余小芬，李軍營，韓小女，解 燕，劉加紅，張瑞勤，呂亞瓊，馬淑琴，陳秀華，楊樹明，閆 輝，邱學(xué)禮*

云南曲靖植煙土壤交換性鈣、鎂與關(guān)聯(lián)土壤屬性的特征研究①

余小芬1，李軍營2，韓小女3，解 燕4，劉加紅4，張瑞勤4，呂亞瓊4，馬淑琴5，陳秀華5，楊樹明1，閆 輝1，邱學(xué)禮1*

(1 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；2 云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，昆明 650021；3 宣威市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，云南宣威 655400；4 云南省煙草公司曲靖市公司，云南曲靖 655000；5云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，昆明 650205)

利用GPS定位采集云南曲靖核心煙田耕層土壤樣品651個，測定土樣交換性鈣、鎂及pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量，研究交換性鈣、鎂分布特征及其與土壤其他屬性的關(guān)系。結(jié)果表明：①交換性鈣、鎂含量均值分別為3 054.3、258.12 mg/kg，變異幅度較大，且兩者含量屬適宜的占比較低，僅為6.3% 和29.8%，總體含量豐富。不同煙區(qū)間交換性鈣、鎂含量差異較大；②交換性鈣、鎂含量與pH及有機質(zhì)、全氮、全磷含量呈極顯著正相關(guān)，交換性鈣含量與全鉀含量相關(guān)性不顯著，交換性鎂含量與全鉀含量呈極顯著正相關(guān)。采用曲線估計分析每兩個屬性之間的回歸關(guān)系，共建立9個擬合曲線函數(shù)方程，決定系數(shù)為0.118 ~ 0.285，擬合誤差均在3% 以內(nèi)，擬合優(yōu)度較好，調(diào)節(jié)土壤pH、有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量對鈣鎂養(yǎng)分的平衡有重要影響。

植煙土壤；交換性鈣；交換性鎂；曲線擬合

土壤良好的養(yǎng)分供應(yīng)和協(xié)調(diào)營養(yǎng)及環(huán)境條件的能力是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)烤煙的基礎(chǔ)。鈣、鎂既是烤煙生長所必需的中量營養(yǎng)元素，又是品質(zhì)元素，對烤煙的生長發(fā)育、產(chǎn)量和質(zhì)量的形成有重要作用。適量的鈣能促進煙葉葉綠素和煙堿積累及硼、氯的吸收[1]，低鈣則導(dǎo)致煙株葉片反轉(zhuǎn)卷曲呈畸形癥狀[2]。鎂對改善煙葉香氣質(zhì)量，提高煙葉燃燒品質(zhì)，對氮、磷的吸收有一定的抑制作用[3]。鎂含量匱乏會導(dǎo)致煙葉葉綠素含量下降，光合強度降低，碳水化合物合成受阻[4]。土壤交換性鈣、鎂是煙葉中鈣鎂的重要來源，煙葉含鎂量與土壤交換性鎂呈顯著正相關(guān)，與鈣鎂比呈極顯著負相關(guān)[5]。土壤交換性鈣含量過高以及鈣鎂比偏高均可誘導(dǎo)土壤交換性鎂含量豐富地區(qū)的煙葉缺鎂[6]。鈣鎂比則可反映土壤中鈣、鎂元素的有效性、協(xié)調(diào)性和生態(tài)過程的變化[7]。土壤交換性鈣、鎂含量受土壤類型[8]、成土母質(zhì)、海拔高度的影響[9]，與有機質(zhì)、水解性氮、有效磷含量密切相關(guān)[10]，也受離子間協(xié)同或拮抗效應(yīng)影響[11]；土壤pH與交換性鈣、鎂含量顯著正相關(guān)[12]。

