田麗君,胡瑞文，肖艷松，唐春閨，向鵬華，李宏光，陳 燾，鐘越楓，李 強(qiáng)，穰中文,黎 娟

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2 湖南省煙草公司郴州市公司，湖南 郴州 423000； 3 湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011；4 湖南省煙草公司衡陽市公司，湖南 衡陽 421000；5 湖南省煙草公司長(zhǎng)沙市公司瀏陽市分公司，湖南 瀏陽 410300)

土壤中有效態(tài)微量元素是作物微量元素的主要獲取來源[1]，其中氯是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素之一，影響煙株的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)也有一定的積極作用[2]。土壤中氯素含量是煙株氯素營(yíng)養(yǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量多少直接影響土壤的供氯能力[3]。氯含量是評(píng)價(jià)煙葉質(zhì)量的重要指標(biāo)，烤煙氯含量過高或過低均會(huì)降低煙葉產(chǎn)質(zhì)量[4]。許自成等[5]研究表明，以湖南煙區(qū)為例，煙葉氯含量與土壤中水溶性氯之間存在極顯著的正相關(guān)，土壤有效氯含量過高，一定程度上也會(huì)導(dǎo)致煙葉氯含量的吸收增加。但煙草是“忌氯”作物，氯含量過高可能出現(xiàn)中毒癥狀，卷煙燃燒性也會(huì)變差，易導(dǎo)致熄火現(xiàn)象[6]。

湖南稻作煙區(qū)是我國典型的煙稻輪作區(qū)域，植煙土壤理化指標(biāo)的豐缺評(píng)價(jià)及其影響因素的相關(guān)研究不在少數(shù)，且大多數(shù)集中在大量元素[7]、有機(jī)質(zhì)[8]和pH[9]以及有效鉬[8]、錳[10]、鋅[11]、硼[12]等微量元素，土壤養(yǎng)分垂直分布特征研究也多關(guān)注大量元素[13-14]，有關(guān)氯元素的報(bào)道則相對(duì)較少。劉遜等[15]對(duì)湘西煙區(qū)植煙土壤氯含量及其影響因素進(jìn)行探討，結(jié)果表明前茬作物、海拔、土壤類型、pH均對(duì)土壤氯含量有一定影響。龐夙等[16]對(duì)會(huì)理縣植煙區(qū)土壤氯的空間分布及其影響因子進(jìn)行了研究，表明土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響不顯著，農(nóng)藝措施尤其是含氯肥料的施用是影響該植煙區(qū)土壤氯離子含量的主要因素。雖然前人對(duì)于氯含量及其影響因素的研究取得了一定的成果，但研究植煙土壤剖面有效氯垂直分布特征則鮮有報(bào)道，而土壤養(yǎng)分垂直分布特征有利于指導(dǎo)合理耕作和施肥。鑒于此，本試驗(yàn)以湖南煙稻輪作區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)土壤有效氯的垂直分布特征及其影響因素進(jìn)行探討，以期為湖南稻作煙區(qū)土壤合理利用和精準(zhǔn)施肥以及優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為湖南湘東和湘南，包括郴州、衡陽和長(zhǎng)沙。該區(qū)屬于大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，光照充足、熱量豐富、無霜期長(zhǎng)，春夏多雨、秋冬干旱，郴州、衡陽和長(zhǎng)沙的年降雨量分別為1 610.8，1 511和1 539.9 mm。3煙區(qū)的種植模式均為煙稻輪作，在種煙季節(jié)不灌溉，在早稻種植中合理灌溉，全生育期保持1～2 cm水層。3煙區(qū)的煙草施肥種類一致，基肥包括專用基肥、鈣鎂磷肥和生物餅肥，追肥有提苗肥、硝酸鉀和硫酸鉀，無氯肥施用。水稻施肥種類：基肥為復(fù)混肥料,N、P2O5、K2O質(zhì)量比為22∶6∶12, 尿素含氮46.4%，鉀肥為KCl(含K2O 55%)。

1.2 樣品采集

2017年在郴州、衡陽和長(zhǎng)沙3個(gè)煙稻輪作區(qū)各選取10個(gè)有10年以上煙稻種植史的典型田塊，其中，郴州市嘉禾縣普滿鄉(xiāng)1個(gè)，和平鎮(zhèn)、仁義鎮(zhèn)和雷坪鎮(zhèn)分別為4，3和2個(gè)；衡陽市耒陽縣導(dǎo)子鎮(zhèn)和馬水鎮(zhèn)各3個(gè)，竹市鎮(zhèn)、東湖圩鎮(zhèn)、哲橋鎮(zhèn)和壇下鄉(xiāng)各1個(gè)；長(zhǎng)沙市瀏陽市永安鎮(zhèn)3個(gè)，北盛鎮(zhèn)、沙市鎮(zhèn)和官渡鎮(zhèn)各2個(gè)，淳口鎮(zhèn)1個(gè)。

