鄧小華 李源環(huán) 周米良 趙炯平 田峰 菅攀鋒 劉朝營 李海林

摘要：為了解種植烤煙對武陵山地土壤養(yǎng)分和酸度垂直變化的影響，采集了湘西煙區(qū)不同土壤類型和種植方式的典型剖面土壤，分析了植煙土壤養(yǎng)分和酸度參數(shù)的垂直分布特征。結(jié)果表明，土壤養(yǎng)分和緩沖容量隨土壤深度增加而減少。隨土壤剖面深度增加，黃棕壤的pH變化較小，紫色土和黃紅壤pH增加，黃壤pH先增加后減少再增加：黃棕壤和黃壤的潛性酸變化較小，黃紅壤的潛性酸呈下降趨勢，紫色土的潛性酸呈跳躍式變化；黃棕壤、紫色土和黃紅壤的陽離子交換量、交換性鹽基總量、鹽基飽和度以底層相對較高，黃壤以表層相對較高。表層土壤的酸度參數(shù)變異大；紫色土和黃紅壤的表層土壤交換性酸、交換性氫和交換性鋁極顯著高于黃棕壤和黃壤；表層土壤交換性鹽基總量和陽離子交換量以黃壤相對較高，土壤鹽基飽和度以黃棕壤和黃壤相對較高。酸堿緩沖容量按大小排序為黃紅壤>黃壤>黃棕壤>紫色土。長期種植烤煙會導(dǎo)致植煙土壤養(yǎng)分表聚化和酸化，水旱輪作和施用石灰、種植綠肥具有改善酸化土壤的作用。

關(guān)鍵詞：武陵山區(qū)；植煙土壤；土壤養(yǎng)分；土壤酸度參數(shù)；垂直分布

優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)需要良好的土壤環(huán)境。土壤養(yǎng)分和酸度是植煙土壤環(huán)境質(zhì)量評價的重要內(nèi)容。植煙土壤養(yǎng)分為煙株生長提供必須的營養(yǎng)元素，其酸度影響土壤理化性質(zhì)及煙葉品質(zhì)。土壤養(yǎng)分和土壤酸度在垂直空間上具有分異現(xiàn)象，不同的土壤類型、土地利用方式、施肥方式都會對土壤養(yǎng)分和酸度的垂直分布產(chǎn)生影響。尚斌等研究認為，武陵山烤煙產(chǎn)區(qū)不同剖面發(fā)生層的pH隨著深度的增加而增大，有機質(zhì)表現(xiàn)出表層富集現(xiàn)象：曹裕松等研究認為，水稻田土壤中有機質(zhì)、有效磷含量隨著土層深度的增加迅速降低，土壤速效鉀含量垂直差異不明顯：吳士文等研究了南方茶園及集約經(jīng)營下南方竹園土壤酸度指標(biāo)垂直分布特征，認為表層土壤酸化嚴重，且有明顯的深層化趨勢：而對于烤煙種植土壤的養(yǎng)分和酸度垂直分布特征的研究少有報道。以我國武陵山地烤煙典型生態(tài)區(qū)湘西州為研究對象，研究了該區(qū)域多年植煙土壤的養(yǎng)分和酸度垂直分布特征，以期為酸化植煙土壤的改良和修復(fù)提供參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于武陵山腹地的湘西自治州（27°44'～29°38'N，1096°10'～110°22'E），平均海拔1000m左右，以山地為主，山地山原約占81.5%，丘陵占10.3%，平原占4.1%牟均氣溫15.8-16.9℃，年均降水量1300-1500 mna，無霜期250-280 d屬中亞熱帶山區(qū)季風(fēng)濕潤氣候區(qū)：烤煙種植有60余年歷史，主要是一年一熟，與玉米、水稻等作物輪作，為中國醇甜香烤煙典型生態(tài)區(qū)。

