湖南典型烟区土壤有机质与活性组分的分布特征及相关性

刘琼峰，彭曙光，刘勇军，李明德*，吴海勇，谷 雨，段淑辉，肖汉乾，李 伟，蒋尊龙，贾少成，张明发

（1.湖南省土壤肥料研究所，长沙 410125；2.湖南省烟草公司，长沙 410004；3.湖南省烟草公司永州市公司，湖南 永州425000；4.湖南省烟草公司湘西自治州公司，湖南 吉首 416000)

(1.Hunan Soil and Fertilizer Institute,Changsha 410125,China;2.Hunan Provincial Tobacco Company,Changsha 410004,China;3.Yongzhou Branch of Hunan Provincial Tobacco Company,Yongzhou,Hunan 425000,China;4.Xiangxi Branch of Hunan Provincial Tobacco Company,Jishou,Hunan 416000,China)

土壤有机质是衡量土壤肥力状况的重要指标，植烟土壤有机质含量的高低直接影响着烟草的生长发育以及产量和品质[1]，在烟株养分的供应、土壤理化特性的改良、耕层微生物能源供应等方面起着重要作用[2]。土壤活性有机质即土壤有机质的活性部分，是指土壤中有效性较高、易被土壤微生物分解矿化、对植物养分供应有直接作用的那部分有机质[3]。国内外学者针对植烟土壤有机质的分布特征、丰缺状况、土壤有机质与活性有机质及养分的定量关系等已开展了一些研究[4-9]，表明土壤有机质含量受土壤母质、土地利用类型、地形地貌、气候、耕作方式等多方面因素影响[5,10]，区域土壤有机质及活性组分的含量有较大的空间变化，不同地区之间甚至同一地区不同植烟地块之间有机质含量都各不相同，不同烟区土壤有机质空间异质性的影响因素也存在差异。土壤活性有机质与总有机质关系密切[11]，而不同烟区土壤活性有机质与有机质的相关性也不确定。因此探明典型生态烟区土壤有机质与活性有机质的分布特征及相关性，对于探明烟区土壤肥力状况与指导烟田精准施肥具有重要意义。

湘西自治州烟区位于湖南省西部，植烟县有龙山、永顺、凤凰、花垣、保靖、古丈、泸溪7县，土地利用类型主要为旱地，以种植一季烟草为主；湘南永州烟区位于湖南南部，植烟县有宁远、江华、江永、蓝山、新田、道县、东安7县，土地利用类型主要为水田，以“烟-稻”种植方式为主，两大典型生态烟区是湖南省重要的优质烟区。本研究通过对比分析湖南省湘西自治州烟区和湘南永州烟区两大典型生态烟区土壤有机质与活性有机质的分布特征，研究典型烟区植烟土壤有机质与活性有机质的相关性，旨在探明两大典型生态烟区土壤有机质的数量和质量状况，为烟区土壤保育与优质烟叶生产提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集与指标测定

根据土壤类型状况、土体构型状况及地形状况，2014年12月在湘西自治州烟区共采集土壤样品1242个，在湘南永州烟区共采集土壤样品689个。样品采集时采用均匀网格法布置样点，采样点的定位使用差分式GPS，以基地单元为基本操作单元，13.33～26.67 hm2连片基本烟田为最小采样区（湘西自治州烟区为13.33 hm2、湘南永州烟区为26.67 hm2），每个基地单元采集60～100个0～20 cm耕层土壤样品，在每个样点周围约0.2 hm2的范围内的地块上，用土钻采集25个表层土样，合并为一个混合样本，然后风干研磨，过0.25 mm筛用于样品的测定。样品经过风干、研磨和过筛处理，采用重铬酸钾容量法（外加热法）测定土壤有机质含量，采用高锰酸钾氧化法测定土壤活性有机质[12]含量，采用常规方法[13]测定土壤pH值和养分指标。

1.2 数据分析

数据统计分析、数据正态分布性检验和柯尔莫哥洛夫-斯蜜诺夫检验（K-S检验）通过SPSS12.0完成。土壤有机质的空间插值和图形绘制采用ArcGIS 9.3软件的地统计学模块(geostatistical analyst)，采用DPS V3.01统计软件分析土壤有机质与土壤养分的相关性、关联度及其对土壤养分含量的影响。根据已有研究[14]并结合湖南省湘西自治州烟区、湘南永州烟区烤烟生产实际，将水田的植烟土壤有机质分为极低（<15 g/kg）、低（15.00～25.00 g/kg）、适宜（25.00～35.00 g/kg）、高（35.00～45.00 g/kg）、很高（>45 g/kg）；旱地的植烟土壤有机质分为极低（<10 g/kg）、低（10.00～15.00 g/kg）、适宜（15.00～25.00 g/kg）、高（25.00～35.00 g/kg）、很高（>35 g/kg）。

