張家界不同植煙土壤類型剖面形態特征與養分分布特征

李明德，劉瓊峰，吳小丹，吳海勇，彭德元

（1.湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南省煙草公司張家界市公司，湖南 張家界 427000）

張家界是湖南省重要的優質煙產區之一，2010年煙草種植面積達6160 hm2[1]，所產煙葉外觀及內在質量較好，香氣地域風格突出，有較為鮮明的山地煙特色。張家界獨特的地理環境和生態條件，為烤煙種植提供了豐富的土壤資源，不同特征的土壤類型生產出的烤煙其品質和產量也有較大的差異。研究不同植煙土壤類型的剖面形態特征及其養分分布特征是查明該區域土壤特征與烤煙生長、產量、品質等關系的基礎，對于指導該地煙葉生產的合理施肥、提高煙葉產量和內在品質、優化特色優質煙葉的種植布局等均具有重要意義。對紅壤丘陵茶園、柑桔園土壤剖面形態特征及其微量元素含量[2-3]、不同土地利用類型下氮、磷在土壤剖面中的分布特征[4]進行了較多的研究。楊龍祥等[5]對昆明煙區幾種植煙土壤剖面的構型和理化性狀也進行了調查分析。前人主要研究了農田、菜地、果園、林地、草地等土壤的剖面形態特征與養分分布特征，而針對植煙土壤的剖面形態特征與養分分布特征的研究還少有報道。筆者對張家界不同植煙土壤剖面特征及其各層次的養分分布特性進行研究，旨在探明張家界最適宜的植煙土壤類型及特征，為張家界植煙區土壤的合理施肥及優質特色煙葉的生產和布局提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

張家界市位于湖南省西北部，介于東經109°40′～111°20′、北緯 28°52′～29°48′，海拔介于75～1890.4 m，屬中亞熱帶山原型季風濕潤氣候。該市烤煙栽培歷史悠久，以旱地栽培烤煙為主，據湖南省植煙土壤養分調查顯示[6]，該煙區土壤pH、有機質含量分別為6.4、23.3 g/kg，適宜于優質煙葉的生產；土壤交換性鈣、有效硫含量豐富，速效氮、磷、鉀、鎂、鋅、鉬和硼等養分存在不同程度的缺乏。植煙土壤以黃壤、水稻土為主，還有少量的黑色石灰土、紅壤和紫色土。

1.2 樣品的采集與檢測

根據張家界市植煙區不同土壤類型的分布特點，于2010年11月在桑植、慈利、永定區的煙草基地單元共挖取10個土壤剖面。土壤剖面長1.5 m、寬1.0 m、深1.0～1.2 m，按土壤剖面層次分別采集土壤樣品并調查土壤剖面形態特征。各土壤剖面點的基本信息與剖面形態特征見表1。

所采土壤樣品置實驗室內經自然風干、研磨后，分析土壤 pH、有機質、全氮、磷、鉀、水解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、鎂、有效硫、硼、鋅、鐵、錳。分析方法參照文獻[7]。

2 結 果

2.1 不同類型土壤剖面的形態特征

張家界植煙土壤以石灰巖風化物為主。從不同植煙土壤類型剖面形態特征來看（表1），紅壤、黃壤、黑色石灰土和紫色土4種旱地土壤，其土壤剖面發生層次分化明顯，一般都能劃分出旱耕層（A11）、亞耕層（A12）和心土層（C1），即土體構型為A11-A12-C1。水稻土的土體構型為Aa-Ap-W-C，Aa為耕作層、Ap為犁底層、W為潴育層、C為母質層。植煙土壤的耕作層深度均在25 cm以上，其土壤結構以團粒結構占優勢，土壤質地以粉砂質黏土和粉砂質黏壤土為主。4種旱地土壤的亞耕層（A12）和心土層（C1）及水稻土的潴育層（W）中鐵、錳淀積物較明顯，以塊狀結構為主。從土壤剖面的形態特征來看，這5種土壤均適宜煙草的生長。

