贵州典型植烟土壤pH值与速效钾的剖面分布模式

Profile distribution patterns of pH and available potassium in typical tobacco soils in Guizhou Province

摘要

目的 探明贵州植烟土壤pH值和速效钾含量剖面分布规律，为优质烟叶生产提供科学指导。 方法 选取贵州省36个典型烟田，挖掘宽1.0 m×深1.2 m的标准剖面，依据形态特征分层并采集各层土样，测定土壤pH值和速效钾含量，分析剖面变化模式及其影响因素。 结果 贵州植烟土壤pH值介于6.29~6.60，变异系数介于14.30%~15.33%（中度变异）。剖面分布模式分为递增型、递减型、先增后减型、先减后增型和均一型5种，以递增型为主，占比53.13%。速效钾含量介于133.02~314.03 mg/kg，变异系数介于29.74%~68.18%（中度变异）。剖面分布模式分为递减型、先增后减型、先减后增型和不规则型4种，以递减型为主，占比59.38%。pH值和速效钾剖面分布模式均受复合环境要素的影响。 结论 根据植烟土壤pH值和速效钾主要剖面分布模式及可能形成原因，在施肥和土壤保育上需结合植烟土壤实际情况有针对性的采取措施。

Abstract

Objective The profile distribution of soil pH and available potassium content in the Guizhou tobacco growing area was studied, providing scientific guidance for the production of high quality tobacco. Method Standard soil pits (width:1.0 m×deepth:1.2 m) in 36 typical tobacco fields in Guizhou Province were selected,soil samples of each layer were collected according to the morphological characteristics,soil pH value and available potassium content were measured, and the pattern of profile change and its influencing factors were analyzed. Result The pH value of typical soils in different depths ranged from 6.29 to 6.60,and the coefficient of variation ranged from 14.30% to 15.33% (moderate variation).There are five types of profile models:increasing type,decreasing type,increasing and then decreasing type,decreasing and then increasing type and uniform type.The increasing type is the main type,accounting for 53.13%.The soil available potassium content ranged from 133.02 mg/kg to 314.03 mg/kg,and the coefficient of variation ranged from 29.74% to 68.18% (moderate variation).Its profile distribution pattern can be divided into four types:decreasing type,increasing first and then decreasing type,decreasing first and then increasing type and irregular type.Most of them were decreasing type,accounting for 59.38%.Both the pH value and the profile distribution pattern of available potassium were affected by combined environmental factors. Conclusion According to the distribution patterns and possible causes of soil pH value and available potassium,targeted fertilization and soil conservation measures need to be taken in combination with the actual situation of tobacco growing soils.

Graphical abstract

关键词

烟田 / pH / 速效钾 / 剖面分布模式 / 环境因素 / 贵州

Key words

tobacco field / pH / available K / profile distribution pattern / environmental factor / Guizhou Province

贵州作为我国植烟大省，常年种植烤烟15余万hm²，种烟历史悠久。由于区域海拔梯度大，气候多变，地形地貌、成土母质、土壤类型和土地利用方式复杂多样，带来了植烟土壤性质的复杂性^［1-3］。伴随着烤烟种植习惯、生产管理方式的变化，植烟土壤属性也发生了相应的改变。了解土壤属性，关注影响烤烟产量和品质的核心指标，分析植烟土壤质量现状及其变化规律，即符合国家新发展理念，也是践行“耕地质量保护与提升行动”的重要举措，对推动烟草行业植烟土壤保育意义重大。目前，植烟土壤属性剖面分布模式的研究相对较少，现有的少量报道涉及有机质^［4］、微量元素^［5］和交换性钙镁^［6］等。pH值是成土母质及盐基离子等化学性质的综合反映，也是衡量土壤质量的重要指标^［7-9］。影响着土壤的物理、化学和生物过程，致使土壤物理特性、养分转化和有效性、微生物活性发生改变，进而改变土壤生态系统功能^［10］。同时，pH值也是影响烟叶质量和产量形成的重要因素之一^［11-13］。钾素是烤烟生长必需的三大营养元素之一，钾含量充足的烟叶色泽呈深橘黄色、韧性好、品质佳。但当土壤中钾素不足时，烤烟成熟度将会下降，烟叶质量降低^［14］。因此，本文以pH值和速效钾为研究对象，选择贵州省36个典型植烟土壤，分析其剖面分布模式及其环境因素的影响，旨在为烟田科学实施土壤保育提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

贵州省（N 24°37′~29°13′，E 103°36′~109°35′）地处我国西南地区腹地，面积为17.62×10⁴ km²，海拔147.8~2 900.6 m，年降雨量850~1 300 mm、年均气温12~18 ℃、年均日照时数1 100~1 400 h、干燥度0.27~0.58、无霜期250~300 d，气候类型为亚热带湿润季风气候。贵州省属于山地高原，其中山地面积占全省面积的61.7%，丘陵面积占全省面积的31.1%，喀斯特地貌占61.9%。土壤类型主要包括黄壤、石灰土、红壤、黄棕壤和紫色土等。烟田一般是烤烟-玉米或其他旱作轮作，少部分为烤烟-水稻轮作。

