湖南典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性組分的分布特征及相關(guān)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(fā)

（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(jī)質(zhì)是衡量土壤肥力狀況的重要指標(biāo)，植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量的高低直接影響著煙草的生長發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)[1]，在煙株養(yǎng)分的供應(yīng)、土壤理化特性的改良、耕層微生物能源供應(yīng)等方面起著重要作用[2]。土壤活性有機(jī)質(zhì)即土壤有機(jī)質(zhì)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(duì)植物養(yǎng)分供應(yīng)有直接作用的那部分有機(jī)質(zhì)[3]。國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)植煙土壤有機(jī)質(zhì)的分布特征、豐缺狀況、土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的定量關(guān)系等已開展了一些研究[4-9]，表明土壤有機(jī)質(zhì)含量受土壤母質(zhì)、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(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)及活性組分的含量有較大的空間變化，不同地區(qū)之間甚至同一地區(qū)不同植煙地塊之間有機(jī)質(zhì)含量都各不相同，不同煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)空間異質(zhì)性的影響因素也存在差異。土壤活性有機(jī)質(zhì)與總有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切[11]，而不同煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性也不確定。因此探明典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的分布特征及相關(guān)性，對(duì)于探明煙區(qū)土壤肥力狀況與指導(dǎo)煙田精準(zhǔn)施肥具有重要意義。

湘西自治州煙區(qū)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(qū)位于湖南南部，植煙縣有寧遠(yuǎn)、江華、江永、藍(lán)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(tài)煙區(qū)是湖南省重要的優(yōu)質(zhì)煙區(qū)。本研究通過對(duì)比分析湖南省湘西自治州煙區(qū)和湘南永州煙區(qū)兩大典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的分布特征，研究典型煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性，旨在探明兩大典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量狀況，為煙區(qū)土壤保育與優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集與指標(biāo)測定

根據(jù)土壤類型狀況、土體構(gòu)型狀況及地形狀況，2014年12月在湘西自治州煙區(qū)共采集土壤樣品1242個(gè)，在湘南永州煙區(qū)共采集土壤樣品689個(gè)。樣品采集時(shí)采用均勻網(wǎng)格法布置樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)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(qū)（湘西自治州煙區(qū)為13.33 hm2、湘南永州煙區(qū)為26.67 hm2），每個(gè)基地單元采集60～100個(gè)0～20 cm耕層土壤樣品，在每個(gè)樣點(diǎn)周圍約0.2 hm2的范圍內(nèi)的地塊上，用土鉆采集25個(gè)表層土樣，合并為一個(gè)混合樣本，然后風(fēng)干研磨，過0.25 mm篩用于樣品的測定。樣品經(jīng)過風(fēng)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(jī)質(zhì)含量，采用高錳酸鉀氧化法測定土壤活性有機(jī)質(zhì)[12]含量，采用常規(guī)方法[13]測定土壤pH值和養(yǎng)分指標(biāo)。

1.2 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)正態(tài)分布性檢驗(yàn)和柯爾莫哥洛夫-斯蜜諾夫檢驗(yàn)（K-S檢驗(yàn)）通過SPSS12.0完成。土壤有機(jī)質(zhì)的空間插值和圖形繪制采用ArcGIS 9.3軟件的地統(tǒng)計(jì)學(xué)模塊(geostatistical analyst)，采用DPS V3.01統(tǒng)計(jì)軟件分析土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性、關(guān)聯(lián)度及其對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響。根據(jù)已有研究[14]并結(jié)合湖南省湘西自治州煙區(qū)、湘南永州煙區(qū)烤煙生產(chǎn)實(shí)際，將水田的植煙土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(jié)果

2.1 湖南典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的分布特征

2.1.1 湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)分布特征 對(duì)湖南省湘西自治州和湘南永州煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1），湘西自治州煙區(qū)以旱地?zé)煘橹?，土壤有機(jī)質(zhì)平均值為28.55 g/kg，按照旱地標(biāo)準(zhǔn)，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(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量偏高。根據(jù)變異系數(shù)（CV）大小，湘西自治州煙區(qū)鳳凰縣和龍山縣的土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量為強(qiáng)變異（CV＞30%）。

