湘西植煙土壤養分變化趨勢分析

李艷青,屠乃美,田 峰

(1湖南農業大學農學院,長沙 410128;2湖南省煙草公司湘西自治州公司,吉首 416000)

土壤在一定程度上決定著煙葉質量,影響烤煙化學成分的變化,是主要的生態因子之一[1,2]。湘西自治州是湖南省主要的產煙區之一,屬于全國烤煙種植最適宜區。該地區目前年種植烤煙10 000 hm2以上,年產煙葉24 000 t以上。近年來,由于連年種植烤煙,給植煙土壤帶來了一系列問題,尤其是營養失調等問題比較突出,制約了烤煙生產的可持續發展。為提高該地區煙葉品質,增加煙農收入,實現烤煙種植的可持續發展,急需對該地區植煙土壤養分狀況進行綜合評價,為實際生產提供依據。2010年,筆者以湘西自治州7個縣的主要植煙土壤為研究對象,調查了植煙土壤的各項養分指標變化情況。

1 材料與方法

1.1 土壤取樣

土壤取樣范圍包括湘西州的龍山、永順、鳳凰、花垣、保靖、古丈、瀘溪共 7個縣。

采樣方法為 GPS定位,多點混合,統一采用管形不銹鋼土鉆取樣。取樣密度,按照植煙土壤類型,每33 hm2左右取 1個代表土樣,并盡量與 1999年取樣點一致。采集土壤的深度為20 cm,取樣的土壤前茬作物為烤煙,統一在壟邊取樣,所有形狀的地塊均按 S形采樣,每一個地塊取 10個點,制成一個1 kg的混合樣。在2010年 3月上中旬進行土壤取樣,3月下旬完成土樣預處理,統一組織化驗。

1999年的453個土壤樣品化驗結果由湖南省農業科學院農化檢測中心提供,是在 1999年取樣且完成化驗的。其中有 87個樣品 GPS定位信息與 2010年取樣的田塊一致,是定點取樣地塊。

1.2 土壤養分測定方法

土樣送湖南省農業科學院農化檢測中心檢驗分析,測定有機質,pH值,全氮、磷、鉀,速效養分氮、磷、鉀,交換性鈣、鎂、鐵、鋅、銅、硼、鉬、錳和氯等17項。土樣化驗分析方法:土壤有機質—重鉻酸鉀氧化法(GB-9834-88);堿解氮—堿解擴散法;土壤 pH(H2O)值—電位法(pH計測定);土壤氯離子—硝酸銀滴定法;土壤有效磷、鉀、鈣、鎂、鋅、銅、鐵、鉬、錳等—N H4HCO3+DTPA聯合提取,ICP法(碳酸氫銨-二乙三氨五乙酸提取,等離子光譜法)。

1.3 數據處理方法

對植煙土壤數據資料的分級評價,根據羅建新等[4]確立的湖南省植煙土壤養分豐缺狀況的五級分級體系進行。通過對比 2010年 295個樣品化驗結果和1999年的 453個樣品化驗結果,分析湘西州植煙土壤養分總體變化趨勢;同時通過對比 1999年和 2010年GPS定位相同的87個樣品化驗結果,分析連續種植烤煙后定點植煙土壤養分變化的趨勢;通過2010年不同海拔高度的土壤養分進行對比,分析不同海拔高度的土壤養分變化特點。統計分析采用 EXCLL軟件進行。

2 結果與分析

2.1 植煙土壤養分總體變化趨勢

2.1.1 植煙土壤 pH值、有機質含量變化趨勢

從圖 1看,與 1999年調查的植煙土壤相比,2010年平均 pH值變化很小,而含量在 7.0～ 7.5范圍之間的有變大的趨勢,說明土壤 pH值處于適宜范圍且有較小變化。

圖1 1999年與 2010年植煙土壤pH值分級狀況對比Fig.1 Distributing figure of pH value between1999and2010

與 1999年相比,有機質含量相同分級范圍內的比例相差不大(圖2),都有近60%的樣品是在最適宜的范圍 15～25 g/kg內,2010年的平均值只降低了 0.25 g/kg,沒有顯著差異,說明植煙土壤有機質含量有下降的趨勢但仍處于適宜范圍。

