重慶典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及其活性組分的分布特征

李　玲，趙秀蘭，魏世強(qiáng)*，蔣珍茂，萬　川

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716）

重慶典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及其活性組分的分布特征

李玲1，2，趙秀蘭1，2，魏世強(qiáng)1，2*，蔣珍茂1，2，萬川1，2

（1.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716）

摘要：為了解重慶典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量狀況，采用現(xiàn)場調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，對重慶彭水、豐都和巫山3個(gè)典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及其活性組分的分布特征及相互關(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，3個(gè)典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量為3.35～53.94 g/kg，在適宜植煙范圍（15～30 g/kg）內(nèi)的比例呈現(xiàn)出豐都＞巫山＞彭水的趨勢，變異系數(shù)為巫山煙區(qū)大于豐都和彭水煙區(qū)。用33、167和333 mmol/L KMnO4測得的高活性有機(jī)質(zhì)（HLOM）、中活性有機(jī)質(zhì)（MLOM）、活性有機(jī)質(zhì)（LOM）占SOM的比例分別表現(xiàn)為巫山＞豐都＞彭水、豐都＞巫山＞彭水、豐都＞彭水＞巫山，與各煙區(qū)的SOM含量均呈極顯著正相關(guān)，說明土壤活性組分不僅可以很好的反映土壤碳素動(dòng)態(tài)變化，還可用作評價(jià)重慶植煙土壤肥力和土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一。

關(guān)鍵詞：典型煙區(qū)；土壤有機(jī)質(zhì)；活性組分

土壤有機(jī)質(zhì)（Soil Organic Matter，SOM）是土壤的重要組成部分，其不僅是植物的養(yǎng)分來源和土壤微生物生命活動(dòng)的能量來源［1］，還是評價(jià)土壤肥力和土壤質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)［2］。但土壤有機(jī)質(zhì)含量只是有機(jī)質(zhì)積累和礦化分解平衡的結(jié)果，并不能較好地反映土壤質(zhì)量的變化和定量指示土壤轉(zhuǎn)化速率等［3］。于是人們對有機(jī)質(zhì)分組深入研究的基礎(chǔ)上，提出了活性有機(jī)質(zhì)（Labile Organic Matter， LOM）的概念。活性有機(jī)質(zhì)是指土壤中活性較高、易被土壤微生物分解利用、對植物養(yǎng)分供應(yīng)有最直接作用的那部分有機(jī)質(zhì)［4］，其在土壤有機(jī)質(zhì)中所占的比重雖然很小，但與土壤性質(zhì)的關(guān)系比總有機(jī)質(zhì)密切，在指示土壤質(zhì)量和土壤肥力的變化時(shí)比總有機(jī)質(zhì)也更靈敏［5-6］。

煙草是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的葉用作物，煙葉品質(zhì)已成為限制煙草行業(yè)發(fā)展的瓶頸。研究表明，在眾多的土壤性質(zhì)中，土壤有機(jī)質(zhì)是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因子之一［7-8］。為此，研究人員對煙葉品質(zhì)與土壤有機(jī)質(zhì)間的關(guān)系、植煙土壤有機(jī)質(zhì)特征及提升的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了大量的研究［9-10］，但對植煙土壤有機(jī)質(zhì)組分研究較少，關(guān)于活性有機(jī)質(zhì)的研究更少，致使影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵土壤有機(jī)質(zhì)組分還不清楚。重慶是我國重要的煙葉產(chǎn)區(qū)之一，煙草種植面積每年在4.33～4.66萬hm2，煙葉產(chǎn)量約占全國總產(chǎn)量的4%［11］。本論文采用不同濃度KMnO4氧化法，測定重慶市典型煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)含量，分析植煙土壤有機(jī)質(zhì)及其不同活性組分的分布特征及二者間的相互關(guān)系，以便了解該煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)量和質(zhì)量狀況，為該煙區(qū)土壤培肥和優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)提供依據(jù)。

圖1　重慶市彭水、豐都和巫山土壤采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1　Sampling sites distribution maps of Pengshui，F(xiàn)engdu and Wushan in Chongqing

