2022, Vol. 54
2. 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所), 南京 210008;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
硅是植物体组成的重要营养元素，具有提高植物光合效率、促进营养元素吸收、增强抗逆性等功能[1-4]。云南多地的研究表明，施用硅肥能促进烤烟生长，提升烟叶农艺性状，缓解烤烟病害，提高烤烟中上等烟比例和烤烟产质量[5-6]。因此，研究区域烟田土壤有效硅含量及其空间分布，可以指导硅肥的科学施用。
目前，国内关于烟田土壤有效硅含量的研究报道很少。张红[7]的研究表明，湖南江华、常宁、新田和长沙4个烟区烟稻轮作和稻稻连作模式下土壤有效硅含量无显著差异，且含量都较低。梁永江等[8]研究发现，贵州遵义烟区有20.69% 的烟田有效硅缺乏(< 100 mg/kg)，土壤类型和母质影响有效硅含量，酸性至中性土壤的有效硅含量与pH呈显著正相关。虽然已有六盘水市烟田土壤肥力方面的相关报道[9-11]，但迄今尚无烟田土壤有效硅含量的调研。为此，本研究通过2020年度的调查采样分析，定量评价六盘水市烟田土壤的有效硅含量与空间分布特征，以指导硅肥的科学施用。
1 材料与方法 1.1 研究区概况六盘水市位于贵州省西部(25°19 '44" ~ 26°55' 33"N和104°18 '20" ~ 105°42' 50"E)，面积为9 914 km2，以喀斯特地貌为主，海拔介于586 ~ 2 900 m，年均气温13 ~ 14℃，年降水量1 200 ~ 1 500 mm，年日照时数1 100 ~ 1 600 h，无霜期200 ~ 300 d。烟田土壤类型主要为发生分类上的黄棕壤、石灰土和黄壤[12]，相当于土壤系统分类的湿润淋溶土和湿润雏形土[13-14]。六盘水市是贵州省的主要烟区之一，属我国西南高原生态区，烟叶为清甜香型风格[15]。近年全市烤烟种植面积约7 000 hm2，年产烟叶约12.5万t。
1.2 土样采集与测定2020年3月在烤烟移栽施肥前，依据烟田空间分布和烤烟常年长势，在钟山、盘州和水城3个烟区分别确定了100、180和220个典型烟田进行采样(图 1)。采样时，在每个烟田中心位置，采用手持式GPS仪获取经纬度和海拔信息；在每个烟田内采用“梅花形”五点取样法采集耕层(0 ~ 20 cm)土样，充分混合后用四分法留取1.5 kg装入布袋带回实验室。土样剔除砾石和动植物残体，经自然风干和研磨过2 mm孔径筛后，采用柠檬酸提取–钼蓝比色法测定有效硅含量，吸管法测定颗粒组成，电位计法测定pH，重铬酸钾外加热法测定有机质含量[16]。
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图 1 典型烟田空间位置 Fig. 1 Sites of typical tobacco fields in Liupanshui City |
依据有关土壤有效硅含量的分级报道[17]，确定六盘水市烟田土壤有效硅含量分级标准，见表 1。
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表 1 六盘水市植烟土壤有效硅分级标准 Table 1 Grading standards of soil available Si content for tobacco fields in Liupanshui City |
有效硅含量的描述性统计、回归分析、显著性检验采用Microsoft Excel(2016)和IBM Statistics SPSS (26.0)软件，制图采用ArcGIS(10.6)，测定结果异常值的剔除按平均值±3×标准差方法进行。
2 结果与讨论 2.1 土壤有效硅含量及其分级表 2为研究区土壤有效硅含量描述性统计结果。由表 2可见，钟山、水城和盘州烟区土壤有效硅平均含量分别为403.80、260.87和338.48 mg/kg，均属高级别(≥150 mg/kg)，且3个烟区之间差异显著(P < 0.05)。有效硅含量变异系数介于34.23% ~ 41.85%，为中度变异(变异系数介于10% ~ 100%)，且均为正偏态分布(偏度 > 0)，但钟山和盘州烟区为平顶峰分布(峰度≤0)，水城烟区为尖顶峰分布(峰度 > 0)[18]。
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表 2 六盘水市烟田土壤有效硅含量描述性统计 Table 2 Descriptive statistics of soil available Si content of tobacco fields in Liupanshui City |
