2021, Vol. 53
2. 中国烟草总公司重庆市公司烟草科学研究所, 重庆 400715;
3. 中国烟草总公司重庆市公司奉节分公司, 重庆 404600;
4. 中国烟草总公司重庆市公司石柱分公司, 重庆 409100
烤烟是重庆市石柱县重要经济作物之一，在脱贫攻坚、现代农业发展和乡村振兴中发挥着积极作用[1]。目前石柱烟叶与国际优质烟叶相比，主要差距表现在致香物质含量低、香气量不足，下部叶身份薄、油分低，上部叶烟碱含量高、杂气重等方面[2-3]。所以，进一步提高烟叶原料品质是当前首要解决的问题。在相同气候条件下，土壤是对烟叶品质影响最大的环境因子，适宜的土壤肥力是生产优质烟草的基础[4]。一般认为土壤肥力指标的关键因子包括土壤pH，有机质及氮、磷、钾速效养分含量。比如土壤pH过高或过低会引起土壤养分有效性的变化，导致植株营养失衡，影响烤烟品质和产量[5]。近年来，为提高烤烟产量，烟农采取连作种植制度和不合理施肥，加剧了植烟土壤养分供给失衡，造成土壤肥力下降[6]。因此有必要对土壤肥力现状和变化趋势及原因进行分析，为制定土壤质量管理方案与合理施肥策略提供科学依据。
目前对石柱县烟田土壤现状、演变趋势及施肥区划研究还不多，仅有一篇研究2013年石柱植烟土壤状况的文章[7]。为了解其土壤肥力现状和变化趋势及原因，本文采用多年连续监测方法，对2002、2012、2017年石柱烟田的定期定点采样数据进行分析，对比植烟土壤pH与主要养分的含量变化、分布规律，运用空间插值法生成养分分布图，提出烟草施肥区划，为该县烟田因土施肥提供依据和现实参考。
1 材料与方法 1.1 研究区概况重庆市石柱县位于长江上游南岸，29°39' ~ 30°33'N、107°59' ~ 108°34'E，属亚热带季风性湿润气候，雨热充足，以黄壤为主，适宜种植烤烟。2017年全县烤烟播种面积2 610 hm2，总产量4 250 t。
1.2 土样采集与制备根据重庆市烟草公司在石柱县的土样定期采集点，于2017年按照每种植单元取一个耕层(0 ~ 20 cm)混合土样的方法，在定位监测点区域内选取代表性地块作为土样取样点，并记录经纬度，共确立230个点(图 1)。每个点按“S”型布点法设置15个分样点进行垂直取样，去掉表层土2 ~ 4 cm，剔除杂质后混合均匀，用四分法取样2 kg进行室内工作。样品自然风干研磨过筛后装瓶，用以室内测定，将测定结果与2002、2012年数据进行对比分析。
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图 1 石柱县烟田土壤样品分布图 Fig. 1 Distribution of soil sampling sites in Shizhu County |
土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量测定参照《土壤农化分析与环境监测》[8]。土壤pH采用土水比1:2.5(m: V)的悬浊液电位法测定；土壤有机质采用重铬酸钾容量–外加热法测定；土壤碱解氮采用氢氧化钠碱解扩散法测定；土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法测定；土壤速效钾采用醋酸铵浸提–火焰光度法测定。
1.4 数据分析采用SPSS 25.0、Excel 2016、MapGIS 67、Section 2016软件对试验数据进行统计分析与制图。
1.5 评价标准结合该县植烟区烤烟生产实际和近年相关研究结果[9-15]，借鉴全国第二次土壤普查资料，并权衡土壤养分状况与烟叶生产质量，制定出石柱县植烟土壤pH与养分划分标准，详见表 1。
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表 1 石柱县植烟土壤pH与养分划分标准 Table 1 Classification standards of pH and nutrients of tobacco-growing soil in Shizhu County |
由表 2可知，该县植烟土壤pH平均值在2002、2012、2017年分别处于适宜水平、较低水平、适宜水平。3个年份的变异程度均为中等变异。分布概率曲线均呈右偏态的正态分布，但2002年的为尖峰，另两个年份均为低峰。2012年的平均值最低，与另外两个年份均有显著差异。
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表 2 石柱县植烟土壤pH和养分描述性统计 Table 2 Descriptive statistics of pH and nutrient contents of tobacco-growing soil in Shizhu County |