當(dāng)?shù)卮硇酝寥蕾|(zhì)地為壤土，在采集 0～50 cm剖面土壤時(shí)，取質(zhì)地為壤土的田塊作為取樣田塊，分D1(0～10 cm)、D2(10～20 cm)、D3(20～30 cm)、D4(30～40 cm)、D5(40～50 cm)5個(gè)土層采取五點(diǎn)取樣法采樣。用取土器(型號(hào)QTZ-1，直徑7.5 cm)取出不同土層的土壤，同一土層的土壤充分混勻，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩、裝瓶后供土壤理化分析。觀察并劃分各田塊耕作層與非耕作層，測(cè)得長(zhǎng)沙、郴州、衡陽煙區(qū)的耕作深度分別為8.2～13.4 cm、10.6～16.4 cm和9.5～16.4 cm，所以將0～20 cm作為湖南稻作煙區(qū)的耕作層，20～50 cm作為非耕作層。

1.3 土壤檢測(cè)指標(biāo)及方法

根據(jù)文獻(xiàn)[17-18]，土壤有效氯采用 DIPA 浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定；采用pH計(jì)法(水土質(zhì)量比為2.5∶1)測(cè)定土壤pH值；根據(jù)《土壤物理性質(zhì)測(cè)定法》[19]采用烘干法測(cè)定土壤含水率，環(huán)刀法測(cè)定土壤體積質(zhì)量。

1.4 土壤有效氯適應(yīng)性等級(jí)劃分

根據(jù)《中國煙草種植區(qū)劃》[20]及文獻(xiàn)[15,21]，將湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的含量分為極低(≤5.00 mg/kg)、低(5.01～10.00 mg/kg)、適宜(10.01～30.00 mg/kg)、高(30.01～40.00 mg/kg)、極高(≥40.00 mg/kg)5個(gè)等級(jí)。依據(jù)各等級(jí)比例對(duì)湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯豐缺狀況進(jìn)行判斷。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 22.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析及繪制散點(diǎn)圖等。采用SPSS進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析、采用Pearson進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的垂直分布

由表1可知，湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量在不同土層間存在顯著差異，0～30 cm土層土壤有效氯含量較適宜煙草生長(zhǎng)所需，而30～50 cm土層土壤有效氯含量稍偏高。由表1還可知，不同煙區(qū)土壤有效氯的垂直分布規(guī)律基本一致，土壤有效氯含量在0～30 cm土層隨土層深度增加逐漸減少，而30～50 cm土層隨土層深度增加逐漸增大。

表1 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯垂直分布及適應(yīng)性分布Table 1 Vertical distribution and adaptability distribution of soil available chlorine in Hunan tobacco-rice rotation areas

2.2 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的分區(qū)比較

將長(zhǎng)沙、郴州和衡陽3個(gè)煙區(qū)土壤有效氯含量的垂直分布進(jìn)行比較，結(jié)果見圖1。

圖柱上標(biāo)不同大小寫字母分別表示同一土層不同煙區(qū)差異達(dá)0.01和0.05顯著水平Different uppercase and lowercase letters indicate significant differences among layers at the levels of 0.01 and 0.05,respectively

從圖1可以看出，長(zhǎng)沙煙區(qū)土壤有效氯含量在0～30 cm土層均顯著高于郴州和衡陽煙區(qū)，表現(xiàn)為長(zhǎng)沙>衡陽>郴州(P<0.05)；3個(gè)煙區(qū)土壤有效氯含量在30～50 cm土層無顯著差異。

2.3 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯的影響因素

將湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量以及土壤pH進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，土壤有效氯含量在耕作層中受土壤含水率、土壤體積質(zhì)量以及土壤pH的顯著影響，其中土壤有效氯含量與土壤含水率呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與土壤體積質(zhì)量和土壤pH呈極顯著或顯著正相關(guān)(P<0.01或P<0.05)；在非耕作層中土壤有效氯含量受土壤含水率和土壤體積質(zhì)量的影響較小，但仍受到土壤pH的顯著影響，且隨著pH的增大而增多。為進(jìn)一步研究土壤有效氯與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量和pH的關(guān)系，對(duì)有顯著相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行回歸分析。

表2 湖南稻作煙區(qū)不同土層土壤有效氯含量與土壤含水率、土壤體積質(zhì)量和土壤pH的相關(guān)性Table 2 Correlation between soil available chlorine content and soil moisture content,soil volume quality and soil pH in different soil layers in Hunan tobacco-rice rotation areas

