田育天，李湘?zhèn)?，謝新喬，孫 華，楊繼周，林云紅，戴 勛，胡保文，孫維俠，史學(xué)正，沈 晨

（1. 紅塔煙草（集團）有限責(zé)任公司，云南玉溪 653100；2. 玉溪市煙草公司峨山縣分公司，云南玉溪653200；3. 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室（中國科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

烤煙是云南省的重要經(jīng)濟作物，其種植面積和產(chǎn)量常年居全國首位[1]。植煙土壤物理性質(zhì)對烤煙長勢和品質(zhì)有重要影響[2]。云南植煙土壤多為黏性紅壤，加上大田生長季雨熱同期，土壤通透性差，這會制約烤煙生長的營養(yǎng)需求，導(dǎo)致生長前期葉片擴展慢，生長后期土壤持續(xù)釋放氮素，煙葉增厚，開片不足，嚴重影響烤煙品質(zhì)風(fēng)格的形成[3]。因此，深入研究云南典型植煙土壤的通氣孔隙狀況及其主要影響因子，進而綜合評估植煙土壤物理性狀的區(qū)域適宜性，可為當?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙種植區(qū)劃、區(qū)域烤煙總體品質(zhì)提升等提供理論依據(jù)。

近年來有關(guān)植煙土壤物理性質(zhì)的研究，主要集中在土壤質(zhì)地、容重和通氣孔隙等方面。在土壤質(zhì)地研究方面，宋瑩麗等[4]對全國8個省份的植煙土壤質(zhì)地與煙葉品質(zhì)的關(guān)系研究表明，適宜的高砂粒和低黏粒含量的土壤有利于煙葉優(yōu)質(zhì)品質(zhì)的形成。在土壤容重研究方面，祖朝龍等[5]在皖南煙區(qū)水稻土中摻播體積比為5%～50%稻殼后，土壤容重由1.3～1.4 g·cm-3降至0.9～1.2 g·cm-3，煙株農(nóng)藝性狀顯著提高。賈國濤等[6]研究發(fā)現(xiàn)腐熟秸稈可以顯著降低土壤容重，降低土壤緊實程度。鄧小華等[7]研究表明綠肥翻壓3年后植煙土壤容重最高可降低23.87%。在土壤通氣孔隙研究方面，李云飛等[8]對陜西寶雞黏土煙區(qū)進行摻砂（10%、20%、30%和40%）后發(fā)現(xiàn)，與不摻砂相比，摻砂處理可提高土壤孔隙度10.2%～11.5%。孫益權(quán)等[9]在貴州畢節(jié)黏重植煙黃壤上添加7.5%、15.0%和22.5%的多孔改良劑后，土壤通氣孔隙度分別增加了2.7%、8.6%和10.6%，多孔改良劑的體積比每增加1%，土壤通氣孔隙將增加0.5%。

雖然對植煙土壤物理性狀的研究受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，且有較多報道，但迄今為止，對我國植煙區(qū)土壤通氣性量化表征的研究報道并不多見。因此，為了解云南典型植煙土壤的通氣狀況以及物理適宜性，本研究從云南省玉溪市和楚雄州中分別選取華寧縣和楚雄市作為研究區(qū)，采集典型片區(qū)的代表性煙田的耕作層和犁底層土樣（之所以同時研究犁底層，是因為調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于煙田耕作普遍采用小型旋耕機，其耕作深度僅為8～10 cm，加之云南近年來干旱頻發(fā)，烤煙根系生長更加難以穿透犁底層），并測定分析了土壤理化性質(zhì)，旨在通過分析云南典型煙區(qū)植煙土壤的物理性質(zhì)，尤其是通氣孔隙的特征、規(guī)律和區(qū)域特點，為植煙土壤物理性質(zhì)改良和煙葉品質(zhì)提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