1　材料與方法

1.1樣品的采集

根據(jù)土壤類型和種植面積，選取重慶東南部、中部和東北部的彭水、豐都和巫山3個(gè)典型煙區(qū)的植煙土壤，采用GPS定位（圖1），按每20 hm2左右采集1個(gè)耕層（0～20 cm）土樣，共采集樣本960個(gè)，其中，彭水409個(gè)、豐都151個(gè)、巫山400個(gè)。根據(jù)田塊的形狀按“蛇形”或“梅花形”隨機(jī)布設(shè)7～10個(gè)樣點(diǎn)，采集的土壤制成一個(gè)混合土樣供分析測試。

1.2指標(biāo)測定方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）［12］；分別用濃度33、167和333 mmol/L的KMnO4氧化處理，測定土壤中的高活性有機(jī)質(zhì)（HLOM）、中活性有機(jī)質(zhì)（MLOM）和活性有機(jī)質(zhì)（LOM）含量［13］。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行平均值計(jì)算及表格制作；采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行頻數(shù)分布圖制作、（K-S）正態(tài)分布檢驗(yàn)及相關(guān)分析，顯著水平設(shè)為α=0.05。

2　結(jié)　果

2.1重慶植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布特征

對重慶3個(gè)典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其頻數(shù)分布直方圖見圖2，計(jì)算出的平均值、眾數(shù)、變異系數(shù)及K-S正態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果見表1。3個(gè)典型煙區(qū)SOM含量為3.35～53.94 g/kg，其中集中分布在15～30 g/kg的比例呈現(xiàn)出豐都＞巫山＞彭水的趨勢。3個(gè)典型煙區(qū)SOM含量的平均值、眾數(shù)均表現(xiàn)為彭水煙區(qū)顯著高于豐都和巫山兩個(gè)煙區(qū)，其K-S值均大于0.05，表明3個(gè)典型煙區(qū)的SOM含量均服從正態(tài)分布，但變異系數(shù)則以豐都煙區(qū)最小，巫山煙區(qū)最大。根據(jù)變異系數(shù)（CV）大小，將變異程度分為弱變異（CV＞10%）、中等變異（10%≤CV≤30%）和強(qiáng)變異（CV＞30%）3級［14］。可見，彭水和豐都均屬于中等變異，巫山則屬于強(qiáng)變異，這可能與巫山煙區(qū)的地形更為復(fù)雜，土壤類型、施肥模式、耕作管理及氣候條件差異大有關(guān)。

圖2　重慶市煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量頻數(shù)分布Fig. 2　Frequency distribution of soil organic matter content in Chongqing typical tobacco-growing areas

2.2重慶植煙土壤活性有機(jī)質(zhì)含量的分布特征

對重慶3個(gè)典型煙區(qū)土壤高活性有機(jī)質(zhì)（HLOM）、中活性有機(jī)質(zhì)（MLOM）和活性有機(jī)質(zhì)（LOM）含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其頻數(shù)分布直方圖見圖3，計(jì)算出的平均值、變異系數(shù)和K-S正態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果見表2。 3個(gè)典型煙區(qū)HLOM、MLOM和LOM含量分別為0.10～8.55、0.60～16.58和1.82～23.42 g/kg，集中分布的范圍分別在2～6、5～10和10～15 g/kg，分布比例均表現(xiàn)為豐都＞巫山＞彭水。3個(gè)典型煙區(qū)HLOM含量的平均值表現(xiàn)為彭水和巫山煙區(qū)顯著高于豐都煙區(qū)，MLOM和LOM含量的平均值則表現(xiàn)為彭水和豐都煙區(qū)顯著高于巫山煙區(qū)，其K-S值也均大于0.05，表明3個(gè)典型煙區(qū)的3種活性有機(jī)質(zhì)含量均服從正態(tài)分布，但變異系數(shù)在3個(gè)典型煙區(qū)均表現(xiàn)為HLOM＞MLOM＞LOM，其中HLOM和MLOM均屬于強(qiáng)變異，LOM屬于中等變異。

表1　重慶市典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)Table 1　Soil organic matter contents of Chongqing tobacco-growing areas