將耕作層土壤有效氯含量與土壤含水率和土壤體積質(zhì)量進(jìn)行回歸分析，結(jié)果(圖2-A-B)表明，土壤有效氯含量與土壤含水率呈線性負(fù)相關(guān)，土壤含水率越高土壤有效氯含量越低；土壤有效氯含量與土壤體積質(zhì)量呈線性正相關(guān)，土壤體積質(zhì)量越大有效氯含量越高。由圖2-C-D可知，土壤有效氯含量在耕作層和非耕作層與土壤pH均呈線性正相關(guān)，即土壤有效氯含量隨pH的升高而增大，湖南稻作煙區(qū)酸性土壤中土壤有效氯含量低于堿性土壤。

由表2和圖2還可知，土壤含水率和土壤體積質(zhì)量對(duì)土壤有效氯含量的影響主要在耕作層，因此對(duì)非耕作層中土壤有效氯的影響因素進(jìn)行分析。湖南稻作煙區(qū)的成土母巖主要有第四紀(jì)紅色黏土、花崗巖和石灰?guī)r3種類型，樣本數(shù)分別為11，4和15個(gè)；成土母質(zhì)的類型主要是洪積物、坡積物和殘積物，樣本數(shù)分別為18，5和7個(gè)。結(jié)果(圖3)表明，土壤有效氯含量在不同成土母巖中有明顯差異，其中土壤有效氯含量在第四紀(jì)紅色黏土中最高，花崗巖土壤中次之，石灰?guī)r土壤中最低。但非耕作層中土壤有效氯含量在不同成土母質(zhì)土壤中差異不顯著。由此可知，在非耕作層中影響土壤有效氯含量的主要因素是pH和成土母巖。

A-C代表指標(biāo)之間在耕作層(0～20 cm)的回歸分析，D代表指標(biāo)之間在非耕作層(20～50 cm)的回歸分析A-C represent regression analysis among indexes for soil tillage layer of 0-20 cm，D represents regression analysis among indexes for soil non-tillable layer of 20-50 cm圖2 湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量與其影響因素之間的回歸分析Fig.2 Regression analysis between soil available chlorine content and its influencing factors in in Hunan tobacco-rice rotation areas

圖柱上標(biāo)不同大小寫字母分別表示不同成土母巖和母質(zhì)間差異達(dá)0.01和0.05顯著水平Different uppercase and lowercase letters indicate 0.01 and 0.05 significant levels, respectively圖3 湖南稻作煙區(qū)不同成土母巖和母質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響Fig.3 Influence of different soil-forming parent rocks and parent materials on soil available chlorine content in Hunan tobacco-rice rotation areas

3 討 論

土壤養(yǎng)分含量是烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的基礎(chǔ)，其診斷是指導(dǎo)煙草施肥的核心[22]。烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育及烤后煙葉的可用性與植煙土壤有效氯含量密不可分[2]。根據(jù)有效氯在0～50 cm土壤剖面的垂直分布特征可知，湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量較適宜，0～30 cm土層中有效氯含量能較好地滿足煙草生長(zhǎng)所需，但在30～50 cm土層中土壤有效氯含量稍偏高，在生產(chǎn)中需適當(dāng)采取控氯措施。其主要原因是前茬作物為水稻，植煙土壤為水稻土，水稻土的氯含量極顯著高于其他類型土壤，這與水稻種植時(shí)大量施用氯化鉀有關(guān)[15]。常年使用氯化鉀肥料，是導(dǎo)致土壤氯離子含量高的重要原因。因此，需要從煙田土壤的前茬作物入手，規(guī)范高氯肥料在前茬和烤煙當(dāng)季施用[23]。

根據(jù)對(duì)長(zhǎng)沙、郴州和衡陽3煙區(qū)煙田土壤有效氯的垂直分布規(guī)律分析可知，土壤有效氯含量在0～30 cm土層間隨土壤深度增加逐漸減少，在30～50 cm土層隨土壤深度增加而增大。在0～30 cm土層中隨著土層深度的增加，氯離子含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說明該部分氯離子來自外源氯的加入，呈現(xiàn)從上往下滲透的趨勢(shì)[24]。深層有效氯含量偏高主要是因?yàn)橥寥乐械穆纫话阋噪x子的形態(tài)存在，在土壤中移動(dòng)性很大[25]，3煙區(qū)的年降雨量均大于1 500 mm，而且氯為強(qiáng)溶淋元素，75%以上都會(huì)隨水遷移到30 cm以下[26]。氯含量在深層土壤聚集的現(xiàn)象與尤曉瑩等[27]的研究結(jié)果一致，說明氯離子的移動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较蛏系淖陨隙?，充分體現(xiàn)出“鹽隨水來，鹽隨水去；鹽隨水聚，水散鹽存”的特點(diǎn)。3煙區(qū)土壤有效氯含量在0～30 cm土層存在顯著差異，以長(zhǎng)沙煙區(qū)顯著高于郴州和衡陽，具體表現(xiàn)為長(zhǎng)沙>衡陽>郴州(P<0.05)。這可能是由于2015年土壤普查結(jié)果顯示瀏陽市部分煙區(qū)土壤氯含量偏低，段淑輝等[28]提出在煙葉氯含量偏低地區(qū)考慮適當(dāng)補(bǔ)氯，導(dǎo)致長(zhǎng)沙煙區(qū)的土壤有效氯含量較高。因此不同植煙區(qū)應(yīng)采取差異化的管理措施。