華寧縣地處云南省中部，位于23°59′～24°34′N，102°49′～103°09′E之間，海拔介于1 110～2 663 m，平均海拔1 620 m，屬于亞熱帶半濕潤高原季風(fēng)氣候，年均氣溫16℃，降雨量916 m左右，日照時數(shù)2 115～228 9 h，是典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，主要種植甘蔗、烤煙、油麻、蔬菜和柑桔等作物。在華寧縣代表煙區(qū)選擇青龍鎮(zhèn)和寧州鎮(zhèn)作為采樣點，青龍鎮(zhèn)土壤類型主要有紅壤、紫色土和水稻土，成土母質(zhì)為沖積巖、頁巖和紫紅色砂巖；寧州鎮(zhèn)土壤類型主要有紅壤和水稻土，成土母質(zhì)為沖積巖和紫紅色砂巖。

楚雄市位于云南省中部偏北，處于24°13′～26°30′N，100°43′～102°32′E之間，平均海拔約1 773 m，屬亞熱帶低緯高原季風(fēng)氣候，年均14. 8～21.9℃，降水量864 mm，日照時數(shù)2 414 h。土壤類型共有19類，以紫色土分布最廣，紅壤次之，主要種植烤煙、茶葉、薯類、豆類等作物[10]。地勢西北高，東南低，從西北到東南傾斜，全市海拔區(qū)間在691～2 916 m。該地區(qū)氣候冬干夏濕，氣溫日差較大，年降雨量為864 mm，年均氣溫為15.6℃。在楚雄市代表煙區(qū)選擇子午鎮(zhèn)作為采樣點，子午鎮(zhèn)土壤類型主要為紫色土和水稻土，成土母質(zhì)為頁巖和紫紅色砂巖。

1.2 樣品采集與處理

土壤樣品采自華寧縣代表性煙區(qū)的青龍鎮(zhèn)、寧州鎮(zhèn)和楚雄市代表性煙區(qū)子午鎮(zhèn)，分別選擇16、13和9塊典型煙田，各采樣點按深度將土層劃分為耕層（表土層，Topsoil）和犁底層（表下層，Subsoil），各層分別采集環(huán)刀樣（100 cm3）3個，分析樣1份。在各采樣點區(qū)域內(nèi)，按五點混合取樣隨機采集土壤，用四分法制成分析樣約1 kg，帶回室內(nèi)風(fēng)干、磨碎，過2 mm篩備用。按云南植煙區(qū)主要樣品采集地進行分類分析，每個采樣區(qū)的采樣點數(shù)大于等于3。

1.3 測定項目與方法

土壤容重采用環(huán)刀法（100 cm3）；土壤通氣孔隙采用砂箱法[11-12]，將原狀土壤環(huán)刀置于水中浸泡至飽和（24 h）后稱重，再放入Eijkelkamp Sandbox（08.01）砂箱，將壓力水頭設(shè)置為60 cm，飽和含水量與60 cm壓力水頭下的含水量差即為＞50 μm的通氣孔隙度；土壤機械組成采用吸管法測定，土壤質(zhì)地分類標準采用美國制；土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化法測定；土壤pH采用電位測定法測定[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016軟件進行統(tǒng)計分析并作圖，采用IBM SPSS 22.0對土壤各項指標進行顯著性檢驗與分析。采用單因素ANOVA進行方差分析，Duncan法進行多重比較；相關(guān)分析采用Spearman法。

2 結(jié) 果

2.1 云南典型植煙土壤基本理化性質(zhì)

土壤基本理化性質(zhì)描述統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。土壤容重是指田間自然狀態(tài)下單位容積土體（包括土粒和孔隙）的質(zhì)量或重量，是衡量土壤結(jié)構(gòu)的重要指標。郝葳等提出，適宜煙草生長的土壤容重為1.1～1.4 g·cm-3[14]。由表1可知，青龍、寧州和子午耕作層容重均值為1.3 g·cm-3，數(shù)值均小于1.4 g·cm-3臨界值。青龍、寧州和子午的犁底層容重均值分別為1.3、1.5和1.4 g·cm-3，其中寧州犁底層容重超出臨界值。耕作層和犁底層的土壤均表現(xiàn)為青龍地區(qū)的土壤容重更小。