曲靖是云南乃至全國最大的烤煙產(chǎn)區(qū)，適宜烤煙種植面積56.3×104hm2，年均產(chǎn)煙葉量達1.8×105t，烤煙產(chǎn)量約占全國的1/10。曲靖也是中國優(yōu)質(zhì)烤煙產(chǎn)區(qū)之一，所產(chǎn)烤煙香味清雅，煙氣醇和、細膩，在卷煙中獨具特色，已成為許多高端卷煙品牌配方中不可或缺的原料。關(guān)于云南曲靖植煙土壤交換性鈣和鎂分布及其與煙葉鈣鎂之間關(guān)系已有報道[10,13]，但由于研究目標不同、樣點布局差異及樣本數(shù)少等原因，致使研究結(jié)果全面性和系統(tǒng)性不足。鑒于目前曲靖存在的煙區(qū)轉(zhuǎn)移、煙田輪作壓力加大等突出問題，以及在國家“2020年化肥零增長計劃”的大背景下，曲靖烤煙平衡施肥仍是一個值得關(guān)注的方面。為此，本研究基于曲靖植煙土壤背景調(diào)查獲取的數(shù)據(jù)，分析其核心煙區(qū)土壤交換性鈣、鎂分布特征及其與土壤其他屬性之間的關(guān)系，以期進一步為科學(xué)管理煙田、合理施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土樣采集

按曲靖市行政區(qū)劃，土壤類型、質(zhì)地、地形地貌和空間分布均勻性等原則，選取代表性煙田，于2014 年采用GPS定位，在云南曲靖9個植煙縣(區(qū))合計采集651個核心煙田土樣，包括：麒麟?yún)^(qū)46個、陸良縣108個、沾益區(qū)69個、馬龍縣10個、宣威市124個、富源縣58個、羅平縣110個、師宗縣85個、會澤縣41個。具體取樣方法為：在煙地尚未施基肥前，采用“S”形隨機5點取樣，取0 ~ 20 cm耕層土壤，去掉雜質(zhì)充分混勻后，按四分法留取1 kg土樣，經(jīng)編碼登記、室內(nèi)風(fēng)干、研磨、過不同孔徑篩后留存待測。

1.2 土樣測定與指標分級

土壤pH采用電位法測定，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定，全鉀采用氫氧化鈉熔融法-火焰光度計法測定，交換性鈣、鎂含量采用乙酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定，具體測定過程詳見參考文獻[14]。參考全國第二次土壤普查土壤肥力劃分指標和相關(guān)資料[15-16]，確定曲靖核心煙田土壤屬性分級(表1)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010和IBM Statistics SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。

圖1 曲靖核心煙田取樣點位空間分布

表1 曲靖煙田土壤屬性分級表

2 結(jié)果與分析

2.1 曲靖植煙土壤交換性鈣、鎂分布

由表2可知，曲靖植煙土壤交換性鈣、鎂含量分別為3 054.3 mg/kg和258.12 mg/kg，變異系數(shù)分別為59.1% 和72.61%。交換性鈣、鎂偏度系數(shù)分別為1.222和1.209，峰度系數(shù)為1.451和1.176，兩種系數(shù)均大于零，分布形態(tài)呈現(xiàn)正偏斜的尖頂峰。根據(jù)交換性鈣、鎂豐缺指標(表1)，曲靖煙田土壤交換性鈣含量處于豐富水平，以很高(>2 000 mg/kg)和高 (1 200 ~ 2 000 mg/kg)級別為主，合計占89.56%，而低(400 ~ 800 mg/kg)和很低(<400 mg/kg)級別合計僅占4.15%。交換性鎂含量相對較低，很高(>400 mg/kg)和高(200 ~ 400 mg/kg)級別合計占51.61%，低(50 ~ 100 mg/kg)和很低(<50 mg/kg)級別合計占18.58 %。可見，缺鎂現(xiàn)象比缺鈣相對更為普遍。

