抚仙湖流域北部澄江市是“云烟之乡”的主产区之一，其烤烟种植和烟叶质量对当地环境管理和经济发展有着重要意义^[1]。然而，当地烟叶的高质量发展正面临一个重要瓶颈。由于目前的烟田多由原来的蔬菜种植地转化而来^[2]，在蔬菜种植过程中化肥施用量较大，尤其是氮肥和磷肥，导致土壤中有机质及氮、磷等养分大量积累^[3]，而钾肥和微量元素肥料的施用却长期被忽视。从前期研究结果来看，尽管当地土壤中有效态微量元素含量并不低，但烤烟仍表现出明显的缺素症状^[4]。因此，仅从单个养分元素含量高低评价植烟土壤对烟叶品质的影响，很难评价其优劣。长期蔬菜种植导致的土壤养分元素明显失衡，可能会引起烟叶养分吸收和品质指标的变化，影响优质烟叶的生产^[5]。因此，研究区土壤养分失衡状况及对烟叶养分吸收和品质的影响值得研究。

目前，土壤养分失衡对作物品质影响的相关研究已有不少^[6]。研究表明，土壤有机质等养分含量增加可以有效提高萝卜可食部位维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、总酚和类黄酮含量^[7]。王玉苗等^[8]研究发现，新疆叶城红枣中不可溶膳食纤维、钾、蔗糖含量与土壤全磷、有机质含量存在显著负相关。而有关植烟土壤养分失衡对烟叶品质的影响也有一些研究^[9]。黄士航等^[10]发现，云南师宗烟区土壤pH与烟叶淀粉含量呈显著正相关，该地区部分土壤偏碱性，而土壤pH为微酸性时，烟叶质量较好，所以需要降低偏碱性土壤pH；土壤有机质含量与烟叶钾含量呈显著负相关，烟叶钾含量提高，可使烟叶焦油释出量降低，同时土壤有机质含量与烟碱含量呈显著正相关，烟碱含量过高时(20%)烟味浓烈，所以需要减少有机肥施入。张龙等^[11]研究表明，贵州毕节烟区烟叶总氮和钾含量偏低，还原糖和淀粉含量偏高，总氮、总植物碱、还原糖含量和糖碱比这4个指标需要优先改进。杨树明等^[12]运用地统计学和地理信息系统技术，分析了云南曲靖植烟土壤养分的空间分布特征及影响烟叶质量的主要因素，发现土壤有机质、有效磷和速效钾严重失衡是影响烟叶质量的主要因素。

基于以上，目前已有研究主要关注大量养分及其失衡对烟草品质的影响，较少关注中微量元素失衡的情况。因此，本研究选取抚仙湖流域澄江市典型植烟土壤和烟叶作为研究对象，在前期高密度土壤采样及其理化性质全面测定的基础上^[4]，再选择典型烟田采集烟叶样品，分析烟叶大量和微量养分及关键品质参数，尝试通过土壤大中微量营养元素有效性与磷素有效性的比值评价土壤养分失衡状况，同时分析这类比值与烟叶品质的相关性，以明确土壤养分失衡对烟叶养分吸收和品质的影响，为烟草种植精准优化技术的研发提供重要数据支撑和理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

云南省澄江市，位于抚仙湖北部，地处北亚热带低纬高原季风气候区，平均气温为16.5℃，常年日照时数2 141.8 h，常年降水量900 ~ 1 200 mm。澄江市主要有盆地、湖泊、河谷3种地貌，山区面积占73.42%，水面占18.16%，坝区占7.97%，海拔介于1 327 ~ 2 920 m。土壤类型以红壤(55.32%)为主，其次为酸性紫色土(13.52%)、水稻土(7.29%)和棕壤(4.62%)，也包含少量红色石灰土(0.49%)和冲积土(0.14%)。本研究选择澄江市右所镇和龙街镇相对连片的区域作为研究对象，研究区面积约1 130 hm²，土壤类型主要为水稻土。目前区内烤烟种植面积约860 hm²，绝大部分由原来的菜地改种而来。原来的菜地蔬菜种植一般均在30年以上，但自2018年以来，为了保护抚仙湖水域的生态环境，政府已陆续引导农民停止蔬菜种植，目前区内蔬菜地已非常有限。

1.2 样品采集与分析

2022年在烤烟移栽和施肥前对研究区进行了土壤密集采样，了解了土壤理化性质和养分的空间分布状况，评价了植烟的土壤障碍因素^[4]。本研究在前期土壤采样点的基础上，均匀布设107个典型烟田进行土壤和烟叶样品的采集，其土壤采样流程见参考文献[4]。烟叶样品采集完成于2023年7月和8月烤烟成熟时。在每个典型烟田，采摘植株中部和上部烟叶，标记后烘烤，取烤后C3F和B2F烟叶样品各1 kg，粉碎过孔径2 mm筛，置于聚乙烯密封袋内，再装入样品瓶中，贴上标签，常温下保存，待测。

