氮素是烟草生长发育必需的营养元素^[1-2]。土壤氮素丰缺状况会影响烤烟产质量和经济性状^[3-4]。土壤氮素缺乏会导致烟株生长缓慢、发育不良、烟碱含量低；而土壤氮素过高时，会导致烟株生长过旺、成熟延迟、烟叶落黄差、烟碱含量高，甚至造成黑暴烟^[5-6]。碱解氮通常作为土壤有效氮的指标，直接影响烟株生长发育和烟叶产量及品质，一直是土壤养分研究的重要指标^[7-8]。如李永富等^[9]采用传统统计学和地统计学方法研究了湖南邵阳烟区耕层土壤碱解氮含量空间分布状况及变化趋势；王晓强等^[10]基于GIS分析了豫中襄城县紫云镇烟田的土壤碱解氮时空变异性；彭月月等^[11]研究表明土壤碱解氮会影响微量元素有效态含量，提出通过精准施肥提升烟叶品质；张恒等^[12]运用基于反距离权重空间插值法研究了遵义烟区的土壤碱解氮时空变化，提出了区域配方施肥策略。不同烟区土壤碱解氮会存在差异，其主要影响因子可能也不尽相同。湖南稻作烟区是中国浓香型烟叶的典型产区，但迄今其土壤碱解氮空间分布特征和影响因素的研究报道较少。本研究采集湖南稻作烟区的耕层土壤样品，采用地统计学和GIS技术相结合的方法研究土壤碱解氮含量及其影响因素，为湖南稻作烟区烤烟氮肥施用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区域为湖南省稻作烟区(110°81′E ~ 114° 14′E，24°70′N ~ 28°49′N)，包括郴州市、衡阳市、邵阳市、永州市、长沙市和株洲市的26个县(市、区)。该区域为大陆性亚热带季风湿润气候区，年均气温一般为16 ~ 19 ℃，降水量为1 339 ~ 1 726 mm，光照时数为1 529.3 h；目前稻田种植制度多样，年产优质烟叶约12万t，属于南岭丘陵焦甜醇甜香型生态区^[13]。

1.2 样品采集

根据烤烟种植情况，2015年，将连片基本烟田面积20 ~ 26.67 hm²确定为最小采样片区，合计2 698个片区。在晚稻收获后和烤烟翻耕整地前，在每个片区内，按“S”形随机采集10 ~ 15个点土样，制成0.5 kg左右的均匀混合土样。另外在每个片区中心点，使用GPS采集取样点地理坐标(包括经度和纬度)和海拔高度，并且记录耕层厚度和种植制度。采集的土样经室内风干、混匀、磨细、过筛等预处理后装瓶，以备检测。

1.3 土壤指标测定

土壤碱解氮采用碱解扩散法测定^[14]，并按罗建新等^[15]的方法分为极低(< 60 mg/kg)、低(60 ~ 110 mg/kg)、适宜(110 ~ 180 mg/kg)、高(180 ~ 240 mg/kg)和很高(> 240 mg/kg) 5级。土壤pH采用电位计法测定，有机质采用重铬酸钾滴定法测定^[14]，颗粒组成采用国际制分类和比重计法测定^[16]。

1.4 数据处理

采用SPSS17.0软件进行原始数据处理与统计分析，多重比较采用新复极差法。采用ArcGIS 9软件地统计学模块中的反距离权重法绘制植烟土壤碱解氮空间分布图。

2 结果与分析 2.1 植烟水稻土碱解氮含量分布特征 2.1.1 市域分布统计

由表 1可知，湖南植烟水稻土碱解氮含量在57.10 ~ 447.40 mg/kg，“适宜”样本比例最高，为46.55%；其次是“高”样本(34.77%)，“极低”和“低”样本比例均低于5%。从不同地级市看，各市碱解氮含量平均值在154.76 ~ 202.98 mg/kg，以郴州市最高(202.98 mg/kg)，邵阳市最低(154.76 mg/kg)。各市碱解氮含量在“适宜”的分布频率为32.51% ~ 70.77%，以郴州市最低，株洲市最高；在“高”的分布频率为18.46% ~ 41.52%，以株洲市最低，郴州市最高；在“很高”的分布频率为0.85% ~ 23.03%，以长沙市最低，郴州市最高。可见，湖南稻作烟区植烟土壤碱解氮含量高，并且在不同地级市间差异较大。