2.2 曲靖不同烤煙產(chǎn)區(qū)土壤交換性鈣、鎂分布

從圖2可知，曲靖不同烤煙產(chǎn)區(qū)植煙土壤交換性鈣含量高低依次為：宣威市>富源縣>會澤縣>羅平縣>師宗縣>麒麟?yún)^(qū)>沾益區(qū)>陸良縣>馬龍縣，其中馬龍縣交換性鈣含量平均為1 233.99 mg/kg，接近適宜范圍，其他八產(chǎn)區(qū)交換性鈣顯著高于適宜范圍(<0.05)。交換性鎂含量高低依次為：師宗縣>會澤縣>富源縣>羅平縣>麒麟?yún)^(qū)>宣威市>沾益區(qū)>陸良縣>馬龍縣，其中陸良縣和馬龍縣交換性鎂平均含量在適宜范圍內(nèi)，分別為141.61、127.39 mg/kg；沾益區(qū)、宣威市交換性鎂含量分別為202.85、218.24 mg/kg，接近適宜范圍，其他5個地區(qū)交換性鎂含量顯著高于適宜范圍(<0.05)。

表 2 曲靖植煙土壤交換性鈣鎂含量分布

圖2 曲靖不同烤煙產(chǎn)區(qū)的土壤交換性鈣和鎂含量分布

2.3 土壤交換性鈣、鎂與其他屬性指標的關(guān)系

2.3.1 土壤交換性鈣、鎂與其他屬性指標的相關(guān)性 由表3可知，土壤交換性鈣含量與pH及有機質(zhì)、全氮、全磷含量呈極顯著正相關(guān)，與全鉀含量相關(guān)性不顯著；土壤交換性鎂含量與5個指標均呈極顯著正相關(guān)。以往研究表明，pH影響著土壤養(yǎng)分的有效性[17]，土壤中氮含量高可導(dǎo)致葉片中的鈣鎂含量升高，磷可降低煙葉鈣鎂含量[18]，而過多的鈣會抑制煙株對鎂、鉀離子的吸收[13]。為此，本文選擇pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀來分析其與交換性鈣、鎂的關(guān)系。

表3 植煙土壤交換性鈣、鎂含量與土壤其他指標的相關(guān)性

注：**表示達<0.01極顯著水平。

2.3.2 土壤交換性鈣、鎂與其他屬性指標的曲線方程 以pH及有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量為自變量，交換性鈣、鎂含量為因變量，分別繪制兩個屬性之間的擬合曲線圖(圖3)，并建立9個擬合曲線函數(shù)方程(表4)。從圖3來看，交換性鈣、鎂含量與pH及有機質(zhì)、全氮、全磷含量，以及交換性鎂含量與全鉀含量之間均有曲線關(guān)系，總體趨勢為交換性鈣、鎂含量隨土壤pH及有機質(zhì)、全氮含量升高而增加，隨全磷含量增加先升高后趨于平緩，交換性鎂含量隨土壤全鉀含量增加呈先升高，后趨于平穩(wěn)增加。根據(jù)土壤屬性分級指標(表1)，在pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀適宜時，交換性鈣含量較豐富，在2 357.50~3 455.21 mg/kg；在土壤pH、全氮處于中等適宜水平時，交換性鎂含量接近適宜水平，分別為216.26、202.82 mg/kg；當全磷含量很低(<0.8 g/kg)時，交換性鎂含量最適宜，為178.74 mg/kg。各土壤屬性間適宜水平并不完全吻合，說明在實際生產(chǎn)中，調(diào)節(jié)土壤pH及有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量對鈣鎂養(yǎng)分平衡有不同程度的影響。從表4可知，9個擬合曲線函數(shù)方程均有統(tǒng)計學(xué)意義(<0.01)，決定系數(shù)為0.118 ~ 0.285，擬合誤差均在3%以內(nèi)，說明擬合優(yōu)度很好，各擬合曲線能很好地反映土壤交換性鈣、鎂與其他屬性指標的數(shù)學(xué)關(guān)系。

