張家界植煙土壤酸堿度分布及影響因素研究

彭德元，袁謀志，付品山，王祖富，周游，張圣煒，覃瀟，荊永峰，宋浩，王振華*

(1 湖南省煙草公司張家界市公司，張家界 427000；2 湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，長沙 410000；3 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，長沙 410128)

土壤酸堿度是影響土壤肥力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一方面影響植物對土壤養(yǎng)分的有效吸收[1]，另一方面影響土壤中金屬的形態(tài)和遷移[2]。前人研究表明，在土壤酸堿度為中性時(shí)(pH 6.5～7.5)，作物對多數(shù)礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收利用率較高[3]。pH 過低或過高都不利于作物對礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收與利用，造成嚴(yán)重的肥料浪費(fèi)，甚至導(dǎo)致土壤失去耕種價(jià)值。煙草生長的適宜酸堿度范圍為5.5～7.0，酸堿度過低或過高均不利于煙株生長和煙葉品質(zhì)。近年來大量研究顯示，我國多個(gè)煙區(qū)土壤有酸化的趨勢。符云鵬等[4]研究發(fā)現(xiàn)，畢節(jié)煙區(qū)11.2%的土壤為強(qiáng)酸性，土壤酸堿度與土壤全氮、有效硼及有效鋅含量呈正相關(guān)關(guān)系，與銨態(tài)氮、有效錳以及有效鐵含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。云南文山煙區(qū)的研究表明[5]，文山煙區(qū)20.3%植煙土壤為強(qiáng)酸性，12.0%的植煙土壤為堿性。湘西煙區(qū)的研究顯示[6]，2000—2015 年植煙土壤pH 均值下降了0.09 單位，pH 為極低和低的樣品比例分別增加了17.41 和0.36 百分點(diǎn)。張家界是湖南省主要山地?zé)熑~產(chǎn)區(qū)，煙草單季連作，關(guān)于該煙區(qū)植煙土壤酸堿度分布的研究未見報(bào)道。本研究利用張家界煙區(qū)2015 年植煙土壤普查數(shù)據(jù)，分析該區(qū)植煙土壤pH 的分布狀況及可能的影響因素，以期為張家界煙區(qū)土壤保育和科學(xué)施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤采集和測定

2015 年，根據(jù)煙田的分布情況確定取樣點(diǎn)，于前茬作物收獲后，避開陰雨天氣，根據(jù)田塊形狀分別采取“X”或“S”形方法采集耕作層(0～20 cm)土壤，其中慈利170 份、桑植200 份、永定98 份，共計(jì)468份。土壤樣品經(jīng)風(fēng)干后制樣保存待測。測定指標(biāo)包括酸堿度、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、有效硫、交換性鎂含量、陽離子交換量(CEC)、粘粒陽離子交換量、粗砂(2～0.2 mm)、細(xì)砂(0.2～ 0.02 mm)、粉砂(0.02～ 0.002 mm)和粘粒(<0.002 mm)等[7]。

1.2 數(shù)據(jù)分析

土壤pH 的分級標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)[8]，分為極低(<5.0)、低(5.0～5.5)、適宜(5.5～7.0)、高(7.0～7.5)、極高(>7.5)5 個(gè)等級。采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、描述性統(tǒng)計(jì)和多重比較，采用SPSS 22.0進(jìn)行相關(guān)分析[9]，參考文獻(xiàn)[10]進(jìn)行平滑回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植煙土壤pH 狀況

對張家界各縣區(qū)的植煙土壤pH 進(jìn)行基本特征和樣本分布統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。張家界各縣區(qū)植煙土壤pH 平均為5.91，總體上為弱酸性，基本處于適宜水平，最小值為4.23，最大值為8.38，變異系數(shù)為16.36%，屬中等程度變異。從各縣區(qū)土壤pH 差異來看，慈利、桑植、永定3 個(gè)植煙縣土壤pH 存在顯著差異(P<0.05)，其中，慈利縣植煙土壤pH 顯著高于永定區(qū)和桑植縣。

表1 張家界植煙土壤酸堿度及樣本頻率分布Table 1 Distribution of soil pH and sample frequency in Zhangjiajie

張家界現(xiàn)有煙區(qū)土壤pH 適宜植煙的樣本占38.25%，分級為低和極低的樣本分別占18.16%和25.43%，分級為高和極高的樣本分別占9.62%和8.55%?？h區(qū)間土壤酸堿度樣本分布差異較大，其中土壤酸堿度適宜樣本比例最高的是桑植縣，最低的是永定區(qū)，慈利縣居中。

2.2 土壤pH 的影響因素

2.2.1 簡單相關(guān)分析

簡單相關(guān)分析的結(jié)果列于表2。土壤酸堿度與海拔高度、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、有效磷含量、有效硫含量、粘粒含量呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)，與交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量、細(xì)砂粒呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)。

表2 土壤酸堿度與土壤主要理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation analysis of soil pH and main physical and chemical indexes

