???衡陽植煙土壤理化性狀和種植年限對煙葉化學成分的影響?

摘要：為全面分析衡陽市煙田土壤理化特征和煙葉質量，采集衡陽市5個植煙縣（市）的代表性紫色水稻土煙田土壤樣品和煙葉樣品，研究不同區域土壤理化性質和種植年限對煙葉化學成分的影響，并評價煙葉質量。結果表明：衡陽紫色煙田土壤的有機質含量總體處于適中和豐富水平（96.3%），速效養分含量總體處于適中及以上水平（88.9%～94.4%），pH值有68.5%的點位處于適中水平。衡南縣、衡陽縣、耒陽市和常寧市煙葉總氮含量較低（＜1.5%）；衡陽縣和常寧市煙葉煙堿含量（＜1.5%）和糖堿比（＜8%）較低；衡南縣煙葉還原糖含量偏低（＜18%），其他縣域煙葉水溶性總糖偏高（＞22%）。相關性分析表明，不同煙區土壤磷、鉀含量和微生物生物量是影響煙葉品質的重要因素。＞2 mm團聚體百分含量在植煙10 a后顯著下降，＜2 mm團聚體百分含量顯著增加。植煙年限超過10 a的土壤全氮、有機以 質、微生物生物量的下降和物理結構的破壞會對煙葉品質產生負面的影響。因此，在土壤養分總量高的煙區可適當減少化肥施用，有機質含量低和土壤團聚體的破壞嚴重的煙區適當增施有機肥，有助于提升衡陽煙區土壤質量和煙葉品質。

關鍵詞：衡陽；煙葉；土壤理化性質；化學成分；種植年限

中圖分類號：S158.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）09-0041-08

Soil Physicochemical Properties and Planting Years Affect Chemical Composition of

Tobacco Leaves in Hengyang

XIANG Peng-hua1，XIAO Zhi-peng1，GUO Wei1，WANG Juan2，WANG Feng-ren2，HU Wang2，

SHEN Jian-lin2，LONG Shi-ping3

（1. Hengyang Tobacco Company， Hunan Provincial Tobacco Corporation， Hengyang 421001， PRC; 2. Institute of Subtropical

Agriculture， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， PRC; 3. Hunan Institute of Agricultural

Environment and Ecology， Changsha 410128， PRC）

Abstract： To comprehensively analyze the soil physicochemical properties and tobacco quality in Hengyang City， we collected soil samples and tobacco samples from the representative tobacco fields with purple paddy soil in five tobacco-planting counties （cities） of Hengyang. The effects of soil physicochemical properties and planting years on the chemical composition of tobacco leaves in different areas were studied， and the quality of tobacco leaves was evaluated. The results showed that the purple paddy soil in the tobacco field in Hengyang generally had moderate or rich organic matter （96.3%）， moderate or high available nutrients （88.9%-94.4%）， and neutral pH in 68.5% of the sampling sites. The tobacco leaves in Hengnan County， Hengyang County， Leiyang City， and Changning City had low total nitrogen （lt;1.5%）， and those in Hengyang County and Changning City had low nicotine content （lt;1.5%） and sugar-alkali ratio （lt;8%）. The tobacco leaves in Hengnan County had low reducing sugar （lt;18%）， and those in other counties and cities had high total water-soluble sugar （gt;22%）. The correlation analysis showed that the phosphorus and potassium content in soil and microbial biomass were the main factors affecting the quality of tobacco leaves. The soil after 10 years of tobacco planting showcased decreased percentage of agglomerates with the particle size gt;2 mm and increased percentage of agglomerates with the particle size lt;2 mm. The decreases in soil total nitrogen， organic matter， and microbial biomass and the destruction of physical structure of the soil after over 10 years of tobacco planting negatively affected tobacco quality. Therefore， it is suggested that the application of chemical fertilizer should be reduced in the tobacco soil with high total nutrients， and organic fertilizer can be applied in the tobacco soil with low organic matter

and serious destruction of soil agglomerates， which is of great significance for improving the soil quality and tobacco quality in Hengyang.

