張家界不同植煙土壤類型剖面形態(tài)特征與養(yǎng)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(yōu)質(zhì)煙產(chǎn)區(qū)之一，2010年煙草種植面積達(dá)6160 hm2[1]，所產(chǎn)煙葉外觀及內(nèi)在質(zhì)量較好，香氣地域風(fēng)格突出，有較為鮮明的山地?zé)熖厣?。張家界?dú)特的地理環(huán)境和生態(tài)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(chǎn)出的烤煙其品質(zhì)和產(chǎn)量也有較大的差異。研究不同植煙土壤類型的剖面形態(tài)特征及其養(yǎng)分分布特征是查明該區(qū)域土壤特征與烤煙生長、產(chǎn)量、品質(zhì)等關(guān)系的基礎(chǔ)，對于指導(dǎo)該地?zé)熑~生產(chǎn)的合理施肥、提高煙葉產(chǎn)量和內(nèi)在品質(zhì)、優(yōu)化特色優(yōu)質(zhì)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(tài)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(jìn)行了較多的研究。楊龍祥等[5]對昆明煙區(qū)幾種植煙土壤剖面的構(gòu)型和理化性狀也進(jìn)行了調(diào)查分析。前人主要研究了農(nóng)田、菜地、果園、林地、草地等土壤的剖面形態(tài)特征與養(yǎng)分分布特征，而針對植煙土壤的剖面形態(tài)特征與養(yǎng)分分布特征的研究還少有報(bào)道。筆者對張家界不同植煙土壤剖面特征及其各層次的養(yǎng)分分布特性進(jìn)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(qū)土壤的合理施肥及優(yōu)質(zhì)特色煙葉的生產(chǎn)和布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

張家界市位于湖南省西北部，介于東經(jīng)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(fēng)濕潤氣候。該市烤煙栽培歷史悠久，以旱地栽培烤煙為主，據(jù)湖南省植煙土壤養(yǎng)分調(diào)查顯示[6]，該煙區(qū)土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量分別為6.4、23.3 g/kg，適宜于優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)；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(yǎng)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(jù)張家界市植煙區(qū)不同土壤類型的分布特點(diǎn)，于2010年11月在桑植、慈利、永定區(qū)的煙草基地單元共挖取10個(gè)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(diào)查土壤剖面形態(tài)特征。各土壤剖面點(diǎn)的基本信息與剖面形態(tài)特征見表1。

所采土壤樣品置實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)自然風(fēng)干、研磨后，分析土壤 pH、有機(jī)質(zhì)、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(xiàn)[7]。

2 結(jié) 果

2.1 不同類型土壤剖面的形態(tài)特征

張家界植煙土壤以石灰?guī)r風(fēng)化物為主。從不同植煙土壤類型剖面形態(tài)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(fā)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(gòu)型為A11-A12-C1。水稻土的土體構(gòu)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(zhì)層。植煙土壤的耕作層深度均在25 cm以上，其土壤結(jié)構(gòu)以團(tuán)粒結(jié)構(gòu)占優(yōu)勢，土壤質(zhì)地以粉砂質(zhì)黏土和粉砂質(zhì)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(jié)構(gòu)為主。從土壤剖面的形態(tài)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(yǎng)分分布特征

2.2.1 pH 土壤pH不僅影響煙草對養(yǎng)分的吸收、土壤養(yǎng)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(zhì)[8]。張家界不同類型植煙土壤耕作層的pH表現(xiàn)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(nèi)[9]。黃壤耕作層的pH僅為4.9，這是因?yàn)辄S壤主要分布在海拔500～1000 m，降雨量多、濕度大，淋溶作用強(qiáng)，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(qiáng)酸性反應(yīng)。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(jī)質(zhì) 土壤有機(jī)質(zhì)是評價(jià)土壤肥力水平的重要指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，對促進(jìn)煙株生長發(fā)育、協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分具有較好的效果，可有效提高煙葉香氣質(zhì)、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(jī)質(zhì)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(rèn)為優(yōu)質(zhì)煙的土壤適宜有機(jī)質(zhì)含量為15～30 g/kg[11]，在這種土壤上栽煙，氮素營養(yǎng)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(jī)質(zhì)含量都處于優(yōu)質(zhì)煙生長的適宜水平。

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

表1 土壤剖面的基本信息與形態(tài)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(jī)質(zhì)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(yǎng)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(zhì)、成土特點(diǎn)有關(guān)，紫色土由紫色砂頁巖發(fā)育而成，土層淺??；紅壤風(fēng)化淋溶作用強(qiáng)，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(xiàn)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(guī)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(guī)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(xiàn)[14]的分級標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)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(xiàn)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(yǎng)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(dòng)最弱，主要富集在耕層，這是因?yàn)樵贜、P、K三大養(yǎng)分元素中，P的運(yùn)動(dòng)性最弱[15]。