结合表 3和图 2可知，随种植年限的增加，土壤pH大小总体上呈先降低后升高趋势，酸性土壤的分布呈先增大后减小趋势。
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表 3 石柱县植烟土壤pH和养分指标各水平比例情况 Table 3 Grade proportions of pH and nutrient contents of tobacco-growing soil in Shizhu County |
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图 2 石柱县植烟土壤pH空间分布状况 Fig. 2 Distribution of soil pH in Shizhu County |
由表 2可知，该县植烟土壤有机质平均值在2002年处于适宜水平，在另两个年份均处较高水平。3个年份的有机质平均含量均无显著差异，变异程度均为中等变异，分布概率曲线均呈低峰、右偏态的正态分布。
结合表 3和图 3可知，随种植年限的增加，土壤有机质大小总体上呈先降低后升高趋势，各水平空间分布状况稳定。
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图 3 石柱县植烟土壤有机质空间分布状况 Fig. 3 Distribution of SOM in Shizhu County |
由表 2可知，该县植烟土壤碱解氮平均值在2012、2017年均处于适宜水平，但在2002年为极低水平。3个年份的有机质平均含量差异均达显著水平，变异程度均为中等变异，分布概率曲线均呈低峰、右偏态的正态分布。
结合表 3和图 4可知，随种植年限的增加，土壤碱解氮大小总体上呈显著增长趋势，适宜水平的空间分布显著增加。
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图 4 石柱县植烟土壤碱解氮空间分布状况 Fig. 4 Distribution of soil alkali-hydrolyzable N in Shizhu County |
由表 2可知，该县植烟土壤有效磷平均值在2002年处于适宜水平，在2012、2017年均为极高水平。3个年份的变异程度均为中等变异，分布概率曲线均呈低峰、右偏态的正态分布。三者的有机质平均含量均呈显著差异。
结合表 3和图 5可知，随种植年限的增加，土壤有效磷大小总体上呈显著增长趋势，极高水平的空间分布显著增加。
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图 5 石柱县植烟土壤有效磷空间分布状况 Fig. 5 Distribution of soil available P in Shizhu County |
由表 2可知，该县植烟土壤速效钾平均值在2002、2012、2017年分别处于较低、较高水平、极高水平。3个年份的有机质平均含量均呈显著差异，变异程度均为中等变异，分布概率曲线均呈低峰、右偏态的正态分布。
结合表 3和图 6可知，随种植年限的增加，土壤速效钾大小总体上呈显著增长趋势，极高水平的空间分布显著增加。
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图 6 石柱县植烟土壤速效钾空间分布状况 Fig. 6 Distribution of soil available K in Shizhu County |
土壤pH是土壤养分元素含量及有效性的主要影响因素之一，是评价土壤肥力的重要指标[16]。本研究表明，石柱县植烟土壤酸化较为普遍。比较3个年份土壤pH，总体上呈先下降后上升趋势，土壤酸化现象改善明显。但相较于同处南方的贵州省遵义市植烟土壤pH(6.2 ~ 7.4)，2017年石柱县植烟土壤pH(4.1 ~ 8.3)仍较低，土壤酸化较为严重且面积较大，不容忽视[17]。这与该地烟农为提高烤烟产质量而长期过度施肥和连续耕作密切相关[18-19]，其中生理酸性肥料、畜禽粪便等未腐熟的有机肥、过量氮肥等均是加剧该地土壤酸化的重要因子[19-20]。针对酸性土壤，一方面可通过烟田轮作、间作、套作等种植制度促进烟田生态系统的良性循环，提高土壤pH；另一方面可通过差异化管理措施来改善不同酸化程度的植烟土壤，即：针对pH弱酸性土壤(5.0 ~ 5.5)，可适当投入生物有机肥[21]；针对pH为4.5 ~ 5.5的烟田，可撒施375 kg/hm2的生石灰与条施750 kg/hm2的草木灰来改善土壤的酸性[22]。
