中國優質烤煙產區耕層土壤腐殖質組分特征*

王程棟 徐宜民 馬興華 劉光亮 曲瀟玲 李東陽 曾慶賓王樹聲?

（1 中國農業科學院煙草研究所，山東青島 266101）（2 陜西省煙草公司寶雞市公司，陜西寶雞 721000）（3 四川省煙草公司攀枝花市公司，四川攀枝花 617000）

土壤腐殖質是有機物經過微生物新陳代謝降解后合成的一類非均質的呈黑色或黑褐色的有機高分子化合物，根據在酸堿中的溶解度分為胡敏酸、富里酸和胡敏素［1-3］。土壤腐殖質具有吸收、交換等多種功能，對土壤的物理、化學及生物學性質均有重要影響［4］。腐殖質是評價土壤肥力和質量的重要指標，也是影響烤煙品質與產量的主要因素之一［5-7］。研究表明，不同地區土壤腐殖質的含量、組分以及性質會隨生物、氣候條件的不同而異，并進而一定程度上影響煙草的品質和產量［8］。因此，土壤腐殖質組分研究一直是我國烤煙種植的一個重要研究領域［9］。

我國烤煙種植空間分布廣泛，從東北至西南均有分布，涉及黑龍江、吉林、遼寧、山東、河南、安徽、陜西、湖南、四川、重慶、江西、廣東、廣西、福建、貴州、云南等地［10］。不同產區成土因素和土壤類型復雜多樣，腐殖質組成自然也不盡相同。雖然已有我國植煙土壤腐殖質組分區域尺度方面的報道［11-15］，但全國尺度的相關信息尚缺乏。為此，本研究依據2011—2013年獲取的我國主要優質煙葉產區的耕層土樣，測定分析了其土壤腐殖質組分，希望能夠反映全國尺度上的煙田土壤腐殖質組分特征，并嘗試進行了分區，旨在為進一步了解土壤腐殖質組分與烤煙風格和品質之間的關系提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 優質煙葉產區與代表性煙田確定

依據《中國煙草種植區劃》［10］和中國煙草總公司提供的我國烤煙種植面積和煙葉品質等信息，選定覆蓋全國的12個優質煙葉產區［16］，包括47個代表性縣市產區，合計425個典型煙田（表1）。各縣市典型煙田的確定主要是基于代表性土壤類型（依據1∶5萬土壤圖）、煙葉收購站和煙農提供的煙田長年煙葉長勢信息。

表1 調查采樣的典型煙田區域分布Table 1 Spatial distribution of the typical tobacco-planting fields surveyed in China

1.2 土樣采集與測定

在選定的典型煙田地塊，運用“梅花形五點取樣法”采集0～30 cm耕層（煙壟）土樣，去雜后充分混勻，自然風干，分別研磨過孔徑750 μm和250 μm尼龍篩。土壤腐殖質組成的測定采用重鉻酸鉀氧化法［11-12］。

1.3 數據處理與分析

數據處理、統計分析與制圖采用 Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進行，主要包括聚類分析和方差分析，多重比較采用新復極差法。

2 結 果

2.1 優質煙葉產區腐殖質組分總體特征

表2為土壤腐殖質及其組分的統計結果，可以看出，我國優質煙葉產區煙田耕層土壤腐殖質總碳量介于6.04～23.18 g·kg-1，平均為13.91 g·kg-1，腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量和胡富比分別為3.66～12.33 g·kg-1、1.41～6.17 g·kg-1、2.38～10.95 g·kg-1、2.24～6.9 g·kg-1和1.03～0.45之間，平均分別為8.10 g·kg-1、3.22 g·kg-1、5.81 g·kg-1、4.88 g·kg-1和0.72，變異系數介于20%～40%，其中，胡敏酸碳量變異系數最高，為39.40%，胡富比變異系數最低，為22.27%。表明我國優質煙葉產區土壤腐殖質總碳量以及各組分含量總體上差異較大。

2.2 同一產區不同縣市之間土壤腐殖質組分比較

武夷山區、攀西山區高腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量土壤分布較為集中，分布在永定和仁和；黔中山區、秦巴山區、云貴高原、南嶺山區、中原產區高腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量土壤分布較為集中，分布在西秀、巫山、盤縣、江華、襄城；武陵山區高腐殖質全碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量土壤分布較為集中，主要分布在利川；魯中山區高腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏素碳量土壤分布較為集中，最高值分布在臨朐；東北產區、雪峰山區高腐殖質全碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量土壤分布較為集中，最高值分別分布在寬甸、天柱。

