湖南典型煙區土壤有機質與活性組分的分布特征及相關性

劉瓊峰，彭曙光，劉勇軍，李明德*，吳海勇，谷 雨，段淑輝，肖漢乾，李 偉，蔣尊龍，賈少成，張明發

（1.湖南省土壤肥料研究所，長沙 410125；2.湖南省煙草公司，長沙 410004；3.湖南省煙草公司永州市公司，湖南 永州425000；4.湖南省煙草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000)

(1.Hunan Soil and Fertilizer Institute,Changsha 410125,China;2.Hunan Provincial Tobacco Company,Changsha 410004,China;3.Yongzhou Branch of Hunan Provincial Tobacco Company,Yongzhou,Hunan 425000,China;4.Xiangxi Branch of Hunan Provincial Tobacco Company,Jishou,Hunan 416000,China)

土壤有機質是衡量土壤肥力狀況的重要指標，植煙土壤有機質含量的高低直接影響著煙草的生長發育以及產量和品質[1]，在煙株養分的供應、土壤理化特性的改良、耕層微生物能源供應等方面起著重要作用[2]。土壤活性有機質即土壤有機質的活性部分，是指土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解礦化、對植物養分供應有直接作用的那部分有機質[3]。國內外學者針對植煙土壤有機質的分布特征、豐缺狀況、土壤有機質與活性有機質及養分的定量關系等已開展了一些研究[4-9]，表明土壤有機質含量受土壤母質、土地利用類型、地形地貌、氣候、耕作方式等多方面因素影響[5,10]，區域土壤有機質及活性組分的含量有較大的空間變化，不同地區之間甚至同一地區不同植煙地塊之間有機質含量都各不相同，不同煙區土壤有機質空間異質性的影響因素也存在差異。土壤活性有機質與總有機質關系密切[11]，而不同煙區土壤活性有機質與有機質的相關性也不確定。因此探明典型生態煙區土壤有機質與活性有機質的分布特征及相關性，對于探明煙區土壤肥力狀況與指導煙田精準施肥具有重要意義。

湘西自治州煙區位于湖南省西部，植煙縣有龍山、永順、鳳凰、花垣、保靖、古丈、瀘溪7縣，土地利用類型主要為旱地，以種植一季煙草為主；湘南永州煙區位于湖南南部，植煙縣有寧遠、江華、江永、藍山、新田、道縣、東安7縣，土地利用類型主要為水田，以“煙-稻”種植方式為主，兩大典型生態煙區是湖南省重要的優質煙區。本研究通過對比分析湖南省湘西自治州煙區和湘南永州煙區兩大典型生態煙區土壤有機質與活性有機質的分布特征，研究典型煙區植煙土壤有機質與活性有機質的相關性，旨在探明兩大典型生態煙區土壤有機質的數量和質量狀況，為煙區土壤保育與優質煙葉生產提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與指標測定

根據土壤類型狀況、土體構型狀況及地形狀況，2014年12月在湘西自治州煙區共采集土壤樣品1242個，在湘南永州煙區共采集土壤樣品689個。樣品采集時采用均勻網格法布置樣點，采樣點的定位使用差分式GPS，以基地單元為基本操作單元，13.33～26.67 hm2連片基本煙田為最小采樣區（湘西自治州煙區為13.33 hm2、湘南永州煙區為26.67 hm2），每個基地單元采集60～100個0～20 cm耕層土壤樣品，在每個樣點周圍約0.2 hm2的范圍內的地塊上，用土鉆采集25個表層土樣，合并為一個混合樣本，然后風干研磨，過0.25 mm篩用于樣品的測定。樣品經過風干、研磨和過篩處理，采用重鉻酸鉀容量法（外加熱法）測定土壤有機質含量，采用高錳酸鉀氧化法測定土壤活性有機質[12]含量，采用常規方法[13]測定土壤pH值和養分指標。

