牡丹江煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分時(shí)空變化特征

李乾云，張劍飛，李莞晴，黃宗偉，范若增，元 野，賀國(guó)強(qiáng)，申洪濤，劉 領(lǐng)

(1.河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2.黑龍江省煙草公司 綏化市煙草專賣局，黑龍江 綏化 152001；3.中國(guó)煙草總公司 黑龍江省公司，黑龍江 哈爾濱 150001；4.黑龍江省煙草公司 牡丹江煙葉公司，黑龍江 牡丹江 157000；5.黑龍江省煙草公司 牡丹江煙草科學(xué)研究所，黑龍江 牡丹江 157011；6.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

【研究意義】土壤作為煙葉生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵要素和重要基礎(chǔ)，是煙葉生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的主要來(lái)源，其有效養(yǎng)分含量的高低及比例直接影響煙葉生長(zhǎng)發(fā)育和烤后煙葉風(fēng)格特色的形成[1-2]，因此研究植煙區(qū)土壤養(yǎng)分變化，對(duì)于指導(dǎo)合理施肥和提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】土壤有機(jī)質(zhì)含量影響烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量適宜，煙葉質(zhì)量佳[3]。郭可謙等[4]研究顯示，適宜的有機(jī)質(zhì)含量有助于提高煙葉的整體品質(zhì)。張凱等[5]研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量較為豐富，除有利于煙株發(fā)育及增產(chǎn)外，還對(duì)煙葉品質(zhì)提高有促進(jìn)作用，可提升煙葉化學(xué)成分協(xié)調(diào)性，改善香氣質(zhì)，增加香氣量，降低刺激性，但有機(jī)質(zhì)含量過高，會(huì)因養(yǎng)分過高而使煙葉主脈增粗、葉片肥厚、含氮化合物過多，從而導(dǎo)致煙葉品質(zhì)差。氮是煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的決定性營(yíng)養(yǎng)元素，土壤氮素含量適宜能夠改善煙葉產(chǎn)質(zhì)量和化學(xué)成分協(xié)調(diào)性[6]。磷對(duì)煙草的生長(zhǎng)發(fā)育、農(nóng)藝性狀和煙葉化學(xué)成分的形成具有重要影響[7]；磷能促進(jìn)烤煙早發(fā)，提前成熟[8]；施用磷肥還能提高煙株的鉀含量，降低氮含量[9]。煙草是喜鉀作物，土壤鉀素含量能夠影響煙葉鉀含量以及煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)[10-11]。根據(jù)不同區(qū)域土壤養(yǎng)分狀況實(shí)施合理的施肥和管理措施能夠促進(jìn)土壤養(yǎng)分的提高和協(xié)調(diào)。受成土母質(zhì)、地形、氣候、生物等因素以及水肥管理、栽培措施的影響，植煙土壤養(yǎng)分在時(shí)間和空間上表現(xiàn)異質(zhì)性[12]。近年來(lái)，關(guān)于不同植煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況及其空間變異特征受到廣泛關(guān)注[13-14]。【研究切入點(diǎn)】牡丹江煙區(qū)是黑龍江省煙葉主產(chǎn)區(qū)，是我國(guó)填充型烤煙的種植基地，明確該地區(qū)植煙土壤養(yǎng)分在時(shí)空上的變異及豐缺狀況是進(jìn)行土壤養(yǎng)分科學(xué)管理的前提和基礎(chǔ)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分別于2012年和2019年對(duì)牡丹江不同植煙區(qū)土壤進(jìn)行取樣測(cè)定主要養(yǎng)分含量，分析牡丹江不同植煙區(qū)土壤養(yǎng)分變化及分布狀況，為牡丹江煙區(qū)合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