1.2土壤樣品采集

根據(jù)湘西州煙區(qū)土壤類型的分布特點，于2016年在烤煙拔稈后，選擇具有10年以上烤煙種植歷史的4種典型土壤：黃棕壤（Yellowbrown soil，簡稱YBS），采自龍山縣大安鎮(zhèn)水稻田，成土母質(zhì)為板頁巖，煙一稻輪作：紫色土（Purple soil，簡稱PS），采自永順縣芙蓉鎮(zhèn)旱地，成土母質(zhì)為紫色砂頁巖，煙一玉米輪作：黃紅壤（Yellow red soil，簡稱YRS），采自保靖縣復(fù)興鎮(zhèn)旱地，成土母質(zhì)為白云巖，煙一玉米輪作：黃壤（Yellow soil，簡稱YS），采自花垣縣道二鎮(zhèn)旱地，成土母質(zhì)為石灰?guī)r，煙一玉米輪作，近2年種植綠肥和施用石灰改良土壤。每種典型土壤選擇3個點，分別按0～10、10～20、20～30、30～40、40～50，50～60、60～70，70～80，80～90，90～100 cm挖取剖面土壤，帶回實驗室自然風(fēng)干、研磨，過孔徑1mm土壤篩備用。

1.3土壤檢測指標(biāo)及方法

重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)（soil organicmatter，SOM）：堿解氮（Alkali-hydrolyzable N，AN）、速效磷（AvailableP，AP）、速效鉀（AvailableK，AK）、土壤pH、交換性酸（Exchangeable acid，EA）、交換性氫（Exchangeable hydrogen，EH+）、交換性鋁（Exchangeable alex，EAl3）、土壤陽離子交換量（cation exchange capacity，CEC）、交換性鹽基總量（Total exchangeable base cations，EB）測定參考文獻，并計算鹽基飽和度（Base saturation，BS）[BS（%）=EB/CEC*100]：土壤酸堿緩沖容量（pH buffer capacityJ pHBC）測定參照文獻。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010及SPSS 20.0等軟件進行統(tǒng)計分析。由于烤煙采用壟作，將土壤樣品按垂直深度0～40、40～70、70～100 cm分為表層（surface layer，簡稱SL）、中層（Middle layer，簡稱ML）、底層（Bottom layer，簡稱BL），分別統(tǒng)計不同土壤層次土壤養(yǎng)分和酸度指標(biāo)平均值，并做方差分析。新復(fù)極差法進行多重比較。

2結(jié)果

2.1植煙土壤主要養(yǎng)分垂直分布

2.1.1垂直分布特征（1）有機質(zhì)：由圖1左可知，土壤有機質(zhì)含量3.19～33.65 g/kg，隨剖面深度增加而下降。黃棕壤和黃壤在0～20cm土層有機質(zhì)下降較快，而紫色土在0～60cm土層、黃紅壤在0～50cm土層有機質(zhì)下降較快，隨深度增加，4種土壤類型有機質(zhì)下降趨緩。從圖1右看出，表層、中層、底層土壤有機質(zhì)含量差異顯著或極顯著，黃棕壤、紫色土、黃紅壤、黃壤的表層有機質(zhì)較中層分別高33.05%、48.27%、48.00%、36.90%。整體上，黃色土有機質(zhì)降幅最大，其次是紫色土。

（2）堿解氮：由圖2左可知，土壤堿解氮含量24.00-192.50 mg/kg，隨剖面深度增加而下降。黃棕壤在0-30 cm土層堿解氮下降較快，黃紅壤和黃壤在0-40 cm土層堿解氮下降較快，紫色土在20-40 cm土層堿解氮下降較快，以后4種土壤類型堿解氮下降趨緩。從圖2右看，表層、中層、底層土壤堿解氮含量差異顯著或極顯著，黃棕壤、紫色土、黃紅壤、黃壤的表層堿解氮較中層分別高27.72%、58.52%、57.79%、54.02%。整體上，紫色土、黃紅壤、黃壤堿解氮降幅較大，黃棕壤相對降幅較小。

