中國(guó)優(yōu)質(zhì)烤煙產(chǎn)區(qū)耕層土壤腐殖質(zhì)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(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(zhì)是有機(jī)物經(jīng)過微生物新陳代謝降解后合成的一類非均質(zhì)的呈黑色或黑褐色的有機(jī)高分子化合物，根據(jù)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(zhì)具有吸收、交換等多種功能，對(duì)土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性質(zhì)均有重要影響［4］。腐殖質(zhì)是評(píng)價(jià)土壤肥力和質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是影響烤煙品質(zhì)與產(chǎn)量的主要因素之一［5-7］。研究表明，不同地區(qū)土壤腐殖質(zhì)的含量、組分以及性質(zhì)會(huì)隨生物、氣候條件的不同而異，并進(jìn)而一定程度上影響煙草的品質(zhì)和產(chǎn)量［8］。因此，土壤腐殖質(zhì)組分研究一直是我國(guó)烤煙種植的一個(gè)重要研究領(lǐng)域［9］。

我國(guó)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(chǎn)區(qū)成土因素和土壤類型復(fù)雜多樣，腐殖質(zhì)組成自然也不盡相同。雖然已有我國(guó)植煙土壤腐殖質(zhì)組分區(qū)域尺度方面的報(bào)道［11-15］，但全國(guó)尺度的相關(guān)信息尚缺乏。為此，本研究依據(jù)2011—2013年獲取的我國(guó)主要優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)的耕層土樣，測(cè)定分析了其土壤腐殖質(zhì)組分，希望能夠反映全國(guó)尺度上的煙田土壤腐殖質(zhì)組分特征，并嘗試進(jìn)行了分區(qū)，旨在為進(jìn)一步了解土壤腐殖質(zhì)組分與烤煙風(fēng)格和品質(zhì)之間的關(guān)系提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)與代表性煙田確定

依據(jù)《中國(guó)煙草種植區(qū)劃》［10］和中國(guó)煙草總公司提供的我國(guó)烤煙種植面積和煙葉品質(zhì)等信息，選定覆蓋全國(guó)的12個(gè)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)［16］，包括47個(gè)代表性縣市產(chǎn)區(qū)，合計(jì)425個(gè)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(jù)1∶5萬土壤圖）、煙葉收購站和煙農(nóng)提供的煙田長(zhǎng)年煙葉長(zhǎng)勢(shì)信息。

表1 調(diào)查采樣的典型煙田區(qū)域分布Table 1 Spatial distribution of the typical tobacco-planting fields surveyed in China

1.2 土樣采集與測(cè)定

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

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析與制圖采用 Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行，主要包括聚類分析和方差分析，多重比較采用新復(fù)極差法。

2 結(jié) 果

2.1 優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)腐殖質(zhì)組分總體特征

表2為土壤腐殖質(zhì)及其組分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出，我國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)煙田耕層土壤腐殖質(zhì)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(shù)介于20%～40%，其中，胡敏酸碳量變異系數(shù)最高，為39.40%，胡富比變異系數(shù)最低，為22.27%。表明我國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)土壤腐殖質(zhì)總碳量以及各組分含量總體上差異較大。

2.2 同一產(chǎn)區(qū)不同縣市之間土壤腐殖質(zhì)組分比較

武夷山區(qū)、攀西山區(qū)高腐殖質(zhì)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(qū)、秦巴山區(qū)、云貴高原、南嶺山區(qū)、中原產(chǎn)區(qū)高腐殖質(zhì)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(qū)高腐殖質(zhì)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(qū)高腐殖質(zhì)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(chǎn)區(qū)、雪峰山區(qū)高腐殖質(zhì)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(qū)仁和、武夷山區(qū)永定、中原產(chǎn)區(qū)襄城胡敏酸碳量顯著高于區(qū)域內(nèi)其他各縣市，攀西山區(qū)仁和、武夷山區(qū)永定腐殖質(zhì)全碳量顯著高于區(qū)域內(nèi)其他各縣市，攀西山區(qū)仁和、武夷山區(qū)永定、中原產(chǎn)區(qū)襄城腐殖酸碳量顯著高于區(qū)域內(nèi)其他各縣市，攀西山區(qū)仁和胡敏酸碳量顯著高于區(qū)域內(nèi)其他各縣市，攀西山區(qū)會(huì)東土壤腐殖質(zhì)各組分含量均顯著低于區(qū)域內(nèi)其他各縣市。