3 討論

本研究表明，曲靖植煙土壤交換性鈣含量總體處于豐富或極豐富等級，僅少數(shù)土壤(占4.15 %)處于極缺乏或缺乏狀態(tài)；交換性鎂含量以適宜或豐富等級為主，部分土壤處于極缺乏或缺乏(占18.58 %)狀態(tài)。二者整體含量豐富(表2)，主要受成土母質(zhì)和生態(tài)環(huán)境的影響[7-9,17]。曲靖煙區(qū)主要為石灰?guī)r紅壤區(qū)，土壤呈偏酸性，母質(zhì)中鈣鎂風(fēng)化形成交換性離子形態(tài)，這是形成土壤中交換性鈣鎂總體上水平偏高的主要原因；曲靖煙區(qū)緯度跨度大，形成的生態(tài)氣候類型復(fù)雜且南北差異顯著，常年溫度、降雨等氣候差異造成不同產(chǎn)區(qū)交換性鈣鎂含量差異。土壤交換性鈣鎂分別以宣威市、師宗縣最高，以馬龍縣接近適宜范圍，這與他人研究結(jié)果一致[10,13]，其中紅壤(沾益、師宗、富源)、紫色土(會澤、宣威)、水稻土(麒麟?yún)^(qū)、馬龍、陸良)、黃壤(羅平)均分布在不同煙區(qū)；部分土壤長期種植煙草、玉米等喜鎂作物引起鎂素缺乏，同時，部分土壤前作為蔬菜、油菜、萬壽菊，鈣鎂磷肥施入較多，導(dǎo)致土壤鈣鎂增加，鈣鎂比平衡被破壞。研究證明，鈣過高可增加煙葉地方性雜氣[6]，但延長烤煙營養(yǎng)生長，推遲成熟，干物質(zhì)量下降[18]，烤煙吸收過量鈣將打破體內(nèi)鈣-鉀平衡[11]。土壤交換性鎂含量過高直接影響卷煙品質(zhì)[19]，導(dǎo)致煙葉儲存時吸濕性增強，嚴重時引起煙葉生理性缺鎂現(xiàn)象[1]。已有研究表明，隨著烤煙種植年限的增加，土壤中鈣鎂比呈升高趨勢，輪作能充分利用土壤養(yǎng)分，提高施肥效益，烤煙輪作以光葉紫花苕、玉米最好[7]。綜合來看，在曲靖煙葉生產(chǎn)中應(yīng)警惕交換性鈣、鎂過高造成對烤煙生長發(fā)育、產(chǎn)量和質(zhì)量形成的影響。因此，為提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量，在土壤交換性鈣、鎂含量偏高的宣威、會澤、師宗、陸良、富源、麒麟等地區(qū)，可推廣綠肥、玉米輪作，并輔助施用鎂肥提高煙葉鎂含量，從而改善煙葉品質(zhì)。此外，對于少數(shù)土壤處于交換性鈣或鎂缺乏的狀態(tài)，應(yīng)考慮增施鈣、鎂肥料。

圖3 植煙土壤交換性鈣、鎂與土壤其他屬性的擬合曲線圖

表4 植煙土壤交換性鈣、鎂與土壤其他指標的擬合曲線模型

本研究表明，土壤交換性鈣、鎂含量與pH及有機質(zhì)、全氮、全磷含量呈極顯著正相關(guān)，交換性鎂含量與全鉀含量呈極顯著正相關(guān)(表3)，交換性鈣含量與全鉀含量相關(guān)不顯著，這與他人研究結(jié)果相一致[10-12]。經(jīng)回歸分析，除交換性鈣含量與全鉀含量外，各土壤屬性間存在曲線關(guān)系(圖3和表4)，呈現(xiàn)交換性鈣、鎂含量隨土壤pH及有機質(zhì)、全氮含量升高而增加，隨全磷含量增加先升高后趨于平緩，交換性鎂含量隨土壤全鉀含量增加呈先升高后變化平穩(wěn)(圖3)，說明土壤pH及有機質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量對鈣鎂養(yǎng)分平衡均有不同程度的影響。同時，不同土壤屬性間適宜水平并不完全吻合，主要原因可能是不同土壤內(nèi)部各種元素或?qū)傩灾g存在復(fù)雜的拮抗作用或協(xié)同作用[11,20]，各屬性空間變異也受氣候、環(huán)境、耕地利用方式等影響[21]。因此，在生產(chǎn)中，可以考慮一是調(diào)節(jié)土壤pH，適度控制有機質(zhì)、全氮、全磷含量，從而使鈣、鎂與其他土壤屬性指標處于適宜狀態(tài)；二是輪作喜鈣(花生)、喜鎂(玉米)作物，以及減施或不施鈣鎂磷肥，使土壤交換性鈣、鎂含量降至適宜水平；三是因地制宜，推廣測土施肥和平衡施肥以調(diào)整鈣、鎂、磷、鉀等肥料的均衡。