圖2 1999年與 2010年植煙土壤有機質含量分級狀況對比Fig.2 Distributing figure of organic matter content between 1999and 2010

2.1.2 植煙土壤大量營養元素變化趨勢

從表 1看,植煙土壤全氮含量 2010年為 1.54 g/kg,比 1999年的 1.42 g/kg高出 8%;堿解氮含量 2010年平均值為 129.60 mg/kg,相比于 1999年的 118.03 mg/kg,高出近 10%。

表1 1999年與2010年湘西州植煙土壤大量營養元素變化情況Table 1 Variation of N,P,K contents between 1999and 2010

從表 1看,全磷含量平均值 2010年為 0.59 g/kg,比 1999年的 0.63 g/kg減少了近 10%;速效磷含量平均值 2010年為 17.17 mg/kg,比 1999年的 11.17 mg/kg增加了53%。

2010年土壤全鉀含量平均值為 18.58 g/kg,比1999年的 17.94 g/kg增加3%,變化不明顯;速效鉀含量平均值 2010年為 179.00 mg/kg,比 1999年的179.54 mg/kg減少不足 0.3%,變化不明顯(表 1)。

2.1.3 植煙土壤中量、微量元素養分變化趨勢

科爾沁沙地上有個腦子靈光的農民，卻看到了種沙蔥是一個好項目。種沙蔥，一方面防風固沙，保持水土，盡顯植物的生態功用，一方面作為一種沙地美物一茬一茬割下后出售，還可以帶來可觀的收入。在通遼、赤峰、沈陽等地的超市，一盒二百克的沙蔥就能賣十幾元呢。

從表 2看出,交換性鈣整體平均含量 2010年為11.29(1/2cmol/kg),1999年為 8.28(1/2cmol/kg),增加36%,整體含量在上升,但是低于適宜值的比例2010年比1999年多,說明局部有下降的趨勢。

交換性鎂2010年平均含量為1.97(1/2cmol/kg),比 1999年的平均值1.40(1/2cmol/kg)增加 40%,有上升的趨勢。

2010年有效鋅含量平均值為2.02 mg/kg,比1999年的平均值 1.27 mg/kg顯著增加,同時 2010年在適宜范圍(4.5～ 10 mg/kg)內的占 60%,有 27.62%的土壤有效鋅含量比較高,都顯著高于1999年的。

表2 1999年與 2010年湘西州植煙土壤中量、微量元素養分變化情況Table 2 Variation of macroelement and microelement contents between 1999and 2010

有效銅含量 2010年平均值為 1.98 mg/kg,只有2.86%的土壤處于較缺乏狀態,在適宜范圍內的有19.05%,78.1%的土壤有效銅含量較高或極高,都顯著高于 1999年的。

有效錳含量2010年平均值為27.55 mg/kg,相比于1999年的平均值36.01 mg/kg,整體有下降的趨勢。

有效硼含量2010年平均值為0.38 mg/kg,在適宜范圍(0.30～ 0.60)內的有 52.38%,相比 1999年的平均值0.20 mg/kg,整體有上升的趨勢。

有效鉬含量2010年平均值為0.32 mg/kg,極顯著高于 1999年的 0.17 mg/kg。

有效鐵含量2010年平均值為70.2 mg/kg,相比于1999年的 31.34 mg/kg,增加了 124%。

水溶性氯含量 2010年平均值為 15.71 mg/kg,相比 1999年的 12.74 mg/kg,增加了 23%。

整體來看,湘西州植煙土壤中量、微量元素養分除有效錳含量有下降趨勢外,其他都有升高的趨勢。有效硫含量雖未做分析,但可以肯定其含量有升高,因為在煙草上施用有大量含硫肥料。

2.2 不同海拔高度植煙土壤養分含量變化分析

對 2010年取樣的土壤按海拔高度 <400,400～600,601～ 800,>800 m 4個范圍進行分類,比較分析了各高度范圍內的養分含量變化特征。結果顯示,速效氮、速效鉀含量的平均值隨著海拔升高而升高,同時速效鉀的含量在低于 400 m的區域內處于臨界值以下的占88.88%,處于速效鉀明顯缺乏的水平。全磷、全鉀含量的平均值隨海拔升高有上升趨勢(表3)。