2.3 不同產(chǎn)區(qū)之間土壤腐殖質(zhì)組分比較

如表3所示，十二個(gè)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)中，南嶺山區(qū)腐殖質(zhì)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(qū)富里酸碳量平均含量最高，魯中山區(qū)在腐殖質(zhì)全碳量以及腐殖質(zhì)各組分含量均為最低。武陵山區(qū)、雪峰山區(qū)、云貴高原與武夷山區(qū)之間土壤腐殖質(zhì)全碳量以及各組分方面差異不顯著。黔中山區(qū)、東北地區(qū)、皖南山區(qū)土壤腐殖質(zhì)全碳量以及各組分方面差異不顯著。攀西山區(qū)胡敏素含量較高，其他含量均偏低。

表2 優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)的腐殖質(zhì)組分特征Table 2 Statistics of components and contents of topsoils humus in the tobacco-planting fields

圖1 12個(gè)區(qū)域土壤腐殖質(zhì)組分含量特征Fig. 1 Statistics of components and contents of topsoils humus in the 12 regions

表3 各優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)腐殖質(zhì)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(zhì)特征的中國(guó)優(yōu)質(zhì)煙區(qū)分區(qū)

上述12個(gè)產(chǎn)區(qū)劃分主要依據(jù)區(qū)域位置、氣候、土壤和烤煙外觀、香型風(fēng)格質(zhì)量等因素劃分［10］。這里探討一下基于腐殖質(zhì)組分特征的聚類分區(qū)。如圖2所示，根據(jù)腐殖質(zhì)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(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，將47個(gè)縣市優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)分為四類地區(qū)。根據(jù)聚類圖中類別由上至下順序，第一類地區(qū)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(gè)縣市，第二類地區(qū)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(gè)縣市，第三類地區(qū)包括盤縣、永定、桂陽、江華和仁和5個(gè)縣市，第四類地區(qū)包括蒙陰、費(fèi)縣、諸城、五蓮、莒縣、靈寶、會(huì)東和會(huì)理8個(gè)縣市。

四類地區(qū)腐殖質(zhì)組分的方差分析結(jié)果詳見表4。腐殖質(zhì)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(qū)的均值最高，其次是第一類地區(qū)，第四類地區(qū)最低。其中，腐殖質(zhì)全碳量不同地區(qū)之間存在顯著差異或極顯著差異。四類地區(qū)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(qū)之間差異不顯著，其他地區(qū)之間均存在顯著差異或極顯著差異。胡敏素碳量不同地區(qū)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(qū)之間差異不顯著，其他地區(qū)之間均存在極顯著差異。

3 討 論

圖2 基于土壤腐殖質(zhì)特征的產(chǎn)區(qū)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(zhì)全碳量的分區(qū)差異Table 4 Difference between the four groups of tobacco producing areas in total carbon of humus

土壤腐殖質(zhì)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(dāng)高溫、適宜水分有利于微生物活性，進(jìn)而加速土壤腐殖質(zhì)分解，使土壤腐殖質(zhì)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(gè)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)中腐殖質(zhì)全碳量平均值最高的為南嶺山區(qū)，最低為魯中山區(qū)，各產(chǎn)區(qū)按含量由高至低依次為南嶺山區(qū)、武夷山區(qū)、雪峰山區(qū)、云貴高原、武陵山區(qū)、黔中山區(qū)、東北產(chǎn)區(qū)、皖南山區(qū)、攀西山區(qū)、秦巴山區(qū)、中原產(chǎn)區(qū)、魯中山區(qū)。從腐殖質(zhì)組分方面來看，南嶺山區(qū)除富里酸含量較低外，腐殖質(zhì)全碳量及其各組分含量均為第一；中原產(chǎn)區(qū)和魯中山區(qū)在腐殖質(zhì)總量和各組分含量方面始終處于較后位置，含量較低。我國(guó)南嶺山區(qū)屬中南亞熱帶濕潤(rùn)氣候，年降水量1 500～1 900 mm，年均氣溫17～20℃。中原產(chǎn)區(qū)冬季受大陸性氣團(tuán)控制，夏季受海洋性氣團(tuán)控制，春秋為二者交替過渡季節(jié)，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(qū)屬于半濕潤(rùn)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(qū)雖溫度較高，降水較多，微生物活性高，有利于腐殖質(zhì)分解，但南嶺山區(qū)良好的水熱條件有利于動(dòng)植物生長(zhǎng)，動(dòng)植物殘?bào)w的長(zhǎng)期土壤返還使土壤腐殖質(zhì)含量高。本研究中，東北地區(qū)處于我國(guó)北方地區(qū)，土壤腐殖質(zhì)含量相對(duì)較高。一方面，東北年均氣溫相對(duì)較低，微生物活性低，土壤腐殖質(zhì)易積累；另一方面，東北地區(qū)是我國(guó)傳統(tǒng)耕區(qū)，積年的農(nóng)作物殘?bào)w留在土壤中，以及秸稈還田［20］，使土壤腐殖質(zhì)含量較高。此外，東北地區(qū)盛產(chǎn)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(zhì)形成的前體物質(zhì)，因而東北地區(qū)土壤腐殖質(zhì)含量較高［21］。