2.3活性有機(jī)質(zhì)與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系

重慶3個(gè)典型煙區(qū)HLOM、MLOM和LOM占SOM的比例分別在13.59%～15.41%、26.84%～31.34%和48.90%～55.52%，其中，巫山煙區(qū)的HLOM占SOM的比例顯著高于彭水和豐都煙區(qū)，豐都煙區(qū)的MLOM和LOM占SOM的比例均顯著高于彭水和巫山煙區(qū)。在活性有機(jī)質(zhì)中，HLOM和MLOM占LOM的比例分別在25.7%～31.6%和53.85%～56.44%，其中，巫山煙區(qū)的HLOM占LOM的比例顯著高于彭水和豐都煙區(qū)，豐都和巫山煙區(qū)的MLOM占LOM的比例顯著高于彭水煙區(qū)。

表3表明，重慶3個(gè)典型煙區(qū)的HLOM、MLOM、LOM含量與SOM含量之間的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平（p＜0.01），但SOM含量與HLOM占SOM的比例在彭水煙區(qū)呈極顯著正相關(guān)，在豐都煙區(qū)不相關(guān)，在巫山煙區(qū)呈極顯著負(fù)相關(guān)；與MLOM占SOM的比例和LOM占SOM的比例在3個(gè)典型煙區(qū)均呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明活性有機(jī)質(zhì)含量不是隨有機(jī)質(zhì)含量成比例的增加。

圖3　重慶市典型煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)含量的頻率分布Fig. 3　Frequency distribution of labile organic matter contents in Chongqing typical tobacco-growing areas

表2　重慶市典型煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)　g/kgTable 2　Labile organic matter contents of Chongqing tobacco-growing areas　g/kg

表3　活性有機(jī)質(zhì)含量和活性有機(jī)質(zhì)占有機(jī)質(zhì)的比例與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)系數(shù)Table 3　The correlation coefficient between LOM content， LOM/SOM ratio and SOM content

3　討　論

土壤有機(jī)質(zhì)通過影響土壤的理化性質(zhì)，尤其是土壤的供氮能力來改變煙葉的品質(zhì)，因而是影響煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵因素［15］。本研究結(jié)果表明，重慶典型煙區(qū)SOM含量高于黃淮煙區(qū)和中南煙區(qū)，但低于東北煙區(qū)和兩湖煙區(qū)［16］。SOM含量過高或過低，都不利于烤煙的正常生長發(fā)育。研究表明，南方煙區(qū)適宜的SOM含量以15～30 g/kg為宜，大于45 g/kg不宜種植烤煙［17］。重慶典型煙區(qū)SOM含量在適宜范圍內(nèi)的比例為70.31%，高于貴州煙區(qū)SOM含量（48.4%）［18］，表明重慶大部分植煙土壤適合生產(chǎn)烤煙。

全國第2次土壤普查養(yǎng)分等級標(biāo)準(zhǔn)中將SOM含量＞25 g/kg劃為豐富和很豐富，將SOM含量＜15 g/kg劃為缺乏和很缺乏［19］。重慶典型煙區(qū)SOM含量豐富和很豐富的比例表現(xiàn)為彭水＞巫山＞豐都，缺乏和很缺乏的比例則表現(xiàn)為巫山＞豐都＞彭水，表明彭水的SOM含量處于豐富和很豐富的比例較大，而巫山的SOM含量處于缺乏和很缺乏的比例較大。因此，彭水縣應(yīng)適當(dāng)限制有機(jī)肥的施用量，巫山縣應(yīng)適當(dāng)增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，如油菜餅粑等［20］。