2 结果

2.1 湖南典型生态烟区土壤有机质与活性有机质的分布特征

2.1.1 湘西自治州烟区与湘南永州烟区土壤有机质分布特征 对湖南省湘西自治州和湘南永州烟区植烟土壤有机质含量进行统计（表1），湘西自治州烟区以旱地烟为主，土壤有机质平均值为28.55 g/kg，按照旱地标准，该值处于适宜范围，其中古丈县、泸溪县、保靖县的植烟土壤有机质平均含量处于适宜水平，龙山县、永顺县、凤凰县、花垣县的土壤有机质含量偏高。根据变异系数（CV）大小，湘西自治州烟区凤凰县和龙山县的土壤有机质含量为中等变异（10%≤CV≤30%），古丈县、泸溪县、保靖县、花垣县、永顺县的土壤有机质含量为强变异（CV＞30%）。

湘南永州烟区烟田以水田为主，土壤有机质平均值为42.3 g/kg，该值处于高范围，接近极高阈值。其中江永县土壤有机质平均含量处于适宜水平，道县、新田县、宁远县、江华县处于高的范围，东安县和蓝山县处于极高的范围。根据变异系数（CV）大小，湘南永州烟区的宁远县、江华县、新田县、蓝山县的土壤有机质含量为中等变异，道县、东安县、江永县为强变异。

表1 湖南湘西自治州烟区与湘南永州烟区土壤有机质含量特征Table 1 The characteristics of soil organic matter content in tobacco growing areas of Xiangxi autonomous region and Yongzhou region of Hunan Province g/kg

湘南永州烟区各植烟县土壤有机质平均含量均高于湘西自治州烟区，这可能是由于湘南永州烟区水田“烟-稻”轮作方式水稻的根残留物较多，导致土壤有机质的积累。

运用ArcGIS地统计学方法对采样点的土壤有机质含量进行空间插值与丰缺评价，湘西自治州烟区丰缺评价结果表明（图1），1242个土壤样品中，处于极低至低范围的数目约占14.41%，主要分布在古丈县、泸溪县、永顺县、龙山县的水田；处于适宜范围的占33.49%，主要分布在古丈县、保靖县、龙山县的旱地和泸溪县、凤凰县的水田；高范围的占32.69%，极高范围的占19.40%，主要分布在龙山县、永顺县、花垣县、凤凰县的旱地和花垣县、永顺县的水田。湘南永州烟区丰缺评价结果表明（图2），689个土壤样品中，处于极低-低范围的数目占6.1%，主要分布在道县的部分地区；处于适宜范围占23.8%，主要分布在道县、宁远县、江华县、新田县、江永县的烟田；高范围的占31.93%，主要分布在宁远县、江华县、道县、江永县、新田县；极高范围的占38.17%，主要分布在东安县、宁远县、蓝山县、江华县、新田县。

图1 湘西自治州烟区土壤有机质丰缺评价图Fig.1 Soil organic matter assessment of Xiangxi autonomous tobacco-growing region

图2 湘南永州烟区土壤有机质丰缺评价图Fig.2 Soil organic matter assessment of Yongzhou tobacco-growing region

2.1.2 湘西自治州烟区与湘南永州烟区土壤活性有机质分布特征 土壤活性有机质是有机质中具有较高活性的那部分有机质，其含量和动态变化可以反映土壤有效养分库的大小及其在土壤中的转化[15]，与土壤生产力密切相关。选择湘西自治州烟区的凤凰、花垣、保靖3个代表县，湘南永州烟区的道县、蓝山、江华3个代表县，根据有机质含量高、中、低不同等级分析植烟土壤活性有机质的含量（333 mmol/L KMnO4），结果表明（表2），湘西自治州烟区典型植烟县土壤活性有机质平均含量为6.25 g/kg，植烟县土壤活性有机质平均含量表现为凤凰县﹥花垣县﹥保靖县；湘南永州烟区典型植烟县的土壤活性有机质平均含量为7.80 g/kg，土壤有机质与活性有机质平均含量均表现为蓝山县﹥江华县﹥道县。两大典型烟区各典型植烟县土壤活性有机质含量均为强变异。

图3 湘西自治州土壤有机质与活性有机质的相关性分析Fig.3 The correlation analysis of soil organic matter and active organic matter of Xiangxi autonomous tobacco-growing region

表2 湖南湘西自治州烟区与永州烟区土壤活性有机质含量特征Table 2 The characteristics of soil active organic matter content in tobacco growing areas of Xiangxi autonomous region and Yongzhou region of Hunan Province g/kg

2.2 湖南典型生态烟区土壤有机质与活性有机质的相关性分析

湘西自治州烟区与湘南永州烟区土壤有机质与活性有机质的相关性分析结果表明（图3、图4），湘西自治州烟区和永州烟区土壤有机质与活性有机质含量均呈线性正相关关系，其中湘西烟区的相关系数为0.90，永州烟区的相关系数为0.87，说明土壤活性有机质含量随着土壤有机质含量成比例增加。