2.1.2 县域分布统计

由表 2可知，湖南植烟水稻土碱解氮含量各县平均值在145.11 ~ 247.85 mg/kg；其中，“很高”的县有北湖区、嘉禾县和苏仙区，分别为245.14、245.10和247.85 mg/kg；“高”的县有10个，分别为安仁县、桂阳县、临武县、宜章县、永兴县、常宁市、东安县、蓝山县和宁远县；其他各县均在适宜范围内。各县碱解氮含量在“极低”的分布频率为0 ~ 2.74%，在“低”的分布频率为0 ~ 17.89%，在“适宜”的分布频率为0 ~ 76.71%，在“高”的分布频率为14.29% ~ 58.33%，在“很高”的分布频率为0 ~ 57.78%，特别是临武县、嘉禾县和苏仙区的碱解氮含量在“高”和“很高”的比例之和在90% 以上。可见，稻作烟区各县植烟土壤碱解氮含量高，不同县间差异较大。

2.1.3 空间分布特征

由图 2可知，土壤碱解氮含量从东南向西北呈现递减的趋势，东南部和南部为含量较高区域。郴州市中部和南部、永州市东部和西北部与衡阳市南部土壤碱解氮含量平均值达到240 mg/kg以上，为“很高”；而邵阳市中部极少区域土壤碱解氮含量平均值小于110 mg/kg，为“低”。其他地区的土壤碱解氮含量平均值均在110 ~ 180 mg/kg，为“适宜”。土壤碱解氮含量在 < 60、60 ~ 110、110 ~ 180、180 ~ 240和 > 240 mg/kg的面积所占比例分别为0.01%、0.17%、68.97%、25.51% 和5.34%，“极低”和“低”合计仅占0.18%，表明湖南植烟水稻土碱解氮含量相对较高。

2.2 植烟水稻土壤碱解氮含量影响因素 2.2.1 种植制度

湖南植烟水稻土目前主要种植制度是烟-稻、烟-薯、烟-秋闲(春季种烤烟，秋天不种其他作物)和烟-玉米4类，其土壤碱解氮含量的均值分别为184.08、184.19、164.81和154.96 mg/kg，大小排序为：烟-薯 > 烟-稻 > 烟-秋闲 > 烟-玉米。烟-稻和烟-薯的土壤碱解氮含量为“高”，烟-秋闲和烟-玉米的为“适宜”；烟-稻和烟-薯的土壤碱解氮含量显著高于烟-玉米，这可能与水稻施氮量较高(烟-稻)和甘薯耗氮量较少(烟-薯)有关。

2.2.2 耕层厚度

由图 4可知，按 < 15、15 ~ 20、20 ~ 30和≥30 cm将耕层厚度分为4级，其土壤碱解氮含量分别为232.61、179.00、180.35和185.70 mg/kg，大小排序依次为 < 15、≥30、20 ~ 30和15 ~ 20 cm。耕层厚度 < 15 cm，土壤碱解氮属于“高”；而相对含量最低的15 ~ 20 cm土壤碱解氮含量也在“适宜”的范围内。< 15 cm的土壤碱解氮含量显著高于其他耕层厚度，这可能与土壤碱解氮易于表层富集有关。