表 3显示了研究区土壤有效硅含量的分级结果。由表 3可见，钟山、盘州和水城烟区均以高硅烟田为主(含高和很高两个级别)，合计分别占其烟田总数的98.00%、99.09%和83.33%；低硅烟田(含很低和低两个级别)最少，全市合计仅占1.40%。
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表 3 六盘水市烟田土壤有效硅含量分级统计 Table 3 Grade statistics of soil available Si content of tobacco fields in Liupanshui City |
硅是土壤中最丰富的元素之一，其丰度约为29.5%[19]，我国土壤有效硅含量介于15.7 ~ 725.5 mg/kg[20]。有研究表明，贵州省遵义县和仁怀市[6]烟区耕层土壤有效硅含量为30.24 ~ 444.89 mg/kg，平均为169.75 mg/kg，属高级别(150 ~ 200 mg/kg，表 1)，本研究结果与之一致。
2.2 土壤有效硅含量空间分布图 2是研究区土壤有效硅含量与分级的空间分布情况。由图 2可以看出，在全市范围内，土壤有效硅含量由西向东呈降低趋势；高硅烟田(红色部分)遍布于3个烟区，但低硅烟田(绿色部分)和硅适宜烟田(黄色部分)集中分布于水城烟区的中部。
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图 2 六盘水市烟田土壤有效硅含量(左)与分级(右)空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of soil available Si of tobacco fields in Liupanshui City (left, content; right, grade) |
本研究没有获得烟田成土母质和土壤类型信息，故仅考虑有效硅含量与海拔、土壤pH、颗粒组成和有机质含量之间的关系。表 4和表 5分别给出了500个烟田土壤pH、有机质含量与颗粒组成的测定结果统计信息及其与有效硅含量之间的相关性。由表 5可以看出，有效硅含量与pH(P < 0.01)、有机质含量(P < 0.05)和黏粒含量(P < 0.05)之间均呈显著正相关，与粉粒含量之间呈显著负相关(P < 0.05)。已有研究表明，土壤有效硅含量与pH [21-23]、有机质[23-24]和黏粒含量[23-24]之间存在显著正相关，本研究结果与之一致。
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表 4 六盘水市烟田土壤pH、有机质含量、颗粒组成的描述性统计 Table 4 Descriptive statistics of soil pH, organic matter content and particle size composition of tobacco fields in Liupanshui City |
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表 5 土壤有效硅含量与其他因子之间的相关性 Table 5 Correlation coefficients between other factors and soil available Si content |
本研究结果表明，六盘水市烟田土壤有效硅含量总体较高，绝大部分烟田不需要施用硅肥，但还有1.40% 的烟田有效硅缺乏(< 100 mg/kg)，这部分缺硅烟田集中分布在水城烟区的中部，针对这些缺硅烟田，可考虑适当施用近年来一些烟区关注的硅钾肥[25-26]。另外，考虑到有效硅含量与pH和有机质含量之间的显著正相关性，因此对于酸性和有机质含量较低的缺硅烟田，也可以考虑通过施用碱性物料(如石灰、白云石粉、生物质炭等)进行土壤改酸和施用有机肥以提升土壤有机质含量等措施，间接提升土壤中硅素的生物有效性。
3 结论六盘水市烟田土壤有效硅含量总体上由西向东呈降低趋势，其与pH、有机质和黏粒含量之间呈显著正相关，与粉粒含量之间呈显著负相关。全市烟田土壤有效硅含量总体属于高水平，绝大部分烟田不需施用硅肥，但对集中分布于水城烟区中部的低硅烟田，可适当施用硅钾肥或通过施用碱性物料进行土壤改酸和施用有机肥等措施以提升土壤中硅素的生物有效性。
致谢: 谨此感谢各县区烟草公司和烟站参与土壤调查采样的工作人员。
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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