重慶市豐都縣植煙土壤養(yǎng)分豐缺現狀及施肥區(qū)劃

冉 茂，吳佳蓉，周 嶸，周鑫斌，代先強*

(1.中國煙草總公司 重慶市公司煙葉分公司，重慶 400020;2.西南大學 資源環(huán)境學院，重慶 400716)

煙草是一種經濟效益良好的作物，據調查顯示，我國擁有約3億左右的煙民，全國煙葉消費水平約占全世界的三分之一[1]。煙草作為葉類經濟作物，土壤對煙葉品質有著至關重要的影響，其中土壤肥力的豐缺情況及供應強度直接決定了煙葉的產量和質量[2-5]。由于土壤是多元有機無機復合體，受生態(tài)環(huán)境、地形、地貌等多重影響，所以只有通過分析土壤各養(yǎng)分狀況及相互關系，才能夠科學合理地判斷當前土壤肥力狀況，為實施精準施肥及科學養(yǎng)分管理提供依據[6-7]。研究表明，在土壤母質、地形地貌和土地利用方式相近的基礎上影響土壤肥力的主要因子為土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀和交換性鈣鎂，煙區(qū)的常年連作和不合理的管理模式使土壤養(yǎng)分指標變異性極大，僅當土壤各養(yǎng)分含量適宜且配比合理時，煙葉的產質量和經濟效益最高[8-11]。而近年來，豐都縣植煙土壤養(yǎng)分失調情況加劇，因此急需對豐都縣植煙土壤進行養(yǎng)分含量分析，根據分析結果改進不合理的種植模式和施肥措施。

重慶市豐都縣位于重慶中部，是三峽庫區(qū)的腹心地帶，全縣多以丘陵地區(qū)為主，呈南高北低、“四山”夾“三槽”地形，全年氣候溫和，四季分明，屬亞熱帶濕潤季風氣候，適宜種植煙葉[12]。全縣為打造“渝金香”特色煙葉品牌，種植的煙葉品種主要為云煙87、云煙97和K326，煙葉品質整體較好，但由于長期以來豐都縣植煙土壤酸化問題嚴重、交換性鈣鎂含量偏低、有效硫含量偏高，所以該縣煙葉長期存在煙葉生物量少、燃燒性差等品質問題，可見豐都縣在煙葉生產品質方面仍有提高空間[12-13]。目前，針對重慶市豐都縣植煙土壤各養(yǎng)分含量分析和養(yǎng)分相關性分析的研究鮮有報道。本文以豐都縣植煙土壤為對象，以土壤采集原則為基礎，對該縣植煙土壤中各養(yǎng)分進行綜合對比分析，為煙區(qū)土壤養(yǎng)分保持、施肥科學合理化及精準農業(yè)的實施提供依據。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與制備

為獲得更為均一的煙田土壤樣品，試驗樣品在煙葉采收及煙田冬耕清殘后于2021年12月在重慶市豐都縣武平鎮(zhèn)、太平壩鄉(xiāng)、暨龍鎮(zhèn)、都督鄉(xiāng)、南天湖鎮(zhèn)和仙女湖鎮(zhèn)植煙地塊采集，共100個。樣品采集遵循代表性、均一性原則，每個種植單元采集一個土樣，按“S”型采樣法，每個土樣設置10個分樣點，為防止取樣工具對土壤養(yǎng)分測定值的影響，采用木鏟挖取0～20 cm的耕作土壤，在剔除明顯雜質后用四分法和寶塔法取約2 kg土樣，并記錄采樣點經緯度、植煙年限、地質地貌等因素。土壤經風干、研磨、過篩、分類后裝袋備用，之后進行各項養(yǎng)分指標分析，依據土壤采樣原則，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間的測定數據進行分析比較。