2.2 不同類型土壤剖面的養分分布特征

2.2.1 pH 土壤pH不僅影響煙草對養分的吸收、土壤養分的有效性及微生物的分布，還直接影響煙草的生長及品質[8]。張家界不同類型植煙土壤耕作層的pH表現為黑色石灰土＞紅壤＞紫色土＞水稻土＞黃壤（圖1）。黑色石灰土耕作層的pH在7.0以上，略偏堿性；紅壤、紫色土和水稻土耕作層的pH分別為5.8、5.6和5.5，在烤煙最適宜生長的土壤pH 5.5～6.5范圍內[9]。黃壤耕作層的pH僅為4.9，這是因為黃壤主要分布在海拔500～1000 m，降雨量多、濕度大，淋溶作用強，鹽基離子大部分被淋失，使表土層交換性酸特別是鋁離子含量高，故土壤呈酸性至強酸性反應。從圖1可以看出，隨著土壤深度的增加，各類型土壤的pH基本呈逐漸上升趨勢。

2.2.2 有機質 土壤有機質是評價土壤肥力水平的重要指標，在一定范圍內，土壤有機質含量高，對促進煙株生長發育、協調煙葉化學成分具有較好的效果，可有效提高煙葉香氣質、香氣量，減少雜氣和刺激性[10]。張家界不同植煙土壤類型耕作層的有機質以黃壤最高（29.9 g/kg），黑色石灰土、水稻土和紅壤次之，紫色土最低（14.5 g/kg）（圖 2）。我國普遍認為優質煙的土壤適宜有機質含量為15～30 g/kg[11]，在這種土壤上栽煙，氮素營養較容易控制[12]。由此可見，張家界5種典型植煙土壤類型中，黃壤、黑色石灰土、水稻土和紅壤耕作層的有機質含量都處于優質煙生長的適宜水平。

從圖2可以看出，不同土壤類型其有機質含量在剖面各層次中也不盡相同，但其分布規律一致，都表現為隨著土層加深而下降。這與Arrouays等[13]的研究結果，在垂直方向上，土壤有機碳（SOC）含量與土層深度密切相關，隨深度增加呈指數下降趨勢一致。

表1 土壤剖面的基本信息與形態特征Table1 Basic information and Morphological characteristics of soil profile

圖1 不同類型土壤剖面pH的分布特征Fig.1 Distribution characters of pH in profiles of different soil types

圖2 不同類型土壤剖面有機質的分布特征Fig.2 Distribution characters of organic matter in profiles of different soil types

2.2.3 大量營養元素 由圖3可見，5種不同土壤類型剖面耕作層全氮含量在1.2～1.8 g/kg，以黃壤最高，其次是黑色石灰土、水稻土，紅壤和紫色土的全氮含量最低為 1.2 g/kg。紅壤、紫色土氮素含量相對較低的原因可能與其母質、成土特點有關，紫色土由紫色砂頁巖發育而成，土層淺薄；紅壤風化淋溶作用強，鹽基被淋失，故其氮素含量較低。土壤剖面各層次的全氮含量都呈現出垂直遞減趨勢（圖3）。5種不同土壤類型剖面耕作層全磷含量在0.5～0.8 g/kg，均處于較低水平；土壤全磷含量的剖面分布規律和全氮相似。5種不同土壤類型剖面耕作層全鉀含量差異較大，除紅壤和黑色石灰土的全鉀含量偏低外，其余3種土壤類型剖面耕作層全鉀含量均處于煙草生長的適宜水平；其剖面分布規律和全氮、全磷相似，呈垂直遞減趨勢。

圖3 不同類型土壤剖面全量N、P、K的分布特征Fig.3 Distribution characters of total contents of N, P, K in profiles of different soil types

從表2可以看出，5種不同土壤類型剖面耕作層水解氮含量在80～150 mg/kg，參考文獻[14]的分級標準，只有黃壤和水稻土的水解氮含量處于適宜水平，其他3種土壤均表現出有效氮不足。5種土壤耕作層有效磷的含量均豐富，速效鉀含量表現為黑色石灰土和黃壤豐富，水稻土在適宜范圍，紫色土和紅壤不足。有效養分隨著剖面層次加深其含量均顯著下降，特別是有效磷，有效磷隨淋溶的下移活動最弱，主要富集在耕層，這是因為在N、P、K三大養分元素中，P的運動性最弱[15]。

