權重

由表5 可知，不同基地單元之間的土壤pH 值、有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等指標和IFI 均存在顯著差異；其中，白馬基地單元土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量最高；江口基地的土壤IFI 為0.84，顯著高于巷口、火爐、白馬這3 個基地，即江口基地單元植煙土壤養分適宜度最佳。

表5 不同基地單元土壤養分及綜合肥力指數（IFI）平均值

2.3 影響土壤肥力的因素

2.3.1 海拔高度 由圖2 可知，隨著海拔高度的不斷增加，土壤有機質、全氮、堿解氮和有效磷含量呈增加趨勢；土壤速效鉀含量隨該海拔升高呈現先增加后降低的趨勢；土壤pH 值和IFI 與海拔無顯著關系。

圖2 海拔高度對煙區土壤肥力的影響

2.3.2 植煙年限 由圖3 和圖4 可知，隨著植煙年限不斷增加，土壤全氮、堿解氮含量呈逐漸降低趨勢；pH 值隨植煙年限增加逐漸升高后又逐漸降低；土壤有機質、有效磷、速效鉀和IFI 與植煙年限沒有顯著關系。

圖3 植煙年限對煙區土壤肥力的影響

圖4 海拔（左）、植煙年限對（右）土壤綜合肥力影響

2.3.3 耕作模式 由表6 可知，與連作煙田相比，輪作顯著降低了土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀的含量，但顯著提高了IFI。同時，輪作對土壤pH 值、堿解氮含量無顯著影響。

表6 耕作模式對煙區肥力的影響

2.3.4 前茬作物 由表7 可知，蔬菜作為前茬的土壤堿解氮含量顯著高于煙草和玉米，不同前茬作物對其他土壤養分指標及IFI 沒有顯著影響。

表7 前茬作物對煙區土壤肥力的影響

2.3.5 地 形 由表8可知，平地植煙土壤的速效鉀含量顯著高于坡地，地形對其他養分指標和IFI 沒有顯著影響。

表8 地形對煙區肥力的影響

3 討論與結論

3.1 土壤養分及綜合肥力指數分布特征

烤煙生長的適宜土壤pH 值范圍為5.5～6.5[18]，武隆煙區24.88%土壤pH 值處于低水平（＜0.05），在這些地區推薦施用鈣鎂磷肥、硅鈣肥、生石灰和生物炭等堿性物料，同時還可采取作物秸稈還田等措施改良酸化土壤[16,19]。武隆煙區有52.66%的土壤有機質含量適中，31.40%的地區土壤有機質含量高，15.70%的地區土壤有機質含量低，還有0.24%的地區土壤有機質含量極低。土壤有機質礦化后能為煙草提供大量礦質營養，尤其在煙草生長后期高溫高濕環境下，大量供氮會使煙草貪青晚熟，造成中上部葉不容易正常落黃，烤后煙葉煙堿含量高；相反有機質含量過低，氮素供應不足，煙葉香氣量不足。因此對于有機質含量高的區域，應適當減少有機肥施用量；而對于有機質含量過低的區域，應繼續增加有機肥施用量。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總稱。調查發現，武隆煙區有79.95%的地區土壤全氮含量適中，18.84%土壤全氮含量處于高或過高水平，因此對于全氮含量高的煙區，要適當減少有機肥和施氮量。堿解氮含量能較好地反映土壤氮素供應狀況和土壤氮素釋放速率[20]。武隆煙區有73.43%的土壤堿解氮含量處于高或過高水平，在這些地區要適當減少施氮量，避免烤煙發育過度，影響煙葉品質。武隆煙區75.37%的土壤有效磷含量處于高或過高水平，并且屬于強變異。近年來，武隆煙區氮磷鉀肥料投入比例穩定在1 ∶1 ∶3 左右，但磷肥利用率低，導致煙區土壤磷含量連年不斷積累上升[19]。魯艷紅等[21]也表明，長期投入磷肥是造成土壤有效磷積累的主要原因。因此，今后植煙土壤需要在生產上持續保持低磷投入，直到土壤有效磷含量恢復至正常值。對于6.76%的缺磷煙區應注重補磷。煙草是喜鉀作物，胡國松等[22]認為土壤中鉀含量越多越好，武隆煙區有47.34%的土壤速效鉀含量處于高或過高水平，有19.56%的土壤速效鉀含量不足。鉀素不足地區要重視補充鉀肥，鉀素過高區域與每年大量施用鉀肥有關。4 個基地單元中，白馬基地單元有機質、全氮、速效鉀和有效磷含量最高，化肥減量空間較大。江口各項指標含量較適宜，IFI 也高于其他地區，因而更適宜種植烤煙。

3.2 土壤養分含量及IFI 影響因素

調查結果顯示，土壤有機質、全氮、堿解氮和有效磷含量隨海拔高度增加而呈增加趨勢。這與王育軍等[23]在陸良縣煙區的結果一致，可能與高海拔區域植被豐富且氣溫低有利于養分積累有關。隨著植煙年限增加，土壤pH 值逐漸增加后又呈緩慢降低趨勢，這主要與重慶煙區近年來注重改良酸性土壤有關[19]；而全氮和堿解氮含量隨種植年限呈降低趨勢，這主要與近年來各產區嚴格控制施氮量有關，當前產區在烤煙株型上以培育“中棵煙”為目標，在一定程度上也減少了氮肥用量。研究結果表明，連作煙田的土壤有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量均顯著高于輪作煙田。然而有研究指出[24]，輪作土壤有機質和全氮高于連作土壤，原因可能與重慶煙區近年來連續增施有機肥、實施土壤保育有關。同時，煙區連年施用磷肥和大量鉀肥，導致連作煙田的有效磷和速效鉀含量也高于輪作土壤。然而，實施輪作的IFI 顯著大于連作，這主要是由于輪作后土壤的養分含量處于較適宜水平。通過研究發現，影響武隆煙區土壤IFI 的主要養分指標為有機質、全氮和堿解氮，武隆煙區土壤有機質和全氮含量偏高，輪作有利于適度降低有機質和全氮含量而提高土壤IFI，進而保證煙葉正常生長發育，形成優質煙葉。蔬菜作為前茬作物的土壤堿解氮含量較高，可能與蔬菜種植期間需施大量氮肥有關[19]，因而以蔬菜為前茬作物的煙田，在種植烤煙時應適當減少氮肥用量。平地土壤速效鉀含量顯著高于坡地，這主要是由于坡地鉀離子容易流失。