2.2.3 海拔

由图 5可知，将海拔分为 < 150、150 ~ 250、250 ~ 350、350 ~ 450以及≥450 m 5级，其土壤碱解氮含量平均值分别为172.40、190.72、188.08、188.89和169.67 mg/kg，由高到低为150 ~ 250、350 ~ 450、250 ~ 350、< 150和≥450 m。海拔在150 ~ 450 m的土壤碱解氮含量为“高”；< 150 m和≥450 m的土壤碱解氮含量为“适宜”；150 ~ 250、250 ~ 350和350 ~ 450 m的土壤碱解氮含量显著高于 < 150 m和≥450 m。随海拔升高，土壤碱解氮含量呈先升后降的趋势(y = –9.076ln(x) + 246.42, R² = 0.030 3, P < 0.05)。

2.2.4 土壤pH

由图 6可知，土壤pH按 < 5.0、5.0 ~ 5.5、5.5 ~ 7.0、7.0 ~ 7.5和≥7.5分为5级，其土壤碱解氮含量平均值分别是168.87、163.15、170.41、194.37和203.36 mg/kg。pH≥7.5、7.0 ~ 7.5区间的土壤碱解氮含量为“高”，pH < 5.0、5.0 ~ 5.5、5.5 ~ 7.0的土壤碱解氮含量为“适宜”。随土壤pH升高，土壤碱解氮呈增加的趋势(y = 96.552ln(x) + 1.888 6, R² = 0.091 4, P < 0.05)；pH≥7.0的碱性土壤的碱解氮含量显著高于酸性和中性植烟土壤。

2.2.5 土壤有机质

由图 7可知，将湖南稻作烟区的土壤有机质含量按 < 15、15 ~ 25、25 ~ 35、35 ~ 45和≥45 g/kg分为5组，其土壤碱解氮含量平均值分别是79.60、117.45、147.47、174.95和227.26 mg/kg。土壤有机质≥45 g/kg的土壤碱解氮含量为“高”，< 15 g/kg的土壤碱解氮含量为“低”，其他区间的土壤碱解氮含量为“适宜”。不同有机质区间的土壤碱解氮含量差异显著。可见，土壤有机质影响土壤碱解氮含量，随土壤有机质含量升高，土壤碱解氮为增加的趋势(y = 125.42ln(x)–279.63, R² = 0.633 9, P < 0.05)。

2.2.6 土壤颗粒组成

根据国际制土壤粒级分为黏粒(< 0.002 mm)、粉砂(0.002 ~ 0.02 mm)、细砂(0.02 ~ 0.2 mm)和粗砂(0.2 ~ 2 mm)4类^[17]。由表 3可知，在 < 0.002 mm、0.02 ~ 0.2 mm土壤颗粒中，不同碱解氮含量的占比差异不显著；在0.002 ~ 0.02 mm土壤颗粒中，以碱解氮含量 > 240 mg/kg的占比最高；在0.2 ~ 2 mm土壤颗粒中，以碱解氮含量 < 60 mg/kg的占比相对较高。可见，植烟水稻土碱解氮含量随着粉砂占比增加而升高，随着粗砂占比增加而降低，而黏粒和细砂占比对土壤碱解氮含量没有显著影响。

3 讨论

土壤碱解氮包括无机态氮(铵态氮、硝态氮)及易水解的有机态氮(氨基酸、酰铵和易水解蛋白质)，是衡量土壤氮养分高低的重要指标。陈江华等^[18]研究表明全国植烟土壤碱解氮含量平均为93.5 mg/kg，主要分布在 < 65 mg/kg范围；本研究表明湖南水稻土碱解氮含量平均为183.8 mg/kg，其主要分布在110 ~ 240 mg/kg范围，均高于全国平均水平，也高于罗建新等^[15]认为的植烟水稻土碱解氮适宜范围(110 ~ 180 mg/kg)。可见湖南植烟水稻土供氮能力是比较强的，烤烟生产过程中氮肥施用要重视这一现象，适当减少化肥氮施用，防止烤烟后期因土壤供氮能力过强而导致烟叶落黄困难、上部烟叶烟碱含量过高，影响烟叶可用性。