Key words： Hengyang; tobacco; soil physicochemical properties; chemical composition; planting years

煙葉生產是煙區農業生產發展的重要組成部分，也是煙區農民增收、財政增稅的重要產業支撐[1]。在煙葉生產中，植煙區適宜的土壤肥力對優質煙葉的生產具有重要作用[2]。土壤有機質含量影響煙葉生長后期土壤供氮能力，從而影響煙葉的落黃成熟[3]。長期施用化肥會導致土壤酸化，從而抑制烤煙根系的發育[4]。增施磷肥可以增加煙葉中的糖含量，降低刺激[5]。鉀供應不足會影響葉片機械組織發育，導致煙株生長緩慢[5]。鉀肥的過量施用會使土壤其他營養元素產生拮抗效應，破壞土壤結構，最終降低烤煙產量[6]。因此，探明煙區土壤理化性質對指導施肥和烤煙的生產具有重要意義。

種植年限的增加也會引起土壤肥力的變化，從而對植煙的生長產生重要影響[7]。長期的種植烤煙會造成土壤中某些營養元素的缺乏或積累，打破土壤的養分平衡，影響煙株的抗逆性[7]。微生物生物量涉及微生物物質和能量儲備的關鍵屬性，影響土壤有機碳固存、土壤養分有效性和土壤微生物肥力的積累[8]。羅茜等[7]研究發現，隨著種植年限的增加，四川各煙區的土壤pH值均有不同程度的下降。土壤團聚體是土壤結構的物質基礎和肥力的重要載

體，種植年限對土壤團聚體分布及穩定性也有顯著影響，不同種植系統的種植年限對土壤團聚體的影響各異[9]。因此，探究種植年限對土壤理化和煙葉品質的影響對優化烤煙種植模式具有重要作用。

衡陽市植煙面積有3 680 hm2，其中紫色土植煙區約占54.4%，由于紫色土成土母巖結構疏松和土地不合理的利用，導致土壤環境質量，嚴重影響當地煙葉的生產[10]。而關于衡陽不同植煙地區土壤理化性質和煙葉品質的差異尚不明確。為此，筆者以衡陽不同地區和種植年限下植煙土壤理化性質和煙葉化學成分為研究對象，分析了衡陽不同植煙區域和種植年限下土壤理化性質的差異及其對煙葉化學成分的影響，以期為衡陽地區植煙生產、提高土地利用效益、保護生態環境等方面提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

衡陽市位于湖南省中南部，湘江中游，地處東經110°32′16″～113°16′32″之間，北緯26°07′05″～27°28′24″之間，屬亞熱帶季風氣候區。全市土壤類型以紅壤、紫色土、水稻土為主，主要種植水稻、煙草、油菜等作物。2021年全市綠肥種植面積約6.67萬hm2，有機肥施用量約48萬t。

1.2 樣品采集

根據衡陽市紫色水稻土分布圖[11]，結合衡陽市煙草主要種植鄉鎮分布（衡陽市煙草局提供數據），2022年選取衡陽市5個植煙縣（市）13個鄉鎮的代表性煙稻輪作煙田土壤（土壤類型為紫色砂頁巖發育的紫色水稻土）54個（具體采樣點信息見表1），土壤和煙葉樣品均在煙葉成熟期采集，并記錄各樣點海拔、母巖母質、土地利用、種植制度和種植年限情況。按照隨機、等量的原則，采用S型取樣法分別采集10～15個0～20 cm耕層土樣組成一個混合樣，充分混勻后按四分法取1 kg左右的土壤樣品放入自封袋貼上標簽。每個取樣點采集3個環刀樣，每個環刀保持原狀，裝入小自封袋后，再用透明膠帶裹緊。取樣時避開田邊、路邊、溝邊和堆過肥料的特殊地點。選擇土壤樣品采集點相對應的地點采集煙葉樣品54個，采集10～15株煙株的已成熟中部煙葉組成一個混合樣，進行登記編號，然后用烘箱烘干煙葉樣品用于化學成分指標測定。