（3）有效磷：由圖3左可知，土壤有效磷含量5.39-77.55 mg/kg，隨剖面深度增加而下降。黃棕壤在0-30 cm土層有效磷差異小，30-50 cm土層有效磷下降較快：紫色土在0-40 cm土層有效磷下降較快：黃紅壤在0-20 cm土層有效磷差異小，20-50 cm土層有效磷下降較快：黃壤在0-30 cm土層有效磷下降較快：4種土壤類型在50-100 cm土層有效磷差異較小。從圖3右看，4種土壤類型表層土壤有效磷顯著高于中層、底層，而中層、底層之間土壤有效磷差異不顯著。黃棕壤、紫色土、黃紅壤、黃壤的表層有效磷較中層分別高82.27%、77.39%、64.92%、46.09%。整體上，黃棕壤有效磷降幅較大，其次是紫色土。

（4）速效鉀：由圖4左可知，土壤速效鉀含量85.27-612.99 mg/kg，隨剖面深度增加而下降。黃棕壤在0-40 cm土層速效鉀差異小，40-60 cm土層速效鉀下降較快，以后下降幅度較?。鹤仙?、黃紅壤、黃壤分別在0～50、0～60、0～30 cm土層速效鉀下降較快，以后下降幅度較小。從圖4右看，黃棕壤和黃紅壤表層、中層、底層土壤速效鉀含量差異極顯著：紫色土、黃壤的表層土壤速效鉀顯著高于中層、底層，而中層、底層之間土壤速效鉀差異不顯著。黃棕壤、紫色土、黃紅壤、黃壤的表層速效鉀較中層分別高42.96%、37.49%、64.54%、44.31%。整體上，黃紅壤速效鉀降幅較大，其他土壤類型降幅較小。

2.1.2不同類型土壤養(yǎng)分差異

由表1可知，從表層土壤看，黃棕壤、紫色土和黃壤的有機質(zhì)極顯著高于黃紅壤：不同類型土壤堿解氮差異不顯著：黃棕壤有效磷極顯著高于黃壤：紫色土和黃紅壤的速效鉀極顯著高于黃棕壤和黃壤，且黃棕壤速效鉀也極顯著高于黃壤。從中層土壤看，黃棕壤的有機質(zhì)極顯著高于黃壤、黃紅壤：黃棕壤的堿解氮顯著高于紫色土、黃壤、黃紅壤：不同類型土壤有效磷差異不顯著：黃棕壤的速效鉀極顯著高于紫色土、黃紅壤、黃壤。從底層土壤看，黃棕壤的有機質(zhì)極顯著高于黃紅壤、黃壤，紫色土的有機質(zhì)極顯著高于黃紅壤：黃棕壤的堿解氮極顯著高于紫色土、黃紅壤、黃壤：黃棕壤的有效磷顯著高于紫色土、黃紅壤、黃壤：紫色土的速效鉀極顯著高于黃棕壤、黃紅壤、黃壤。

從表1的F值大小看，不同類型表層土壤，以速效鉀含量變化最大，堿解氮含量變化最小：不同類型中層土壤，以速效鉀含量變化最大，有效磷含量變化最?。翰煌愋偷讓油寥?，以堿解氮含量變化最大，有機質(zhì)含量變化最小。

2.2植煙土壤pH垂直分布

2.2.1垂直分布特征由圖5左可知，黃棕壤的pH在6.47-6.78，隨土壤剖面深度增加略有增加，變化較小。紫色土pH在0-70 cm土層，隨土壤剖面深度增加而增加（從4.47增加至6.04），以后略有下降。黃紅壤pH在4.69～5.55，隨土壤剖面深度增加而增加。黃壤pH在0～30 cm土層，隨土壤剖面深度增加而增加：在30～70 cm土層，隨土壤剖面深度增加而減少：在70～100 cm土層，隨土壤剖面深度增加而增加。

從圖5右看，表層、中層、底層土壤pH差異極顯著。黃棕壤表層土壤pH極顯著高于中層、底層，分別高2.86%、2.93%：紫色土表層土壤pH極顯著低于中層、底層，分別低19.09%、24.43%；黃紅壤表層土壤pH極顯著低于中層、底層，分別低9.43%、12.47%黃壤表層土壤pH極顯著高于中層、底層，分別高9.45%、3.06%，但中層土壤pH極顯著低于底層（低6.97%）。