分析還表明,水溶性氯、交換性鈣含量的平均值隨著海拔升高有下降的趨勢;而交換性鎂含量的平均值隨著海拔升高有上升的趨勢。

2.3 植煙土壤養分變化趨勢分析

對1999年與2010年定點取樣的87個植煙土壤樣品養分進行對比分析,結果表明(表 4),與 1999年相比,pH值沒有什么變化,都保持在適宜范圍內;速效氮含量升高了 7.23%,速效鉀含量上升了 10.85%,有機質含量下降了5.04%,全氮含量升高6.19%。極顯著升高的是:有效磷含量從 7.08 mg/kg升高到了 18.19 mg/kg,升高了 156.92%;水溶性氯升高了 138.79%;交換性鎂升高了108.40%;有效鋅升高了73.5%;有效硼升高了67.21%;交換性鈣升高了 64.39%。

除了pH值基本上沒變化,有機質含量減少外,其余各類養分都有不同程度的增加。

3 討論與結論

3.1 植煙土壤養分在時間上的變化特點

對比2010年和1999年植煙土壤養分含量(在植煙土壤的選擇上),整體變化上存在的特點為:pH值基本上沒有變化,有機質含量有下降的趨勢,大量元素養分全氮、速效氮(堿解氮)、速效磷含量有上升的趨勢,全磷含量有下降的趨勢,全鉀、速效鉀變化不明顯。在中量、微量元素養分方面,除有效錳含量有下降的趨勢外,其他都有升高的趨勢。

表3 不同海拔高度植煙土壤養分含量分級狀況對比Table 3 Comparison of nutrient contents among different altitudes

表4 湘西州植煙土壤定點取樣養分含量對比分析Table 4 Comparison of nutrient contents in fixed soil sample sites between 1999and 2010

通過對連續種植烤煙定點取樣的土壤養分進行分析,湘西州植煙土壤2010年與1999年相比,pH值總體上沒有變化;有機質含量下降了5.04%,速效氮含量升高了 7.23%,速效鉀含量上升了10.85%,全氮含量升高了6.19%。有效磷含量極顯著升高,從 7.08 mg/kg升高到了 18.19 mg/kg,升高了 156.92%;水溶性氯、有效鋅、硼、交換性鈣、鎂都有極顯著升高。據何琳等[15]研究,烤煙連作導致 0～ 20 cm土層的有機質、堿解氮和速效鉀含量均發生不同程度的積累。而本研究結果則為:烤煙連作會導致耕作層的有機質含量下降。

湘西州植煙土壤 pH值沒有明顯變化,與鄒家明等[2]研究結果不一致。據鄒家明等研究云南大理州的植煙土壤,pH值呈酸化趨勢。這可能是與土壤類型、氣候條件、施肥、耕種制度等不同有關,尤其是與湘西州土壤大部分是石灰巖母質發育而成的有關。

3.2 植煙土壤養分在空間上的變化特點

通過對湘西州不同海拔高度的植煙土壤分析,速效氮、速效鉀含量的平均值隨著海拔升高而升高,同時速效鉀的含量在低于400 m的區域內處于臨界值以下的占88.88%,處于速效鉀明顯缺乏的水平。海拔高于800 m的有效鉀含量極顯著高于海拔低于 400 m的。有效鉀含量在低海拔比較低,高海拔比較高,是湘西州的煙葉質量高海拔優于低海拔的原因之一。

全磷、全鉀含量的平均值隨海拔升高有上升的趨勢。不同海拔區域內全磷含量低于臨界值的都較低。在低于400 m海拔區域內全鉀含量低于適宜范圍。

水溶性氯、交換性鈣含量的平均值隨著海拔升高有下降的趨勢;而交換性鎂含量的平均值隨著海拔升高有上升的趨勢。

3.3 對湘西州植煙土壤施肥的建議

結合本地區的煙葉質量情況,在今后的施肥中,湘西州烤煙種植的施肥原則整體是:控氮、穩磷、增鉀、減氯,多施有機肥。

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