腐殖質(zhì)組分及其特征與煙葉品質(zhì)關(guān)系極為密切，煙葉品質(zhì)會(huì)隨腐殖質(zhì)含量的增加而提高［22］。土壤腐殖質(zhì)組分不僅與煙葉常規(guī)化學(xué)成分存在顯著的正相關(guān)性，也與煙葉的感官評(píng)價(jià)中品質(zhì)指標(biāo)存在正相關(guān)關(guān)系［17］，增加腐殖酸肥料的投入會(huì)提高煙葉的產(chǎn)量、質(zhì)量［23-24］。根據(jù)第二次全國(guó)土壤普查養(yǎng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，第一、二類地區(qū)有機(jī)質(zhì)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(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量為40.2 g·kg-1，屬于豐富水平；第四類地區(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量為10.3 g·kg-1，屬于很缺水平。四類地區(qū)土壤腐殖質(zhì)含量差異較大。已有研究表明，我國(guó)烤煙土壤有機(jī)質(zhì)含量適宜范圍大致是20～35 g·kg-1［10,25］，各產(chǎn)區(qū)可按照自身情況，通過調(diào)控有機(jī)肥料施用、秸稈還田等來調(diào)節(jié)土壤腐殖質(zhì)含量，如第四類地區(qū)腐殖質(zhì)含量缺乏，可增施生物有機(jī)肥、加大秸稈還田力度，提高腐殖質(zhì)含量；第三類地區(qū)腐殖質(zhì)含量豐富，可以削控餅肥和腐殖酸肥料的施用，來適當(dāng)削減土壤腐殖質(zhì)含量，從而一定程度上提高煙草的品質(zhì)和產(chǎn)量。

現(xiàn)有的十二個(gè)產(chǎn)區(qū)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(jīng)驗(yàn)式劃分。本文對(duì)縣市級(jí)別土壤腐殖質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了層次聚類與數(shù)值分析，得到了基于土壤腐殖質(zhì)特征的四個(gè)新產(chǎn)區(qū)劃分。從本文相關(guān)的數(shù)據(jù)分析來看，雖然不同產(chǎn)區(qū)的局部地區(qū)土壤腐殖質(zhì)組分和含量相似，但不同產(chǎn)區(qū)乃至同一產(chǎn)區(qū)不同縣市之間，也或多或少存在一定的差異。如除武陵山區(qū)、秦巴山區(qū)和魯中山區(qū)、雪峰山區(qū)、云貴高原產(chǎn)區(qū)、南嶺山區(qū)、皖南山區(qū)外，其余產(chǎn)區(qū)內(nèi)各取樣點(diǎn)的腐殖質(zhì)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(dǎo)致的土壤有機(jī)質(zhì)差異造成的。這一研究結(jié)果，不僅有助于進(jìn)一步理解土壤腐殖質(zhì)組分對(duì)煙葉品質(zhì)的影響關(guān)系及其空間模式，為國(guó)家尺度上烤煙土壤保育工作中各煙區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)提升提供宏觀指導(dǎo)；同時(shí)也通過腐殖質(zhì)組分的區(qū)域分布與產(chǎn)區(qū)地理分布比較，結(jié)合腐殖質(zhì)組分對(duì)煙葉品質(zhì)的影響，說明土壤腐殖質(zhì)組分不僅可以在一定范圍內(nèi)影響煙葉品質(zhì)，也可作為烤煙品質(zhì)區(qū)劃研究中的一個(gè)參考指標(biāo)，這對(duì)進(jìn)一步完善我國(guó)烤煙品質(zhì)區(qū)劃指標(biāo)體系具有一定的指導(dǎo)意義。

4 結(jié) 論

我國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)土壤腐殖質(zhì)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(shù)20%～40%?？傮w上我國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)土壤腐殖質(zhì)總碳量以及各組分含量差異程度較大。在腐殖質(zhì)全碳量上，南嶺山區(qū)最高，顯著高于其他地區(qū)；中原產(chǎn)區(qū)與魯中山區(qū)較低，顯著低于其他地區(qū)。在腐殖質(zhì)組分上，南嶺山區(qū)腐殖酸碳量、胡敏酸碳量和胡敏素碳量均為最高，魯中山區(qū)均為最低。攀西山區(qū)胡敏素含量較高，其他組分偏低。總體而言，我國(guó)南方地區(qū)腐殖質(zhì)含量高于北方。依據(jù)腐殖質(zhì)組分將47個(gè)縣市產(chǎn)區(qū)分為四類地區(qū)，各類地區(qū)之間腐殖質(zhì)含量和組分上差異顯著。