1.2 样点的布设与采样分析

典型烟田样点的布设基于目标采样方法，依据贵州省土壤信息和1∶25万土壤类型图^［2，15］、植烟面积信息、烟田常年烤烟长势、产量和质量信息，分别从贵州省毕节市、遵义市、黔西南州等9个市（州）25个植烟县（区）中选择了36个典型烟田（图1）。

野外调查采样于2017年烤烟成熟采收后进行，依据《野外土壤描述与采样手册》^［16］，在烟田中部挖1.0 m宽、1.2 m深、2.5 m长的标准土壤剖面，观察土壤剖面形态学特征，划分发生层层次，然后分层取土样1.5 kg。共获得发生层土样160个，土壤整段标本样72个。将采集的土样置于室内自然晾晒风干，分别过0.85 mm和0.25 mm的尼龙筛后，采用电位法测定pH值，醋酸铵浸提-火焰光度计法测定速效钾^［17-18］。各烟田土壤系统分类类型的确定依据《中国土壤系统分类检索（第3版）》^［19］。

1.3 不同层次土壤数据标准化处理

土壤样品的采集是基于发生层，不同土体剖面划分的层次数目和各层次深度不统一。按照均一化剖面层次深度进行标准化处理（0~20，20~40，40~60，60~80，80~100 cm）。方法如下：

P{C}_{\mathrm{t}-\mathrm{b}}={\sum }_{i=\mathrm{1}}^{n}P{C}_i\times H_i

式中：PC_t-b为标准化层次t-b的pH值或速效钾含量，t和b分别对应该层次的上部深度、下部深度；n为剖面发生层数目，PC_i 为发生层i的pH值或速效钾含量，H_i 为i层深度在标准化层次t-b中所占的比值^［20］。

由于36个样点中，有4个样点的土体厚度≤50 cm（下部为基岩或大量砾石），深度偏浅，为确保分析结果的可靠性，文中剖面分布模式分析选择32个标准化样点进行分析。

1.4 数据处理

Microsoft Excel 2016进行数据整理，IBM Statistics SPSS 22.0进行数据统计分析，Origin Pro 9.0 64Bit进行作图。

2 结果与分析

2.1 土壤pH和速效钾含量统计特征

为全面反映全部样点土壤pH值和速效钾剖面分布特征，表1展现了36个样点剖面经过层次标准化后的pH值和速效钾含量统计特征。从表1可以看出，不同层次pH均值介于6.29~6.60，变化幅度为4.71~8.50，变异系数介于14.30%~15.33%（中度变异）；速效钾含量均值介于133.02~314.03 mg/kg，变化幅度为69.75~885.00 mg/kg，变异系数介于29.74%~68.18%（中度变异）。考虑到速效钾的变异系数（29.74%~68.18%）高于pH值（14.30%~15.33%），故其剖面分布的分异速效钾应更为明显。

2.2 pH剖面分布模式

2.2.1 分布模式

对pH值剖面分布特征进行比较分析，可将其划分为递增型、递减型、先增后减型、先减后增型和均一型5种模式（图2），每种类型的典型样点剖面影像见图3。其中，递增型的分布模式样点最多，有17个样点，占53.13%；递减型有4个样点，占12.5%；先增后减型有7个样点，占21.88%；先减后增型有2个样点，占6.25%；均一型有2个样点，占6.25%。

表2给出了各分布模式下各层次的pH值变异情况。递减型变异性最大（19.95%~21.88%），均一型变异性最小（0.22%~2.33%），其他依次为先减后增型（14.01%~26.44%）、先增后减型（14.22%~17.94%）、递增型（12.31%~13.76%）。其中，均一型属低度变异，其他类型均属于中度变异。除先减后增型表层（0~20 cm）外，不同分布模式各层次间变异性差异较小，植烟土壤剖面pH值相对稳定。

2.2.2 环境要素分配

基于不同的土壤pH值剖面分布模式，选择环境变量中不可定量化的成土母质、土壤类型和土地利用进行环境要素分析（表3），5种分布模式的成土母质均以坡积物为主，递增型和递减型受冲积物、洪积－冲积物影响也较大。5种分布模式的土壤类型均有淋溶土，除先减后增型和均一型为2个土壤类型外，其余土壤pH值剖面分布模式的土壤类型在3个以上，土壤类型多样。土地利用主要以烤烟-玉米轮作为主，在5类分布模式中均有出现，烟-稻轮作仅有递增型和先增后减型2种类型，这说明贵州烤烟种植仍以旱地为主。