土壤样品分析指标及其测定方法^[13]：交换性钙和镁，乙酸铵浸提–电感耦合等离子光谱法；全氮，重铬酸钾–硫酸消化法；碱解氮，碱解扩散法；有效磷，碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法；速效钾，乙酸铵浸提–火焰光度计法；有效铁、锰、铜和锌，二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提–电感耦合等离子体原子发射光谱法。

烟叶样品分析指标及其测定方法：将粉碎的烟叶样品用浓硫酸和双氧水消化，消化液用凯氏定氮法测定氮含量，钼锑抗比色法测定磷含量，火焰光度计法测定钾含量，电耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定铜、铁、锰、锌元素含量，连续流动法测定烟叶总糖与还原糖含量^[14]，气相色谱–质谱联用法测定烟碱含量^[15]。

1.3 数据处理与分析

采用SPSS 21.0计算土壤和烟叶性质的基本统计特征，包括平均值、标准差、变异系数、峰度、偏度等。研究表明，蔬菜种植过程中，随着种植时间的增加，土壤有效磷含量不断增加^[16]，因此，本研究利用土壤其他养分含量与有效磷含量的比值作为养分失衡的指标，考察土壤养分失衡状况；并通过拟合各比值与烟叶品质参数之间的相关性，分析土壤养分失衡对烟叶品质的影响。

2 结果与讨论 2.1 土壤养分基本特征

对于大量营养元素，研究区土壤全氮含量介于0.50 ~ 4.30 g/kg，平均为1.67 g/kg(表 1)，数据分布基本呈正态分布，变异系数、峰度和偏度均不高；碱解氮含量变化范围相对较宽，在23.69 ~ 336.64 mg/kg，平均为103.75 mg/kg，主要集中在90 ~ 200 mg/kg，导致峰度和偏度较高；有效磷含量也有较大的变化范围，为13.32 ~ 196.26 mg/kg，平均为59.72 mg/kg，变异系数相对较高；速效钾含量变化范围相对较小，为82.40 ~ 346.00 mg/kg，平均值为195.72 mg/kg，数据接近正态分布。

对于中量营养元素，研究区土壤交换性钙含量分布较宽，介于5.52 ~ 63.21 cmol/kg，平均为24.59 cmol/kg，其数据分布接近正态分布(表 1)；交换性镁含量介于1.15 ~ 8.88 cmol/kg，平均为4.74 cmol/kg，其含量有较宽的变化范围，但标准差、峰度和偏度均不高，数据分布也接近正态分布。

对于微量营养元素，研究区土壤有效铜含量介于0.55 ~ 21.40 mg/kg，平均为3.68 mg/kg，含量有较宽的变化范围，但标准差、峰度和偏度均较高，数据分布有些偏态，相对含量较低的样点偏多(表 1)；有效铁含量介于9.98 ~ 233.93 mg/kg，平均值48.13 mg/kg，其含量有较宽的变化范围，但标准差、峰度和偏度均较高，与有效铜含量的情况类似，数据分布有些偏态，相对含量较低的样点偏多；有效锰含量变化范围也较大，为6.20 ~ 50.500 mg/kg，平均为25.13 mg/kg，峰度和偏度较小，含量较高的样品偏多；有效锌含量变化范围也较大，介于0.25 ~ 12.05 mg/kg，平均为3.16 mg/kg，但其数据分布的正偏态较其他几个微量元素更明显，含量较低的样点数比例更高。

从上述典型样点土壤养分性质的描述看，对比前期密集采样的数据统计特征^[4]，两者较为接近，表明这些典型样点在很大程度上反映了研究区土壤养分的含量、变异和分布规律，也反映了供试土壤大量、中量和微量养分元素含量普遍偏高的特点。

总体上看，土壤中微量元素有效态含量/有效磷含量的比值大部分变异系数较高(表 1)，在0.66以上，最高可达0.95，反映这些参数具有较大的变化范围；除ACa/AP的峰度较低外，其余均较高，反映比值较集中，而所有比值偏度均大于1，表明比值偏小的样点较多，呈正偏态。

需要指出的是，研究区土壤有效磷的平均含量为59.72 mg/kg，远超适宜范围15 ~ 30 mg/kg^[17]。土壤磷是烤烟生长发育的必需元素之一，直接参与光合作用的光合磷酸化和碳同化过程，对烟叶的能量代谢和品质形成有着重要影响^[18]。土壤缺磷时，烟株生长缓慢，叶片窄小、发黑；土壤磷过量时，出现叶片变老变黄，组织粗糙，烟草成熟过早、减产等问题^[19]。考虑到土壤有效磷对烟叶产量和品质影响的重要性，本研究选择有效磷作为土壤养分失衡基值是合适而可行的。