牡丹江煙區(qū)位于黑龍江省東南部(43°24′～45°59′N，128°02′～131°18′E)，地處張廣才嶺、老爺嶺山脈，地形以山地和丘陵為主，還有少量平原。該地區(qū)屬半濕潤(rùn)中溫帶季風(fēng)氣候，年均氣溫3.8～4.5℃，年均降水量500～600 mm，年均無(wú)霜期115～152 d。牡丹江煙區(qū)下轄5個(gè)植煙縣(東寧、海林、林口、穆棱和寧安)，根據(jù)祖世亨[15]的研究結(jié)果，牡丹江植煙區(qū)可分為3個(gè)區(qū)域，即溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)、溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫和半干旱植煙區(qū)，其中，東寧縣為溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)，海林縣、林口縣和穆棱縣為溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)，寧安縣為溫和半干旱植煙區(qū)。

1.2 土壤樣品采集與測(cè)定

根據(jù)測(cè)土配方施肥技術(shù)[16]要求，在每個(gè)樣地采用5點(diǎn)取樣法，采取0～20 cm耕層土壤的混合土樣，2012年采取土壤樣品1 369個(gè)，其中，溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)取樣(東寧縣)116個(gè)，溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)取樣774個(gè)(海林縣60個(gè)、林口縣654個(gè)、穆棱縣60個(gè))，溫和半干旱植煙區(qū)取樣(寧安縣)479個(gè)；2019年采取土壤樣品1 234個(gè)，其中，溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)取樣643個(gè)，溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)取樣315個(gè)(海林縣45個(gè)、林口縣240個(gè)、穆棱縣30個(gè))，溫和半干旱植煙區(qū)取樣276個(gè)。土壤指標(biāo)測(cè)定采用《土壤農(nóng)化分析》規(guī)定的方法[17]，其中，土壤有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法。土壤性質(zhì)變異程度根據(jù)變異系數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別[18-19]，變異系數(shù)>100%具有強(qiáng)變異性，變異系數(shù)10%～100%具有中等變異性，變異系數(shù)<10%具有弱變異性。

1.3 土壤主要養(yǎng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參照前人的研究結(jié)果[20-21]，對(duì)牡丹江植煙土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 植煙土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Grading standard of soil nutrients in tobacco-growing region

1.4 數(shù)據(jù)處理

由于數(shù)據(jù)量大，為提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，對(duì)牡丹江全區(qū)土壤樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析時(shí)，采用拉依達(dá)法[22]即3倍方差法對(duì)全區(qū)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。2012年有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀分別剔除27個(gè)、33個(gè)、33個(gè)和26個(gè)偏離較大的樣本數(shù)，2019年分別剔除1個(gè)、25個(gè)、28個(gè)和1個(gè)偏離較大的樣本數(shù)。采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，運(yùn)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2012年與2019年牡丹江各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分含量變化

從表2看出，2012年與2019年牡丹江各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分含量變化。

表2 牡丹江市2012年與2019年不同植煙區(qū)的土壤養(yǎng)分含量Table 2 Content of soil nutrients in different tobacco-growing areas of Mudanjiang City in 2012 and 2019

2.1.1 土壤有機(jī)質(zhì) 2012年牡丹江植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量0.17%～8.87%，平均3.26%，變異系數(shù)40.20%，屬中等變異；2019年有機(jī)質(zhì)含量0.72%～5.24%，平均2.57%，變異系數(shù)34.90%，屬中等變異。與2012年相比，2019年牡丹江植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著降低。2019年牡丹江3個(gè)植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量存在差異，溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)顯著高于溫和半干旱植煙區(qū)。

2.1.2 土壤堿解氮 2012年牡丹江植煙區(qū)土壤堿解氮含量35.00～341.25 mg/kg，平均148.88 mg/kg，變異系數(shù)29.81%，屬中等變異；2019年土壤堿解氮含量42.00～297.50 mg/kg，平均143.16 mg/kg，變異系數(shù)33.23%，屬中等變異。與2012年相比，2019年牡丹江植煙區(qū)土壤堿解氮含量降低，但差異不顯著。2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤堿解氮平均含量最高，為166.51 mg/kg；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)為120.28 mg/kg；溫和半干旱植煙區(qū)最低，為114.51 mg/kg。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)堿解氮含量顯著升高，而溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫和半干旱植煙區(qū)顯著降低。