1.3 指標測定方法

（1）土壤理化指標。環刀法測定土壤容重；水浸提電位法測定土壤pH值（水土質量比為2.5∶1）；重鉻酸鉀容量法–外加熱法測定有機質；H2SO4消煮法測定總氮；HNO3–HF–HClO4消煮法測定總磷、總鉀；堿解擴散法測定堿解氮；0.5 mol/L NaHCO3法測定速效磷；NH4OAc火焰光度法測定速效鉀；三氯化六氨合鈷–分光光度計法測定陽離子交換量；濕篩法測定團聚體。以上各指標測定參照魯如坤的《土壤農業化學分析方法》進行[12]。氯仿熏蒸–0.5 mol/L K2SO4提取法測定微生物量碳、氮[13]。

（2）煙葉化學成分。測定指標主要包括總糖、還原糖、總氮、煙堿、總鉀和氯含量，參照文獻[14]中的方法測定。其中總糖、還原糖用3，5–二硝基水楊酸比色法測定，總氮用H2SO4–H2O2消煮法測定；總鉀用5%乙酸浸提–火焰光度法測定；氯用0.2 mol/L H2SO4浸提–硝酸銀滴定法測定；煙堿用提取脫色法測定。根據測定結果計算糖堿比、氮堿比和鉀氯比。

1.4 數據處理與分析

參照前人對煙草種植土壤養分評價體系[3，15]，建立煙草土壤主要養分豐缺評價體系（表2）。采用Microsoft Excel 2021、IBM Statistics SPSS 2019和Origin Lab 2022進行數據統計分析、相關性分析和作圖。采用單因素方差分析（one–way ANOVA）比較處理間差異，用LSD法檢驗差異顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 衡陽植煙紫色水稻土理化性質

由表3可知，衡陽植煙紫色水稻土pH值在5.20～7.85之間，平均為6.75。全氮含量在1.17～3.05 g/kg之間，平均為1.95 g/kg。全磷含量在0.05～1.12 g/kg之間，平均為0.61 g/kg。全鉀含量在9.25～24.42 g/kg之間，平均為17.37 g/kg。有機質含量在15.26～56.55 g/kg之間，平均為34.78 g/kg。堿解氮含量在48.93～270.70 mg/kg之間，平均為125.58 mg/kg。速效磷含量在6.62～154.59 mg/kg之間，平均為45.86 mg/kg。

速效鉀含量在65.05～902.38 mg/kg之間，平均為320.10 mg/kg。陽離子交換量在4.80～26.77 cmol/kg之間，平均為17.85 cmol/kg。微生物量碳含量在123.32～984.27 mg/kg之間，平均為521.53 mg/kg。微生物量氮含量在22.55～187.00 mg/kg之間，平均為96.15 mg/kg。土壤容重在1.04～1.61 g/cm3之間，平均為1.28 g/cm3。除pH值的變異系數為7.42%，屬低度變異外，其他指標的變異系數介于10.85%～63.83%，均屬于中度變異。

2.2 不同煙區植煙紫色水稻土理化性質

衡陽市不同縣市植煙紫色水稻土理化性質差異較大（表4）。土壤全氮和全磷的平均含量分別在1.86～2.51和0.57～0.89 g/kg之間，其中耒陽市土壤全氮和全磷的平均含量顯著高于其他縣市（P＜0.05）。土壤速效磷的平均含量在30.87～73.59 mg/kg

