重慶市酉陽縣植煙區土壤養分演變趨勢及施肥區劃

吳佳蓉，冉 茂，周鑫斌*

(1.西南大學 資源環境學院，重慶 400715；2.重慶煙草科學研究所，重慶 400715)

土壤生態環境條件是決定煙葉質量的最基本因素，是其優良品質和風格形成的基礎和前提，土壤養分豐缺狀況和供應強度直接決定著煙葉產質量。因此，對植煙土壤養分含量的綜合分析已成為調節植煙地塊生產機能的重要手段。重慶酉陽縣煙區土壤大都連作25年以上，所有煙田施用的復合肥種類和用量長期相同，不同地塊沒有根據實際地力狀況進行配方施肥，導致長期連作的煙田土壤pH下降、速效鉀和有機質含量不同程度地增加，對烤煙的生長發育和產質量有明顯負效應。只有土壤養分含量處于適宜煙草生長的區間范圍內，且配比合理，煙葉的質量才會得到顯著提升。單一養分過多或過少都會對產量造成影響，如氮素過多會導致煙葉生長受到抑制、貪青晚熟，直接影響到煙葉品質。酉陽煙區長期連作及不合理的施肥管理措施加劇了植煙區土壤養分失調。

酉陽縣位于重慶市東南部，該縣煙田面積大，煙葉種植歷史長，是重慶市第二大產煙區，煙葉以醇香型為主。目前酉陽縣煙葉品質屬于“武陵秦巴生態區—醇甜型”，整體質量較好，但也存在煙葉香氣質差、上部葉身份厚、煙堿含量高；下部葉身份薄、油分不足，內含物不充實等問題，可見酉陽縣煙葉在工業可利用性方面有待提高。以往對植煙區土壤的養分綜合評價主要專注研究某一年份的土壤數據，缺少多年養分數據的縱向比較，不利于煙田養分管理。本研究通過對2021年酉陽植煙區代表性煙田土壤養分狀況進行分析，并與2002、2012和2017年的煙田土壤養分狀況進行縱向對比分析，總結土壤養分演變規律，旨為酉陽縣植煙區土壤養分科學管理和實現煙葉優質適產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與制備

重慶酉陽縣公司于2021年對酉陽縣4個主要煙葉基地單元，蒼嶺、桃花源、李溪和龔灘進行采樣，根據現代煙草農業規劃，每個種植單元采集一個土樣(為與其他年份進行縱向對比，不同年份間基本按照同一種植單元采集一個樣品的原則)，選取該基地單元中能代表該區域主要土壤類型、地形、地貌和生產水平，且集中連片的區域進行采樣。按照“S”形采樣法，每個土樣設置10個分樣點，每次采樣均安排在當年12月煙田翻整后進行，共提供土壤樣品371個(圖1)。各采集土壤應滿足土體均勻、深淺一致原則，取樣后采用四分法將多余的土壤棄去，剔除雜物后保留2 kg，并帶回實驗室保存。測定前對土樣進行風干、研磨、過篩、分類和裝瓶，之后進行各項指標測定分析，測定結果與該縣2002、2012和2017年間的數據進行縱向分析比較。

圖1 酉陽縣植煙區土壤樣品分布圖Fig.1 Distribution of soil sampling sites in Youyang

1.2 測定項目及分析方法

采用土壤農化分析的常規方法分析土樣。土壤pH采用pH計測定，土水比為1∶2.5；土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法中的外加熱法；土壤全氮采用凱氏消化法前處理，半微量凱氏定氮法測定；土壤堿解氮采用擴散法測定；土壤有效磷采用Olsen法前處理，鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀采用NHAc前處理，火焰光度計法測定；交換性鈣鎂采用NHCl～NHAc法。

1.3 土壤養分的等級劃分標準

土壤養分含量分級標準是以全國第二次土壤普查資料為基礎，參考近年來酉陽縣植煙區實際生產情況及相關的植煙區土壤養分研究，充分結合當地煙葉種植技術與土壤生態環境等多方面綜合制定的，詳見表1。

表1 酉陽縣植煙區土壤pH與養分含量分級標準Tab.1 Classification standard of soil pH and nutrient content in tobacco-growing areas of Youyang