2.2 烟叶养分和品质基本特征

研究区烟叶养分和品质参数的统计特征描述如表 2所示。其中，氮素含量介于10.6 ~ 2.35 g/kg，均值为16.1 g/kg，含量较为集中，变异系数较小，峰度和偏度均较小，低于烟叶的最佳含氮量(25 g/kg)^[17]。磷素含量介于1.1 ~ 4.1 g/kg，平均为2.1 g/kg，变异系数较小，但峰度和偏度偏高，含量变化更小。钾素含量介于13.2 ~ 36.5 g/kg，均值达26.1 g/kg，高于优质烟钾含量≥20 g/kg的标准^[17]，且含量较为集中，变异系数较小，峰度和偏度均较小。

相对大量养分，研究区烟叶铜含量变化范围更宽，在2.46 ~ 30.94 mg/kg，平均为15.49 mg/kg，变异系数相对较大，但峰度和偏度均较小(表 2)。铁含量也有较大的变化范围，在84.02 ~ 468.54 mg/kg，平均为180.32 mg/kg，变异系数相对较大，峰度和偏度也较高。锰含量变化范围在13.68 ~ 75.81 mg/kg，平均为31.93 mg/kg，与铁含量类似，变异系数、峰度和偏度相对较大。锌含量变化范围在12.98 ~ 65.20 mg/kg，平均为33.75 mg/kg，统计特征与土壤有效铜含量相似，变异系数相对较大，但峰度和偏度均较小。

研究区烟叶总糖含量变化范围在132 ~ 365 g/kg，均值达261 g/kg，变化范围不大，变异系数很小，有一定负偏态，整体含量较高(表 2)。烟叶还原糖含量在84 ~ 299 g/kg，平均为189 g/kg，统计特征与总糖含量类似。与总糖含量230 ~ 290 g/kg和还原糖含量200 ~ 230 g/kg的适宜范围^[17]相比，研究区烟叶还原糖含量偏低。烟叶烟碱含量变化范围在11.6 ~ 40.6 g/kg，平均为21.1 g/kg，大致处于优质烟叶标准(20 ~ 30 g/kg)的下限^[17]，变异系数较小，但峰度偏高，表明其含量在平均值附近集中。值得注意的是，烟叶中的糖碱比平均达到12.4，大致处于优质烤烟(8.5 ~ 13.5)的上限^[17]。

2.3 土壤养分失衡状况评价

由图 1可以看出，AN/AP(碱解氮/有效磷)和AK/AP(速效钾/有效磷)均随着土壤有效磷含量(AP)的增加呈极显著的指数降低趋势(P < 0.001)。对于ACa/AP和AMg/AP，随着土壤有效磷含量的增加，也呈极显著的指数下降趋势(P < 0.001)。

同样地，由图 2可见，ACu/AP、AFe/AP和AMn/AP也随土壤有效磷含量增加呈指数下降，其中ACu/AP、AMn/P与土壤有效磷含量呈极显著负相关(P < 0.001)，AFe/AP与土壤有效磷含量呈显著负相关(P < 0.05)。这表明随着土壤有效磷含量的增加，土壤中铜、铁和锰的有效性增加不明显，其与土壤有效磷含量的比值快速下降，土壤存在明显的养分元素失衡状况。尽管AZn/AP与土壤有效磷含量之间相关性未达显著水平，但仍可以看出，两者之间也存在一定的反向关系，即也存在一定程度的失衡。

2.4 土壤养分失衡对烟叶质量的影响

土壤养分有效态/有效磷比值与烟叶大量养分含量的相关性分析结果(表 3)表明，除AN/AP和AZn/AP外，其他比值与烟叶氮含量呈极显著负相关(P < 0.01)，表明土壤中大部分养分的失衡均有可能导致烟叶氮的积累。但相对而言，大多数养分比值与烟叶磷的吸收无关，仅AN/AP和AFe/AP分别与烟叶磷素含量呈显著的负相关和正相关(P < 0.05)，但相关系数较小，表明土壤养分失衡似乎对烟叶的磷素吸收影响不大。土壤养分失衡对烟叶钾素吸收的影响主要表现在土壤钙和镁的失衡上，ACa/AP与烟叶钾含量呈极显著负相关，(P < 0.01)，AMg/AP与烟叶钾含量呈显著负相关(P < 0.05)，表明在土壤钙和镁有效态含量相对有效磷含量较低的情况下，有利于烟叶对钾素的吸收。