之間，其中耒陽市最高，祁東縣最低。土壤速效鉀的平均含量在209.57～489.87 mg/kg之間，其中耒陽市＞常寧市＞衡南縣＞衡陽縣＞祁東縣。土壤陽離子交換量平均在14.55～23.22 cmol/kg之間，其中耒陽市＞衡陽縣＞衡南縣＞常寧市＞祁東縣。土壤微生物量氮的平均含量在71.29～110.96 mg/kg之間，其中耒陽市最高，衡陽縣最低。土壤pH值在6.25～6.90之間，其中祁東縣顯著低于衡南縣、衡陽縣和常寧市（P＜0.05）。土壤容重平均在1.18～1.41 g/cm3之間，其中耒陽縣最高。

2.3 衡陽植煙紫色水稻土理化及生物性質的區域性差異

土壤有機質的含量決定著肥力的水平，有機質含量適中的土壤能生產出品質較好的煙葉[16]。由表5可知，衡陽煙田紫色水稻土有機質含量有52.7%和42.6%的點位是適中和豐富水平。土壤中有效氮含量及供氮能力的調節是影響煙草生育和煙葉質量、產量的重要因素。衡陽煙田紫色水稻土有效氮有94.4%的點位是適中及以上水平。速效磷分別有40.7%和48.2%的點位處于適中及豐富水平。速效鉀有14.8%的點位處于適中水平，有38.9%和35.2%的點位從處于豐富和很豐富水平。不同地區的土質、氣候、農藝管理措施等差異會導致不同地區土壤肥力的差異較大[17]。衡陽市不同煙區煙田紫色水稻土基本理化性質存在適宜性差異（表1和表4）。

2.4 不同煙區植煙紫色水稻土烤煙化學成分

衡陽市不同縣市煙葉化學成分差異較大（表6）。煙葉中總氮的平均含量在1.22%～1.52%之間，其中祁東縣顯著高于其他縣市（P＜0.05）。煙葉中氯的平均含量在0.34%～0.59%之間，其中耒陽市顯著高于其他縣市（P＜0.05）。煙葉中煙堿的平均含量在1.38%～2.01%之間，其中耒陽市＞祁東縣＞

衡南縣＞衡陽縣＞常寧市。煙葉中還原糖的平均含量在16.50%～26.68%之間，其中衡陽縣＞常寧市＞耒陽市＞祁東縣＞衡南縣。煙葉中水溶性總糖的平均含量在23.26%～38.57%之間，其中衡陽縣顯著高于其他縣市P＜0.05）。煙葉的平均糖堿比在12.44～33.96之間，其中衡陽縣和常寧市顯著高于其他縣市（P＜0.05）。煙葉的平均氮堿比在0.64～1.07之間，其中衡陽縣＞常寧市＞祁東縣＞衡南縣＞耒陽市。煙葉的平均鉀氯比在3.47～7.53之間，其中祁東縣＞衡陽縣＞常寧市＞衡南縣＞耒陽市。

2.5 衡陽不同煙區煙葉化學成分的區域性差異

祁東縣煙葉總氮含量符合優質煙葉的標準（1.5%～2.5%），其余縣市偏低，總氮含量低會導致煙葉吃味平淡。衡陽市各縣域煙葉總鉀（＞1.5%）和氯（0.3%～0.8%）含量符合優質煙葉的標準。衡南縣、祁東縣和耒陽市的煙葉煙堿含量符合優質煙葉的標準（1.5%～3.5%），衡陽縣和常寧市煙葉煙堿含量較低。煙堿含量過低，導致煙葉勁頭小，吃味平淡。衡南縣煙葉還原糖含量偏低，其余縣市符合優質煙葉的標準（18%～24%）。衡陽市各縣域煙葉水溶性總糖含量均高于優質煙葉的標準（18%～22%）。糖含量過高會導致煙氣醇和度降低，吃味變淡[18]。衡陽市各縣域煙葉糖堿比均高于優質煙葉的標準（8～12），這與煙葉中糖含量過高和煙堿含量低有關。衡陽縣、常寧市和祁東縣煙葉氮堿比符合優質煙葉的標準（0.8～1），衡南縣和耒陽市煙葉氮堿比偏低。耒陽市鉀氯比偏低，其他縣域煙葉鉀氯比符合優質煙葉的標準（＞4）。以上結果表明，衡陽市不同縣域煙葉的化學品質存在明顯的空間差異，這與王熾等[19]研究相似，其原因可能與土壤肥力等自然條件和人為種植管理差異有關。