劉遜等[15]研究表明，不同海拔高度和pH的植煙土壤氯含量達(dá)到顯著差異；譚軍等[29]指出降雨也是影響土壤氯含量的重要因素；龐夙等[16]研究表明，農(nóng)藝措施特別是含氯肥料的施用是影響土壤有效氯含量的重要因素。前人研究影響土壤有效氯含量的因素較多，主要包括下層母巖物質(zhì)，空氣中Cl-的沉積，通過灌溉水沉積、施肥和其他人類活動(dòng)輸入，盆地鹵水或鹽泉的貢獻(xiàn)[30]。本研究對(duì)土壤含水率、土壤體積質(zhì)量、pH以及成土母巖、母質(zhì)對(duì)土壤有效氯含量的影響進(jìn)行了探討，結(jié)果表明耕作層中土壤有效氯含量在含水率高的土壤中較低，這與徐明崗等[31]的研究結(jié)果一致，氯大多是以離子形式存在土壤中，在濕潤(rùn)地區(qū)易于被淋濕，Cl-擴(kuò)散較快，所以土壤有效氯含量隨土壤含水率增大而降低。土壤體積質(zhì)量是表征土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)，其影響土壤水分、鹽分及養(yǎng)分在土壤中運(yùn)移[32-33]。本研究結(jié)果表明，土壤有效氯含量隨著土壤體積質(zhì)量增加逐漸增多，這與徐明崗等[31]的研究結(jié)果相似，黏壤土中隨土壤體積質(zhì)量增加，Cl-擴(kuò)散系數(shù)下降從而導(dǎo)致土層中有效氯增多。在耕作層和非耕作層中土壤有效氯均隨pH值的升高呈上升趨勢(shì)，這是由于土壤中的OH-能減少煙株對(duì)氯的吸收，一方面是因?yàn)镺H-與Cl-存在拮抗關(guān)系，另一方面硝化作用加強(qiáng)，煙株對(duì)Cl-的吸收受到抑制[23]，從而導(dǎo)致氯在堿性土壤中有效性較強(qiáng)。因此，通過適當(dāng)調(diào)整施肥策略，采取隔年過磷酸鈣和鈣鎂磷肥交替施用的辦法，穩(wěn)步降低土壤pH[34]，以促進(jìn)土壤有效氯含量處于煙草生長(zhǎng)所需最適范圍。

土壤含水率和土壤體積質(zhì)量對(duì)土壤有效氯的影響主要集中在耕作層，非耕作層中土壤有效氯在不同母巖中具有顯著差異，這與任汝周等[23]的研究結(jié)果一致。因此在非耕作的犁底層和心土層中，土壤有效氯含量可能主要受到地形地貌[35]、成土母巖的作用，這一現(xiàn)象還有待深入研究。另外，龐夙等[16]、尤曉瑩等[26]和Christoph-Martin等[36]研究表明，土壤有效氯含量還受農(nóng)藝措施尤其是含氯肥料的施用和施肥方式影響，即需要深入研究植煙土壤中含氯肥料施用量、施用時(shí)期、施用方式。尤曉瑩等[27]研究表明，水肥一體化的施肥模式在滴灌和水分分布過程中，促進(jìn)土壤氯由表層向深層移動(dòng)，從而降低烤煙根際土壤氯含量。因此，可以通過減少氯肥施用、采取水肥一體化的施肥模式，為烤煙生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)烤煙的生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

湖南稻作煙區(qū)土壤有效氯含量在不同土層間存在顯著差異，不同煙區(qū)0～30 cm土層有效氯以長(zhǎng)沙最高、衡陽次之、郴州最低。在耕作層中土壤有效氯含量隨pH和土壤體積質(zhì)量增加而增加，隨土壤含水率增大而降低；在非耕作層中土壤有效氯含量主要受成土母巖、母質(zhì)自然因素的作用。因此，在湖南稻作煙區(qū)煙葉生產(chǎn)中，需因地制宜控制氯肥施用，合理安排過磷酸鈣和鈣鎂磷肥的交替使用及采用水肥一體化施肥等措施，優(yōu)化植煙土壤養(yǎng)分以促進(jìn)優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)。