2.1.3 土壤速效磷 2012年牡丹江植煙區(qū)土壤速效磷含量20.33～638.09 mg/kg，平均159.55 mg/kg，變異系數(shù)70.34%，屬中等變異；2019年土壤速效磷含量12.97～442.36 mg/kg，平均113.93 mg/kg，變異系數(shù)69.71%，屬中等變異。與2012年相比，2019年牡丹江市植煙區(qū)土壤速效磷含量顯著降低。2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)速效磷平均含量最低，為80.04 mg/kg；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)為140.04 mg/kg；溫和半干旱植煙區(qū)最高，為162.03 mg/kg，3個(gè)植煙區(qū)土壤速效磷含量差異顯著。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤速效磷含量顯著降低，而溫和半干旱植煙區(qū)無(wú)顯著差異。

2.1.4 土壤速效鉀 2012年牡丹江植煙區(qū)土壤速效鉀含量45.96～1 545.72 mg/kg，平均345.01 mg/kg，變異系數(shù)83.77%，變異較大；2019年土壤速效鉀含量48.24～1 161.96 mg/kg，平均284.27 mg/kg，變異系數(shù)69.38%，屬中等變異。與2012年相比，2019年牡丹江市煙區(qū)速效鉀含量顯著降低。2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)速效磷平均含量最低，為232.86 mg/kg；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)為270.10 mg/kg；溫和半干旱植煙區(qū)最高，為432.02 mg/kg；溫和半干旱植煙區(qū)土壤速效鉀含量顯著高于其他植煙區(qū)。

2.2 2012年與2019年牡丹江各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分等級(jí)分布頻率

從表3看出，2012年與2019年牡丹江各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分等級(jí)分布頻率存在差異。

表3 牡丹江市2012年與2019年不同植煙生態(tài)區(qū)的土壤養(yǎng)分等級(jí)分布頻率Table 3 Grading distribution frequency of soil nutrients in different tobacco-growing areas of Mudanjiang City in 2012 and 2019 %

2.2.1 有機(jī)質(zhì) 2019年牡丹江植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量在極低、低、適宜、高和極高水平的分布頻率分別為0.34%、27.79%、42.02%、20.74%和9.10%，處于適宜水平的分布頻率最高，其次為低水平，兩者分布頻率之和達(dá)69.81%，整體處于低-適宜水平。與2012年相比，2019年牡丹江植煙區(qū)有機(jī)質(zhì)含量在適宜、高和極高水平的分布頻率分別降低0.79百分點(diǎn)、11.60百分點(diǎn)和4.88百分點(diǎn)，低水平的分布頻率增加17.45百分點(diǎn)。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)適宜水平的分布頻率增加15.26百分點(diǎn)，低和極高水平的分布頻率分別降低5.59百分點(diǎn)和11.3百分點(diǎn)；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)適宜水平的分布頻率降低38.38百分點(diǎn)，低和極高水平的分布頻率分別增加26.52百分點(diǎn)和13.73百分點(diǎn)；溫和半干旱植煙區(qū)有機(jī)質(zhì)含量適宜、高和極高水平的分布頻率分別降低0.12百分點(diǎn)、3.12百分點(diǎn)和18.33百分點(diǎn)，同時(shí)極低和低水平的分布頻率分別增加0.1百分點(diǎn)和21.47百分點(diǎn)。

