六盤水市煙田土壤有效硅含量與空間分布特征①

王仕海，張崇德，楊文鋼*，尚 軍，李長權(quán)，王忠宇，孔祥鎮(zhèn)，李德成

六盤水市煙田土壤有效硅含量與空間分布特征①

王仕海1，張崇德1，楊文鋼1*，尚 軍1，李長權(quán)1，王忠宇1，孔祥鎮(zhèn)2, 3，李德成2

(1 貴州省煙草公司六盤水市公司，貴州六盤水 553000；2 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學院南京土壤研究所)，南京 210008；3 中國科學院大學，北京 100049)

為了掌握六盤水市煙田土壤有效硅含量與空間分布，指導硅肥合理施用，于2020年烤煙移栽和施肥前，在六盤水市鐘山、盤州和水城3個煙區(qū)分別采集100、220和180個煙田耕層(0～20 cm)土壤樣品，測定土壤有效硅含量，評價其豐缺情況，并繪制有效硅含量空間分布圖，分析其空間分布特征。結(jié)果表明：3個煙區(qū)煙田土壤有效硅含量介于18.86～754.71 mg/kg，平均含量介于260.88～403.80 mg/kg，均屬高級別(≥150 mg/kg)；3個煙區(qū)高硅煙田占比介于83.33%～99.09%；有效硅含量由西向東呈降低趨勢，低硅煙田(<100 mg/kg，僅占1.4%)集中分布于水城煙區(qū)的中部。有效硅含量與pH(<0.01)、有機質(zhì)含量(<0.05)和黏粒含量(<0.05)之間均呈顯著正相關(guān)，與粉粒含量之間呈顯著負相關(guān)(<0.05)。因此，六盤水市絕大部分煙田不需施用硅肥，但對缺硅的煙田可考慮施用硅肥或通過改酸和提升土壤有機質(zhì)等措施以提升土壤中硅素的有效性。

煙田；有效硅；含量；空間分布；六盤水

硅是植物體組成的重要營養(yǎng)元素，具有提高植物光合效率、促進營養(yǎng)元素吸收、增強抗逆性等功能[1-4]。云南多地的研究表明，施用硅肥能促進烤煙生長，提升煙葉農(nóng)藝性狀，緩解烤煙病害，提高烤煙中上等煙比例和烤煙產(chǎn)質(zhì)量[5-6]。因此，研究區(qū)域煙田土壤有效硅含量及其空間分布，可以指導硅肥的科學施用。

目前，國內(nèi)關(guān)于煙田土壤有效硅含量的研究報道很少。張紅[7]的研究表明，湖南江華、常寧、新田和長沙4個煙區(qū)煙稻輪作和稻稻連作模式下土壤有效硅含量無顯著差異，且含量都較低。梁永江等[8]研究發(fā)現(xiàn)，貴州遵義煙區(qū)有20.69% 的煙田有效硅缺乏(<100 mg/kg)，土壤類型和母質(zhì)影響有效硅含量，酸性至中性土壤的有效硅含量與pH 呈顯著正相關(guān)。雖然已有六盤水市煙田土壤肥力方面的相關(guān)報道[9-11]，但迄今尚無煙田土壤有效硅含量的調(diào)研。為此，本研究通過2020年度的調(diào)查采樣分析，定量評價六盤水市煙田土壤的有效硅含量與空間分布特征，以指導硅肥的科學施用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

六盤水市位于貴州省西部(25°19′44″ ～ 26°55′33″N和104°18′20″ ～ 105°42′50″E)，面積為9 914 km2，以喀斯特地貌為主，海拔介于586 ～ 2 900 m，年均氣溫13 ～ 14℃，年降水量1 200 ～ 1 500 mm，年日照時數(shù)1 100 ～ 1 600 h，無霜期200 ～ 300 d。煙田土壤類型主要為發(fā)生分類上的黃棕壤、石灰土和黃壤[12]，相當于土壤系統(tǒng)分類的濕潤淋溶土和濕潤雛形土[13-14]。六盤水市是貴州省的主要煙區(qū)之一，屬我國西南高原生態(tài)區(qū)，煙葉為清甜香型風格[15]。近年全市烤煙種植面積約7 000 hm2，年產(chǎn)煙葉約12.5萬t。