土壤活性有機(jī)質(zhì)并不是一種單一的化合物，它是SOM中具有較高活性的那部分有機(jī)質(zhì)，其含量和動(dòng)態(tài)變化可以反映土壤有效養(yǎng)分庫的大小及其在土壤中的轉(zhuǎn)化［21］。已有研究報(bào)道，紅壤HLOM、MLOM和LOM含量分別為1.21、1.98和2.74 g/kg［22］，紫色土分別為3.91、4.62和5.26 g/kg［23］，黑土分別為2.55、9.26和9.40 g/kg［24］。與上述結(jié)果相比，重慶植煙土壤的HLOM和MLOM含量均處于中等水平，LOM含量則明顯高于上述土壤。從變異程度看，活性有機(jī)質(zhì)的變異程度大于總有機(jī)質(zhì)，這與活性有機(jī)質(zhì)比總有機(jī)質(zhì)更易受多種因素如土壤類型、施肥和耕作年限等的影響有關(guān)。任春雪等［25］、倪進(jìn)治等［26］研究認(rèn)為，有機(jī)—無機(jī)肥配施可使HLOM和LOM的含量最佳；而徐明崗等［27］研究發(fā)現(xiàn)，施用有機(jī)—無機(jī)肥耕作10年，壚土和潮土MLOM比原始土壤增加6%左右，灰漠土增加9.2%。

土壤活性有機(jī)質(zhì)只是土壤有機(jī)質(zhì)中很小的一部分，但它與土壤生產(chǎn)力密切相關(guān)。研究表明［27］，HLOM和MLOM占LOM的比例在紅壤中分別為44%和28%，壚土中分別為48%和43%，灰漠土中分別為34.5%和49%，潮土中分別為35%和52%，紅壤和壚土活性有機(jī)質(zhì)以HLOM為主，潮土和灰漠土以MLOM為主，而重慶3個(gè)典型煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)均以MLOM為主，且其比例與潮土的相近。徐明崗等［22］研究表明，土壤活性有機(jī)質(zhì)與總有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切，與本研究結(jié)果一致。因此，土壤活性有機(jī)質(zhì)可作為評價(jià)土壤肥力、土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一。但是，作為土壤有機(jī)質(zhì)的活性組分，其對施肥、煙草栽培管理措施的響應(yīng)與煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)的關(guān)聯(lián)規(guī)律有待進(jìn)一步研究，為提升植煙土壤有機(jī)質(zhì)品質(zhì)和提高煙葉產(chǎn)量及品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

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中圖分類號：S572.06

文章編號：1007-5119（2015）03-0051-06

DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2015.03.010

基金項(xiàng)目：中國煙草總公司重慶市公司科技項(xiàng)目“重慶市植煙土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量及評價(jià)”（NY201303010700017）

作者簡介：李玲（1989-），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染化學(xué)。E-mail：739252949@qq.com。*通信作者，E-mail：sqwei@swu.edu.cn

收稿日期：2014-10-07修回日期：2015-05-20

Distribution Characteristics of Soil Organic Matter and its Active Ingredients in the Typical Tobacco-growing Regions in Chongqing

LI Ling1，2， ZHAO Xiulan1，2， WEI Shiqiang1，2*， JIANG Zhenmao1，2， WAN Chuan1，2
（1. College of Resources and Environment， Southwest University， Ministry of Education， Chongqing 400715， China； 2. Key Laboratory of Agricultural Resources and Environment of Chongqing， Chongqing 400716， China）

Abstract:To understand the quantity and quality situation of soil organic matter in the typical tobacco-growing regions， soil samples were collected in tobacco growing regions of three prefectures in Chongqing including Pengshui， Fengdu and Wushan. The contents of soil organic matter and its active ingredients were determined. The results showed that the contents of soil organic matter （SOM）ranged from 3.35 to 53.94 g/kg. The percentages of soil samples with SOM contents in the appropriate range （15-30 g/kg） for tobacco growing followed the order of Fengdu＞ Wushan＞ Pengshui， while the CV for Wushan was higher than those of Fengdu and Pengshui. As the SOM was divided into high labile organic matter （HLOM）， mid-labile organic matter （MLOM） and labile organic matter （LOM）with 33，167 and 333 mmol/L KMnO4， respectively， their percentages in the SOM followed the order of Wushan＞Fengdu＞Pengshui，F(xiàn)engdu＞W(wǎng)ushan＞Pengshui and Fengdu＞Pengshui＞W(wǎng)ushan， respectively. The content of HLOM， MLOM， LOM were significantly and positively correlated with the content of SOM， indicating that the active ingredient of soil organic matter may well reflect the dynamic changes of soil carbon， and therefore can be used as a indicator for the evaluation of soil fertility and soil quality.

Keywords:typical tobacco-growing area； soil organic matter； active ingredients