貴州典型植煙土壤pH 值與速效鉀的剖面分布模式

高維常，蔡凱，李寒，朱經(jīng)偉，劉艷霞，姜超英

（1. 煙草行業(yè)山地烤煙品質(zhì)與生態(tài)重點實驗室，貴州省煙草科學研究院，貴州 貴陽 550081；2. 貴州省煙草公司，貴州 貴陽 550004）

貴州作為我國植煙大省，常年種植烤煙15 余萬hm2，種煙歷史悠久。由于區(qū)域海拔梯度大，氣候多變，地形地貌、成土母質(zhì)、土壤類型和土地利用方式復雜多樣，帶來了植煙土壤性質(zhì)的復雜性［1-3］。伴隨著烤煙種植習慣、生產(chǎn)管理方式的變化，植煙土壤屬性也發(fā)生了相應的改變。了解土壤屬性，關注影響烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)的核心指標，分析植煙土壤質(zhì)量現(xiàn)狀及其變化規(guī)律，即符合國家新發(fā)展理念，也是踐行“耕地質(zhì)量保護與提升行動”的重要舉措，對推動煙草行業(yè)植煙土壤保育意義重大。目前，植煙土壤屬性剖面分布模式的研究相對較少，現(xiàn)有的少量報道涉及有機質(zhì)［4］、微量元素［5］和交換性鈣鎂［6］等。pH值是成土母質(zhì)及鹽基離子等化學性質(zhì)的綜合反映，也是衡量土壤質(zhì)量的重要指標［7-9］。影響著土壤的物理、化學和生物過程，致使土壤物理特性、養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和有效性、微生物活性發(fā)生改變，進而改變土壤生態(tài)系統(tǒng)功能［10］。同時，pH值也是影響煙葉質(zhì)量和產(chǎn)量形成的重要因素之一［11-13］。鉀素是烤煙生長必需的三大營養(yǎng)元素之一，鉀含量充足的煙葉色澤呈深橘黃色、韌性好、品質(zhì)佳。但當土壤中鉀素不足時，烤煙成熟度將會下降，煙葉質(zhì)量降低［14］。因此，本文以pH值和速效鉀為研究對象，選擇貴州省36個典型植煙土壤，分析其剖面分布模式及其環(huán)境因素的影響，旨在為煙田科學實施土壤保育提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴州?。∟ 24°37′～29°13′，E 103°36′～109°35′）地處我國西南地區(qū)腹地，面積為17.62×104km2，海拔147.8～2 900.6 m，年降雨量850～1 300 mm、年均氣溫12～18 ℃、年均日照時數(shù)1 100～1 400 h、干燥度0.27～0.58、無霜期250～300 d，氣候類型為亞熱帶濕潤季風氣候。貴州省屬于山地高原，其中山地面積占全省面積的61.7%，丘陵面積占全省面積的31.1%，喀斯特地貌占61.9%。土壤類型主要包括黃壤、石灰土、紅壤、黃棕壤和紫色土等。煙田一般是烤煙-玉米或其他旱作輪作，少部分為烤煙-水稻輪作。

1.2 樣點的布設與采樣分析

典型煙田樣點的布設基于目標采樣方法，依據(jù)貴州省土壤信息和1∶25萬土壤類型圖［2，15］、植煙面積信息、煙田常年烤煙長勢、產(chǎn)量和質(zhì)量信息，分別從貴州省畢節(jié)市、遵義市、黔西南州等9個市（州）25個植煙縣（區(qū)）中選擇了36個典型煙田（圖1）。

圖1 典型煙田空間分布Figure 1 Spatial distribution of typical tobacco-planting fields in Guizhou

野外調(diào)查采樣于2017年烤煙成熟采收后進行，依據(jù)《野外土壤描述與采樣手冊》［16］，在煙田中部挖1.0 m寬、1.2 m深、2.5 m長的標準土壤剖面，觀察土壤剖面形態(tài)學特征，劃分發(fā)生層層次，然后分層取土樣1.5 kg。共獲得發(fā)生層土樣160個，土壤整段標本樣72個。將采集的土樣置于室內(nèi)自然晾曬風干，分別過0.85 mm 和0.25 mm 的尼龍篩后，采用電位法測定pH 值，醋酸銨浸提-火焰光度計法測定速效鉀［17-18］。各煙田土壤系統(tǒng)分類類型的確定依據(jù)《中國土壤系統(tǒng)分類檢索（第3版）》［19］。

1.3 不同層次土壤數(shù)據(jù)標準化處理

土壤樣品的采集是基于發(fā)生層，不同土體剖面劃分的層次數(shù)目和各層次深度不統(tǒng)一。按照均一化剖面層次深度進行標準化處理（0～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm）。方法如下：