湘南永州煙區(qū)煙田以水田為主，土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)平均含量處于適宜水平，道縣、新田縣、寧遠(yuǎn)縣、江華縣處于高的范圍，東安縣和藍(lán)山縣處于極高的范圍。根據(jù)變異系數(shù)（CV）大小，湘南永州煙區(qū)的寧遠(yuǎn)縣、江華縣、新田縣、藍(lán)山縣的土壤有機(jī)質(zhì)含量為中等變異，道縣、東安縣、江永縣為強(qiáng)變異。

表1 湖南湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)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(qū)各植煙縣土壤有機(jī)質(zhì)平均含量均高于湘西自治州煙區(qū)，這可能是由于湘南永州煙區(qū)水田“煙-稻”輪作方式水稻的根殘留物較多，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)的積累。

運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)采樣點(diǎn)的土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行空間插值與豐缺評(píng)價(jià)，湘西自治州煙區(qū)豐缺評(píng)價(jià)結(jié)果表明（圖1），1242個(gè)土壤樣品中，處于極低至低范圍的數(shù)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(qū)豐缺評(píng)價(jià)結(jié)果表明（圖2），689個(gè)土壤樣品中，處于極低-低范圍的數(shù)目占6.1%，主要分布在道縣的部分地區(qū)；處于適宜范圍占23.8%，主要分布在道縣、寧遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)縣、藍(lán)山縣、江華縣、新田縣。

圖1 湘西自治州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)豐缺評(píng)價(jià)圖Fig.1 Soil organic matter assessment of Xiangxi autonomous tobacco-growing region

圖2 湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)豐缺評(píng)價(jià)圖Fig.2 Soil organic matter assessment of Yongzhou tobacco-growing region

2.1.2 湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)分布特征 土壤活性有機(jī)質(zhì)是有機(jī)質(zhì)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[15]，與土壤生產(chǎn)力密切相關(guān)。選擇湘西自治州煙區(qū)的鳳凰、花垣、保靖3個(gè)代表縣，湘南永州煙區(qū)的道縣、藍(lán)山、江華3個(gè)代表縣，根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量高、中、低不同等級(jí)分析植煙土壤活性有機(jī)質(zhì)的含量（333 mmol/L KMnO4），結(jié)果表明（表2），湘西自治州煙區(qū)典型植煙縣土壤活性有機(jī)質(zhì)平均含量為6.25 g/kg，植煙縣土壤活性有機(jī)質(zhì)平均含量表現(xiàn)為鳳凰縣﹥花垣縣﹥保靖縣；湘南永州煙區(qū)典型植煙縣的土壤活性有機(jī)質(zhì)平均含量為7.80 g/kg，土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)平均含量均表現(xiàn)為藍(lán)山縣﹥江華縣﹥道縣。兩大典型煙區(qū)各典型植煙縣土壤活性有機(jī)質(zhì)含量均為強(qiáng)變異。

圖3 湘西自治州土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)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(qū)與永州煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)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(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析

湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果表明（圖3、圖4），湘西自治州煙區(qū)和永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)含量均呈線性正相關(guān)關(guān)系，其中湘西煙區(qū)的相關(guān)系數(shù)為0.90，永州煙區(qū)的相關(guān)系數(shù)為0.87，說明土壤活性有機(jī)質(zhì)含量隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量成比例增加。

兩大典型煙區(qū)不同含量等級(jí)的土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)含量相關(guān)性分析結(jié)果表明（表3），旱地土壤有機(jī)質(zhì)在低、適宜、高3個(gè)等級(jí)范圍時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)均呈顯著正相關(guān)（p<0.01），水田土壤有機(jī)質(zhì)在適宜和高等級(jí)范圍時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)也呈顯著正相關(guān)（p<0.01）。

圖4 永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)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(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)度分析表明（表4），土壤有機(jī)質(zhì)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(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分指標(biāo)關(guān)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(jī)質(zhì)與土壤全氮、堿解氮的相關(guān)性最大，表明土壤氮素與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系最為密切。