圖1 豐都縣植煙區(qū)土壤樣品分布圖Fig.1 Distribution of soil sampling sites in Fengdu

1.2 測定項目及分析方法

依據土壤農化分析中的常規(guī)方法測定各養(yǎng)分指標。采用pH計法，以1∶2.5的土水比測定土壤pH[14]；采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機質[14]；采用擴散法測定土壤堿解氮[14]；采用鉬銻抗比色法測定土壤有效磷[14]；采用NH4Ac-火焰光度計法測定土壤速效鉀[14]；采用NH4Cl-NH4Ac法測定交換性鈣鎂[14]。

1.3 土壤養(yǎng)分等級劃分標準

依據全國第二次土壤普查資料、相關的煙田養(yǎng)分研究報告和近年來有關豐都縣煙田土壤實際生產情況[15-20]，充分結合豐都縣實際煙葉生產種植技術和生態(tài)環(huán)境保護措施，將豐都縣土壤養(yǎng)分含量分為低、偏低、適宜、偏高和高5個等級，劃分結果詳見表1。

1.4 數據分析

原始數據處理和統(tǒng)計分析采用Excel 2016和Origin 2021完成，數據插值和空間疊加分析采用Mapgis 67和Section 2016完成。

2 結果與分析

2.1 豐都縣pH現狀

由圖2可知，全縣土壤pH均值為5.6，處于適宜煙草生長的pH范圍內(pH5.5～6.5)。其中pH<5.5的酸性土壤占比為46.0%，pH適宜的植煙土壤占比為36.0%，中性和弱堿性土壤占比為18.0%。相比之下，酸性土壤在太平壩鄉(xiāng)和暨龍鎮(zhèn)的占比偏高，分別61.4%和75.0%，仙女湖鎮(zhèn)的pH均值最低為5.4，武平鎮(zhèn)、都督鄉(xiāng)和南天湖鎮(zhèn)的pH分布較為均一，可見豐都縣潛性酸化問題較為嚴重，仍需持續(xù)改良。為減少pH對植煙土壤的進一步影響，應減少生理酸性肥料的施用，同時施用石灰等堿性物質對土壤進行改良。圖3為2021年豐都縣植煙土壤pH空間分布圖，可直觀地表明該縣植煙地塊pH分布情況。

圖2 2021年豐都縣植煙土壤pH分布頻率圖Fig.2 Frequency map of soil pH distribution in tobacco-growing areas in Fengdu in 2021

表1 豐都縣植煙區(qū)土壤pH值與養(yǎng)分含量分級標準

圖3 2021年豐都縣植煙土壤pH空間分布狀況Fig.3 Distribution of soil pH in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

2.2 豐都縣有機質含量現狀

圖4結果顯示，豐都縣植煙土壤有機質均值為30.1 g/kg，有96.0%的植煙土壤有機質含量≥20 g/kg；除太平壩鄉(xiāng)有機質含量均值于偏高范圍內，其余植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)有機質均值處于適宜范圍內；太平壩鄉(xiāng)和都督鄉(xiāng)植煙地塊有機質含量分布不均一，可見兩鄉(xiāng)的植煙施肥管理措施有所差異，應特別注意控制植煙土壤中有機質含量，以免對煙葉造成不可逆影響。圖5為豐都縣植煙區(qū)土壤有機質空間分布圖，由圖可知豐都縣植煙土壤有機質含量豐富，說明該縣近年持續(xù)關注對土壤碳庫的培育和保持。

圖4 2021年豐都縣植煙土壤有機質含量分布頻率圖Fig.4 Frequency map of soil organic matter content distribution in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

圖5 2021年豐都縣植煙土壤有機質空間分布狀況Fig.5 Distribution of organic matter in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

