重慶市植煙土壤有效硫時空分布特征及其影響因素

關(guān)鍵詞：重慶煙區(qū)；土壤；有效硫；時空特征；影響因素

硫被認(rèn)為是繼氮、磷、鉀之后的烤煙第4大必需營養(yǎng)元素，對煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量及工業(yè)可用性都有非常重要的作用[1]。硫是烤煙多種氨基酸、蛋白質(zhì)、葉綠素和酶的組成成分，其含量為烤煙干質(zhì)量的0.2%～0.5%。硫是烤煙重要的品質(zhì)元素，硫營養(yǎng)不足或過剩都會對烤煙品質(zhì)造成不利影響：土壤中硫供應(yīng)不足時，煙草植株的幼葉首先表現(xiàn)出失綠和黃化的癥狀，葉片內(nèi)氨基酸及可溶性蛋白質(zhì)含量減少，并伴隨非蛋白氮的累積，進(jìn)而影響氮的正常代謝過程，對煙葉生長和品質(zhì)均造成不良影響[2-3]；土壤供硫過量時，煙葉硫含量隨之升高，葉片變薄，煙堿合成增加，同時香氣質(zhì)變差，雜氣和刺激性增加，感官質(zhì)量降低[3]。只有在土壤中有效硫含量處于適宜范圍時，才能有效調(diào)節(jié)和促進(jìn)煙草光合產(chǎn)物的合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提升煙葉的香氣質(zhì)，降低雜氣，改善余味，整體提升煙葉質(zhì)量[2，4]。

李強(qiáng)等[5]和王小東等[6]的研究表明，云南曲靖煙區(qū)土壤有效硫缺乏的比例分別為17.40%和17.17%，有效硫過量的比例分別為38.41%和18.20%。湘西植煙土壤中有效硫含量超過正常水平的比例已超過48%，湘南地區(qū)這一比例更是高達(dá)85%以上[7]。貴州六盤水市有效硫缺乏和過量的煙田土壤均占煙田總量的45.40%[8]。由上可以看出，我國不同煙區(qū)土壤有效硫分布不均現(xiàn)象較為普遍。

重慶作為我國武陵-秦巴生態(tài)區(qū)醇甜香型煙葉的典型產(chǎn)地之一[9]，其煙區(qū)地形地貌復(fù)雜多變，海拔高度差異明顯，植煙土壤形成的基礎(chǔ)復(fù)雜，導(dǎo)致土壤肥力有顯著差異。目前對本區(qū)域植煙土壤氮、磷、鉀等大量元素的研究較多[10-12]，尚未見有效硫含量時空特征及其影響因素的報(bào)道。另外，重慶是我國受大氣硫濕沉降影響嚴(yán)重的區(qū)域之一，硫污染防控一直受到高度關(guān)注[13-14]。為此，本研究通過對重慶主要煙區(qū)土壤調(diào)查采樣測定，分析煙田土壤有效硫含量的時空變化及其影響因素，以期為土壤硫素管理和含硫肥料合理施用提供科學(xué)指導(dǎo)，進(jìn)而推動優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

重慶植煙區(qū)主要包括涪陵、豐都、石柱、萬州、巫山、黔江、酉陽、武隆、巫溪、彭水和奉節(jié)11個區(qū)縣，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。植煙區(qū)年均氣溫16～18℃，降水量1000～1350mm，相對濕度70%～80%，日照時數(shù)1000～1400h，日照百分率25%～35%，霧日約104d，地形以山地丘陵為主。