2.2.2 堿解氮 2019年牡丹江植煙區(qū)土壤堿解氮含量在極低、低、適宜、高和極高水平的分布頻率分別為0.89%、26.84%、53.12%、14.84%和4.30%，處于適宜水平的分布頻率最高，其次是低水平，兩者之和高達(dá)79.96%，整體處于低-適宜水平。與2012年相比，2019年牡丹江市植煙區(qū)土壤堿解氮含量在適宜水平的分布頻率降低12.15百分點(diǎn)，在低水平的分布頻率增加13.28百分點(diǎn)。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤堿解氮含量在適宜、高和極高水平的分布頻率分別增加6.75百分點(diǎn)、12.16百分點(diǎn)和5.31百分點(diǎn)，在低水平的分布頻率降低23.34百分點(diǎn)；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)在高水平的分布頻率降低1.40百分點(diǎn)，適宜和極高水平的分布頻率分別增加0.32百分點(diǎn)和1.09百分點(diǎn)；溫和半干旱植煙區(qū)土壤堿解氮含量在適宜、高和極高水平的分布頻率分別降低20.08百分點(diǎn)、6.64百分點(diǎn)和6.93百分點(diǎn)，極低和低水平的分布頻率分別增加1.71百分點(diǎn)和31.77百分點(diǎn)。

2.2.3 速效磷 2019年和2012年牡丹江植煙區(qū)土壤速效磷含量主要分布在極高水平，分布頻率分別為92.87%和98.61%。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤速效磷含量處于極高水平的分布頻率降低7.07百分點(diǎn)，適宜和高水平的分布頻率增加5.56百分點(diǎn)和1.52百分點(diǎn)；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤速效磷含量處于極高水平的分布頻率降低79.15百分點(diǎn)，低、適宜和高水平分別增加27.06百分點(diǎn)、30.36百分點(diǎn)和20.73百分點(diǎn)；溫和半干旱植煙區(qū)處于極高水平的分布頻率降低2.95百分點(diǎn)，適宜和高水平的分布頻率增加1.11百分點(diǎn)和1.85百分點(diǎn)。

2.2.4 速效鉀 2019年牡丹江植煙區(qū)土壤速效鉀含量在極低、低、適宜、高和極高水平的分布頻率分別為2.43%、25.61%、24.8%、18.64%和28.53%，在低、適宜、極高水平分布頻率相當(dāng)。與2012年相比，2019年牡丹江植煙區(qū)速效鉀含量在極高水平的分布頻率降低6.82百分點(diǎn)，低水平和適宜水平的分布頻率分別增加3.92百分點(diǎn)和3.18百分點(diǎn)。與2012年相比，2019年溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤速效鉀含量在適宜水平的分布頻率提高14.25百分點(diǎn)，高水平分布頻率提高6.98百分點(diǎn)；溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)在適宜水平和高水平的分布頻率分別增加1.29百分點(diǎn)和7.15百分點(diǎn)；溫和半干旱植煙區(qū)在極高水平的分布頻率增加4.78百分點(diǎn)。

3 討論

研究結(jié)果表明，2019年牡丹江植煙區(qū)有機(jī)質(zhì)平均含量為2.57%，整體處于低-適宜水平，與2012年相比，土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，處于低水平的分布頻率增加?？赡苁怯捎跓熮r(nóng)在施肥過程中重化肥輕有機(jī)肥，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)減少；另外，也可能與煙農(nóng)以往不重視秸稈還田，造成土壤有機(jī)質(zhì)輸入減少有關(guān)[23]。孫士明等[24]研究表明，秸稈還田能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。因此，在煙葉種植過程中，增施有機(jī)肥和秸稈還田是提高土壤有機(jī)質(zhì)的重要措施。2019年牡丹江植煙區(qū)土壤堿解氮平均含量為143.16 mg/kg，與2012年相比，2019年土壤堿解氮下降，整體處于低-適宜水平，因此，針對(duì)土壤堿解氮含量低的煙田要增施氮肥和有機(jī)肥。2019年牡丹江植煙區(qū)土壤速效磷平均含量為113.93 mg/kg，與2012年相比，土壤速效磷含量雖有少量下降，但整體仍處于極高水平，因此，在煙葉種植過程中要控制磷肥施用。2019年牡丹江植煙區(qū)土壤速效鉀平均含量為284.27 mg/kg，土壤速效鉀含量在極低、低、適宜、高和極高水平的分布頻率分別為2.43%、25.61%、24.8%、18.64%和28.53%。充足的鉀素供應(yīng)，不僅能保證煙株正常生長(zhǎng)代謝和煙株健壯生長(zhǎng)，而且對(duì)改善煙葉質(zhì)量和燃燒性具有重要作用，因此在煙葉種植過程中，根據(jù)不同區(qū)域土壤鉀含量水平保證鉀肥施用量，可以采取基肥與追肥結(jié)合、根施與根外施肥結(jié)合方式進(jìn)行，以保障土壤速效鉀的供應(yīng)水平，提高鉀肥的利用率[25]。

