洛陽煙區(qū)土壤養(yǎng)分指標適宜性評價及茬口效應分析

王麗君，李豪，馬君紅，趙世民，申洪濤，李友軍，劉領，邱建華*

(1.河南科技大學 農學院，河南 洛陽 471023；2.河南省煙草公司 洛陽市公司技術中心，河南 洛陽 471000；3.河南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000)

土壤為作物生長提供營養(yǎng)物質與環(huán)境條件，是作物生長發(fā)育的物質基礎[1-2]。對煙草而言，盡管其適應性較強，在不同的土壤中均可完成生長發(fā)育，但只有適宜的土壤條件才可生產出優(yōu)質煙葉[3-5]。在一定的氣候條件下，土壤的質量特性是影響煙草生長發(fā)育以及烤后煙葉品質的關鍵因素[6]。土壤質量特性的變異一方面受到成土母質、地形、水文等自然因子的影響，另一方面也和前茬作物、施肥方式等人為因子密切相關[7]。不同作物前茬田塊的營養(yǎng)水平對后茬作物土壤的物理性狀、土壤養(yǎng)分、土壤酶活性及病蟲害發(fā)生等具有一定的影響[8-9]。研究表明，玉米的生育期較短，在整個生育期中，玉米施肥偏重氮素，玉米收獲后其土壤中會遺留大量的氮素，而氮含量偏高，常造成烤煙前期生長緩慢，后期較晚成熟，上炕烘烤難，效益偏低等一系列問題[10]。近年來，部分優(yōu)質煙區(qū)的調查結果表明，煙田土壤存在氮的富積較為明顯，高磷土壤比例有所上升，土壤鉀含量雖有上升但依然低下等現象，因此，摸清煙區(qū)土壤質量的整體狀況，建立以煙草為主的耕作制度，將煙葉生產融入大農業(yè)生產體系中，綜合考慮輪作制度中作物生育期、土壤養(yǎng)分的平衡協(xié)調供應等因素，對維持煙區(qū)土壤養(yǎng)分平衡，保障煙區(qū)煙葉質量穩(wěn)定性，實現煙區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

洛陽煙區(qū)屬暖溫帶大陸性氣候，半濕潤易旱區(qū)，四季分明，熱量適中，光照充足，土壤多為紅黏土，鉀含量豐富、氮含量適中、磷含量較豐富，適宜煙葉種植面積較大，是國家局確定的優(yōu)質煙葉產區(qū)之一。然而，由于煙草的常年種植，且種植農戶較為分散，部分煙農過于追求產量、不合理施肥等原因，煙區(qū)土壤存在養(yǎng)分失衡和劣化問題，煙葉質量穩(wěn)定性面臨較大挑戰(zhàn)。鑒于此，本研究取樣分析了洛陽煙區(qū)土壤質量現狀和演變特征，并按照洛陽煙區(qū)主要前茬作物類型進行分類，對比分析了不同茬口土壤主要參數的差異，以期為洛陽煙區(qū)合理利用土地資源、優(yōu)化種植制度和精準施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 取樣地點

土壤采樣點選擇河南省洛陽市下轄7個植煙縣(欒川、汝陽、嵩縣、孟津、洛寧、宜陽、伊川)具有代表性的煙田。

1.2 土壤樣品采集

樣品采集時間為2019年前季作物收獲后，后茬煙草種植規(guī)劃施肥起壟前的3月份。選取不同作物茬口的土壤，采用S形布點采樣，遵循“完全隨機、多點混合”原則，在每個田塊選10～15個點，去掉表層，采集0～20 cm耕層土壤，混合后土樣保留1.0 kg，不同茬口土壤樣品單獨采集、單獨存放，共取668個土壤樣品，其中煙草、紅薯、玉米、花生、大豆、谷子、辣椒茬口土壤占比分別為73.95%、3.89%、11.83%、2.54%、2.10%、2.40%、3.29%。土壤經風干、去雜、磨碎、過篩后進行養(yǎng)分指標測定，并與2010年洛陽市煙草公司已分析的509份土壤樣品相對應參數進行比較。

1.3 測定項目與方法

土壤主要養(yǎng)分指標測定方法參考《土壤農化分析》[11]。堿解氮的測定采用堿解擴散法；速效磷的測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀的測定采用乙酸銨浸提-火焰光度法；氯離子的測定采用硝酸銀滴定法；有效鋅的測定采用原子吸收分光光度法。土壤性質變異程度根據變異系數的分級標準(變異系數>100%具有強變異性，變異系數10%～100%具有中等變異性，變異系數<10%具有弱變異性)進行判別[12-13]。

1.4 植煙土壤養(yǎng)分適宜范圍

根據全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級標準，同時參考以往研究結果，毛家偉等[14]制定出了煙葉種植區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺等級(表1)，我們參照此標準來分析評價洛陽煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況。