1.2重慶植煙區(qū)土壤樣品采集

2021年底至2022年初（按2021年標(biāo)記），依據(jù)氣候、地質(zhì)條件等因素，在重慶11個植煙區(qū)縣采用網(wǎng)格取樣法共選取2513個樣點(diǎn)（表1），在每個取樣點(diǎn)準(zhǔn)確記錄下海拔與經(jīng)緯度，使用“S”形5～8點(diǎn)采樣法，對植煙區(qū)耕作層（0～20cm）土壤進(jìn)行采樣，混勻后使用四分法留樣，在實(shí)驗(yàn)室中風(fēng)干、去雜、研磨和過篩，測定其土壤理化性質(zhì)。同時根據(jù)11個植煙區(qū)縣地質(zhì)條件，在每個植煙區(qū)縣確定10個典型點(diǎn)進(jìn)行剖面挖掘，調(diào)查其農(nóng)業(yè)地質(zhì)背景條件，包括土壤類型、土壤亞類和成土母質(zhì)。同時縱向?qū)Ρ?002年和2012年全市植煙土壤普查中有效硫的數(shù)據(jù)，以明確重慶市煙區(qū)土壤有效硫的演變趨勢。

1.3土壤理化性質(zhì)測定

土壤理化性質(zhì)各指標(biāo)測定方法見表2[15]。

1.4植煙土壤有效硫的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)王忠宇等[8]的報(bào)道，結(jié)合當(dāng)?shù)責(zé)熑~種植技術(shù)和土壤生態(tài)環(huán)境等多個因素，將重慶植煙土壤有效硫分為5個等級（表3）。

1.5數(shù)據(jù)分析

使用MicrosoftExcel2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用IBMStatisticsSPSS25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)多重比較（LSD法）和回歸分析，使用Origin2022軟件進(jìn)行相關(guān)性分析及數(shù)據(jù)圖繪制。

2結(jié)果

2.1重慶市植煙土壤有效硫時空分布特征

2.1.1重慶市植煙土壤有效硫時間分布特征 由圖1可以看出，2002、2012、2021年，這3個時間點(diǎn)豐都、石柱、萬州、巫山、黔江、酉陽、武隆地區(qū)的土壤有效硫含量先升后降，彭水的土壤有效硫含量先降后升，而涪陵、巫溪和奉節(jié)地區(qū)的土壤有效硫含量則呈升高的趨勢。從整體上看，重慶植煙土壤有效硫含量呈先升再降的變化趨勢，說明2012年之后并沒有存在過量施用硫肥的情況，2021年重慶植煙土壤平均有效硫含量為45.30mg/kg，處“較高”水平。

2.1.2重慶市植煙土壤有效硫空間分布特征 各區(qū)縣硫的豐缺程度不同（圖2），酉陽土壤有效硫含量（28.30mg/kg）最低，涪陵土壤有效硫含量（76.60mg/kg）最高且顯著高于其他植煙區(qū)縣；豐都、黔江、武隆、彭水的土壤有效硫含量顯著高于石柱、萬州、巫山、酉陽、巫溪和奉節(jié)。

表4中有效硫分布頻率為各有效硫含量級別的樣本數(shù)在總樣本數(shù)中的百分比。其中缺硫區(qū)（土壤有效硫含量lt;20mg/kg）、硫適宜區(qū)（土壤有效硫含量為20～30mg/kg）和硫過量區(qū)（土壤有效硫含量gt;30mg/kg）分別占29.61%、14.69%和55.70%。石柱、萬州、酉陽和巫溪缺硫區(qū)土壤比例分別為47.69%、40.18%、52.83%和46.04%，豐都、黔江、武隆和彭水的硫過量區(qū)占89.00%、83.81%、58.70%和79.58%?？梢姡鲄^(qū)縣土壤有效硫缺乏和過量并存。

2.2重慶市植煙土壤有效硫影響因素分析

2.2.1不同成土母質(zhì)和土壤類型的影響 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，成土母質(zhì)對土壤有效硫含量的影響較大（圖3a）。由沖積物發(fā)育的土壤有效硫較高，含量為48.95mg/kg；由砂巖發(fā)育的土壤有效硫最低，含量為38.25mg/kg。在5大土類中（圖3b），潮土的土壤有效硫含量顯著高于其他土壤類型，黃壤、石灰?guī)r土、紫色土和沖積土之間的土壤有效硫含量差異不顯著。在7個土壤亞類中（圖3c），灰潮土和典型黃壤的土壤有效硫含量最高，分別為55.94和50.92mg/kg；中性紫色土和黑色石灰土的土壤有效硫含量最低，分別為36.29和24.00mg/kg。