根據(jù)中國土壤養(yǎng)分評價標準[15]，適宜烤煙生長的土壤pH范圍為5.5～7.0。從表1可以看出，青龍、寧州和子午的耕作層pH均值分別為7.2、6.8和6.6。其中，寧州地區(qū)土壤pH的變幅較大，為4.8～8.2。在犁底層中，青龍地區(qū)的土壤pH變幅較大，為5.3～8.3，均值為7.5。三個采樣區(qū)域中，子午地區(qū)犁底層土壤pH最低，為6.8。

土壤有機質(zhì)是衡量土壤肥力的重要因子。已有研究表明，植煙土壤有機質(zhì)含量過高，煙葉貪青晚熟；有機質(zhì)含量過低，烤煙香氣不足[16]。從表1可以看出，寧州地區(qū)耕作層土壤有機質(zhì)含量在12.38～30.88 g·kg-1之間，均值為23.0 g·kg-1。比較三個采樣區(qū)的耕層有機質(zhì)含量，子午地區(qū)耕作層土壤有機質(zhì)含量最高，為31.0 g·kg-1。在犁底層中，青龍地區(qū)土壤有機質(zhì)含量最高，達26.6 g·kg-1，其次為子午地區(qū)，寧州地區(qū)土壤有機質(zhì)含量最低，僅為20.9 g·kg-1。一般認為，適宜烤煙生長發(fā)育的土壤有機質(zhì)含量為20～30 g·kg-1。青龍、寧州和子午地區(qū)有機質(zhì)含量較高，能滿足烤煙生長的需求。

氮是烤煙生長發(fā)育必備的營養(yǎng)元素之一[17]。由表1可知，青龍耕層土壤全氮含量處在0.83～2.60 g·kg-1之間，均值為1.6 g·kg-1。子午地區(qū)全氮含量變幅最大，介于0.52～3.11 g·kg-1之間，均值為1.9 g·kg-1。在犁底層中，青龍地區(qū)的全氮極大值為2.72 g·kg-1，均值為1.7 g·kg-1；寧州地區(qū)土壤全氮含量在0.62～1.93 g·kg-1之間，均值為1.3 g·kg-1。植煙土壤全氮含量最適范圍為1.1～1.5 g·kg-1。云南典型植煙區(qū)土壤全氮含量在1.3～1.9 g·kg-1之間，土壤供氮能力強。這表明云南典型植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量充足。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physic-chemical properties of the studied soils

2.2 云南典型植煙土壤顆粒組成

根據(jù)美國農(nóng)部（USDA）土壤顆粒分級（砂粒，0.05～2.00 mm；粉粒，0.002～0.05 mm；黏粒，＜0.002 mm）和質(zhì)地分類，由表2可知，青龍地區(qū)耕層土壤砂粒、粉粒和黏粒比例均值分別為34.3%、42.0%和23.7%，以粉粒為主。犁底層土壤的粉粒占比為41.3%，三者中占比最高。寧州地區(qū)的耕作層土壤砂粒、粉粒和黏粒比例均值分別為32.2%、39.6%和28.2%，以粉粒為主。在犁底層中，粉粒含量最高，達39.6%，其次為砂粒，黏粒含量最低。子午地區(qū)的耕作層土壤以粉粒含量最高，變化范圍為25.88%～56.16%，均值為39.0%。犁底層同樣粉粒含量最高，達37.7%。

表2 土壤顆粒組成Table 2 Soil particle size composition

將云南典型植煙區(qū)全部采樣點的土壤質(zhì)地進行分類統(tǒng)計，計算各類所占比例，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，云南典型植煙區(qū)土壤質(zhì)地主要有砂質(zhì)壤土、粉砂壤土、壤土、粉砂質(zhì)黏壤土、黏壤土5類，其中以黏壤土占比最高，達39.5%；壤土次之，占31.6%；粉砂壤土僅占7.9%。