4 結(jié)論

1)云南曲靖植煙土壤交換性鈣鎂含量豐富，其中很高(>2 000 mg/kg)和高(1 200 ~ 2000 mg/kg)級別占89.56%；交換性鎂含量低(50 ~ 100 mg/kg)和很低(<50 mg/kg)級別合占18.58%。不同烤煙產(chǎn)區(qū)之間存在顯著差異，其中馬龍縣交換性鈣含量較符合優(yōu)質(zhì)煙葉生長的要求，陸良縣、馬龍縣、沾益區(qū)和宣威市交換性鎂含量處于適宜或接近適宜水平，其他區(qū)縣二者含量偏高。

2)土壤交換性鈣、鎂含量與pH及有機質(zhì)、全氮、全磷含量，以及交換性鎂含量與全鉀含量相關(guān)性較密切。本研究建立的9個擬合曲線函數(shù)方程，決定系數(shù)為0.118 ~ 0.285，擬合誤差均在3% 以內(nèi)，擬合優(yōu)度較好。在pH、有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀適宜時，交換性鈣含量均豐富。曲線關(guān)系中最適宜pH(5.5 ~ 6.5)、全氮(1.0 ~ 1.5 g/kg)有利于交換性鎂的平衡。當全磷含量很低(<0.8 g/kg)時，交換性鎂含量為最適宜。

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Study on Characteristics Between Exchangeable Calcium, Magnesium and Related Soil Properties of Tobacco-growing Soil in Qujing

YU Xiaofen1, LI Junying2, HAN Xiaonü3, XIE Yan4, LIU Jiahong4, ZHANG Ruiqin4, Lü Yaqiong4, MA Shuqin5, CHEN Xiuhua5, YANG Shuming1, YAN Hui1, QIU Xueli1*

(1 Agricultural Resources & Environment Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China; 2 Yunnan Academy of Tobacco Agricultural Sciences, Kunming 650021, China; 3 Agricultural Technology Extension Center of Xuanwei City, Xuanwei, Yunnan 655400, China; 4 Qujing Branch of Yunnan Tobacco Company, Qujing, Yunnan 655000, China; 5 Food Crops Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China)

651 soil samples were collected from typical tobacco-planting fields in Qujing, Yunnan Province, with sampling sites were located by GPS technology. The contents of exchangeable calcium (Ca), magnesium (Mg), pH, organic matter (OM), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and total potassium (TK) were determined. The distribution characteristics of exchangeable Ca, Mg and their relationship with other soil properties were studied. The results showed that: 1) The average contents of exchangeable Ca, Mg in soil were 3 054.3 mg/kg and 258.12 mg/kg, respectively, both were in abundant levels with large variation, and the proportion below the appropriate levels were 6.3% and 29.8%. The contents of exchangeable Ca and Mg were differed from among 9 tobacco-growing areas. 2) There was significantly positively correlation between exchangeable Ca, Mg and pH, OM, TN and TP. Ca was not significantly correlated with TK, while Mg was significantly positively related to TK. The regression relationship between each two attributes was analyzed using curve estimation method, and a total of 9 curve fit function equations were established, with coefficient of determination varied from 0.118 to 0.285. The fit error was within 3%, which showed the goodness of fit was better. The adjustment of soil pH, OM, TN, TP and TK contents had important impact on the balance of Ca and Mg nutrients.

Tobacco-growing soil; Exchangeable calcium; Exchangeable magnesium; Curve fit

中國煙草總公司云南省公司科技計劃項目(2019530000241050；2019530000241014；2017YN18；2018530000241017) 和云南省科技廳重點研發(fā)項目(2018BB019)資助。

nkyqxl01@126.com)

余小芬(1970—)，女，云南陸良人，助理研究員，主要從事土壤肥料與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究。E-mail: jdhcyxf2007@163.com

S152.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.027