1.4 數據分析

采用IBM Statistics SPSS 25.0和Excel 2016進行原始數據處理及分析，采用Mapgis 67和Section 2016進行制圖及空間疊加分析。

2 結果與分析

2.1 土壤pH狀況

研究表明，最適宜煙葉生長的pH值在5.5～6.5之間。由表2可知，2021年全縣pH<5.5的酸性煙田占比為26.4%，蒼嶺、桃花源、李溪、龔灘基地單元分別為52.6%、28.7%、25.6%和37.2%。圖2為酉陽縣植煙地塊pH分布圖，可直觀地看出該縣植煙地塊pH分布情況。從pH值年際變化來看，土壤pH均值較為穩定(圖3)，但是酉陽縣植煙土壤酸化面積大，需特別引起注意，并盡快對這部分煙田進行改良。

表2 2021年酉陽縣植煙區土壤pH分布頻率Tab.2 Frequency distribution of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖2 2021年酉陽縣植煙區土壤pH空間分布狀況Fig.2 Distribution of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang

圖3 不同年限酉陽縣植煙區土壤pH的變化Fig.3 Changes of soil pH in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.2 土壤有機質含量狀況

由表3可知，2021年酉陽縣有機質平均含量為22.6 g/kg。超過半數植煙區的有機質含量大于20 g/kg，34.2%的煙區土壤有機質較低。有57.2%的土壤有機質含量在20～30 g/kg之間，整體較適宜，但34.2%的土壤有機質含量小于20 g/kg，其中李溪基地單元高達47.7%，蒼嶺、桃花源、龔灘分別也達到了17.2%、40.3%和33.3%，說明仍有較大部分煙田土壤有機質含量較為貧乏，建議在該區域適當增施有機肥。從圖4可以看出，酉陽縣土壤有機質分布不均一，存在集中性現象，說明該縣在不同植煙地塊的施肥管理措施上存在差異。2002-2017年間煙田有機質含量呈緩慢增加趨勢，但2017-2021年，煙田土壤有機質含量呈下降趨勢，降幅為19.3%(圖5)。

圖4 2021年酉陽縣植煙區土壤有機質空間分布狀況Fig.4 Distribution of soil organic matter in tobacco-growing areas of Youyang

圖5 不同年限酉陽縣植煙區土壤有機質含量的變化Fig.5 Changes of soil organic matter content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

表3 2021年酉陽縣植煙區土壤有機質含量分布頻率Tab.3 Frequency distribution of soil organic matter content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

2.3 土壤堿解氮含量狀況

2021年全縣堿解氮平均含量為133.98 mg/kg，小于100 mg/kg的土壤占14.9%，此范圍內的煙田需要增施氮肥；大于180 mg/kg的土壤占8.0%；全縣煙田的堿解氮含量大部分集中在適宜范圍(100～180 mg/kg)(表4)。2002-2012年，土壤堿解氮含量呈顯著上升趨勢，2012-2021年酉陽縣植煙區土壤堿解氮含量變化不大，土壤氮素含量較為穩定(圖6)。

表4 2021年酉陽縣植煙區土壤堿解氮含量分布頻率Tab.4 Distribution frequency of soil alkali-hydrolyzed nitrogen content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖6 不同年限酉陽縣植煙區土壤堿解氮含量的變化Fig.6 Changes of soil alkali～hydrolyzed nitrogen content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.4 土壤有效磷含量狀況

2021年土壤有效磷平均含量為41.42 mg/kg，小于15 mg/kg的僅有10.0%，其在李溪基地單元的占比為18.6%，在蒼嶺、桃花源、龔灘的占比分別為5.3%、12.6%和4.8%。酉陽縣植煙區土壤有效磷含量大多在適宜和偏高水平，表明土壤有效磷含量相對豐富(表5)。2002至2012年土壤有效磷含量增幅達到95.1%，2017年土壤有效磷平均含量比2012年提高了104.0%，而2021年比2017年的僅增加了2.0%，說明自2002年來酉陽縣植煙區土壤有效磷含量有顯著提高(圖7)。