2.3 豐都縣堿解氮含量現狀

豐都縣土壤堿解氮均值為176.4 mg/kg，大于180 mg/kg的土壤占比為43.0%，57.0%的土壤堿解氮含量處于適宜范圍內；太平壩鄉(xiāng)堿解氮均值為211.6 mg/kg，處于堿解氮過量范圍內的植煙土壤占比為79.5%；都督鄉(xiāng)和南天湖鎮(zhèn)分別有21.2%和25.0%的植煙地塊堿解氮含量偏高；武平鎮(zhèn)、暨龍鎮(zhèn)和仙女湖鎮(zhèn)的植煙土壤堿解氮含量均處于適宜范圍內(圖6)。由圖7可知，太平壩鄉(xiāng)土壤堿解氮空間分布差異性大。整體來看，豐都縣植煙地塊土壤堿解氮含量適宜，但仍需特別關注植煙土壤的氮肥用量問題，避免出現土壤氮素過?，F象。

圖6 2021年豐都縣植煙土壤堿解氮含量分布頻率圖Fig.6 Distribution frequency map of soil alkali-hydrolyzed nitrogen content in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

圖7 2021年豐都縣植煙土壤堿解氮空間分布狀況Fig.7 Distribution of soil alkaline-hydrolyzed nitrogen in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

2.4 豐都縣有效磷含量現狀

從圖8中可知，豐都縣土壤有效磷均值為77.1 mg/kg，大于180 mg/kg的植煙土壤占比高達90%，僅有9%的植煙土壤有效磷含量處于適宜范圍內；武平鎮(zhèn)和太平壩鄉(xiāng)的土壤速效鉀均值分別為99.3 mg/kg和98.4 mg/kg，明顯高于其余四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)；太平壩鄉(xiāng)土壤有效磷分布差異性較大，其余五個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤有效磷分布較為均一。由圖9可見，豐都縣植煙土壤有效磷含量極其豐富，為防止土壤磷含量不斷增加，該縣需減少對植煙土壤磷的輸入。

圖8 2021年豐都縣植煙土壤有效磷含量分布頻率圖Fig.8 Distribution frequency map of soil available phosphorus content in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

圖9 2021年豐都縣植煙土壤有效磷空間分布狀況Fig.9 Distribution of available phosphorus in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

2.5 豐都縣速效鉀含量現狀

由圖10可知，豐都縣土壤速效鉀均值為488.0 mg/kg，僅有1.0%的煙田速效鉀含量小于150 mg/kg；武平鎮(zhèn)土壤速效鉀含量處于適宜范圍的占比最高，為37.5%，太平壩鄉(xiāng)、都督鄉(xiāng)和南天湖鎮(zhèn)的土壤速效鉀含量在高范圍內的占比均超過80.0%。由圖11可知，豐都縣土壤速效鉀過剩，急需減少對植煙地塊的鉀肥投入。

圖10 2021年豐都縣植煙區(qū)土壤速效鉀含量分布頻率圖Fig.10 Distribution frequency map of soil available potassium content in tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

圖11 2021年豐都縣植煙土壤速效鉀空間分布狀況Fig.11 Distribution of available potassium tobacco-growing areas of Fengdu in 2021

2.6 豐都縣土壤交換性鈣鎂含量現狀

2021年豐都縣土壤交換性鈣鎂均值分別為6.19 cmol/kg和0.92 cmol/kg。由圖12可知，該縣土壤交換性鈣含量小于10 cmol/kg的植煙土壤占比為96.4%，處在土壤交換性鈣含量適宜范圍內的植煙土壤占比為51.2%；太平壩鄉(xiāng)和暨龍鎮(zhèn)的交換性鈣均值偏低，分別為5.91 cmol/kg和5.81 cmol/kg；太平壩鄉(xiāng)和仙女湖鎮(zhèn)的土壤交換性鈣空間分布差異較大。由此可知，豐都縣植煙土壤交換性鈣含量偏低。該縣植煙土壤交換性鎂含量處于低、偏低、適宜和偏高范圍內的占比分別為6.1%、61.0%、29.3和3.6%；太平壩鄉(xiāng)、都督鄉(xiāng)和仙女湖鎮(zhèn)的土壤交換性鎂空間分布差異大。整體上，豐都縣植煙土壤交換性鎂含量偏低且空間分布不均一。