圖1 云南典型植煙區(qū)土壤質(zhì)地占比Fig. 1 Proportion of soils by texture in the tobacco planting areas typical of Yunnan Province

2.3 云南典型植煙土壤通氣孔隙

土壤通氣孔隙度是指氣體填充土壤孔隙的體積比例[13]，一般定義為＞50 μm的孔隙度[18]。從表3云南典型植煙區(qū)土壤通氣孔隙度來看，青龍、寧州和子午的耕作層土壤通氣孔隙度均值分別為15.1%、10.6%和9.4%，青龍地區(qū)的通氣孔隙度最高，寧州和子午地區(qū)與青龍地區(qū)相比，通氣孔隙度分別減少了11.3%和29.8%。

在犁底層土壤中，青龍地區(qū)的土壤通氣孔隙度最高，達10.8%，寧州和子午地區(qū)與青龍地區(qū)相比，通氣孔隙度分別減少了40.7%和45.4%。其中，寧州地區(qū)土壤通氣孔隙最小值僅為0.75%。

郝葳和田孝華[14]提出，適宜煙草生長的土壤通氣孔隙度介于15.9%～19.6%。從圖2可以看出，云南典型植煙區(qū)土壤通氣孔隙度均值最大為15.1%，最小為5.9%，均低于臨界值15.9%。因此，青龍、寧州和子午地區(qū)存在通氣孔隙不足的問題。

表3 土壤通氣孔隙度Table 3 Soil aeration porosity

圖2 云南典型植煙區(qū)土壤通氣孔隙度Fig. 2 Soil aeration porosity in the major tobacco planting areas in typical of Yunnan Province

3 討 論

3.1 云南典型植煙土壤物理性質(zhì)適宜性評價

土壤質(zhì)地是影響烤煙品質(zhì)的重要因子之一。郝葳和田孝華[14]認為優(yōu)質(zhì)煙區(qū)適宜的土壤質(zhì)地為砂壤土至中壤土。陳江華等[15]認為最適宜的植煙土壤是壤砂土和砂壤土，黏粒含量在10%～20%之間；美國研究則認為在砂土和砂壤土上種植的煙草最好?？嘿F霞等[19]研究表明砂土抗旱能力弱，保肥性能差；黏土通氣性差，有機質(zhì)含量豐富；壤土兼有兩者的優(yōu)點，是理想的植煙土壤。云南地區(qū)11月至次年5月的冬春季節(jié)為旱季，降水量較少，砂土保肥能力差，養(yǎng)分易流失。因此在云南地區(qū)，不能套用美國的標準。根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果表明，壤土適宜，黏壤土和粉黏壤土較適宜，砂質(zhì)壤土為不適宜。統(tǒng)計研究區(qū)土壤質(zhì)地占比發(fā)現(xiàn)，青龍、寧州和子午地區(qū)土壤質(zhì)地以黏壤土占比最高，占比達39.5%；壤土次之，粉砂壤土占比最低，此地區(qū)耕性優(yōu)良，土壤質(zhì)地適合煙葉生長。

通氣孔隙是指主要充滿空氣的孔隙，這部分孔隙不具有毛管引力，水分不能在其中保持，在重力作用下迅速排出或下滲補充地下水，成為通氣的通道、故稱為通氣孔隙[13]。玉溪地區(qū)地處低緯度高原區(qū)，大、暴雨集中于6—8月，此時正是烤煙生長的關(guān)鍵時期，高密度降雨量會導(dǎo)致土壤水分飽和，通氣孔隙堵塞，不利于烤煙的生長。郝葳和田孝華[14]提出，適宜煙草生長的土壤通氣孔隙度介于15.9%～19.6%。本研究認為郝葳和田孝華的標準符合云南典型植煙區(qū)的情況，采用15.9%作為臨界值。從圖2可以看出，云南典型植煙區(qū)土壤通氣孔隙最高達15.1%，最低僅為5.9%，遠遠低于15.9%的臨界值，因此，華寧和楚雄地區(qū)均存在土壤通氣不足的問題。