3.2 有机质状况及演变分析土壤有机质含量是土壤物理、化学和生物学特性的影响因素，对烤烟的正常生长有非常重要的作用[9]。本研究表明，石柱烟田土壤有机质含量呈逐年稳定上升趋势，处于稳定丰富状态，这主要与近年来推行施用有机肥有关。研究显示，土壤有机质含量过高时会大幅度降低烟叶吸味品质[23]。因此，有必要在有机质含量过高的烟田适当减少有机肥的施用。
3.3 氮、磷、钾速效养分状况及演变分析土壤碱解氮含量可有效反映土壤氮素供应状况[24]。本研究表明，该县植烟土壤碱解氮含量均呈逐年增长趋势，总体上处适宜水平，这与该地区近年来推行使用含氮复合肥和有机肥有关。研究显示，土壤碱解氮含量过高或过低都会影响烟叶烟碱含量的积累，从而影响烟叶的品质[25]。因此土壤碱解氮含量较高的区域可适量减少氮肥施用，而含量较低的区域则反之。
磷素是烤烟生长的必需营养元素之一，但磷素施用过多不仅会影响烟草品质，还会破坏生态环境[12]。本研究表明，植烟土壤有效磷平均含量呈逐年显著增加趋势，2017年有效磷呈过剩状态，这与该地区长期不合理施肥及氮磷钾施肥比例失调有关。为确保烟叶质量，可降低该地区磷肥施用，同时调整氮肥、钾肥施用量。
烤烟属喜钾作物，钾素是烤烟的品质元素，速效钾含量直接影响烤烟品质与产量[26]。本研究表明，石柱县植烟土壤速效钾含量呈逐年显著增长趋势，极高水平占比显著增长。这与过量施用钾肥密切相关，长此以往会损害烟叶产质量[27]，因此石柱县可适当减少钾肥施用量，合理调整氮磷钾施肥比例。
3.4 施肥建议土壤养分丰缺状况和供应强度直接影响烤烟产质量[28]。本研究表明，石柱烟田土壤酸化普遍，土壤氮、磷、钾含量过高等问题与烟农长期不合理施肥密切相关，不同程度影响着烤烟产质量。本文根据测土配方结果，并结合上述分析，按照“大配方小调整”的原则，对石柱烟田施肥提出合理建议。
3.4.1 石柱县烟田“大配方”养分管理利用2017年养分数据和MapGIS 67、Section 2016软件制图，根据本课题组多年田间试验结果，提出在石柱县高氮区推荐施纯氮肥量为90 ~ 97.5 kg/hm2，中氮区为97.5 ~ 105 kg/hm2，低氮区为105 ~ 112.5 kg/hm2。以施纯氮肥量为1，不同区域的肥力配方建议详见图 7。
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图 7 石柱县烟田施肥区划图 Fig. 7 Fertilization zoning map of tobacco-growing soil in Shizhu |
以石柱县植烟区各基地种植单元为单位，依据测土配方结果、烤烟预期产量及栽培品种生长特性，合理选择肥料品类，制作烤烟配方施肥建议卡，并发放给烟农，以此指导烟农施肥，施肥建议卡举例见表 4。
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表 4 石柱县烤烟配方施肥建议卡 Table 4 Flue-cured tobacco formula fertilization card in Shizhu |
1) 2017年石柱植烟土壤pH < 5.5的占49.1%，土壤酸化较为普遍；土壤有机质含量较丰富；土壤全氮含量总体水平较高；土壤碱解氮、有效磷与速效钾含量高于适宜范围的占比分别为21.3%、88.2%、97.0%，属较高至极高水平。
2) 从3个年份的数据来看，石柱县植烟土壤pH呈先下降后上升趋势，土壤酸化得到明显改善但仍较严重；土壤有机质含量呈缓慢增长趋势，处于稳定丰富状态；土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量均显著增长，这与当地烟农不合理施肥密切相关。
3) 根据石柱县烟田土壤肥力现状及其演变趋势，并按照“区域大配方，地块小调整”的原则采用施肥区划图和烤烟配方施肥建议卡，对该县不同种植单元烟田提出具体施肥方案，为石柱县优质烤烟生产提供技术支撑。
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2. Tobacco Scientific Research Institute of Chongqing Corporation, Chinese Tobacco Corporation, Chongqing 400715, China;
3. Fengjie Branch of Chongqing Tobacco Company, Fengjie, Chongqing 404600, China;
4. Shizhu Branch of Chongqing Tobacco Company, Shizhu, Chongqing 409100, China