两大典型烟区不同含量等级的土壤有机质与活性有机质含量相关性分析结果表明（表3），旱地土壤有机质在低、适宜、高3个等级范围时，土壤有机质与活性有机质均呈显著正相关（p<0.01），水田土壤有机质在适宜和高等级范围时，土壤有机质与活性有机质也呈显著正相关（p<0.01）。

图4 永州烟区土壤有机质与活性有机质的相关性分析Fig.4 The correlation analysis of soil organic matter and active organic matter of Yongzhou tobacco-growing region

2.3 湖南典型生态烟区土壤有机质与土壤养分的相关性分析

湘西自治州烟区与湘南永州烟区土壤有机质与养分的相关性及关联度分析表明（表4），土壤有机质与土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、有效铜、有效锌、有效硼、交换性钙呈极显著正相关。土壤有机质与土壤养分指标关系密切程度为：全氮>碱解氮>全磷>pH>有效硼>有效铜>阳离子交换量>有效磷>交换性钙>速效钾>有效锌>全钾>有效硫>交换性镁>有效铁>有效锰>有效钼>氯离子，土壤有机质与土壤全氮、碱解氮的相关性最大，表明土壤氮素与土壤有机质的关系最为密切。

表3 不同含量等级植烟土壤有机质与活性有机质的相关性Table 3 The correlation analysis of different level soil organic matter and active organic matter

表4 土壤有机质与土壤养分的相关性及关联度Table 4 The correlation and grey correlation coefficient of tobacco-growing soil organic matter with other soil nutrients

3 讨论

植烟土壤有机质是反映土壤理化性质和肥力水平的重要指标，其含量的高低对烟草的生长发育以及产量和品质有直接的影响[16-17]，湖南两大典型生态烟区土壤有机质含量总体偏高，这与湖南省主产烟区土壤有机质含量总体上较丰富有关[18]，2002年湖南省第一次植烟土壤普查湘南烟区土壤有机质的平均含量为 41.9 g/kg，本研究中平均含量为42.3 g/kg，表明湘南烟区土壤有机质的平均含量虽然总体上偏高，但增长不明显；湘西烟区2002年的土壤有机质平均含量只有23.4 g/kg，本研究中平均含量为28.55 g/kg，表明湘西烟区土壤有机质含量虽然低于湘南烟区，但是土壤有机质平均含量的增长幅度大于湘南烟区，影响典型烟区土壤有机质积累的因素主要有土地利用方式、海拔高度、施肥方式、土壤质地和土壤类型等[5]，而影响典型烟区土壤有机质积累的关键因素尚待深入研究。

活性有机质控制了土壤的生物过程，决定了向作物提供养分的能力[19]，其与土壤有效养分、土壤物理性状、耕作措施等性质的关系比总有机质密切，在指示土壤质量和土壤肥力的变化时比总有机质也更灵敏[20-21]，成为土壤质量及土壤管理的评价指标之一[3]。已有研究表明，不同烟区土壤有机质与活性有机质的相关性存在差异，可能为正相关、负相关或不相关[4]，本研究表明两大典型生态烟区土壤有机质与活性有机质含量均呈线性正相关关系，且旱地土壤有机质在低、适宜、高3个等级范围时，土壤有机质与活性有机质均呈显著正相关，水田土壤有机质在适宜和高等级范围时，土壤有机质与活性有机质也呈显著正相关，表明土壤活性组分可用作评价烟区植烟土壤肥力和土壤质量的指标之一，而不同土地利用方式、耕作制度、有机肥施用等因素对于两大典型烟区土壤活性有机质的影响值得进一步探讨。

土壤有机质与养分的相关性及关联度分析表明，土壤有机质与土壤pH、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、有效铜、有效锌、有效硼、交换性钙呈极显著正相关，与土壤全氮、碱解氮的相关性最大，表明土壤氮素与土壤有机质的关系最为密切，这与国内已有研究结果基本一致[7]，而土壤有机质、活性有机质、土壤养分与烟叶产量与品质的相关性尚待进一步深入研究。

4 结论

湘西自治州烟区与湘南永州烟区植烟土壤有机质含量总体偏高，空间变异较大。湘西自治州烟区土壤有机质平均值为28.55 g/kg，活性有机质平均含量为6.25 g/kg，植烟县土壤有机质含量主要处于适宜、高范围；湘南永州烟区土壤有机质平均值为42.3 g/kg，活性有机质平均含量为7.80 g/kg，植烟县土壤有机质主要处于高、极高范围。湘南永州烟区烟田的土壤有机质与活性有机质平均含量明显高于湘西自治州烟区。两大典型生态烟区土壤有机质与活性有机质含量均呈线性正相关关系，土壤有机质含量与土壤全氮、碱解氮的相关性最大，表明土壤氮素与土壤有机质的关系最为密切。土壤有机质与活性组分是评价烟区植烟土壤肥力和土壤质量的重要指标，湖南省典型烟区应根据土壤有机质的空间变异规律、丰缺特征及与养分的相关性进行植烟土壤的分区管理与土壤改良，合理调控有机肥和氮肥的施用，对于烟区植烟土壤的保育具有重要意义。

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