2.2.2不同類型土壤pH分布差異由表2可知，從表層土壤oH看，黃棕壤（中性）>黃壤（弱酸性）>黃紅壤（強酸性）>紫色土（強酸性），不同類型土壤pH差異極顯著。從中層土壤pH看，黃棕壤（中性）>黃壤（酸性）>紫色土（酸性）>黃紅壤（強酸性），黃棕壤土壤pH極顯著高于其他類型土壤。從底層土壤pH看，黃棕壤（中性）>黃壤（弱酸性）>紫色土（酸性）>黃紅壤（酸性），不同類型土壤pH差異極顯著。從表2的不同土層的F值大小看，以表層土壤變化最大，其次是底層土壤。這表明表層土壤pH受人為干擾最大，通過人為調(diào)控可以改變土壤pH。

2.3植煙土壤潛性酸垂直分布

2.3.1垂直分布特征（1）交換性酸：土壤pH可用來表示土壤活性酸度。土壤潛性酸度主要是交換性酸（EA），是指吸附在土壤膠粒表面的交換性氫（EH+）和交換性鋁（EAl3+）的數(shù)量。由圖6左可知，黃棕壤的EA隨剖面深度增加而略有增加，但變化較?。狐S壤在0～70cm土層的EA隨剖面深度增加而略有增加，此后下降：紫色土和黃紅壤的EA隨剖面深度增加呈下降趨勢。從圖6右看，黃棕壤表層、中層、底層的EA呈極顯著增加：紫色土和黃紅壤表層、中層、底層的EA呈極顯著下降：黃壤的中層EA極顯著高于表層和底層土壤。

（2）交換性氫：由圖7左可知，黃棕壤的EH+隨剖面深度增加變化較?。鹤仙罞H+隨剖面深度增加呈跳躍式變化：黃紅壤EH+隨剖面深度增加而下降；黃壤EH+在0～20cm土層下降，在20～70 cm土層上升，以后下降。從圖7右看，黃棕壤和紫色土表層、中層、底層的EH+差異不顯著：黃紅壤表層、中層、底層的EH+呈極顯著下降：黃壤的中層EH+極顯著高于表層和底層土壤。

（3）交換性鋁：由圖8左可知，黃棕壤的EA1+隨剖面深度增加而略有增加，但變化較?。鹤仙恋腅A13+在0～20cm土層隨剖面深度增加而增加，以后呈下降趨勢：黃紅壤的EA1+在0～30 cm土層隨剖面深度增加而增加，在30～60 cm土層隨剖面深度增加而快速下降，以后緩慢下降：黃壤的EA13+在0～70 cm土層隨剖面深度增加而略有增加，以后緩慢下降。從圖8右看，黃棕壤表層、中層、底層的EA13+呈極顯著增加：紫色土和黃紅壤表層、中層、底層的EA13+呈極顯著或顯著下降：黃壤的中層EA13+極顯著高于表層和底層土壤。

2.3.2不同類型土壤潛性酸分布差異由表2可知，紫色土和黃紅壤的表層土壤EA、EH+、EA13+極顯著高于黃棕壤和黃壤：從中層土壤潛性酸看，黃紅壤的EA、EA13+顯著高于黃棕壤和黃壤，黃紅壤的EH+極顯著高于黃棕壤、紫色土和黃壤：從底層土壤潛性酸看，黃紅壤的EA、EA13+顯著或極顯著高于黃棕壤、紫色土和黃壤，不同類型土壤的EH+差異不顯著。從表2的不同土層的F值大小看，以表層土壤的潛性酸變異最大：不同潛性酸以EA變異最大，其次是EA13+。