AN/AP与烟叶铜含量呈显著正相关(P < 0.05)，AK/AP、ACa/AP、AMg/AP和AMn/AP与烟叶锰含量呈极显著正相关(P < 0.001)，表明随着这些养分失衡程度的增加，烟叶对铜的吸收会明显降低。AK/AP与烟叶铁含量呈显著负相关(P < 0.05)，ACa/AP与烟叶铁含量呈极显著负相关(P < 0.01)，表明这两个元素失衡会增加烟叶铁的吸收，而其余养分元素失衡对烟叶铁的吸收影响不大。AK/AP、Ca/AP、AMg/AP和AMn/AP与烟叶锰含量呈显著(P < 0.05)或极显著正相关(P < 0.001)；AZn/AP、ACu/AP和AFe/AP与烟叶锌含量间呈显著(P < 0.05)或极显著正相关(P < 0.001)，表明不同元素的失衡对烟叶锰、锌吸收具有不同的影响。总体来说，土壤养分失衡对烟叶铜、锰和锌吸收具有抑制作用，对烟叶铁吸收具有促进作用。

土壤养分元素比值与烟叶品质指标间也显示出了极显著相关性。具体表现为，AK/AP、ACa/AP、AMg/AP、AMn/AP与烟叶总糖和还原糖含量均呈极显著正相关(P < 0.001)，这些比值的降低，失衡程度加大，有可能会导致烟叶中还原糖的降低。相反，这些比值与烟叶烟碱含量呈极显著负相关(P < 0.01或P < 0.001)，即这些元素比值的降低，失衡程度的增大，会增加烟叶中烟碱的积累。

2.5 讨论

抚仙湖沿湖盆地内的植烟农田大多数是蔬菜种植地转化而来。由于蔬菜种植时间长，种植过程中施肥量大，土壤中的养分普遍高于一般农田，这是该地区土壤养分普遍偏高的重要原因。另外，在蔬菜种植的施肥过程中，普遍存在化肥施用量过大的问题，且养分种类单一，缺乏微量元素。虽然有机肥是微量元素的主要来源之一，但其微量元素含量相对于大量元素占比明显偏低。土壤养分调查结果显示，蔬菜种植中氮肥和磷肥的年施用量通常可达粮食作物农田的3倍以上，甚至高达数十倍，导致土壤中大量元素的含量呈数量级增长；相比之下，通过有机肥引入的微量元素则相对有限，增幅一般不超过两倍^[20]。尽管酸性肥料的使用可能使土壤趋于酸化，从而在一定程度上提高部分微量元素的有效性，但这种提升幅度仍然较小，同时还可能降低钙、镁等中量元素的有效性。因此，在此类土壤中，中微量元素与大量元素之间的养分失衡现象较为普遍。

对于各种养分有效态含量/有效磷含量比值较低的土壤，其往往均是原蔬菜种植强度较大的土壤，氮磷甚至钾养分含量均较高，尽管相较于磷素的增加，其增幅并不显著，但仍能维持烟叶对氮素吸收量的提升，或促进烟叶中烟碱的积累。对于烟叶钾的吸收，只在钙、镁等中量元素失衡即两者相对于磷的积累减少的情况下，才有利于烟叶钾素的吸收。烟叶对土壤中钙、镁与钾的吸收存在拮抗作用，有研究发现，云南地区土壤钙钾比和镁钾比过高导致了烤烟缺钾^[21]。对于烟叶中各种微量元素和还原糖含量，土壤大部分元素的失衡均抑制了这些组分的吸收。这些结果显示，在蔬菜种植的高养分含量土壤上，土壤养分失衡对烟叶养分吸收的影响是明显的，未来土壤养分失衡对烟叶品质的影响机理是值得深入研究的重要内容。另外，在植烟土壤养分管理过程中，应该注意根据土壤养分失衡状况及对烟叶品质的影响，精准调节施肥配比和施肥技术，针对本研究区，需适当降低磷肥投入，而土壤有效磷降低后，会增加烟叶对钙镁和微量元素的的吸收，因此可以同时考虑减少或停用这些中微量元素肥料。

3 结论

受历史长期蔬菜种植过程中人为施肥管理的影响，抚仙湖流域烟田土壤养分整体偏高，但相对于大量养分(氮、磷、钾)的增加，中微量营养(钙、镁、铜、铁、锰、锌)的增加比例较低，表现为土壤的大中微量元素有效态含量/有效磷含量比值均随着有效磷含量的增加呈指数下降，造成土壤养分失衡愈加明显。

土壤大部分养分失衡会提升烟叶中氮和烟碱含量，土壤钙镁养分失衡则可增加烟叶中钾含量，土壤中钾和大部分中微量元素有效态含量/有效磷含量比值的提高，会提高烟叶中铜、锰、锌和还原糖含量，进而明显影响烟叶品质。因此，为确保优质烟叶生产，除关注土壤大量养分平衡外，还应关注中微量元素的平衡。研究区未来的施肥策略应该是：近年内适当降低磷肥用量，减少或停用钙镁肥和微肥。