式中：PCt-b為標準化層次t-b 的pH 值或速效鉀含量，t和b分別對應該層次的上部深度、下部深度；n為剖面發(fā)生層數(shù)目，PCi為發(fā)生層i的pH值或速效鉀含量，Hi為i層深度在標準化層次t-b中所占的比值［20］。

由于36 個樣點中，有4 個樣點的土體厚度≤50 cm（下部為基巖或大量礫石），深度偏淺，為確保分析結(jié)果的可靠性，文中剖面分布模式分析選擇32個標準化樣點進行分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

Microsoft Excel 2016 進行數(shù)據(jù)整理，IBM Statistics SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，Origin Pro 9.0 64Bit進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH和速效鉀含量統(tǒng)計特征

為全面反映全部樣點土壤pH 值和速效鉀剖面分布特征，表1 展現(xiàn)了36 個樣點剖面經(jīng)過層次標準化后的pH值和速效鉀含量統(tǒng)計特征。從表1可以看出，不同層次pH 均值介于6.29～6.60，變化幅度為4.71～8.50，變異系數(shù)介于14.30%～15.33%（中度變異）；速效鉀含量均值介于133.02～314.03 mg/kg，變化幅度為69.75～885.00 mg/kg，變異系數(shù)介于29.74%～68.18%（中度變異）?？紤]到速效鉀的變異系數(shù)（29.74%～68.18%）高于pH 值（14.30%～15.33%），故其剖面分布的分異速效鉀應更為明顯。

表1 不同層次土壤pH值和速效鉀含量統(tǒng)計特征Table 1 Statistical characteristics of pH values and available potassium contents in different layers

2.2 pH剖面分布模式

2.2.1 分布模式 對pH值剖面分布特征進行比較分析，可將其劃分為遞增型、遞減型、先增后減型、先減后增型和均一型5種模式（圖2），每種類型的典型樣點剖面影像見圖3。其中，遞增型的分布模式樣點最多，有17個樣點，占53.13%；遞減型有4個樣點，占12.5%；先增后減型有7個樣點，占21.88%；先減后增型有2 個樣點，占6.25%；均一型有2 個樣點，占6.25%。

圖2 典型植煙土壤pH值含量剖面分布模式Figure 2 Profile distribution modes of pH values of tobacco-planting fields

圖3 pH值分布模式對應的典型煙田土壤剖面影像Figure 3 Soil profile images of tobacco-planting fields with different distribution modesof pH value

表2 給出了各分布模式下各層次的pH 值變異情況。遞減型變異性最大（19.95%～21.88%），均一型變異性最?。?.22%～2.33%），其他依次為先減后增型（14.01%～26.44%）、先增后減型（14.22%～17.94%）、遞增型（12.31%～13.76%）。其中，均一型屬低度變異，其他類型均屬于中度變異。除先減后增型表層（0～20 cm）外，不同分布模式各層次間變異性差異較小，植煙土壤剖面pH 值相對穩(wěn)定。

表2 pH值剖面分布模式變異系數(shù)Table 2 Variation coefficients of different profile distribution modes of pH values

2.2.2 環(huán)境要素分配 基于不同的土壤pH 值剖面分布模式，選擇環(huán)境變量中不可定量化的成土母質(zhì)、土壤類型和土地利用進行環(huán)境要素分析（表3），5 種分布模式的成土母質(zhì)均以坡積物為主，遞增型和遞減型受沖積物、洪積－沖積物影響也較大。5 種分布模式的土壤類型均有淋溶土，除先減后增型和均一型為2 個土壤類型外，其余土壤pH值剖面分布模式的土壤類型在3 個以上，土壤類型多樣。土地利用主要以烤煙-玉米輪作為主，在5類分布模式中均有出現(xiàn)，煙-稻輪作僅有遞增型和先增后減型2 種類型，這說明貴州烤煙種植仍以旱地為主。

表3 土壤pH值剖面分布模式的環(huán)境要素分配Table 3 Distribution of environmental factors relative to soil pH profile distribution mode

2.3 速效鉀剖面分布模式

2.3.1 分布模式 速效鉀剖面分布特征可劃分為遞減型、先減后增型、先增后減型和不規(guī)則型等4種模式（圖4），剖面分布模式分異規(guī)律明顯，每種類型的典型樣點剖面影像見圖5。其中，遞減型的分布模式樣點最多，有19個樣點，占59.38%；其次是先減后增型，有9 個樣點，占28.13%；先增后減型有2 個樣點，占6.25%；不規(guī)則型有2 個樣點，占6.25%，大致呈S型。

圖4 典型植煙土壤速效鉀含量剖面分布模式Figure 4 Profile distribution modes of available potassium contents of tobacco-planting fields

圖5 速效鉀分布類型典型樣點剖面圖Figure 5 Soil profile images of tobacco-planting fields with different distribution modes of available potassium content