注：a為交換性鈣；b為交換性鎂。圖12 2021年豐都縣土壤交換性鈣鎂含量分布頻率圖Fig.12 Distribution frequency map of soil exchangeable calcium and magnesium content in Fengdu in 2021

2.7 土壤pH與土壤交換性鈣鎂的相互關系

由圖13可知，豐都縣土壤pH與土壤交換性鈣鎂均呈一次函數關系，且一次函數直線斜率均為正。土壤交換性鈣斜率大于土壤交換性鎂斜率，說明在增加同等土壤pH的條件下，土壤交換性鈣比交換性鎂的增幅大。豐都縣植煙區(qū)土壤交換性鈣鎂含量與土壤pH均存在極顯著正相關關系(P<0.01)。

注：a為交換性鈣；b為交換性鎂；“**”表示P <0.01,“*”表示P<0.05。圖13 豐都縣植煙區(qū)土壤pH與交換性鈣鎂關系圖Fig.13 The relationship between soil pH and exchangeable calcium and magnesium in the tobacco-growing area of Fengdu

2.8 土壤陽離子交換量與土壤pH的相互關系

由圖14可知，豐都縣土壤陽離子交換量與土壤pH呈一次函數關系，且一次函數直線斜率為負。豐都縣土壤陽離子交換量與土壤pH存在弱負相關關系。

圖14 豐都縣植煙區(qū)陽離子交換量與pH關系圖Fig.14 Relationship between cation exchange capacity and pH in the tobacco-growing area of Fengdu

3 結論與討論

3.1 豐都縣土壤養(yǎng)分指標分析

煙葉良好品質的形成與土壤養(yǎng)分平衡息息相關，其中因為土壤酸堿度受到多種養(yǎng)分元素的共同影響，所以土壤酸堿度可以大致反映當前植煙地塊的養(yǎng)分含量水平[21-22]。研究表明，2021年豐都縣土壤pH均值為5.6，其中太平壩鄉(xiāng)的土壤酸化程度明顯高于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，且該縣土壤pH分布存在不均一和集中性現象，這與前人的研究基本一致[12]，說明豐都縣六個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)在土壤母質和施肥管理措施方面有顯著差異。土壤酸化程度的加劇一方面歸因于當地土壤類型，研究結果表明，重慶市豐都縣的植煙土壤主要為礦子黃泥、山地黃棕壤及暗紫泥，由土壤特性及當地氣候特征可知，經雨水沖刷，土壤脫硅富鋁化現象嚴重，交換性鈣鎂等鹽基離子流失嚴重，進而逐步擴大了豐都縣土壤酸化面積[13,23]。另一方面是由不合理的施肥管理措施導致的，數據顯示，豐都縣土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量偏高，土壤交換性鈣鎂含量偏低，直接表明該縣在煙草種植的過程中長期不合理地施用過量生理酸性肥料，氫離子和鋁離子在土壤中的大量存在降低了土壤鹽基飽和度，增加了土壤缺素癥狀發(fā)生的可能性[24-26]。目前，針對煙田土壤酸化改良的措施可分為以下三個方面[27]，首先，可以通過施用石灰等堿性物料緩解土壤酸化問題，如條施草木灰900～1050 kg/hm2或撒施白云石粉1500 kg/hm2[28]；其次，可以施用生物有機肥等酸堿改良劑來平衡植煙地塊酸堿度及植物根際環(huán)境，如在煙田土壤中施用韓國假單胞菌對改善酸化土壤質量和增加土壤微生物多樣性方面具有顯著效果[29]；再者，輪作方式和農藝措施對改善土壤酸化問題效果顯著，如煙草綠肥輪作可以對土壤酸堿度進行調控、煙草—玉米輪作制度可以提高土壤酸堿度[30-31]。建議豐都縣根據不同區(qū)域實際生產情況，從以上三個方面入手，逐步解決土壤酸化問題，以提高煙草的經濟效益。