2.2.2海拔的影響 重慶煙區(qū)土壤取樣點(diǎn)的海拔范圍介于100～1700m。由圖4可知，土壤有效硫含量隨著海拔升高而呈現(xiàn)上升趨勢，特別是在海拔超過1400m的地區(qū)，植煙土壤的平均有效硫含量顯著高于lt;1000m的其他海拔組地區(qū)，達(dá)到了48.70mg/kg。

2.3重慶市植煙土壤有效硫和其他理化指標(biāo)的相關(guān)分析和逐步回歸分析

2.3.1相關(guān)性 從表5可以看出，土壤有效硫含量與有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、堿解氮、速效鉀、陽離子交換量、有效錳、有效鋅、有效硼、有效鉬、有效氯和水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量極顯著正相關(guān)，與土壤pH、交換性鈣、交換性鎂、有效鐵、有效銅極顯著負(fù)相關(guān)。

2.3.2逐步回歸分析 在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，選擇與土壤有效硫含量極顯著相關(guān)的影響因子進(jìn)行逐步回歸，分析各土壤理化性質(zhì)對有效硫含量空間變異的綜合解釋能力和獨(dú)立解釋能力。結(jié)果表明（表6），速效鉀含量對土壤有效硫的影響最為顯著，能夠獨(dú)立解釋其變量的10.30%。速效鉀、土壤pH、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量對土壤有效硫的累計(jì)解釋能力為18.80%。

3討論

3.1植煙土壤有效硫含量時空變異特征

土壤有效硫含量適宜區(qū)間為20～30mg/kg[8]，土壤過量供硫會使煙草莖粗和葉寬降低，因?yàn)楣┝虺^煙株自身調(diào)節(jié)能力后會影響到煙草的正常生長發(fā)育，對細(xì)胞的橫向分裂有明顯抑制作用[16]。而缺硫會使煙草早期新葉失綠，后期生長停滯[17]。本研究分析2002、2012和2021年的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，重慶植煙土壤有效硫含量呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。這可能是由于2012年之后，隨著可持續(xù)農(nóng)業(yè)理念的普及和精細(xì)化農(nóng)業(yè)管理的推廣，硫肥的施用有所減少。2021年重慶植煙土壤有效硫的平均含量為45.30mg/kg，仍處于“較高”水平，這很可能歸因于鉀肥施用而帶入的硫。硫酸鉀和氯化鉀較其他鉀肥成本更低，且硫酸鉀不含氯離子，更適用于煙草作物，因此施用量更多。而氯化鉀含有氯離子，施用可能會降低煙草的燃燒質(zhì)量和香味[18]。本研究還發(fā)現(xiàn)重慶植煙土壤有效硫的空間分布具有明顯的地區(qū)差異。豐都、黔江、彭水等地的土壤硫過量區(qū)比例較高，分別達(dá)到89.00%、83.81%和79.58%；而石柱、萬州、酉陽、巫溪等地的土壤硫缺乏區(qū)比例較大。因此，不同區(qū)域的土壤管理應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的土壤有效硫含量，更精準(zhǔn)地調(diào)整肥料使用量，避免因硫元素供應(yīng)過量或不足導(dǎo)致的烤煙生長問題。

3.2成土母質(zhì)、土壤類型和海拔對植煙土壤有效硫含量的影響

土壤中硫的有效性是由多種因素共同影響的，包括土壤母質(zhì)、土壤類型、土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量等[19-20]。由不同成土母質(zhì)發(fā)育而來的土壤，其有效硫含量通常具有一定差異，成土母質(zhì)養(yǎng)分含量直接影響土壤中的養(yǎng)分狀況[21]。尹迪信等[22]的研究表明，由石灰?guī)r等母巖發(fā)育的土壤，通常質(zhì)地細(xì)膩，養(yǎng)分保持能力較強(qiáng)，土壤有效硫含量相對較高[23]。而由砂巖母質(zhì)發(fā)育的土壤，質(zhì)地較粗糙，養(yǎng)分保持能力相對較弱，有效硫含量較低[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，由沖積物發(fā)育的土壤有效硫含量較高，為48.95mg/kg，而由砂巖發(fā)育的土壤硫含量最低，為38.25mg/kg，尹迪信等[22]的研究也表明，由砂巖發(fā)育的土壤有效硫含量較低。