綜合土壤質(zhì)地和通氣孔隙度等數(shù)據(jù)分析，可知3個典型研究區(qū)中青龍鎮(zhèn)植煙土壤物理性質(zhì)最好，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙結(jié)構(gòu)良好，寧州和子午的土壤物理性質(zhì)仍有待改善。

3.2 土壤通氣孔隙度影響因子

土壤通氣孔隙度受多種因素影響，主要包括土壤質(zhì)地、土壤顆粒組成、土壤容重、施肥方式等。土壤質(zhì)地是土壤通氣孔隙大小的影響因子之一。土壤質(zhì)地通過改變土壤的通氣性能，對養(yǎng)分供應(yīng)產(chǎn)生間接影響，進而影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量[20]。植煙區(qū)土壤質(zhì)地類型對煙草生長具有顯著影響。云南典型煙區(qū)土壤主要質(zhì)地類型為：粉砂壤土、粉砂質(zhì)黏壤土、砂質(zhì)壤土、壤土和黏壤土，根據(jù)不同土壤質(zhì)地類型下土壤通氣孔隙度統(tǒng)計結(jié)果（圖3）可知，在5種質(zhì)地類型的植煙土壤中，耕層土壤，砂質(zhì)壤土、壤土和粉砂壤土的通氣孔隙度均較高，分別為14.7%、12.8%和12.2%，粉砂質(zhì)黏壤土通氣孔隙度最低，僅為6.6%，耕層砂質(zhì)壤土、壤土和粉砂壤土通氣孔隙度較粉砂質(zhì)黏壤土分別提高 121%、 92.6%和83.3%。犁底層土壤中，砂質(zhì)壤土的通氣孔隙度仍為最高，可達10.7%，其次是壤土，其通氣孔隙度也可達10.0%，其余三種土壤的通氣孔隙度均低于10%，黏壤土、粉砂質(zhì)黏壤土和粉砂壤土的通氣孔隙度較砂質(zhì)壤土分別降低了30.9%、52.2%和62.8%。綜上可知通氣孔隙對土壤質(zhì)地影響較顯著。

值得注意的是，粉砂質(zhì)黏壤土質(zhì)地的土壤通氣孔隙度無論是在耕作層還是犁底層，孔隙度均較低，而粉砂壤土的犁底層通氣孔隙相比耕作層明顯減少，說明粉粒多的土壤更容易受到植煙過程中的耕作擾動，造成犁底層細顆粒堆積，阻塞通氣孔隙。類似的結(jié)論也在一些研究中被發(fā)現(xiàn)，例如，Tester[21]認為砂質(zhì)土壤中具有較多的大孔隙是因為土壤的顆粒較大，且排列松散，顆粒間的孔隙不易受擾動而阻塞。王德盛等[23]提出，相同容重條件下，不同類型土壤導(dǎo)氣率不同，即使土壤類型相同，土壤導(dǎo)氣性能也不一定相同，河南鄭州的砂粉土導(dǎo)氣率約為鶴壁砂粉土的3倍～5倍，是由于鄭州砂粉土的砂粒含量較鶴壁砂粉土高15.3%。這說明土壤類型中的土壤粒徑含量不同對土壤通氣性能也具有顯著影響。

圖3 不同質(zhì)地條件下的云南典型植煙土壤通氣孔隙度Fig. 3 Soil aeration porosity of the tobacco fields relative to soil texture