土壤有機質是土壤固相及其中有機體的必需組成成分，其含量直接反映了土壤的肥力情況。2021年豐都縣土壤有機質含量均值為30.1 g/kg，處于中等及以上水平的植煙地塊占94.0%，有機質含量豐富。這一方面可能與植煙地塊的地形及氣候有關，本研究選取的六個鄉(xiāng)鎮(zhèn)以低淺丘地地形為主，全年氣候溫和、降雨量適中、溫度偏高，土壤微生物活動劇烈，形成了良好的土壤結構，提高了土壤的保肥能力[32-33]；另一方面，豐都縣大力倡導施用綠色有機肥料的舉措和“互聯網+”數字化精準作業(yè)管理，使該縣土壤碳庫得到有效培育[34]。基于以上分析，豐都縣應繼續(xù)在農藝技術和施肥運營管理模式上鞏固加強土壤碳庫，以促進煙葉生長發(fā)育并改善其化學品質。

研究區(qū)土壤堿解氮含量偏高，無植煙地塊的土壤堿解氮含量低于適宜水平，其中太平壩鄉(xiāng)、都督鄉(xiāng)和南天湖鎮(zhèn)的土壤堿解氮均值明顯高于其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)。由此說明以太平壩鄉(xiāng)為代表的豐都縣植煙土壤長期施用單一性無機氮肥，如硫酸銨、硝酸銨和尿素等，導致土壤中氮含量過剩。研究表明，煙葉對氮肥的需求量主要集中在煙株生長的前中期，氮素過量會導致GS和NS酶活性保持較高水平，碳氮代謝轉化過程進行緩慢，導致煙葉貪青晚熟、氮堿比含量升高，直接降低了煙葉香吃味和燃燒性[35-37]。為提高煙葉的產質量，建議豐都縣在確保煙葉必要施氮量的前提下，減少單一氮肥的持續(xù)投入，應配以配比適宜的生物有機肥來提高土壤微生物多樣性及氮肥的農學利用效率[38-39]。

2021年豐都縣土壤有效磷和速效鉀中處于偏高范圍的土壤占比高達90.0%和93.0%。土壤中磷鉀含量的偏高，主要與磷鉀肥料施用用量和時期不合理有關，羅倩等[40]的研究表明，煙葉生產中肥料施用過量會直接影響到各養(yǎng)分間的利用效率，再加以管理措施的不合理，不僅造成了煙葉品質的下降，也造成了煙區(qū)小生態(tài)環(huán)境的污染。以磷為例，磷在土壤中的移動性差，容易與土壤中的礦物質形成絡合物，所以磷在作物生長期中的利用效率較低，磷肥的過量施用，不但沒有增加土壤中有效磷含量，反而使土壤根系分泌更多的H+以誘導難溶性磷向有效磷的轉變，長此以往，土壤酸堿度下降，形成惡性循環(huán)[41-42]。由此說明，土壤中的磷、鉀含量都應保持在適宜的范圍內才能使煙葉的化學品質和物理性狀達到最佳。基于以上分析，建議在作物生長期內適當減少氮肥施用以降低其對磷鉀的抑制，同時根據煙葉生長情況適量混施50%～75%枸溶性鉀肥及水溶性鉀肥，磷肥配以有機肥宜作基肥早施、近根施用以降低礦物對磷的吸附[43-44]。

分析結果顯示，2021年豐都縣土壤交換性鈣、鎂含量均值為6.19 cmol/kg和0.92 cmol/kg，鈣、鎂含量整體偏低，且空間分布差異性大。李曉婷等[45]研究表明，植煙地塊交換性鈣、鎂缺乏是由于煙田土壤酸化導致鈣、鎂離子易隨降雨流失。鈣、鎂是烤煙生長發(fā)育過程中的必需中量元素[46]。鈣是植物細胞壁的組成成分并參與了植物的生理代謝活動，烤煙缺鈣會使其生理代謝紊亂，葉片形成受阻，鈣含量過多會導致煙葉的雜氣加重[47]。鎂是植物葉綠素中的必需元素，參與了植物葉片多種生理活動，烤煙缺鎂會導致葉片出現白化現象同時降低了煙葉的燃燒性[48]。綜上所述，建議根據豐都縣煙田實際情況，對煙區(qū)配施氧化鎂25 kg/hm2和過磷酸鈣108 kg/hm2或施用鈣鎂磷肥72～108 kg/hm2以達到提高烤煙產量和產值的效果[49-51]。