2.2.4 中、微量營養元素 中、微量元素（Ca、Mg、S、Fe、Mn、B、Zn）雖在植物體內含量甚微，但卻是煙株生長和煙葉產量、品質形成必不可少的營養元素，缺一不可[16]。張家界5種植煙土壤類型中，除黃壤的交換性鈣含量偏低外，其他土壤的交換性鈣含量均處于適宜或較高水平（表3）。交換性鈣在土壤剖面的垂直分布中主要淀積在A12層或C1（W）層，這主要是淋溶作用的結果。

紅壤和黃壤的交換性鎂含量在 0.5～1.0 cmol/kg之間，處于較低水平；水稻土和紫色土的交換性鎂含量在1.0～1.5 cmol/kg，處于適宜水平；黑色石灰土的交換性鎂含量為 2.99 cmol/kg，處于較高水平。土壤交換性鎂在土壤剖面的垂直分布中呈現出隨深度增加而降低的趨勢。

土壤有效硫含量均處于適宜或較高水平；黃壤、水稻土和紫色土的有效硫在剖面分布均呈現出明顯的下降趨勢，而紅壤和黑色石灰土的剖面分布規律不明顯。

從表3還可以看出，張家界5種植煙土壤類型其微量元素鐵、錳、硼、鋅含量中，除紫色土有效鋅含量偏低外，其他的均處于適宜或較高水平，且都表現為在耕作層明顯的富集，隨著土壤剖面深度的增加呈現出明顯的降低趨勢。

3 討 論

土壤剖面是垂直地面以下一定深度里土壤分層的變化情況[17]。挖掘土壤剖面是研究土壤內部各種物質變化的重要手段之一。通過田間土壤剖面挖掘、觀察和室內化學分析，可以判斷土壤的肥力狀況及障礙因素，同時，通過土壤剖面的觀察研究，聯系有關因素，可以闡明土壤的形成、分類、形態，提出改土和用土措施[18]。

表2 不同類型土壤剖面速效N、P、K的分布特征Table2 Distribution characters of available contents of N, P, K in profiles of different soil types

表3 不同土壤類型剖面中、微量元素的分布特征Table3 Distribution characters of medium and minor elements in profiles of different soil types

養分在土壤剖面中產生分異的原因主要是風化作用、大氣沉降、淋溶和生物循環的結果。風化和大氣沉降是使養分向土壤不同深度土層的輸入過程。淋溶和生物循環對養分在土壤剖面中分布的影響往往是相反的。淋溶使養分向下移動，隨著剖面深度的增加，養分濃度增加；與之相反，由于植物可以通過吸收把養分帶到地上，通過生物歸返等方式把養分再循環到土壤表層，生物循環作用總體上是使養分向上移動，因此，植物循環使養分在土層較淺的層次中富集并隨剖面深度而降低[19]。因此，研究土壤養分在剖面上的垂直分布，可為了解土壤形成過程中成土母質、自然因素、氣候及土地利用和管理方式的變化等提供基礎資料，而且這些因素極大地影響著養分元素的遷移、累積和生物地球化學循環，乃至全球環境。由此可見，對張家界植煙土壤的剖面形態特征及其養分分布特征等進行系統研究，可為指導該地煙葉生產的合理施肥、優化特色優質煙葉的合理布局等提供科學依據。

4 結 論

本研究結果表明，張家界植煙土壤中，旱地土壤剖面的土體構型均為 A11-A12-C1，水稻土土壤剖面的土體構型為Aa-Ap-W-C；黃壤主要分布在海拔500～1000 m，溫、光、水、熱條件好，養分豐富，最適宜種植烤煙。水稻土、黑色石灰土次之，紫色土和紅壤的養分較缺乏，可通過增施優質有機肥、種植綠肥壓青、輪作等措施來提高其土壤肥力。土壤養分在剖面中的分布規律是：pH和交換性鈣含量隨著剖面層次的加深而增加，其他土壤養分均隨著剖面層次的加深而降低，均表現出較強的表聚性特征。

本研究只對張家界5種主要植煙土壤類型的剖面形態特征與養分分布特征進行了研究，不同土壤類型及其剖面形態特征、養分分布特征對烤煙產量、品質的影響還有待進一步研究。

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