2.4植煙土壤交換性鹽基垂直分布

2.4.1垂直分布特征（1）陽離子交換量：由圖9左可知，黃棕壤在0-60cm土層CEC隨剖面深度增加而下降，在60-90cm土層CEC隨剖面深度增加而增加；紫色土和黃紅壤的CEC隨剖面深度增加成上升趨勢：黃壤在0-30cm土層的CEC隨剖面深度增加而增加，以后呈下降趨勢。

從圖9右看，黃棕壤CEC表現(xiàn)為底層>表層>中層，不同土層的CEC差異極顯著：紫色土和黃紅壤的CEC表現(xiàn)為底層>中層>表層，不同土層的CEC差異極顯著：黃壤的表層CEC顯著高于中層和底層土壤。

（2）交換性鹽基總量：由圖10左可知，黃棕壤在0-60cm土層的EB隨剖面深度增加而下降，在60-80cm土層的EB隨剖面深度增加而增加；紫色土和黃紅壤的EB隨剖面深度增加呈上升趨勢：黃壤在0-30cm土層的EB隨剖面深度增加而增加，在30-70cm土層的EB隨剖面深度增加而下降，以后呈上升趨勢。從圖10右看，黃棕壤EB表現(xiàn)為底層>表層>中層，黃壤EB表現(xiàn)為表層>中層>底層，不同土層的EB差異極顯著：紫色土和黃紅壤的EB表現(xiàn)為底層>中層>表層，不同土層的EB隨剖面深度增加而變化較?。鹤仙梁忘S紅壤在0-20 cm土層的BS下降，以后呈上升趨勢：黃壤在0～40、50～70、80～100cm土層的BS隨剖面深度增加而變化較小，在40～50cm.在70～80cm土層是BS變化拐點。從圖11右看，黃棕壤表層、中層、底層的BS差異不顯著；紫色土和黃紅壤的BS表現(xiàn)為底層>中層>表層，不同土層的BS差異極顯著：黃壤的表層和底層BS極顯著高于中層土壤。

2.4.2不同類型土壤交換性鹽基總量分布差異由表2可知，不同土壤類型的EB、CEC、BS差異極顯著。從表層土壤看，土壤EB和CEC以黃壤相對較高：土壤BS以黃棕壤和黃壤相對較高。從中層土壤看，紫色土、黃紅壤和黃壤的EB相對較高：黃壤的CEC相對較高，但其BS相對較低。從底層土壤看，紫色土的EB、CEC相對較高，黃棕壤、紫色土和黃壤的BS相對較高。從表2的不同土層的F值大小看，以表層土壤的EB、CEC、BS變異差異極顯著。

（3）鹽基飽和度：由圖11左可知，黃棕壤BS最大：不同交換性鹽基總量以CEC變異最大。

2.5植煙土壤緩沖容量垂直分布

2.5.1垂直分布特征

由圖12左可知，不同土壤類型的pHBC隨剖面深度增加呈下降趨勢。黃棕壤的pHBC在20～40cm土層下降較快：紫色土的pHBC在0～50cm土層下降較快：黃紅壤的pHBC在40～70cm土層下降較快：黃壤的pHBC在40～60cm土層下降較快。從圖12右看，黃棕壤和紫色土的pHBC表現(xiàn)為表層>底層>中層，不同土層的pHBC差異顯著：黃紅壤和黃壤的表層pHBC極顯著高于中層和底層土壤?？梢姡w上，以表層土壤的pHBC相對較高：黃棕壤、紫色土、黃紅壤、黃壤的表層pHBC較中層分別高38.68%、23.03%、33.30%、33.23%。

2.5.2不同類型土壤緩沖容量垂直分布差異

由序為：黃紅壤>黃壤>黃棕壤>紫色土，不同類型土壤pHBC差異極顯著。從不同土層的F值大小看，以表層土壤的pHBC變異最大?？梢娡寥纏HBC不僅與土壤類型有關(guān)，也與土壤利用后的人為干擾有關(guān)，可以通過土壤改良措施提高土壤的pHBC。