為了驗證土壤顆粒組成對土壤通氣孔隙度的影響，對云南典型植煙土壤通氣孔隙度和基本物理性質(zhì)進行了相關(guān)性分析。一般認為砂土類粒間孔隙大，通氣透水能力強，但本研究發(fā)現(xiàn)，土壤通氣孔隙度與砂粒含量無關(guān)，而與粉粒含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.965；與黏粒含量呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.818。這可能與土壤中的有機質(zhì)含量有關(guān)，Brady和Weil[23]認為當細質(zhì)土壤中有機質(zhì)含量高于粗質(zhì)土壤時，土壤中的總孔隙和大孔隙（＞50 μm）較多，有機質(zhì)與細粒結(jié)合形成較大的團粒結(jié)構(gòu)，團粒結(jié)構(gòu)再排列形成較大的通氣孔隙[24]。與本研究的結(jié)論相同，五種質(zhì)地的土壤中有機質(zhì)含量在同一水平，此時土壤通氣孔隙度受質(zhì)地影響最為顯著，云南典型煙區(qū)中，質(zhì)地較粗的砂質(zhì)壤土和壤土通氣性最好，其他土壤質(zhì)地較細的植煙區(qū)可以通過增加有機質(zhì)輸入來提高土壤通氣孔隙度。

比較三個采樣區(qū)域耕作層和犁底層的通氣孔隙度，發(fā)現(xiàn)從耕作層到犁底層，土壤通氣孔隙度逐漸減小，這與人為的耕作活動有關(guān)。何海燕等[25]在研究不同土壤利用方式下黑土的孔隙特征時發(fā)現(xiàn)，耕地土壤通氣孔隙度隨著取土深度逐漸減小，撂荒地土壤通氣孔隙度高于耕地，因為撂荒后雜草生長，植物根系穿插有利于土壤通氣孔隙恢復(fù)。

3.3 土壤通氣孔隙預(yù)估

土壤通氣孔隙度的傳統(tǒng)測定方法是先測定出土壤總孔隙度和毛管孔隙度，再根據(jù)相關(guān)公式計算得出[18]。但關(guān)于通氣孔隙度的計算公式標準不一，加之測定比較繁瑣，在常規(guī)植煙土壤區(qū)域調(diào)查中，土壤通氣孔隙一直被忽略，在煙葉產(chǎn)區(qū)很難收集到相關(guān)數(shù)據(jù)。因此，可以考慮根據(jù)土壤其他易獲屬性的數(shù)據(jù)建立土壤通氣孔隙度的傳遞函數(shù)來預(yù)測。

這里選擇影響較大且容易獲取數(shù)據(jù)的粉粒和黏粒含量2個因子。在模型1中，以粉粒（Silt）含量為源數(shù)據(jù)，建立土壤通氣孔隙度（AP）與粉粒含量的回歸關(guān)系式（表4）；在模型2中，以黏粒（Clay）含量為源數(shù)據(jù)，建立土壤通氣孔隙度（AP）與黏粒含量的回歸關(guān)系式。

表4 土壤通氣孔隙度的回歸方程Table 4 Regression equation of aeration porosity（AP）

盡管本研究提出通過相對易獲取的粉?；蝠ち：?，可以對土壤通氣孔隙度進行粗略預(yù)測，但由于影響土壤通氣孔隙度的因素較為復(fù)雜，不僅與土壤本身的性狀有關(guān)，不同耕作方式及種植制度等也會影響土壤的通氣孔隙，這些因素導(dǎo)致其預(yù)測精度仍然較低（表4）。因此，對植煙土壤通氣孔隙度的精確預(yù)測，需要做進一步更加深入的研究。

4 結(jié) 論

云南典型植煙區(qū)土壤通氣孔隙不足，土壤質(zhì)地以壤土和黏壤土為主，土壤容重適宜，養(yǎng)分含量充足。土壤通氣孔隙度受土壤質(zhì)地類型影響顯著，其中砂質(zhì)壤土耕層和犁底層土壤通氣孔隙度均為最高。土壤中粉粒和黏粒含量是土壤通氣孔隙的主要影響因素。