1.2 土樣采集與測定

2020年3月在烤煙移栽施肥前，依據(jù)煙田空間分布和烤煙常年長勢，在鐘山、盤州和水城3個煙區(qū)分別確定了100、180和220個典型煙田進行采樣(圖1)。采樣時，在每個煙田中心位置，采用手持式GPS儀獲取經(jīng)緯度和海拔信息；在每個煙田內(nèi)采用“梅花形”五點取樣法采集耕層(0 ～ 20 cm)土樣，充分混合后用四分法留取1.5 kg裝入布袋帶回實驗室。土樣剔除礫石和動植物殘體，經(jīng)自然風干和研磨過2 mm孔徑篩后，采用檸檬酸提取–鉬藍比色法測定有效硅含量，吸管法測定顆粒組成，電位計法測定pH，重鉻酸鉀外加熱法測定有機質(zhì)含量[16]。

圖1 典型煙田空間位置

1.3 土壤有效硅分級

依據(jù)有關(guān)土壤有效硅含量的分級報道[17]，確定六盤水市煙田土壤有效硅含量分級標準，見表1。

表1 六盤水市植煙土壤有效硅分級標準

1.4 數(shù)據(jù)處理

有效硅含量的描述性統(tǒng)計、回歸分析、顯著性檢驗采用Excel2016和SPSS26.0軟件，制圖采用ArcGIS10.6，測定結(jié)果異常值的剔除按平均值±3×標準差方法進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤有效硅含量及其分級

表2為研究區(qū)土壤有效硅含量描述性統(tǒng)計結(jié)果。由表2可見，鐘山、水城和盤州煙區(qū)土壤有效硅平均含量分別為403.80、260.88和338.47 mg/kg，均屬高級別(≥150 mg/kg)，且3個煙區(qū)之間差異顯著(<0.05)。有效硅含量變異系數(shù)介于34.23% ～ 41.85%，為中度變異(變異系數(shù)介于10% ～ 100%)，且均為正偏態(tài)分布(偏度>0)，但鐘山和盤州煙區(qū)為平頂峰分布(峰度≤0)，水城煙區(qū)為尖頂峰分布(峰度>0)[18]。

表3顯示了研究區(qū)土壤有效硅含量的分級結(jié)果。由表3可見，鐘山、盤州和水城煙區(qū)均以高硅煙田為主(含高和很高兩個級別)，合計分別占其煙田總數(shù)的98.00%、99.09%和83.33%；低硅煙田(含很低和低兩個級別)最少，全市合計僅占1.40%。

表2 六盤水市煙田土壤有效硅含量描述性統(tǒng)計

注：表中同列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示各煙區(qū)間差異極顯著(<0.01)。

表3 六盤水市煙田土壤有效硅含量分級統(tǒng)計

硅是土壤中最豐富的元素之一，其豐度約為29.5%[19]，我國土壤有效硅含量介于15.7 ～ 725.5 mg/kg[20]。有研究表明，貴州省遵義縣和仁懷市[6]煙區(qū)耕層土壤有效硅含量為 30.24 ～ 444.89 mg/kg，平均為 169.75 mg/kg，屬高級別(150 ～ 200 mg/kg，表1)，本研究結(jié)果與之一致。

2.2 土壤有效硅含量空間分布

圖2是研究區(qū)土壤有效硅含量與分級的空間分布情況。由圖2可以看出，在全市范圍內(nèi)，土壤有效硅含量由西向東呈降低趨勢；高硅煙田(紅色部分)遍布于3個煙區(qū)，但低硅煙田(綠色部分)和硅適宜煙田(黃色部分)集中分布于水城煙區(qū)的中部。

2.3 土壤有效硅含量影響因素

本研究沒有獲得煙田成土母質(zhì)和土壤類型信息，故僅考慮有效硅含量與海拔、土壤pH、顆粒組成和有機質(zhì)含量之間的關(guān)系。表4和表5分別給出了500個煙田土壤pH、有機質(zhì)含量與顆粒組成的測定結(jié)果統(tǒng)計信息及其與有效硅含量之間的相關(guān)性。由表5可以看出，有效硅含量與pH(<0.01)、有機質(zhì)含量(<0.05)和黏粒含量(<0.05)之間均呈顯著正相關(guān)，與粉粒含量之間呈顯著負相關(guān)(<0.05)。已有研究表明，土壤有效硅含量與pH[21-23]、有機質(zhì)[23-24]和黏粒含量[23-24]之間存在顯著正相關(guān)，本研究結(jié)果與之一致。