3討論

武陵山地植煙土壤養(yǎng)分具有較強的表聚性特征，自上而下存在明顯的遞減性，這與朱海濱等、張心昱等、尚斌等的研究結(jié)果是一致的：不同土壤類型以表層土壤的酸度參數(shù)變異最大。土壤養(yǎng)分和酸度是自然因子和人為因子共同作用的結(jié)果。表層土壤作為人類利用土地進行各種活動的綜合反映，不同的土壤管理措施、作物施肥、作物根系分泌物、作物凋落物和殘余量等，加之表層土壤處于土壤與大氣的界面，承接大氣的干、濕沉降，這些變化都會引起養(yǎng)分和酸度在表層土壤系統(tǒng)的再分配。

不同土壤類型和土地利用方式影響土壤pH垂直分布特征。孫東海等研究表明，橡膠林地土壤pH隨著土層深度的增加而逐漸升高，這與本研究有關(guān)紫色土和黃紅壤植煙土壤pH垂直變化特征是一致的，表明長期種植烤煙會導(dǎo)致土壤酸化。本研究中，黃棕壤土剖面的前期為水稻田，水稻生長期間的淹水耕作導(dǎo)致鐵、硫的氧化還原，以及二氧化碳還原為甲烷等生物地球化學(xué)過程，形成水稻土的pH趨于中性至偏堿性，近幾年改作旱地種植烤煙，雖降低了土壤pH，但其表層土壤pH還是極顯著高于中層、底層。黃壤表層土壤pH極顯著高于中層、底層，中層土壤pH極顯著低于底層，主要是因為近2年來施用石灰和種植綠肥改良酸性土壤導(dǎo)致表層土壤pH升高的緣故。

由于大量施用化肥，導(dǎo)致植煙耕層土壤養(yǎng)分富集。植煙耕層土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀適宜值分別為20～30 g/kg、10～30 mg/kg、160～240 mg/kg。但是，武陵山地中黃紅壤表層土中有機質(zhì)含量偏低，應(yīng)適當(dāng)增施有機肥：黃棕壤表層土中有效磷含量偏高，應(yīng)適當(dāng)減少施肥配方中的磷肥比例：紫色土和黃紅壤表層土中速效鉀為適宜值的2～3倍，主要是煙草生產(chǎn)大量施用硫酸鉀肥所為，生產(chǎn)中應(yīng)采用硝酸鉀部分替代硫酸鉀。

優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)所需的土壤pH范圍為5.5～7.0，武陵山地紫色土和黃紅壤植煙表層土的pH值低于烤煙生產(chǎn)適宜的水平，為強酸性土壤：其交換性酸、交換性氫和交換性鋁極顯著高于中層、底層土壤：其交換性鹽基總量、陽離子交換量和鹽基飽和度極顯著低于中層、底層土壤：這種土壤不僅不利于煙株根系的生長和養(yǎng)分的吸收，而且影響土壤養(yǎng)分的有效性，必須采取措施進行修復(fù)，以滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)需要。

4結(jié)論

武陵山地植煙土壤養(yǎng)分具有較強的表聚性特征，但黃紅壤表層土有機質(zhì)含量偏低，黃棕壤表層土有效磷含量偏高，紫色土和黃紅壤表層土速效鉀含量偏高，應(yīng)增施有機肥，控制化肥的施用量。不同類型土壤的酸度特征垂直分布存在差異。隨土壤剖面深度增加，黃棕壤的pH變化較小，紫色土和黃紅壤pH增加，黃壤pH先增加后減少再增加：黃棕壤和黃壤的交換性酸、交換性氫和交換性鋁含量變化較小，黃紅壤的交換性酸、交換性氫、交換性鋁呈下降趨勢，紫色土的交換性酸、交換性鋁呈下降趨勢，紫色土交換性氫呈跳躍式變化；黃棕壤陽離子交換量、交換性鹽基總量以中層土壤較低，紫色土和黃紅壤的陽離子交換量、交換性鹽基總量、鹽基飽和度以表層土壤較低，黃壤表現(xiàn)為交換性鹽基總量、陽離子交換量和鹽基飽和度以中層土壤較低。