表3 不同含量等級(jí)植煙土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性Table 3 The correlation analysis of different level soil organic matter and active organic matter

表4 土壤有機(jī)質(zhì)與土壤養(yǎng)分的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)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(jī)質(zhì)是反映土壤理化性質(zhì)和肥力水平的重要指標(biāo)，其含量的高低對(duì)煙草的生長發(fā)育以及產(chǎn)量和品質(zhì)有直接的影響[16-17]，湖南兩大典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量總體偏高，這與湖南省主產(chǎn)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量總體上較豐富有關(guān)[18]，2002年湖南省第一次植煙土壤普查湘南煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)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(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的平均含量雖然總體上偏高，但增長不明顯；湘西煙區(qū)2002年的土壤有機(jī)質(zhì)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(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量雖然低于湘南煙區(qū)，但是土壤有機(jī)質(zhì)平均含量的增長幅度大于湘南煙區(qū)，影響典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)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(zhì)地和土壤類型等[5]，而影響典型煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)積累的關(guān)鍵因素尚待深入研究。

活性有機(jī)質(zhì)控制了土壤的生物過程，決定了向作物提供養(yǎng)分的能力[19]，其與土壤有效養(yǎng)分、土壤物理性狀、耕作措施等性質(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[20-21]，成為土壤質(zhì)量及土壤管理的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一[3]。已有研究表明，不同煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性存在差異，可能為正相關(guān)、負(fù)相關(guān)或不相關(guān)[4]，本研究表明兩大典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)含量均呈線性正相關(guān)關(guān)系，且旱地土壤有機(jī)質(zhì)在低、適宜、高3個(gè)等級(jí)范圍時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)均呈顯著正相關(guān)，水田土壤有機(jī)質(zhì)在適宜和高等級(jí)范圍時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)也呈顯著正相關(guān)，表明土壤活性組分可用作評(píng)價(jià)煙區(qū)植煙土壤肥力和土壤質(zhì)量的指標(biāo)之一，而不同土地利用方式、耕作制度、有機(jī)肥施用等因素對(duì)于兩大典型煙區(qū)土壤活性有機(jī)質(zhì)的影響值得進(jìn)一步探討。

土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)度分析表明，土壤有機(jī)質(zhì)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(guān)，與土壤全氮、堿解氮的相關(guān)性最大，表明土壤氮素與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系最為密切，這與國內(nèi)已有研究結(jié)果基本一致[7]，而土壤有機(jī)質(zhì)、活性有機(jī)質(zhì)、土壤養(yǎng)分與煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)的相關(guān)性尚待進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

湘西自治州煙區(qū)與湘南永州煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量總體偏高，空間變異較大。湘西自治州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均值為28.55 g/kg，活性有機(jī)質(zhì)平均含量為6.25 g/kg，植煙縣土壤有機(jī)質(zhì)含量主要處于適宜、高范圍；湘南永州煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)平均值為42.3 g/kg，活性有機(jī)質(zhì)平均含量為7.80 g/kg，植煙縣土壤有機(jī)質(zhì)主要處于高、極高范圍。湘南永州煙區(qū)煙田的土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)平均含量明顯高于湘西自治州煙區(qū)。兩大典型生態(tài)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與活性有機(jī)質(zhì)含量均呈線性正相關(guān)關(guān)系，土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤全氮、堿解氮的相關(guān)性最大，表明土壤氮素與土壤有機(jī)質(zhì)的關(guān)系最為密切。土壤有機(jī)質(zhì)與活性組分是評(píng)價(jià)煙區(qū)植煙土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，湖南省典型煙區(qū)應(yīng)根據(jù)土壤有機(jī)質(zhì)的空間變異規(guī)律、豐缺特征及與養(yǎng)分的相關(guān)性進(jìn)行植煙土壤的分區(qū)管理與土壤改良，合理調(diào)控有機(jī)肥和氮肥的施用，對(duì)于煙區(qū)植煙土壤的保育具有重要意義。

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