不同植煙區(qū)域土壤養(yǎng)分變異由系統(tǒng)變異和隨機(jī)變異構(gòu)成，土壤母質(zhì)和土壤類型等結(jié)構(gòu)因子導(dǎo)致系統(tǒng)變異，施肥、灌溉和耕作等人為因子引起隨機(jī)變異[26-27]。2019年牡丹江溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量顯著高于溫和半干旱植煙區(qū)，溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)和溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)氣候與溫和半干旱植煙區(qū)相比，氣候濕潤(rùn)、溫度較高，土壤微生物活性強(qiáng)，加速秸稈、枯落物的分解和有機(jī)質(zhì)的輸入。張學(xué)昕[28]研究表明，堿解氮含量的高低取決于有機(jī)質(zhì)含量的高低以及施入氮肥量的多少，堿解氮含量和有機(jī)質(zhì)呈正相關(guān)。2019年牡丹江溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)速效磷和速效鉀含量均低于溫和半干旱植煙區(qū)和溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)，影響土壤速效磷和速效鉀含量的因子主要包括土壤理化性質(zhì)、氣候條件、施肥管理方式等，本研究不同植煙區(qū)土壤速效磷和速效鉀存在差異的原因主要體現(xiàn)在氣候條件不同，氣候?qū)ν寥懒缀外浰氐挠绊懼饕w現(xiàn)在溫度和降水方面。一方面溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)降水豐富，土壤水分比較充足，施入磷肥后有效磷存在的比例較高，易被植物吸收，土壤中速效磷含量降低。相關(guān)研究表明，土壤速效鉀和速效磷含量隨著降雨量的增加而減少[29]。降水較多，促進(jìn)磷、鉀在土壤中的淋洗，因此，溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)土壤速效磷、速效鉀含量偏低[30]。另一方面溫度和水分影響土壤微生物活性，適宜的溫度和水分條件提高土壤微生物活性，微生物對(duì)土壤磷和鉀形態(tài)轉(zhuǎn)化具有重要作用，溫度、水分過高和過低均抑制微生物活性，從而影響土壤磷和鉀的有效性[30-31]。

4 結(jié)論

2019年牡丹江煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)平均含量為2.57%，堿解氮平均含量為143.16 mg/kg，速效磷平均含量為113.93 mg/kg，速效鉀平均含量為284.27 mg/kg。有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量整體處在低-適宜水平，速效磷含量整體處在極高水平，速效鉀含量變異較大，在低、適宜、極高水平分布頻率相當(dāng)。牡丹江各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分存在差異，2019年土壤有機(jī)質(zhì)含量溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)=溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)>溫和半干旱植煙區(qū)，堿解氮含量表現(xiàn)為溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)>溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)>溫和半干旱植煙區(qū)，速效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為溫和半干旱植煙區(qū)>溫涼半濕潤(rùn)植煙區(qū)>溫暖濕潤(rùn)植煙區(qū)。與2012年相比，2019年牡丹江市植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀含量顯著降低，堿解氮含量有所下降。因此，建議牡丹江煙區(qū)總體采用穩(wěn)氮、增鉀、控磷、增施有機(jī)肥的施肥策略，并根據(jù)各植煙生態(tài)區(qū)的土壤養(yǎng)分時(shí)空演變趨勢(shì)，適度調(diào)整肥料施用量，以實(shí)現(xiàn)各植煙生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分供需平衡。