表1 洛陽植煙區(qū)土壤主要養(yǎng)分指標與豐缺分級

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據整理分析；采用SPSS 22.0軟件進行方差分析，運用Duncan′s新復極差法進行差異顯著性分析比較，顯著水平設定為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 洛陽煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況與演變

由表2可知，2019年洛陽市煙區(qū)整體土壤養(yǎng)分平均含量大部分處于適宜區(qū)間，且均屬于中等變異強度，其中有效鋅和速效磷變異系數較大，分別為79.28%和64.85%。從各養(yǎng)分含量均值及適宜比例來看，堿解氮、速效磷、速效鉀含量處于適宜至偏高水平，水溶性氯離子含量適宜，有效鋅含量處于偏低至適宜水平，其中堿解氮、速效磷、速效鉀、水溶性氯離子和有效鋅含量適宜比例分別為43.68%、40.80%、56.32%、96.70%、17.96%，有效鋅含量偏低比例高達72.84%。與2010年相比，2019年土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、水溶性氯離子平均含量分別增加了12.33 mg·kg-1、10.16 mg·kg-1、21.64 mg·kg-1、3.25 mg·kg-1，差異達顯著水平，有效鋅含量平均降低了0.02 mg·kg-1，差異不顯著，其中堿解氮、速效鉀、水溶性氯離子和有效鋅變異系數均有增加，堿解氮、速效鉀、水溶性氯離子和有效鋅含量適宜比例均有所降低，速效磷含量適宜比例較2010年增加了13.75百分點，堿解氮、速效磷、速效鉀、水溶性氯離子和有效鋅含量偏高至很高比例均呈增加趨勢，有效鋅偏低比例增加了14.06百分點。

表2 洛陽煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分含量變化及豐缺狀況

2.2 洛陽煙區(qū)不同作物茬口對土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 對土壤堿解氮含量的影響

由表3可知，堿解氮含量以玉米茬最高，紅薯茬次之，二者整體處于偏高水平，谷子茬最低，但處于適宜水平，其他茬口均處于適宜至偏高水平，其中玉米茬和紅薯茬顯著高于其他茬口。堿解氮含量適宜比例以谷子茬和大豆茬較高，玉米茬和紅薯茬較低，且玉米茬和紅薯茬分別有16.46%和23.08%土壤處于偏高水平，花生茬偏低比例為17.65%，較其他作物茬口高。不同作物茬口變異系數在24.06%～45.25%，均為中等強度變異，但大豆和花生茬變異系數分別達45.25%和44.01%，較其他作物茬口變異大。

表3 不同作物茬口對土壤堿解氮含量的影響

2.2.2 對土壤速效磷含量的影響

由表4可知，速效磷含量以紅薯茬最高，辣椒茬次之，二者磷含量均較高，其他茬口均處于適宜水平，其中紅薯茬顯著高于其他茬口，谷子茬顯著低于其他茬口。速效磷含量適宜比例以大豆茬最高，為57.14%，紅薯茬適宜比例為15.38%，偏高至很高比例高達76.92%，谷子茬和玉米茬偏低比例較其他茬口高。變異系數在38.45%～97.18%，均為中等強度變異，其中大豆茬和玉米茬變異系數較大，分別達97.18%和75.20%。

表4 不同作物茬口對土壤速效磷含量的影響

2.2.3 對土壤速效鉀含量的影響

由表5可知，速效鉀含量以紅薯茬和煙草茬最高，花生茬和辣椒茬次之，二者均處于偏高水平，其他茬口均處于適宜水平，其中紅薯茬與玉米、大豆和谷子茬之間差異顯著，與煙草、花生和辣椒茬之間差異不顯著，其他茬口之間差異均不顯著；不同作物茬口速效鉀含量適宜比例以大豆茬和谷子茬最高，紅薯茬最低，紅薯茬偏高至很高比例高達61.54%，遠高于其他茬口，花生茬偏低比例為5.88%，較其他作物茬口高。不同作物茬口變異系數在18.41%～34.82%，均為中等強度變異。

表5 不同作物茬口對土壤速效鉀含量的影響

2.2.4 對土壤水溶性氯離子含量的影響

由表6可知，水溶性氯離子平均含量以辣椒茬最高，紅薯茬最低，各茬口均處于適宜水平，其中辣椒茬與玉米和紅薯茬之間差異顯著，谷子茬與紅薯茬之間存在顯著性差異；不同作物茬口水溶性氯離子含量適宜比例以大豆茬和谷子茬最高，且各茬口均不存在氯含量偏低以及很高比例的土壤，花生茬和辣椒茬偏高水平土壤比例分別為5.88%和4.55%，較其他作物茬口高。不同作物茬口變異系數為36.87%～58.97%，均為中等強度變異，其中紅薯茬變異程度較大，變異系數為58.97%。