2.3 速效钾剖面分布模式

2.3.1 分布模式

速效钾剖面分布特征可划分为递减型、先减后增型、先增后减型和不规则型等4种模式（图4），剖面分布模式分异规律明显，每种类型的典型样点剖面影像见图5。其中，递减型的分布模式样点最多，有19个样点，占59.38%；其次是先减后增型，有9个样点，占28.13%；先增后减型有2个样点，占6.25%；不规则型有2个样点，占6.25%，大致呈S型。

表4给出了不同分布模式下速效钾各层次间的变异情况。递减型、先减后增型、先增后减型和不规则型变异系数分别为30.71%~56.32%、30.86%~48.73%、16.97%~31.38%、12.50%~52.08%，4种分布模式虽均属于中等强度变异，但0~40 cm变异性相对较大，这可能与烤烟种植时钾的投放量相对较高有关。

2.3.2 环境要素分配

从土壤速效钾剖面分布模式的环境要素分配来看（表5），坡积物、冲积物和洪积-坡积物在递减型、先减后增型均有出现，先增后减型以坡积物和冲积物为主，不规则型以洪积-坡积物为主。递减型土壤类型多样，富铁土、淋溶土、雏形土和人为土均有出现，其次是先减后增型，有富铁土、淋溶土和人为土3个类型，先减后增型和不规则型仅为1个土壤类型，分别是富铁土和雏形土。从土地利用方式来看，仍以烤烟-玉米轮作为主，在速效钾4种分布模式中均有出现，烤烟-水稻轮作仅出现在速效钾递减型和先减后增型2种分布模式中。

3 讨论

本研究表明，贵州典型植烟土壤pH值剖面有5种变化模式，其中递增型最多（占比53.13%），这与前人研究结果类似^［21-23］。pH值剖面呈现递增型可能的原因是，常年的种植烤烟导致表层土壤偏酸^［24］，而土体下部自身pH值较高，如石灰土本身pH值偏高^［25］，且土壤中富含碳酸钙，盐基丰富，在风化过程中钙镁的释放减缓了土壤中盐基阳离子的淋失和土壤酸化进程^［26-27］，加之土体下部受人类活动的影响小，共同作用促成pH值随土壤深度加深而呈递增的趋势。pH值剖面呈递减型则是由于植烟土壤多分布在石灰岩山坡下部，大量的降雨会将石灰岩中的钙镁离子带入山体下部土壤的表层，加之改酸物质主要集中在耕层及其相邻的亚层，导致植烟土壤pH值表层高而下部低。而先增后减型与先减后增型一般分布于坡地或沟谷中的植烟土壤，或有新的坡积物，或经过土地平整，导致原来的表层被掩埋而形成。均一型一般为新垦植烟土壤，受外来影响时间较短，影响程度相对也较小。虽分布模式的形成差异较大，但不同的分布模式各土壤层次间的变异性较小，说明贵州植烟土壤pH值剖面含量相对稳定。而分布模式的多样，与贵州地处云贵高原，地形复杂，土壤发育程度差异大，成土因素多样，作物种植模式等因素有关。故环境要素分配呈现出单一剖面分布模式受多种环境因子的影响，相同的环境因子也出现在不同的分布模式中。

进一步研究表明，植烟土壤不同层次间速效钾含量均值介于133.02~314.03 mg/kg，变异幅度29.74%~68.18%，说明速效钾在空间分布上差异较大。速效钾剖面4种变化模式中，以递减型为主（占比53.10%）的分布模式主要由于烤烟种植过程中大量钾肥的施用导致表层养分积聚，而随着土壤深度的增加，以及人为活动影响的减弱，土壤中速效钾含量呈现出逐渐递减的趋势。其它分布模式与pH分布模式的原因类似，位于坡地或沟谷中的植烟土壤，新的坡积物使原来的表层被掩埋，因而呈现出不同的变化趋势。不同分布模式各土壤层次间虽属于中度变异，但变异性差异较大，特别是表层与中下层间的差异。从环境要素分配来看，递减型和先减后增型相对较为复杂。

4 结论

贵州典型植烟土壤pH值剖面有递增型、递减型、先增后减型、先减后增型、均一型5种变化模式，以递增型为主，不同剖面各土壤层次间差异较小。速效钾剖面有递减型、先增后减型、先减后增型和不规则型4种变化模式，以递减型为主，其含量空间分布差异较大。根据土壤pH值和速效钾剖面分布模式及形成原因，做好植烟土壤保育工作，特别是在施肥投入方面，需结合土壤实际情况有针对性的采取措施。

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基金资助

中国烟草总公司项目(110202102038)

贵州省科技计划项目(黔科合平台人才［2020］6020)

贵州省科技计划项目(黔科合基础［2019］1212)

中国烟草总司贵州省公司科技项目(2020XM08)

中国烟草总司贵州省公司科技项目(201910)

中国烟草总司贵州省公司科技项目(201933)

中国烟草总司贵州省公司科技项目(201722)