煙葉總鉀與土壤速效鉀含量呈顯著正相關關系（圖1），增施鉀肥有利于煙葉對鉀的吸收，與劉坤等[20]研究結果一致。煙葉煙堿與土壤全鉀和速效鉀含量呈負相關關系（圖1），與王曉園等[21]研究結果相似，其原因可能與鉀通過控制根系相關酶基因的表達來影響煙葉中煙堿的積累有關[22]。因此，在土壤全鉀含量高的植煙區域如衡陽縣和常寧市，可以適當減少鉀肥的施用量，以此提高煙葉中煙堿含量，降低鉀的含量，從而協調煙葉化學成分，減少用肥成本和提高煙葉品質。煙葉糖含量與土壤全鉀含量呈正相關關系（圖1），與王欣等[23]研究結果相反。

2.6 不同植煙年限紫色水稻土理化性質差異

由表7可知，5～10 a植煙年限紫色水稻土全氮含量顯著高于10～20 a。土壤有機質、微生物量碳和微生物量氮含量隨植煙年限增加呈下降趨勢。土壤容重隨植煙年限增加呈增加趨勢。土壤全氮、全磷、堿解氮、速效磷和速效鉀含量隨植煙年限增加呈先升后降的趨勢。與0～5 a相比，5～10 a和10～20 a植煙年限土壤有機質分別下降了5.46%和15.42%。土壤團聚體主要粒徑為＞2 mm團聚體，其中10～20 a植煙年限的＞2 mm團聚體百分含量比5～10 a降低了22.45%。5～10 a植煙年限的＜2 mm團聚體百分含量比0～5 a降低了1.06%～16.47%。10～20 a植煙年限的＜2 mm團聚體百分含量比5～10 a增加了34.49%～144.79%，其中＜0.053 mm團聚體增幅較大（144.79%）。

2.7 不同植煙年限下煙葉品質差異

紫色水稻土煙葉（中部葉）化學成分隨植煙年限的變化而變化（表8）。5～10 a植煙年限的煙葉總氮、總鉀和氯離子含量比0～5 a升高1.53%、13.33%和7.89%，而超過10 a植煙年限總氮和總鉀含量分別降低了7.63%和9.23%。煙堿的含量隨植煙年限的增加從1.73%降至1.64%。10～20 a植煙年限的還原糖含量比5～10 a下降了17.95%。可溶性總糖平均含量在23.37%～27.30%之間，植煙年限為5～10 a可溶性總糖含量比0～5和10～20 a分別高出9.90%和16.82%。0～5、5～10和10～20 a植煙年限的煙葉糖堿比平均分別為15.44、17.53和14.50；氮堿比平均分別為0.78、0.81和0.76；鉀氯比平均分別為5.31、6.02和5.34。其中5～10 a植煙年限的煙葉糖堿比分別比0～5和10～20 a高出13.54%和20.90%；氮堿比分別高出3.85%和6.58%；鉀氯比分別高出13.37%和12.73%。整體而言，5～10 a植煙年限的煙葉化學成分含量較高。

2.8 植煙年限對紫色水稻土理化性質和煙葉化學成分的影響

研究發現，超過10 a植煙年限的煙葉總氮、還原糖和水溶性總糖含量呈下降趨勢，且與土壤全氮和全磷含量呈正相關關系（圖2）。即土壤全氮和全磷的下降會降低煙葉中的化學成分，對煙葉品質產生負面的影響。因此，在衡陽地區植煙年限較長的區域，建議適當增加氮肥和磷肥的施用，從而穩定煙葉的品質。煙葉中大部分化學成分與＞2 mm團聚體百分含量呈正相關，與＜2 mm團聚體百分含量呈負相關（圖2），說明土壤團聚體的破壞對煙葉的品質有一定的影響。