1.2 數據分析

數據統計分析、數據正態分布性檢驗和柯爾莫哥洛夫-斯蜜諾夫檢驗（K-S檢驗）通過SPSS12.0完成。土壤有機質的空間插值和圖形繪制采用ArcGIS 9.3軟件的地統計學模塊(geostatistical analyst)，采用DPS V3.01統計軟件分析土壤有機質與土壤養分的相關性、關聯度及其對土壤養分含量的影響。根據已有研究[14]并結合湖南省湘西自治州煙區、湘南永州煙區烤煙生產實際，將水田的植煙土壤有機質分為極低（<15 g/kg）、低（15.00～25.00 g/kg）、適宜（25.00～35.00 g/kg）、高（35.00～45.00 g/kg）、很高（>45 g/kg）；旱地的植煙土壤有機質分為極低（<10 g/kg）、低（10.00～15.00 g/kg）、適宜（15.00～25.00 g/kg）、高（25.00～35.00 g/kg）、很高（>35 g/kg）。

2 結果

2.1 湖南典型生態煙區土壤有機質與活性有機質的分布特征

2.1.1 湘西自治州煙區與湘南永州煙區土壤有機質分布特征 對湖南省湘西自治州和湘南永州煙區植煙土壤有機質含量進行統計（表1），湘西自治州煙區以旱地煙為主，土壤有機質平均值為28.55 g/kg，按照旱地標準，該值處于適宜范圍，其中古丈縣、瀘溪縣、保靖縣的植煙土壤有機質平均含量處于適宜水平，龍山縣、永順縣、鳳凰縣、花垣縣的土壤有機質含量偏高。根據變異系數（CV）大小，湘西自治州煙區鳳凰縣和龍山縣的土壤有機質含量為中等變異（10%≤CV≤30%），古丈縣、瀘溪縣、保靖縣、花垣縣、永順縣的土壤有機質含量為強變異（CV＞30%）。

湘南永州煙區煙田以水田為主，土壤有機質平均值為42.3 g/kg，該值處于高范圍，接近極高閾值。其中江永縣土壤有機質平均含量處于適宜水平，道縣、新田縣、寧遠縣、江華縣處于高的范圍，東安縣和藍山縣處于極高的范圍。根據變異系數（CV）大小，湘南永州煙區的寧遠縣、江華縣、新田縣、藍山縣的土壤有機質含量為中等變異，道縣、東安縣、江永縣為強變異。

表1 湖南湘西自治州煙區與湘南永州煙區土壤有機質含量特征Table 1 The characteristics of soil organic matter content in tobacco growing areas of Xiangxi autonomous region and Yongzhou region of Hunan Province g/kg

湘南永州煙區各植煙縣土壤有機質平均含量均高于湘西自治州煙區，這可能是由于湘南永州煙區水田“煙-稻”輪作方式水稻的根殘留物較多，導致土壤有機質的積累。

運用ArcGIS地統計學方法對采樣點的土壤有機質含量進行空間插值與豐缺評價，湘西自治州煙區豐缺評價結果表明（圖1），1242個土壤樣品中，處于極低至低范圍的數目約占14.41%，主要分布在古丈縣、瀘溪縣、永順縣、龍山縣的水田；處于適宜范圍的占33.49%，主要分布在古丈縣、保靖縣、龍山縣的旱地和瀘溪縣、鳳凰縣的水田；高范圍的占32.69%，極高范圍的占19.40%，主要分布在龍山縣、永順縣、花垣縣、鳳凰縣的旱地和花垣縣、永順縣的水田。湘南永州煙區豐缺評價結果表明（圖2），689個土壤樣品中，處于極低-低范圍的數目占6.1%，主要分布在道縣的部分地區；處于適宜范圍占23.8%，主要分布在道縣、寧遠縣、江華縣、新田縣、江永縣的煙田；高范圍的占31.93%，主要分布在寧遠縣、江華縣、道縣、江永縣、新田縣；極高范圍的占38.17%，主要分布在東安縣、寧遠縣、藍山縣、江華縣、新田縣。