3.2 土壤pH、交換性鈣鎂與陽離子交換量相關性分析

豐都縣土壤pH與交換性鈣、鎂含量呈顯著正相關關系，這與蔡凱等[52]的研究結果一致。研究表明[53]，隨著土壤pH下降，土壤中的正電荷不斷增加，鈣、鎂離子的吸附量減少，加以土壤風化和淋溶作用，土壤中的交換性鈣、鎂含量不斷降低。

土壤陽離子交換量能夠反映土壤的保肥與緩沖能力，是土壤合理施肥的重要依據[54]。本研究表明，豐都縣土壤陽離子交換量與土壤pH呈弱負相關。目前關于土壤pH與陽離子交換量之間的關系存在爭論。一般認為，隨著土壤pH的降低，土壤中負電荷減少，陽離子交換量增加，土壤陽離子交換量與pH呈正相關。但張雪姣等[55]對北京昌平區(qū)土壤的研究表明，土壤中陽離子交換量與pH之間呈弱負相關關系。許亞琪等[56]對南通三個水廠周邊土壤的研究表明，隨陽離子交換量增加，土壤中有機質含量增加，土壤pH降低，陽離子交換量與pH呈負相關。綜上所述，在土壤pH偏低的情況下，可適量增加土壤中鹽基離子含量以提高土壤的保肥能力。

3.3 區(qū)域施肥建議

運用Mapgis軟件對氮磷鉀土壤養(yǎng)分圖進行空間疊加分析，得到豐都縣施肥區(qū)劃圖(圖15)。根據土壤養(yǎng)分分級標準，將植煙地塊劃分為高氮高磷高鉀、中氮高磷高鉀、中氮高磷中鉀和中氮中磷中鉀四塊區(qū)域。結合“區(qū)域大配方，地塊小調整”的原則，對各地塊進行精準施肥。低氮區(qū)域氮肥用量控制在7.5～8.0 kg/667m2，中氮區(qū)域氮肥用量控制在7.0～7.5 kg/667m2，高氮區(qū)域氮肥用量控制在6.0～7.0 kg/667m2，以純氮肥量為1，建議高氮高磷高鉀區(qū)施用氮、磷、鉀的比例為1∶0.8∶2.3，中氮高磷高鉀區(qū)施用氮、磷、鉀的比例為1∶0.8∶2.3，中氮高磷中鉀區(qū)施用比例為1∶0.8∶2.7，中氮中磷中鉀區(qū)施用比例為1∶1∶2.7。

圖15 豐都縣施肥區(qū)劃圖Fig.15 Fertilization zoning map of tobacco-growing soil in Fengdu

豐都縣土壤酸化問題嚴重，有機質含量豐富，堿解氮、有效磷和速效鉀含量偏高、交換性鈣、鎂含量偏低。整體上該縣植煙土壤養(yǎng)分處于豐富水平，但各養(yǎng)分間適宜性下降，尤為明顯的是氮、磷、鉀三種必需大量元素及交換性鈣、鎂兩種必需中量元素平衡性的失調，這為豐都縣煙葉品質、外觀及產量埋下隱患。結合實際情況，建議豐都縣依據測土配方結果，酌情改變植煙土壤施肥管理策略。一方面可以根據土壤養(yǎng)分豐缺情況選用不同耐受性的煙葉品種，另一方面可以有效利用科學合理的栽培方式和施肥管理技術為煙葉優(yōu)質高產打下良好的基礎。