3 討論與結論

3.1 討論

此研究表明，衡南縣、衡陽縣、祁東縣和常寧市的土壤養分在適宜范圍內。耒陽市煙田紫色水稻土全氮和全磷含量相對較高，后期施肥建議適量減少氮肥和磷肥的投入。衡陽縣煙田紫色水稻土微生物量碳和氮含量相對較低，后期施肥建議適量增加微生物肥料的施用，增加土壤微生物活性[24]。耒陽市煙田紫色水稻土容重相對較高，建議適當進行垂直超深旋耕，減小土壤的緊實度[25]。

周敏等[26]研究發現，土壤速效鉀與煙葉總糖、還原糖含量有一定的正相關關系。王韋燕等[27]研究發現，土壤中微量元素、管理措施和烤煙工藝等都是煙葉中糖類物質積累的重要因素，因此還需要進一步研究。在研究中，煙葉氯含量與大部分土壤理化性質呈正相關關系。而前人研究表明，土壤氯含量是決定煙葉氯含量的主要因素[28]。因此，需要在未來結合衡陽市不同植煙區土壤氯含量進行深入的分析。

研究結果還表明，隨著植煙年限的增加，土壤微生物量碳、氮呈下降趨勢，與李序進等[29]研究類似。其原因可能與長期的施肥等管理措施抑制了土壤微生物的活性有關。稻—煙輪作模式下土壤有機質含量隨種植年限的增加而下降，與羅茜等[7]研究相似。其原因可能是長期的耕作對土壤攪拌和土壤小氣候的改變導致土壤腐爛速率增加，從而影響土壤有機質庫的分解速率[30]。在研究中，長期（＞10 a）稻—煙輪作會破壞土壤中＞2 mm粒徑的團聚體，形成＜2 mm粒徑的團聚體，與茍寧倢等[31]研究類似。土壤大顆粒團聚體向小顆粒團聚體崩解，會增加土壤的容重，不利于烤煙的生長[32]。

研究發現，土壤團聚體被破壞會影響煙葉的品質，與艾亥麥提·艾麥爾江等[33]的研究結果相似。大團聚體中充足的養分可以促進煙葉的生長發育和糖類、氮、鉀等積累[33]。土壤鉀離子過多也會導致土壤膠體凝結，減少土壤微生物和有機質含量，影響團聚體穩定性[34]。因此，在烤煙的實際種植過程中，土壤鉀含量高的煙區可以適當減施鉀肥。同時，在種植年限（＞10 a）較高的煙區，可以適當增施有機肥或生物炭等土壤改良劑，從而改善植煙土壤結構，有效地保護和改善土壤質量，實現烤煙提質增效[35]。

3.2 結論

（1）衡陽市不同煙區紫色水稻土理化性質存在顯著差異。其中土壤有效氮含量和pH值總體處于適中水平；有機質、速效磷和速效鉀含量總體處于較高水平。衡陽市不同煙區煙葉總氮含量總體偏低，煙葉總鉀、氯、煙堿、還原糖含量和鉀氯比總體符合優質煙葉的標準，煙葉水溶性總糖總體偏高。不同煙區土壤磷、鉀含量和微生物生物量是影響煙葉品質的重要因素。

（2）5～10 a植煙年限的土壤有效鉀含量顯著高于其他植煙年限。植煙年限超過10 a會顯著降低土壤全氮含量和＞2 mm團聚體含量，顯著增加＜2 mm團聚體含量，且與煙葉大部分化學成分呈負相關，從而降低土壤團聚體穩定性，影響煙葉品質。隨著植煙年限的增加，土壤有機質含量和微生物生物量呈下降趨勢。在下一步工作中，可以根據衡陽市不同煙區土壤肥力狀況，因地制宜開展土壤保育工作，以促進衡陽市烤煙生產的可持續發展。

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（責任編輯：肖彥資）