表5 2021年酉陽縣植煙區土壤有效磷含量分布頻率Tab.5 Distribution frequency of soil available phosphorus content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

圖7 不同年限酉陽縣植煙區土壤有效磷含量的變化Fig.7 Changes of soil available phosphorus content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

2.5 土壤速效鉀含量狀況

由表6可知，2021年酉陽縣煙田土壤速效鉀平均含量為328.52 mg/kg ，有14.3%的煙田速效鉀含量<150 mg/kg，蒼嶺、桃花源、李溪和龔灘分別有4.3%、21.8%、7.0%和22.9%的煙田土壤速效鉀含量偏低，但總體而言，該縣土壤鉀含量非常豐富。酉陽縣煙田速效鉀含量總體呈現隨種植年限的增加而逐漸增加的趨勢，2012年與2002年相比、2017年與2012年相比、2021年與2017年相比增幅分別為86.7%、53.4%和17.7%(圖8)。

圖8 不同年限酉陽縣植煙區土壤速效鉀含量的變化Fig.8 Changes of soil available potassium content in tobacco-growing areas of Youyang in different years

表6 2021年酉陽縣植煙區土壤速效鉀含量分布頻率Tab.6 Distribution frequency of soil available potassium content in tobacco-growing areas of Youyang in 2021

3 結論與討論

3.1 酉陽植煙區土壤肥力演變現狀

土壤pH是土壤肥力的基本指標，影響土壤養分的微生物轉化，煙草最適宜的土壤pH為5.5～6.5，土壤pH低于5.5，易造成鹽基離子流失、土壤板結、病蟲害加劇和煙葉品質下降，而且不利于煙田土壤微生物群落結構和功能多樣性的穩定。2021年酉陽縣pH均值為6.10，與之前測定的數據相比并無顯著性差異，但土壤酸化比例為26.4%，說明酉陽植煙區潛在酸化問題較為嚴重。Zhang等得出，土壤鹽基離子輸入和輸出不平衡是植煙土壤酸化的主要原因，以每年投入鹽基陽離子量為270 kg/hm的煙田為例，地上煙草收獲物從土壤中的去除量為339.23 kg/hm，是陰離子去除量的7.57倍，土壤中的鹽基離子卻沒有及時得到有效補充，為保持電荷平衡，土壤中產生大量H(12.52 kg/hm)并吸附在土壤膠體上，從而引起煙田土壤酸化；另一方面是氮肥的施用引起土壤酸化。本課題組的研究結果表明，對于酸化的煙田土壤，需采用分類治理的方法，即針對pH<5.0的強酸性土壤，施用約1.3 t/hm的石灰并配施1 t/hm高溫堆肥，來中和土壤酸度，并有效提高土壤緩沖性和微生物活性；對于pH 5.0～6.5的弱酸性土壤，施用約1 t/hm生物炭、2 t/hm高溫堆肥和0.5 t/hm鈣鎂磷肥，實現土壤酸堿平衡，并有利于土壤的微生態恢復。因此，針對不同酸化程度的土壤應選擇不同的物料及用量，使煙田土壤pH達到酸堿平衡，實現煙田的“精準降酸”。

研究結果表明，當前酉陽縣植煙土壤有機質缺乏的比例占34.2%，自2017年后土壤有機質呈下降趨勢，這種趨勢必須引起重視，這可能與近些年有機肥料價格上漲和勞動力成本升高有關。適量的有機質可以增強煙株的抗病能力，改善煙株生長，增加煙葉中油分和還原糖含量，促進煙葉香氣物質合成，提高煙葉產量和上等煙比例。本研究基于土壤養分空間分布與植煙鄉鎮行政區劃圖的疊加，能更加直觀地發現不同區域土壤有機質含量豐缺狀況，這為酉陽縣煙草種植規劃提供更為明了的依據。土壤有機質積累是一個長期的逐步積累過程，針對煙區土壤有機質含量偏低的區域，必須長期增施有機肥或秸稈還田等多種手段來改善土壤養分和微生物生物群落，以此來提高土壤肥力。煙田可以通過增加有機肥數量來實現土壤碳庫的培育，特別是施用高C/N比有機肥，本課題組推薦施用牛糞堆肥(250 kg/667m)、秸稈堆肥(250 kg/667m)、綠肥還田或生物炭(150 kg/667m)等措施，以高碳有機肥為主材，實行烤煙寬窄起壟這種集種地養地一體的新型種植模式，寬壟130 cm，窄壟90 cm，寬壟內可通過增加高碳有機肥用量來增加土壤有機質，經2年實施，即可達到快速培肥的目的；同時，寬窄壟種植模式還有利于通風透光、降低病蟲害和采收煙葉，來年壟溝互換位置進行種植。