圖1 湘西自治州煙區土壤有機質豐缺評價圖Fig.1 Soil organic matter assessment of Xiangxi autonomous tobacco-growing region

圖2 湘南永州煙區土壤有機質豐缺評價圖Fig.2 Soil organic matter assessment of Yongzhou tobacco-growing region

2.1.2 湘西自治州煙區與湘南永州煙區土壤活性有機質分布特征 土壤活性有機質是有機質中具有較高活性的那部分有機質，其含量和動態變化可以反映土壤有效養分庫的大小及其在土壤中的轉化[15]，與土壤生產力密切相關。選擇湘西自治州煙區的鳳凰、花垣、保靖3個代表縣，湘南永州煙區的道縣、藍山、江華3個代表縣，根據有機質含量高、中、低不同等級分析植煙土壤活性有機質的含量（333 mmol/L KMnO4），結果表明（表2），湘西自治州煙區典型植煙縣土壤活性有機質平均含量為6.25 g/kg，植煙縣土壤活性有機質平均含量表現為鳳凰縣﹥花垣縣﹥保靖縣；湘南永州煙區典型植煙縣的土壤活性有機質平均含量為7.80 g/kg，土壤有機質與活性有機質平均含量均表現為藍山縣﹥江華縣﹥道縣。兩大典型煙區各典型植煙縣土壤活性有機質含量均為強變異。

圖3 湘西自治州土壤有機質與活性有機質的相關性分析Fig.3 The correlation analysis of soil organic matter and active organic matter of Xiangxi autonomous tobacco-growing region

表2 湖南湘西自治州煙區與永州煙區土壤活性有機質含量特征Table 2 The characteristics of soil active organic matter content in tobacco growing areas of Xiangxi autonomous region and Yongzhou region of Hunan Province g/kg

2.2 湖南典型生態煙區土壤有機質與活性有機質的相關性分析

湘西自治州煙區與湘南永州煙區土壤有機質與活性有機質的相關性分析結果表明（圖3、圖4），湘西自治州煙區和永州煙區土壤有機質與活性有機質含量均呈線性正相關關系，其中湘西煙區的相關系數為0.90，永州煙區的相關系數為0.87，說明土壤活性有機質含量隨著土壤有機質含量成比例增加。

兩大典型煙區不同含量等級的土壤有機質與活性有機質含量相關性分析結果表明（表3），旱地土壤有機質在低、適宜、高3個等級范圍時，土壤有機質與活性有機質均呈顯著正相關（p<0.01），水田土壤有機質在適宜和高等級范圍時，土壤有機質與活性有機質也呈顯著正相關（p<0.01）。

圖4 永州煙區土壤有機質與活性有機質的相關性分析Fig.4 The correlation analysis of soil organic matter and active organic matter of Yongzhou tobacco-growing region

2.3 湖南典型生態煙區土壤有機質與土壤養分的相關性分析

湘西自治州煙區與湘南永州煙區土壤有機質與養分的相關性及關聯度分析表明（表4），土壤有機質與土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、有效銅、有效鋅、有效硼、交換性鈣呈極顯著正相關。土壤有機質與土壤養分指標關系密切程度為：全氮>堿解氮>全磷>pH>有效硼>有效銅>陽離子交換量>有效磷>交換性鈣>速效鉀>有效鋅>全鉀>有效硫>交換性鎂>有效鐵>有效錳>有效鉬>氯離子，土壤有機質與土壤全氮、堿解氮的相關性最大，表明土壤氮素與土壤有機質的關系最為密切。

表3 不同含量等級植煙土壤有機質與活性有機質的相關性Table 3 The correlation analysis of different level soil organic matter and active organic matter