表6 不同作物茬口對土壤水溶性氯離子含量的影響

2.2.5 對土壤有效鋅含量的影響

由表7可知，有效鋅含量以紅薯茬和煙草茬最高，二者處于適宜水平，其他茬口均處于偏低水平，其中紅薯茬與煙草茬存在顯著性差異，且兩者均顯著高于其他茬口，其他茬口之間差異不顯著；有效鋅含量適宜比例以紅薯茬最高，大豆茬最低，紅薯茬偏低比例為42.31%，其他茬口偏低比例均高于50%，其中花生和大豆茬高達94.12%和92.86%。變異系數在27.73%～86.62%，均為中等強度變異，其中紅薯茬和煙草茬變異程度要大于其他茬口，變異系數分別為86.62%和80.73%。

表7 不同作物茬口對土壤有效鋅含量的影響

3 小結與討論

本研究結果表明，與2010年相比，2019年洛陽煙區(qū)植煙土壤表現出堿解氮、速效磷和速效鉀含量顯著增加，且堿解氮和速效鉀含量變異系數增大的特點，導致2019年煙區(qū)土壤堿解氮含量的適宜比率明顯下降，而偏高至很高比例增加；速效磷含量偏低比例下降、適宜至很高比例均有增加；速效鉀含量偏低至適宜比例略有下降，偏高至很高比例增加；土壤水溶性氯離子含量也顯著增加，適宜比例較2010年略有降低；土壤有效鋅含量略有下降，差異不顯著，但土壤有效鋅含量偏低率高達72.84%。這說明隨著煙草的連年種植，洛陽煙區(qū)10 a間土壤氮、磷、鉀元素具有積累趨勢，造成了適宜種煙土壤面積減少。已有的相關報道[15-18]表明，煙區(qū)經10 a以上的生產利用，土壤氮、磷、鉀含量呈現出不同程度的增加趨勢，這與本研究結果相似。隨著煙區(qū)煙葉的常年種植，導致煙區(qū)土壤養(yǎng)分變化和變異增大的原因，一方面可能與目前農業(yè)“高投入，高產出”的生產理念有關，煙草生產中常年投入大量含氮、磷、鉀比率較高的煙草專用復合肥料，加之洛陽煙區(qū)具有“十年九旱”，降雨量少的特點，養(yǎng)分利用率低，從而導致了氮、磷、鉀大量元素的積累；另一方面也與較為分散的煙農土地經營和管理水平有關。

我們的研究結果也表明，洛陽煙區(qū)不同前茬作物類型對后茬煙田土壤養(yǎng)分狀況具有較大影響。本研究中不同前茬作物類型以玉米茬堿解氮含量最高，紅薯茬土壤磷、鉀含量最高。前人的研究發(fā)現玉米茬收獲后土壤中氮、磷含量較煙草、豆科、甘薯類作物高，以煙草連作速效鉀含量最高，甘薯茬次之[19-20]，這與本研究結果有差異，原因可能與紅薯是喜磷、鉀作物，且當前鮮食和淀粉薯生產具有較高的效益，因此，洛陽地區(qū)在種植過程中投入較多的磷、鉀肥料有關。宇萬太等[21]研究指出，玉米收獲時帶出農田生態(tài)系統(tǒng)的磷養(yǎng)分較多，殘留在土壤中的磷量則較少，這與本研究中玉米茬速效磷含量偏低結果相似。本研究中各茬口水溶性氯含量均在適宜水平，紅薯茬和煙草茬有效鋅含量較適宜優(yōu)質煙草生產，其他茬口鋅含量偏低。趙瑞芬等[22]研究指出，在旱作農田耕作土壤中玉米地的有效鋅含量較高，紅薯茬最低，這與本研究中紅薯茬土壤有效鋅含量最高的結果存在差異，原因可能與紅薯是洛陽地區(qū)地理標志產品，在生產過程中重視品相而投入較多的有機肥料有關。本研究還發(fā)現，大豆茬和谷子茬堿解氮和速效鉀適宜比例較其他茬口作物高，這可能與大豆作物和豆科作物的根系具有生物固氮作用，生產中投入的肥料較少，以及谷子耐旱性較強，根系較發(fā)達，肥料利用率較高有關。

綜上所述，與2010年相比，2019年洛陽煙區(qū)土壤堿解氮、速效磷和速效鉀呈現出增加的趨勢，有效鋅含量普遍較低，水溶性氯離子含量總體較為適宜，因大量元素過量積累導致適宜煙葉種植面積減少，煙草生產中應適當減少氮、磷、鉀無機肥料的施用量，增施有機肥料，同時應考慮前茬作物類型，因地制宜地確定后茬煙葉的施肥量和施肥比例，適量增施鋅肥。