圖2 六盤水市煙田土壤有效硅含量(左)與分級(右)空間分布

表4 六盤水市煙田土壤pH、有機質(zhì)含量、顆粒組成的描述性統(tǒng)計

表5 土壤有效硅含量與其他因子之間的相關(guān)性

注：*、**分別表示在<0.05<0.01水平顯著相關(guān)。

2.4 硅肥施用建議

本研究結(jié)果表明，六盤水市煙田土壤有效硅含量總體較高，絕大部分煙田不需要施用硅肥，但還有1.40% 的煙田有效硅缺乏(<100 mg/kg)，這部分缺硅煙田集中分布在水城煙區(qū)的中部，針對這些缺硅煙田，可考慮適當施用近年來一些煙區(qū)關(guān)注的硅鉀肥[25-26]。另外，考慮到有效硅含量與pH和有機質(zhì)含量之間的顯著正相關(guān)性，因此對于酸性和有機質(zhì)含量較低的缺硅煙田，也可以考慮通過施用堿性物料(如石灰、白云石粉、生物質(zhì)炭等)進行土壤改酸和施用有機肥以提升土壤有機質(zhì)含量等措施，間接提升土壤中硅素的生物有效性。

3 結(jié)論

六盤水市煙田土壤有效硅含量總體上由西向東呈降低趨勢，其與pH、有機質(zhì)和黏粒含量之間呈顯著正相關(guān)，與粉粒含量之間呈顯著負相關(guān)。全市煙田土壤有效硅含量總體屬于高水平，絕大部分煙田不需施用硅肥，但對集中分布于水城煙區(qū)中部的低硅煙田，可適當施用硅鉀肥或通過施用堿性物料進行土壤改酸和施用有機肥等措施以提升土壤中硅素的生物有效性。

致謝：謹此感謝各縣區(qū)煙草公司和煙站參與土壤調(diào)查采樣的工作人員。

[1] 蔡德龍. 硅肥及施用技術(shù)[M]. 北京: 臺海出版社, 2001.

[2] 王茂輝, 聶金泉, 任勇, 等. 不同硅肥用量對水稻生長的影響研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2020, 47(2): 61–67.

[3] Epstein E. Silicon[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1999, 50: 641–664.

[4] 熊蔚, 胡宇坤, 宋垚彬, 等. 高等植物中硅元素的生態(tài)學作用[J]. 杭州師范大學學報(自然科學版), 2017, 16(2): 164–172.

[5] 李發(fā)林, 葉光偉, 李光余, 等. 烤煙硅肥肥效及施用量的研究[J]. 云南化工, 1997, 24(4): 43–47.

[6] 劉光亮, 陳剛, 竇玉青, 等. 水溶性硅肥在烤煙中的應用研究[J]. 中國煙草科學, 2011, 32(1): 32–34, 38.

[7] 張紅. 煙稻輪作與稻稻連作對稻田土壤養(yǎng)分的影響的比較研究[D]. 長沙: 湖南農(nóng)業(yè)大學, 2011.

[8] 梁永江, 劉德雄, 彭成林, 等. 遵義煙區(qū)土壤有效硅含量評價[J]. 中國煙草科學, 2011, 32(5): 68–69, 80.

[9] 蔣詩棟, 王丹林, 王旭, 等. 六盤水市主植煙區(qū)的土壤肥力分析[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學, 2016, 44(7): 49–53, 57.

[10] 胡海洲, 王浩軍, 劉寶法, 等. 貴州盤縣主要植煙區(qū)土壤肥力綜合評價[J]. 中國農(nóng)學通報, 2012, 28(19): 109–116.

[11] 王忠宇, 何建華, 瞿鴻飛, 等. 六盤水植煙土壤主要養(yǎng)分特征分析[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學, 2009, 37(7): 68–71.

[12] 貴州省土壤普查辦公室. 貴州土種志[M]. 貴陽: 貴州科技出版社, 1994.

[13] 中國科學院南京土壤研究所土壤系統(tǒng)分類課題組. 中國土壤系統(tǒng)分類檢索(第三版)[M]. 合肥: 中國科學技術(shù)大學出版社, 2001.

[14] Soil Survey Staff. Keys to Soil Taxonomy. 11thedition, USDA & NRCS, Washington DC, 2010.