表4給出了不同分布模式下速效鉀各層次間的變異情況。遞減型、先減后增型、先增后減型和不規(guī)則型變異系數(shù)分別為30.71%～56.32%、30.86%～48.73%、16.97%～31.38%、12.50%～52.08%，4 種分布模式雖均屬于中等強度變異，但0～40 cm 變異性相對較大，這可能與烤煙種植時鉀的投放量相對較高有關。

表4 速效鉀剖面分布模式變異系數(shù)Table 4 Variation coefficients of different profile distribution modes of available potassium content

2.3.2 環(huán)境要素分配 從土壤速效鉀剖面分布模式的環(huán)境要素分配來看（表5），坡積物、沖積物和洪積-坡積物在遞減型、先減后增型均有出現(xiàn)，先增后減型以坡積物和沖積物為主，不規(guī)則型以洪積-坡積物為主。遞減型土壤類型多樣，富鐵土、淋溶土、雛形土和人為土均有出現(xiàn)，其次是先減后增型，有富鐵土、淋溶土和人為土3個類型，先減后增型和不規(guī)則型僅為1個土壤類型，分別是富鐵土和雛形土。從土地利用方式來看，仍以烤煙-玉米輪作為主，在速效鉀4種分布模式中均有出現(xiàn)，烤煙-水稻輪作僅出現(xiàn)在速效鉀遞減型和先減后增型2種分布模式中。

表5 土壤速效鉀剖面分布模式的環(huán)境要素分配Table 5 Distribution of environmental factors relative to soil available potassium profile distribution mode

3 討論

本研究表明，貴州典型植煙土壤pH 值剖面有5種變化模式，其中遞增型最多（占比53.13%），這與前人研究結(jié)果類似［21-23］。pH值剖面呈現(xiàn)遞增型可能的原因是，常年的種植烤煙導致表層土壤偏酸［24］，而土體下部自身pH 值較高，如石灰土本身pH 值偏高［25］，且土壤中富含碳酸鈣，鹽基豐富，在風化過程中鈣鎂的釋放減緩了土壤中鹽基陽離子的淋失和土壤酸化進程［26-27］，加之土體下部受人類活動的影響小，共同作用促成pH值隨土壤深度加深而呈遞增的趨勢。pH 值剖面呈遞減型則是由于植煙土壤多分布在石灰?guī)r山坡下部，大量的降雨會將石灰?guī)r中的鈣鎂離子帶入山體下部土壤的表層，加之改酸物質(zhì)主要集中在耕層及其相鄰的亞層，導致植煙土壤pH值表層高而下部低。而先增后減型與先減后增型一般分布于坡地或溝谷中的植煙土壤，或有新的坡積物，或經(jīng)過土地平整，導致原來的表層被掩埋而形成。均一型一般為新墾植煙土壤，受外來影響時間較短，影響程度相對也較小。雖分布模式的形成差異較大，但不同的分布模式各土壤層次間的變異性較小，說明貴州植煙土壤pH 值剖面含量相對穩(wěn)定。而分布模式的多樣，與貴州地處云貴高原，地形復雜，土壤發(fā)育程度差異大，成土因素多樣，作物種植模式等因素有關。故環(huán)境要素分配呈現(xiàn)出單一剖面分布模式受多種環(huán)境因子的影響，相同的環(huán)境因子也出現(xiàn)在不同的分布模式中。

進一步研究表明，植煙土壤不同層次間速效鉀含量均值介于133.02～314.03 mg/kg，變異幅度29.74%～68.18%，說明速效鉀在空間分布上差異較大。速效鉀剖面4種變化模式中，以遞減型為主（占比53.10%）的分布模式主要由于烤煙種植過程中大量鉀肥的施用導致表層養(yǎng)分積聚，而隨著土壤深度的增加，以及人為活動影響的減弱，土壤中速效鉀含量呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢。其它分布模式與pH 分布模式的原因類似，位于坡地或溝谷中的植煙土壤，新的坡積物使原來的表層被掩埋，因而呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。不同分布模式各土壤層次間雖屬于中度變異，但變異性差異較大，特別是表層與中下層間的差異。從環(huán)境要素分配來看，遞減型和先減后增型相對較為復雜。

4 結(jié)論

貴州典型植煙土壤pH 值剖面有遞增型、遞減型、先增后減型、先減后增型、均一型5種變化模式，以遞增型為主，不同剖面各土壤層次間差異較小。速效鉀剖面有遞減型、先增后減型、先減后增型和不規(guī)則型4種變化模式，以遞減型為主，其含量空間分布差異較大。根據(jù)土壤pH 值和速效鉀剖面分布模式及形成原因，做好植煙土壤保育工作，特別是在施肥投入方面，需結(jié)合土壤實際情況有針對性的采取措施。