湖南植烟水稻土碱解氮含量空间分布不均匀，以东南部和南部分布较高，与其以烟-稻复种连作为主，烤烟和水稻施肥均较高有关；其土壤碱解氮含量不同区段的分布面积也不同，主要分布在110 ~ 180 mg/kg (占68.97%)和180 ~ 240 mg/kg(占25.51%)两个区段；还有一部分区域的土壤碱解氮含量为 < 60 mg/kg(占0.01%)。因此，在制定施肥方案时，要因地制宜，分区制定施肥策略，特别是套餐肥中烟草专用肥配方要因地域而不同，不能片面强调一致性。

湖南稻作烟区土壤碱解氮含量受种植制度、耕层厚度、海拔、土壤pH、有机质和土壤颗粒组成的影响。吕凯飞等^[17]研究表明土壤翻耕20 cm以上可以提高碱解氮的含量，李小飞^[19]等研究也表明土壤碱解氮含量随耕作层深度增加而增加，本研究结果与此一致。湖南稻作烟区耕层厚度在16 cm以上，土壤碱解氮含量随耕作层深度逐渐增加，但湖南稻作烟区的水稻土犁底层不能破坏，可采用逐年加深耕层方法，将耕作层浅的水稻土加深至20 cm以上。

赵瑜等^[20]研究表明四川宜宾地区植烟土壤碱解氮含量随着海拔的升高而升高，在达到峰值后，随着海拔的升高而降低，本研究结果与此规律相同，但峰值有一定的差异。湖南稻作烟区土壤碱解氮峰值在海拔150 ~ 250 m区间，而赵瑜等^[20]却是在1 150 ~ 1 350 m区间，其原因是不同烟区的海拔区间不同。湖南稻作烟区主要分布在150 ~ 300 m的低海拔地区，可以将部分相对海拔较高且氮养分含量较低的高岸稻田调整种植其他作物。

邓小华等^[21]研究认为植烟土壤碱解氮含量有随pH升高而降低的趋势，而本研究结果表明土壤碱解氮含量随pH升高而升高，造成这种差异的主要原因是研究区域土壤不同。邓小华等^[21]研究的是湘西旱地土壤，且以酸性土壤为主，而本研究是稻田土壤，且以偏碱性为主。

土壤碱解氮含量与有机质含量有较强的线性关系^[22-23]，随着有机质含量的增加而增加。湖南稻作烟区主要种植杂交晚稻，有大量水稻根系和秸秆残茬还田，以及冬闲田旱生环境致使杂草生物量大，水稻残茬和杂草还田使土壤有机质含量高；但也有部分烟田有机质含量低，这部分土壤可増施有机肥来提高碱解氮含量。

王洪杰等^[24]研究表明，土壤碱解氮与粉粒含量之间呈显著的正相关，与粗砂含量之间呈显著的负相关，本研究结果与此一致。土壤粉粒含量高的土壤保肥能力强，加之烤烟和水稻种植的施肥水平高，其土壤碱解氮含量也高。湖南稻作烟区烤烟移栽后的伸根期，阴雨天多、土壤温度低，土壤养分释放慢、流失多，烟苗吸收养分能力弱，影响烤烟早生快发，部分烟农采用加大施氮量的方式来促进烤烟旺盛生长。因此，湖南稻作烟区土壤氮养分高，同时施氮量也大。

4 结论

湖南稻作烟区植烟土壤碱解氮含量介于57.10 ~ 447.40 mg/kg，平均为183.78 mg/kg，“适宜”样本比例为46.44%；土壤碱解氮含量空间分布不均匀，有从东南向西北递减的分布趋势，且受多个因素影响，烟–玉米轮作土壤碱解氮含量相对较低，土壤碱解氮含量随耕作层深度、土壤pH、有机质含量增加而增加，与海拔呈抛物线关系，随粉砂占比增加而升高，随粗砂占比增加而降低。应因地制宜分区制定施肥策略。