2.2.2 逐步回歸分析

以土壤酸堿度為因變量，以簡單相關(guān)分析中與酸堿度相關(guān)性顯著或極顯著的指標(biāo)為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，解析這些指標(biāo)對土壤酸堿度的總體貢獻(xiàn)率，以及各指標(biāo)對土壤酸堿度的獨(dú)立解釋能力。由逐步回歸分析的結(jié)果可見，進(jìn)入回歸方程的指標(biāo)有交換性鈣、交換性鎂、有效硫、有機(jī)質(zhì)、粘粒、陽離子交換量、海拔和堿解氮等8 項(xiàng)指標(biāo)(表3)。表中△R2表示在原有自變量的基礎(chǔ)上新增該自變量后回歸方程判定系數(shù)的增量，該數(shù)值的大小表示新增自變量在回歸方程中的重要性；校正決定系數(shù)(AdjustedR2)表示各回歸方程中所有變量對土壤酸堿度的解釋能力。綜合各個(gè)方程R2、AdjustedR2和△R2來看，土壤交換性鈣含量對土壤酸堿度的影響能力最大，對土壤酸堿度變化的獨(dú)立解釋率高達(dá)53.2%，其次是交換性鎂、有效硫、有機(jī)質(zhì)含量、粘粒(<0.002 mm)、陽離子交換量、海拔和堿解氮含量等7 項(xiàng)指標(biāo)，以上8 項(xiàng)指標(biāo)對土壤酸堿度的累計(jì)解釋能力達(dá)77.7%。

表3 主要理化指標(biāo)與土壤酸堿度的逐步回歸分析Table 3 Stepwise regression analysis of main physical and chemical indexes and soil pH

2.2.3 平滑回歸分析

平滑回歸分析結(jié)果顯示，土壤pH 與交換性鈣含量符合二次曲線關(guān)系(R2＝0.943 7，P＝0.001)，即隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤pH 先升高后趨于穩(wěn)定；土壤pH 與交換性鎂含量符合線性模型(R2＝0.821 4，P<0.001)，即隨交換性鎂含量的升高，土壤pH 表現(xiàn)為直線上升趨勢；土壤pH 與有效硫含量符合冪函數(shù)模型(R2＝0.759 5，P<0.001)，即隨有效硫含量增加，土壤pH 呈現(xiàn)減速下降的趨勢；土壤pH 與有機(jī)質(zhì)含量符合二次曲線模型(R2＝0.415，P<0.001)，即隨著有機(jī)質(zhì)含量的升高，土壤pH 呈現(xiàn)先快速下降后趨于穩(wěn)定的規(guī)律；土壤pH 與土壤粘粒含量呈線性函數(shù)關(guān)系(R2＝0.386，P<0.001)，即隨土壤粘粒含量增加，土壤pH呈直線下降趨勢；土壤pH 與陽離子交換量符合線性模型(R2＝0.727 2，P<0.001)，即隨陽離子含量增加，土壤pH 呈直線上升趨勢；土壤pH 與海拔符合線性模型(R2＝0.545 2，P<0.001)，即隨海拔升高，土壤pH 呈直線下降趨勢。土壤pH 與堿解氮符合二次曲線模型(R2＝0.718，P<0.001)，即隨土壤堿解氮含量增加，土壤pH 呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢。

3 討論

有研究表明[11，12]，烤煙對土壤酸堿度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在pH4～9 的土壤上都能正常生長和繁殖，但想要獲得優(yōu)質(zhì)煙葉，需要將煙草種植在特定pH范圍內(nèi)的土壤上；植煙土壤因地域不同而稍有差異，但普遍認(rèn)為弱酸性或中性土壤更有利于獲得優(yōu)質(zhì)煙葉。張家界市植煙土壤pH 值變幅為4.23～8.38，均值為5.91，單從均值上看屬于適宜水平，但從樣品的分布情況來看，只有38.25%的植煙土壤pH 處于適宜水平，43.59%的植煙土壤處于低或者極低水平，與其他煙區(qū)類似[4，5]，張家界市煙植土壤同樣存在酸化的問題。

本文著重研究了海拔高度、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效硫、粘粒、交換性鈣、交換性鎂含量、陽離子交換量、細(xì)砂粒等影響因素。土壤酸堿度與海拔高度、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效硫及粘粒含量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，這與鄧小華等[13]、戴萬宏等[14]研究結(jié)果一致；而土壤酸堿度與土壤交換性鈣、交換性鎂含量、陽離子交換量、細(xì)砂粒呈極顯著正相關(guān)，這與譚智勇等[15]的研究結(jié)果一致。通過逐步回歸分析提取了8 項(xiàng)對土壤pH 貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)，對土壤酸堿度的累計(jì)解釋能力達(dá)77.7%，其中土壤交換性鈣對植煙土壤酸堿度變化的解釋能力達(dá)53.2%，其次是交換性鎂、有效硫、有機(jī)質(zhì)、粘粒(<0.002 mm)、陽離子交換量、海拔和堿解氮等7 項(xiàng)指標(biāo)。平滑回歸分析結(jié)果顯示，交換性鈣、交換性鎂和陽離子交換量是主要的控酸因子，而海拔、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效硫、粘粒是主要的致酸因子，這說明張家界市煙植土壤pH 是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。還需根據(jù)土壤pH 區(qū)域差異，從有機(jī)物料、鈣鎂元素投入以及硫元素管控等方面進(jìn)一步開展土壤酸堿度調(diào)控方面的研究。

4 結(jié)論

張家界植煙土壤pH 均值為5.91，pH 小于5.5的植煙土壤占43.59%，pH 大于7.0 的植煙土壤占18.17%，pH 處于適宜范圍的為38.25%。土壤酸堿度、海拔高度、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效硫、粘粒、土壤交換性鈣、交換性鎂、陽離子交換量及細(xì)砂粒等對土壤pH 有顯著影響。應(yīng)根據(jù)植煙土壤pH分布情況采取差異化管理，堿性植煙土壤區(qū)域應(yīng)適當(dāng)控制石灰投入量，土壤酸化區(qū)域應(yīng)適當(dāng)投入鈣鎂磷肥、生石灰和白云石粉進(jìn)行改良，還可采用其他形態(tài)的鉀肥部分替代硫酸鉀肥料，緩解過量硫酸鉀帶入的硫酸根離子對土壤的致酸作用。