黃元炯等[25]研究表明，褐土和潮土中有較高的有效硫含量；孫建中等[26]發(fā)現(xiàn)在華北地區(qū)，鹽化潮土的含硫量最高。潮土通常形成于河流、湖泊附近，其水體沉積物中通常含有較多的硫化物或硫酸鹽，在沉積過程中被帶入土壤導(dǎo)致潮土中的硫含量較高[27]。本研究表明，在5大土類中，潮土的土壤有效硫含量最高，遠(yuǎn)高于其他土壤類型，與前人研究結(jié)果一致。

海拔高度也是影響植煙土壤有效硫含量的重要因素。重慶煙區(qū)土壤有效硫含量隨著海拔升高而增加，尹迪信等[22]和王小兵等[28]也報(bào)道土壤有效硫與海拔高度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與本文研究結(jié)果吻合。這可能是由于高海拔地區(qū)的氣候條件和較強(qiáng)的物理風(fēng)化作用，導(dǎo)致母質(zhì)中的硫元素被釋放形成硫酸鹽，增加土壤中的有效硫。另外，我國西南地區(qū)是酸沉降較為嚴(yán)重的區(qū)域之一，而高海拔地區(qū)通常更接近大氣對流層，因此硫沉降較多[29]。

3.3土壤化學(xué)性質(zhì)對煙田土壤有效硫含量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤有效硫含量與土壤pH極顯著負(fù)相關(guān)。研究表明，土壤pH降低會導(dǎo)致鐵鋁氧化物和高嶺石含量的增加，這些礦物對硫的吸附作用較強(qiáng)，使其不易流失，因此pH較低的土壤中有效硫含量較高[30-31]。本研究表明，土壤有效硫含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量極顯著正相關(guān)，這可能是有機(jī)質(zhì)通過其對的吸附解吸功能，增加對的吸附量進(jìn)而增加土壤有效硫含量[32]。因此對于土壤有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤，應(yīng)當(dāng)減少硫肥的施用量[28]。進(jìn)一步的回歸分析表明，土壤速效鉀能夠獨(dú)立解釋土壤有效硫變異的10.30%，這主要?dú)w因于施用硫酸鉀或硫酸鉀型復(fù)合肥時，同時帶入了硫和鉀。

綜上，建議在重慶煙區(qū)進(jìn)一步開展硫肥適宜用量的研究試驗(yàn)，通過對土壤及煙葉中硫含量的系統(tǒng)分析，更精準(zhǔn)地調(diào)控含硫肥料的施用量。這對實(shí)現(xiàn)重慶煙田土壤的定向培育以及進(jìn)一步提升煙葉品質(zhì)具有重要的指導(dǎo)意義。

4結(jié)論

相較于2012年以前過量施用硫肥的情況，2021年重慶土壤有效硫含量得到有效控制，但仍處于“較高”水平（平均含量為45.30mg/kg），各區(qū)縣植煙土壤有效硫分布不均勻。不同成土母質(zhì)和土壤類型間有效硫含量差異顯著，潮土的有效硫含量最高。土壤有效硫含量隨海拔升高而顯著增加。土壤速效鉀含量和土壤pH對土壤有效硫含量具有重要影響，其中速效鉀能夠獨(dú)立解釋土壤有效硫變異的10.30%，提示應(yīng)注意硫酸鉀肥施用對土壤硫含量的影響。重慶煙區(qū)需按照硫元素分布進(jìn)行科學(xué)分區(qū)管理，有針對性優(yōu)化“土壤-烤煙”系統(tǒng)硫素養(yǎng)分管理。