攀西山區仁和、武夷山區永定、中原產區襄城胡敏酸碳量顯著高于區域內其他各縣市，攀西山區仁和、武夷山區永定腐殖質全碳量顯著高于區域內其他各縣市，攀西山區仁和、武夷山區永定、中原產區襄城腐殖酸碳量顯著高于區域內其他各縣市，攀西山區仁和胡敏酸碳量顯著高于區域內其他各縣市，攀西山區會東土壤腐殖質各組分含量均顯著低于區域內其他各縣市。

2.3 不同產區之間土壤腐殖質組分比較

如表3所示，十二個優質煙葉產區中，南嶺山區腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量平均含量均最高，雪峰山區富里酸碳量平均含量最高，魯中山區在腐殖質全碳量以及腐殖質各組分含量均為最低。武陵山區、雪峰山區、云貴高原與武夷山區之間土壤腐殖質全碳量以及各組分方面差異不顯著。黔中山區、東北地區、皖南山區土壤腐殖質全碳量以及各組分方面差異不顯著。攀西山區胡敏素含量較高，其他含量均偏低。

表2 優質煙葉產區的腐殖質組分特征Table 2 Statistics of components and contents of topsoils humus in the tobacco-planting fields

圖1 12個區域土壤腐殖質組分含量特征Fig. 1 Statistics of components and contents of topsoils humus in the 12 regions

表3 各優質煙葉產區腐殖質組分含量Table 3 Components and their contents in soil humus in the high quality tobacco growing areas

2.4 基于腐殖質特征的中國優質煙區分區

上述12個產區劃分主要依據區域位置、氣候、土壤和烤煙外觀、香型風格質量等因素劃分［10］。這里探討一下基于腐殖質組分特征的聚類分區。如圖2所示，根據腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量、富里酸碳量和胡富比6項指標進行系統聚類分析，將47個縣市優質產區分為四類地區。根據聚類圖中類別由上至下順序，第一類地區包括德江、咸豐、利川、桑植、鳳凰、彭水、武隆、開陽、西秀、余慶、凱里、巫山、寬甸、天柱、靖州、南澗、江川、威寧和興仁19個縣市，第二類地區包括道真、遵義、黔西、貴定、南鄭、旬陽、興山、房縣、臨朐、寧安、汪清、泰寧、襄城、宣城和米易15個縣市，第三類地區包括盤縣、永定、桂陽、江華和仁和5個縣市，第四類地區包括蒙陰、費縣、諸城、五蓮、莒縣、靈寶、會東和會理8個縣市。

四類地區腐殖質組分的方差分析結果詳見表4。腐殖質全碳量、腐殖酸碳量、胡敏酸碳量、胡敏素碳量和富里酸碳量，均以第三類地區的均值最高，其次是第一類地區，第四類地區最低。其中，腐殖質全碳量不同地區之間存在顯著差異或極顯著差異。四類地區之間腐殖酸碳量均存在顯著或極顯著差異。胡敏酸碳量第一類、第二類地區之間差異不顯著，其他地區之間均存在顯著差異或極顯著差異。胡敏素碳量不同地區之間均存在顯著差異或極顯著差異。富里酸碳量第一類和第二類地區之間差異不顯著，其他地區之間均存在極顯著差異。

3 討 論

圖2 基于土壤腐殖質特征的產區聚類分析圖Fig. 2 Cluster analysis map of the tobacco producing areas based on soil humus composition

表4 腐殖質全碳量的分區差異Table 4 Difference between the four groups of tobacco producing areas in total carbon of humus

土壤腐殖質總碳量及組分含量受生物、氣候、土壤等多方面因素的影響。已有研究表明，適當高溫、適宜水分有利于微生物活性，進而加速土壤腐殖質分解，使土壤腐殖質全碳量下降。高溫有利于胡敏酸的形成，低溫有利于富里酸的積累［18］。本研究中，12個優質煙葉產區中腐殖質全碳量平均值最高的為南嶺山區，最低為魯中山區，各產區按含量由高至低依次為南嶺山區、武夷山區、雪峰山區、云貴高原、武陵山區、黔中山區、東北產區、皖南山區、攀西山區、秦巴山區、中原產區、魯中山區。從腐殖質組分方面來看，南嶺山區除富里酸含量較低外，腐殖質全碳量及其各組分含量均為第一；中原產區和魯中山區在腐殖質總量和各組分含量方面始終處于較后位置，含量較低。我國南嶺山區屬中南亞熱帶濕潤氣候，年降水量1 500～1 900 mm，年均氣溫17～20℃。中原產區冬季受大陸性氣團控制，夏季受海洋性氣團控制，春秋為二者交替過渡季節，四季分明，年降水量600～1 000 mm，1月均溫0～4℃，7月均溫26～28℃。魯中山區屬于半濕潤暖溫帶，年降水量550～950 mm，1月均溫-5～0℃，7月均溫24～28℃［19］。南嶺山區雖溫度較高，降水較多，微生物活性高，有利于腐殖質分解，但南嶺山區良好的水熱條件有利于動植物生長，動植物殘體的長期土壤返還使土壤腐殖質含量高。本研究中，東北地區處于我國北方地區，土壤腐殖質含量相對較高。一方面，東北年均氣溫相對較低，微生物活性低，土壤腐殖質易積累；另一方面，東北地區是我國傳統耕區，積年的農作物殘體留在土壤中，以及秸稈還田［20］，使土壤腐殖質含量較高。此外，東北地區盛產大豆，土壤氮含量較高，促使微生物形成氨基酸，氨基酸是腐殖質形成的前體物質，因而東北地區土壤腐殖質含量較高［21］。