2.2.4 中、微量營養(yǎng)元素 中、微量元素（Ca、Mg、S、Fe、Mn、B、Zn）雖在植物體內(nèi)含量甚微，但卻是煙株生長和煙葉產(chǎn)量、品質(zhì)形成必不可少的營養(yǎng)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)出明顯的下降趨勢，而紅壤和黑色石灰土的剖面分布規(guī)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(xiàn)為在耕作層明顯的富集，隨著土壤剖面深度的增加呈現(xiàn)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(nèi)部各種物質(zhì)變化的重要手段之一。通過田間土壤剖面挖掘、觀察和室內(nèi)化學(xué)分析，可以判斷土壤的肥力狀況及障礙因素，同時(shí)，通過土壤剖面的觀察研究，聯(lián)系有關(guān)因素，可以闡明土壤的形成、分類、形態(tài)，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(yǎng)分在土壤剖面中產(chǎn)生分異的原因主要是風(fēng)化作用、大氣沉降、淋溶和生物循環(huán)的結(jié)果。風(fēng)化和大氣沉降是使養(yǎng)分向土壤不同深度土層的輸入過程。淋溶和生物循環(huán)對養(yǎng)分在土壤剖面中分布的影響往往是相反的。淋溶使養(yǎng)分向下移動(dòng)，隨著剖面深度的增加，養(yǎng)分濃度增加；與之相反，由于植物可以通過吸收把養(yǎng)分帶到地上，通過生物歸返等方式把養(yǎng)分再循環(huán)到土壤表層，生物循環(huán)作用總體上是使養(yǎng)分向上移動(dòng)，因此，植物循環(huán)使養(yǎng)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(yǎng)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(zhì)、自然因素、氣候及土地利用和管理方式的變化等提供基礎(chǔ)資料，而且這些因素極大地影響著養(yǎng)分元素的遷移、累積和生物地球化學(xué)循環(huán)，乃至全球環(huán)境。由此可見，對張家界植煙土壤的剖面形態(tài)特征及其養(yǎng)分分布特征等進(jìn)行系統(tǒng)研究，可為指導(dǎo)該地?zé)熑~生產(chǎn)的合理施肥、優(yōu)化特色優(yōu)質(zhì)煙葉的合理布局等提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，張家界植煙土壤中，旱地土壤剖面的土體構(gòu)型均為 A11-A12-C1，水稻土土壤剖面的土體構(gòu)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(yǎng)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(yǎng)分較缺乏，可通過增施優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥、種植綠肥壓青、輪作等措施來提高其土壤肥力。土壤養(yǎng)分在剖面中的分布規(guī)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(yǎng)分均隨著剖面層次的加深而降低，均表現(xiàn)出較強(qiáng)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(tài)特征與養(yǎng)分分布特征進(jìn)行了研究，不同土壤類型及其剖面形態(tài)特征、養(yǎng)分分布特征對烤煙產(chǎn)量、品質(zhì)的影響還有待進(jìn)一步研究。

[1]湖南省農(nóng)村經(jīng)濟(jì)調(diào)查隊(duì).湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒[M].湖南省統(tǒng)計(jì)局，2010.

[2]羅天相.紅壤丘陵區(qū)茶園土壤剖面特性及改善措施[J].福建茶葉，2005（3）：28-29.

[3]范西寧，黃玉溢.紅壤柑桔園土壤剖面形態(tài)特征及其有效微量元素含量研究[J].廣西園藝，2007，18（2）：15-16.

[4]陸安祥，趙云龍，王紀(jì)華，等.不同土地利用類型下氮、磷在土壤剖面中的分布特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（9）：3923-3929.

[5]楊龍祥，王建新，周紹松.昆明煙區(qū)幾個(gè)植煙土壤剖面調(diào)查分析[J].中國煙草科學(xué)，2005，26（2）：8-11.

[6]彭德元，李明德.張家界市煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量與分布[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（1）：43-45.

[7]魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：146-226.

[8]唐莉娜，劉淑欣，熊德中.調(diào)節(jié)土壤酸度對烤煙產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，28（1）：71-76.

[9]許自成，王林，肖漢乾.湖南煙區(qū)土壤pH分布特點(diǎn)及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16（4）：830-834.

[10]李瑞萍，魏金鎖.漯河市植煙土壤環(huán)境與植煙適應(yīng)性分析[J].河南農(nóng)業(yè)，2009（5）：28-29.

[11]宋承鑒，宋月家.廣西植煙土壤特征分析[J].中國煙草，1994（2）：5-9.

[12]陳江華，李志宏，劉建利，等.全國主要煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況評價(jià)[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2004（3）：14-18.

[13]Arrouays D, Pelissier P.Modeling carbon storage profiles in temperate forest humic loamy soils of France[J].Soil Science, 1994, 157: 185-192.

[14]趙松義，肖漢乾.湖南植煙土壤肥力與平衡施肥[M].長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2005：9.

[15]魯如坤，時(shí)正元，賴慶旺.紅壤長期施肥養(yǎng)分的下移特征[J].土壤，2000（1）：27-29.

[16]劉國順.煙草栽培學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：145-149.

[17]席承藩.土壤分類學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

[18]王吉智，沈家智，吳以德，等.土壤普查技術(shù)[M].銀川：寧夏人民出版社，1981.

[19]Wang Jun, Fu Bojie, Qiu Yang, et al.Soil nutrients in relation to land use and slope position in the semi-arid small watershed on loess plateau in China[J].Journal of Arid Environments, 2001, 48: 537-550.