氮、磷、鉀是維持植物正常生理活動不可或缺的元素。氮素對煙葉的生長發育、質量產量有著顯著影響。氮素用量適宜，煙葉生長健壯、顏色正常、致香物質豐富，品質良好。磷素是植物生長發育的必需營養元素，合理增施磷肥有利于加速煙株的生長發育，提早成熟采收，有效提高煙葉產質量。鉀素是決定煙葉品質的重要元素，對煙葉的色澤、吸濕性和生理方面均有非常明顯的影響。酉陽縣堿解氮含量呈先上升后下降的趨勢，整體上處于適宜情況，這說明近年來植煙區在煙葉種植中氮肥管理趨于合理。酉陽縣有效磷和速效鉀含量均呈逐年上升趨勢，可見土壤有效磷和速效鉀過量較為嚴重。同時，有效磷和速效鉀空間變異系數大，區域分布不均，過量和缺乏現象并存，建議根據區域特點進行施肥區劃，實現精準施肥，以提高煙葉的產質量。

3.2 酉陽植煙區施肥區劃建議

配方施肥的原則是“區域大配方，地塊小調整”，即通過烤煙實際的需肥規律和地塊的養分供應規律等進行針對性的施肥，通過這種養分管理策略不僅能夠節省肥料，增加農田收益，還可以顯著地改善煙葉內在質量和外部品質。本研究基于2021年酉陽縣土壤養分現狀及演變趨勢，根據配方施肥原則，結合做到“降酸、穩定氮素和有機質、控磷鉀”的目標，通過疊加分析土壤圖、土壤有機質圖、土壤堿解氮含量圖、土壤有效磷含量圖、土壤速效鉀含量圖形成綜合施肥區劃圖，并根據土壤肥力分區提出科學合理的施肥方案(圖9)。為保證煙田土壤肥力合理，施用氮素時中等肥力土壤氮肥用量控制在7.0～8.0 kg/667m(高肥力6.0～7.0 kg；中肥力7.0～7.5 kg；低肥力7.5～8.0 kg)，防止控氮過度。目前酉陽縣現有基肥配方(6-12-25)中磷、鉀含量偏高，應適當降低磷鉀比例。近10年來由于高磷鉀比例專用肥的施用，土壤中有效磷和速效鉀較2017年相比有明顯提高，目前酉陽縣大多數土壤速效鉀含量都在220 mg/kg左右，含鉀豐富；烤煙前期對鉀的需求量低，基肥中施用過多的鉀容易產生流失且導致肥料成本高，建議基肥配方中降低1～2個P、2～4個K，根據酉陽縣施肥區劃圖進行精準施肥。

圖9 酉陽縣施肥區劃圖Fig.9 Fertiliz ation zoning map of tobacco-growing soil in Youyang

酉陽縣植煙區土壤酸化面積大，與2017年相比，仍存在明顯的土壤酸化趨勢，此現象必須引起高度重視。酉陽縣煙田有機質含量近年來呈降低趨勢，其中34.2%的煙區土壤有機質含量較低。酉陽縣煙田堿解氮總體適宜，土壤有效磷和速效鉀較為豐富，總體把握“降酸、穩定氮素和有機質、控磷鉀”的原則。針對目前酉陽縣土壤養分現狀及演變趨勢，以土壤養分測定結果為依據，建立施肥區劃圖，按照“區域大配方”和“地塊小調整”的原則，科學合理地提出各區域的施肥管理方案，為酉陽縣烤煙優質可持續性生產提供科學支撐。