腐殖質組分及其特征與煙葉品質關系極為密切，煙葉品質會隨腐殖質含量的增加而提高［22］。土壤腐殖質組分不僅與煙葉常規化學成分存在顯著的正相關性，也與煙葉的感官評價中品質指標存在正相關關系［17］，增加腐殖酸肥料的投入會提高煙葉的產量、質量［23-24］。根據第二次全國土壤普查養分評價標準，第一、二類地區有機質平均含量分別為27.5 g·kg-1和21.1 g·kg-1，屬于中等水平；第三類地區有機質平均含量為40.2 g·kg-1，屬于豐富水平；第四類地區有機質平均含量為10.3 g·kg-1，屬于很缺水平。四類地區土壤腐殖質含量差異較大。已有研究表明，我國烤煙土壤有機質含量適宜范圍大致是20～35 g·kg-1［10,25］，各產區可按照自身情況，通過調控有機肥料施用、秸稈還田等來調節土壤腐殖質含量，如第四類地區腐殖質含量缺乏，可增施生物有機肥、加大秸稈還田力度，提高腐殖質含量；第三類地區腐殖質含量豐富，可以削控餅肥和腐殖酸肥料的施用，來適當削減土壤腐殖質含量，從而一定程度上提高煙草的品質和產量。

現有的十二個產區劃分主要是基于地理氣候和烤煙香型，屬于一定程度上的經驗式劃分。本文對縣市級別土壤腐殖質數據進行了層次聚類與數值分析，得到了基于土壤腐殖質特征的四個新產區劃分。從本文相關的數據分析來看，雖然不同產區的局部地區土壤腐殖質組分和含量相似，但不同產區乃至同一產區不同縣市之間，也或多或少存在一定的差異。如除武陵山區、秦巴山區和魯中山區、雪峰山區、云貴高原產區、南嶺山區、皖南山區外，其余產區內各取樣點的腐殖質組分存在較大差異，這可能是煙田的土地利用方式、栽培管理模式導致的土壤有機質差異造成的。這一研究結果，不僅有助于進一步理解土壤腐殖質組分對煙葉品質的影響關系及其空間模式，為國家尺度上烤煙土壤保育工作中各煙區土壤的有機質提升提供宏觀指導；同時也通過腐殖質組分的區域分布與產區地理分布比較，結合腐殖質組分對煙葉品質的影響，說明土壤腐殖質組分不僅可以在一定范圍內影響煙葉品質，也可作為烤煙品質區劃研究中的一個參考指標，這對進一步完善我國烤煙品質區劃指標體系具有一定的指導意義。

4 結 論

我國優質煙葉產區土壤腐殖質總碳量介于6.04～23.18 g·kg-1，胡敏酸、胡敏素、富里酸的含量以及胡富比分別為3.66～12.23 g·kg-1、1.4 1 ～6.1 7 g·k g-1、2.3 8 ～1 0.9 5 g·k g-1、2.2 4 ～6.9 9 g·k g-1和0.4 5 ～1.0 3，變異系數20%～40%。總體上我國優質煙葉產區土壤腐殖質總碳量以及各組分含量差異程度較大。在腐殖質全碳量上，南嶺山區最高，顯著高于其他地區；中原產區與魯中山區較低，顯著低于其他地區。在腐殖質組分上，南嶺山區腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量均為最高，魯中山區均為最低。攀西山區胡敏素含量較高，其他組分偏低。總體而言，我國南方地區腐殖質含量高于北方。依據腐殖質組分將47個縣市產區分為四類地區，各類地區之間腐殖質含量和組分上差異顯著。