表4 土壤有機質與土壤養分的相關性及關聯度Table 4 The correlation and grey correlation coefficient of tobacco-growing soil organic matter with other soil nutrients

3 討論

植煙土壤有機質是反映土壤理化性質和肥力水平的重要指標，其含量的高低對煙草的生長發育以及產量和品質有直接的影響[16-17]，湖南兩大典型生態煙區土壤有機質含量總體偏高，這與湖南省主產煙區土壤有機質含量總體上較豐富有關[18]，2002年湖南省第一次植煙土壤普查湘南煙區土壤有機質的平均含量為 41.9 g/kg，本研究中平均含量為42.3 g/kg，表明湘南煙區土壤有機質的平均含量雖然總體上偏高，但增長不明顯；湘西煙區2002年的土壤有機質平均含量只有23.4 g/kg，本研究中平均含量為28.55 g/kg，表明湘西煙區土壤有機質含量雖然低于湘南煙區，但是土壤有機質平均含量的增長幅度大于湘南煙區，影響典型煙區土壤有機質積累的因素主要有土地利用方式、海拔高度、施肥方式、土壤質地和土壤類型等[5]，而影響典型煙區土壤有機質積累的關鍵因素尚待深入研究。

活性有機質控制了土壤的生物過程，決定了向作物提供養分的能力[19]，其與土壤有效養分、土壤物理性狀、耕作措施等性質的關系比總有機質密切，在指示土壤質量和土壤肥力的變化時比總有機質也更靈敏[20-21]，成為土壤質量及土壤管理的評價指標之一[3]。已有研究表明，不同煙區土壤有機質與活性有機質的相關性存在差異，可能為正相關、負相關或不相關[4]，本研究表明兩大典型生態煙區土壤有機質與活性有機質含量均呈線性正相關關系，且旱地土壤有機質在低、適宜、高3個等級范圍時，土壤有機質與活性有機質均呈顯著正相關，水田土壤有機質在適宜和高等級范圍時，土壤有機質與活性有機質也呈顯著正相關，表明土壤活性組分可用作評價煙區植煙土壤肥力和土壤質量的指標之一，而不同土地利用方式、耕作制度、有機肥施用等因素對于兩大典型煙區土壤活性有機質的影響值得進一步探討。

土壤有機質與養分的相關性及關聯度分析表明，土壤有機質與土壤pH、堿解氮、有效磷、速效鉀、全氮、全磷、有效銅、有效鋅、有效硼、交換性鈣呈極顯著正相關，與土壤全氮、堿解氮的相關性最大，表明土壤氮素與土壤有機質的關系最為密切，這與國內已有研究結果基本一致[7]，而土壤有機質、活性有機質、土壤養分與煙葉產量與品質的相關性尚待進一步深入研究。

4 結論

湘西自治州煙區與湘南永州煙區植煙土壤有機質含量總體偏高，空間變異較大。湘西自治州煙區土壤有機質平均值為28.55 g/kg，活性有機質平均含量為6.25 g/kg，植煙縣土壤有機質含量主要處于適宜、高范圍；湘南永州煙區土壤有機質平均值為42.3 g/kg，活性有機質平均含量為7.80 g/kg，植煙縣土壤有機質主要處于高、極高范圍。湘南永州煙區煙田的土壤有機質與活性有機質平均含量明顯高于湘西自治州煙區。兩大典型生態煙區土壤有機質與活性有機質含量均呈線性正相關關系，土壤有機質含量與土壤全氮、堿解氮的相關性最大，表明土壤氮素與土壤有機質的關系最為密切。土壤有機質與活性組分是評價煙區植煙土壤肥力和土壤質量的重要指標，湖南省典型煙區應根據土壤有機質的空間變異規律、豐缺特征及與養分的相關性進行植煙土壤的分區管理與土壤改良，合理調控有機肥和氮肥的施用，對于煙區植煙土壤的保育具有重要意義。

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