[15] 羅登山, 王兵, 喬學義. 《全國烤煙煙葉香型風格區(qū)劃》解析[J]. 中國煙草學報, 2019, 25(4): 1–9.

[16] 鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 3版. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[17] 李祖章, 陶其驤, 劉光榮, 等. 江西省耕地土壤有效硅含量調(diào)查研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報, 1999, 11(3): 1–9.

[18] 余建英, 何旭宏. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與SPSS應用[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2003.

[19] Tubana B S, Babu T, Datnoff L E. A review of silicon in soils and plants and its role in US agriculture[J]. Soil Science, 2016, 181(9/10): 393–411.

[20] 馮元琦. 硅肥——土壤不可或缺[J]. 中國石油和化工, 2001(1): 33–35, 57.

[21] 盧志紅, 周慧梅, 顏曉, 等. 江西省旱地土壤有效硅含量的分布特征及其影響因素[J]. 中國土壤與肥料, 2020(4): 101–106.

[22] 宋剛. 劍河縣土壤有效硅含量分析[J]. 耕作與栽培, 2014(1): 22–23.

[23] 渠悅, 馬濤, 胡月明, 等. 從化區(qū)農(nóng)田耕層土壤有效硅空間分布及影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報, 2021, 38(6): 989–998.

[24] 馬新, 陳家杰, 褚貴新. 石河子墾區(qū)土壤有效硅空間分布及影響因素[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2016, 25(2): 276–282.

[25] 李建強, 費冰雁, 趙川, 等. 水溶硅鉀肥在水稻浙優(yōu)18上的應用效果[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學, 2021, 62(9): 1703–1704.

[26] 張奇茹, 劉冰, 謝英荷, 等. 秸稈炭、硅鉀肥對旱地土壤有機碳組分及小麥產(chǎn)量的影響[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學, 2021, 49(3): 332–337.

Contents and Spatial Distribution of Soil Available Silicon of Tobacco Fields in Liupanshui City

WANG Shihai1, ZHANG Chongde1, YANG Wengang1*, SHANG Jun1, LI Changquan1, WANG Zhongyu1, KONG Xiangzhen2,3, LI Decheng2

(1 Liupanshui Branch of Guizhou Tobacco Company, Liupanshui, Guizhou 553000, China; 2 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Toassess the current contents and spatial distribution soil available silicon (Si) in tobacco fields in Liupanshui City to guide the rational application of Si fertilizer, 100, 220 and 180 topsoil samples (0–20 cm) of tobacco fields before the transplanting and fertilization of tobacco were collected from Zhongshan, Shuicheng and Panzhou, the three tobacco regions in Liupanshui City in March of 2020. Soil available Si contents were determined and their abundance or deficiency was assessed according to the grade standard for tobacco-planting suitability, the maps of soil available Si content and grade were drawn on the ArcGIS platform and its spatial distribution characteristics were analyzed. The results showed that in the three tobacco regions, soil available Si content ranged from 18.86 to 754.71 mg/kg, the mean content ranged from 260.88 to 403.80 mg/kg, all belonging to the high grade (≥150 mg/kg). The fields with high Si content in the three regions accounted for 83.33%–99.09% of their total number of tobacco fields. Spatially, soil available Si content generally decreased from west to east in the whole city, and the fields with the low available Si content (<100 mg/kg, only 1.4% of the total number of tobacco fields) concentrated in the central of Shuicheng. Soil available Si content had significant positive correlation with pH (<0.01), organic matter content and clay contents (<0.05), but a significant negative correlation with silt content (<0.05).Therefore,most tobacco fields in Liupanshui City do not need applying Si fertilizer, but for the tobacco fields insufficient in Si, the measures should be taken such as applying Si fertilizer or modifying soil acidity and increasing soil organic matter content to increase Si bioavailability in soils.

Tobacco field; Soil available silicon (Si); Content; Spatial distribution; Liupanshui City

S158.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.05.010

王仕海, 張崇德, 楊文鋼, 等. 六盤水市煙田土壤有效硅含量與空間分布特征. 土壤, 2022, 54(5): 945–949.

中國煙草總公司貴州省公司重點研發(fā)項目(2021XM20)資助。

(416386793@qq.com)

王仕海(1974—)，男，貴州遵義人，學士，高級農(nóng)藝師，主要從事烤煙生產(chǎn)管理研究。E-mail: 465062637@qq.com