刘晓涵 马静 韩秋静 赵世民 王惠 马君红 于建军 叶协锋

摘 要：以河南省洛阳市植烟土壤为研究对象，应用常规统计学方法和冗余分析方法，分析20个典型烟田不同土层（0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm）土壤基础肥力和全盐量，并探讨了土壤肥力与盐离子的关系。结果表明：（1）有机质（OM）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）和速效钾（AK）含量均以0～20 cm土层最高，其中有机质和速效钾随着土层加深而减少，碱解氮、速效磷含量表现出先降后升趋势；各土层主要以碱性为主，0～20 cm的pH最低；全盐量自上而下呈现先降后升的趋势；（2）冗余分析结果表明，土壤有机质（OM）在0～100 cm与K+、Na+、Ca2+和SO42?表现出较好的相关性；碱解氮（AN）在0～40 cm与K+有正相关性，与Na+有负相关性；速效磷（AP）在0～100 cm受Ca2+和SO42?影响较大，在0～80 cm与K+有较强的相关性；速效钾（AK）在不同土层与盐离子的相关性不同；pH与HCO3?有较强的相关性。综合考虑，洛阳典型植烟土壤表层肥力较高，盐分较多聚集在表层和底层土壤，其中K+对各肥力指标均有较大影响，Cl?则随着土层加深对肥力指标影响增强，其余各离子与肥力表现无明显规律。

关键词：植烟土壤；盐分；基础肥力；冗余分析；洛阳

中图分类号：S572.06 文章编号：1007-5119（2018）06-0021-08 DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2018.06.004

土壤肥力是农业生产的基础，是作物产量和品质的关键影响因子，了解土壤肥力可为科学施肥提供依据[1]。评价土壤肥力的方法较多，一般将对植物生长发育影响较大的pH、有机质、碱解氮、速效钾和速效磷作为主要评价指标。对烤烟而言土壤肥力的丰缺至关重要，它不仅影响烟草的生长发育，还影响烤后烟叶的质量[2]，但随着现代农业生产中化肥的大量施用和有机肥施用的不足，土壤肥力正逐步下降，同时伴随着土壤盐含量的增加；而不合理的灌溉方式加剧了土壤肥力的缺失和土壤的次生盐渍化水平[3-4]。

研究发现在烤烟生长旺盛期，气候炎热，蒸发量大，较易引起盐分表聚，盐分离子主要以NO3?、K+、Ca2+、Cl?、SO42?为主[5]。叶协锋[6]研究表明，河南省12个地市的植烟土壤均有不同程度的盐渍化，个别地区甚至达到中度盐渍化。高盐含量不仅会导致土壤质量下降，影响养分的平衡供应和离子之间的平衡吸收，降低土壤养分的有效性[3-4]，同时盐分的积累会造成土壤生理干旱，烤烟根系吸水受阻，叶片光合、呼吸作用减弱，正常生理代谢遭到破坏，降低烟草的抗逆能力和品质[7]。目前已有关于植烟土壤肥力的研究[6]，也有对土壤盐分与有机质、速效钾、速效磷和碱解氮等土壤肥力指标相关性的分析[8]，但大多是基于全盐量的水平。由于不同地区的气候条件、成土母质以及栽培管理措施的差异致使土壤盐渍化的成因不同，其盐分组成与离子比例呈现区域性特征[9]，且在同一地区土壤中各种离子含量呈现较强的空间变异性[10]，因此在研究土壤盐渍化与土壤肥力之间的关系时，仅使用土壤全盐量来描述，难以精准评价各种盐离子对土壤肥力影响的差异。为此，本文以河南省洛阳市典型植烟土壤为研究对象，重点研究土壤全盐量的垂直分布规律以及土壤盐分离子与养分之间的关系，旨在为烤烟合理施肥、优化管理，实现烤烟优质丰产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

洛阳市介于东经112°16'～112°37'，北纬34°32'～34°45'，位于河南省西部，属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，年均日照时数为2 291.6 h，年均降雨量578 mm，平均气温14.8 ℃。境内东北部为伊洛河平原，其余大部属豫西山区，地势总体上为西高东低，山区、丘陵和平原各占45.5%、40.7%和13.8%。洛阳烟区属黄淮海烟区，植烟面积较广，常年植烟面积约为10 000 hm2，年产烤烟17 500 t，土壤以偏碱性的褐土分布范围最广，红黏土有少量分布，其他土类包括黄棕壤、紫色土、水稻土等。

1.2 土样采集

2017年在烤烟施肥移栽前在洛阳市植烟区汝阳、嵩县、洛宁和宜阳取样，采样地多为丘陵和平 原，海拔在200～500 m，综合考虑主要植烟土壤类型和烤烟长势，在每个县选取5块代表性烟田，按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm的土层进行取样，同一土层多个土样混匀后按“四分法”缩分，保留1 kg带回。土样放置阴凉处自然风干、去杂和磨碎后，分别过20目（0.84 mm）和100目（0.15 mm）筛，标记后作为待测样保存。

1.3 测定方法

土壤指标测定方法为[11]：pH为电位法，有机质（OM）为重铬酸钾-硫酸消化容量法，速效氮（AN）为碱解扩散法，速效磷（AP）为碳酸氢钠浸提-钼锑抗显色分光光度法，速效钾（AK）为醋酸铵提取-火焰光度法，全盐量为离子质量分数加和法：Ca2+、Mg2+、SO42?采用EDTA滴定法，CO32?、HCO3?采用双指示剂中和滴定法，Cl?采用硝酸银滴定法，Na+、K+采用火焰分光光度计法测定。

1.4 数据处理

采用IBM Statistics SPSS 22.0进行统计分析，采用Microsoft Excel 2016和Graphpad Prism 7.0进

行图表制作，采用国际标准通用软件CANOCO 5.0进行冗余分析（RDA），排序结果用双序图表示[12]。

2 结 果

2.1 植烟土壤盐分垂直分布特征

王遵亲等[13]将土壤含盐量划分为5个等级，如表1。依此标准，采集的100个分层土样中，93%为非盐渍化土，5%为轻度盐渍化土，2%为重度盐渍化土，其中0～20 cm土样中，98%为非盐渍化土，2%为重度盐渍化土。从表2可知，土壤盐含量自上而下呈现先降后升的变化趋势，0～20 cm土层全盐量均值为0.59 g/kg；20～40 cm、40～60 cm土层土壤全盐量降至最低，均值为0.54 g/kg；60～100 cm土层中全盐量又有所升高，80～100 cm土层全盐量平均值最高，为0.61 g/kg。0～20 cm和40～60 cm土层全盐量变異系数分别为35.96%和36.72%，变化幅度较小，20～40 cm和60～100 cm各土层全盐量变异较大，变异系数均超过了40%，表明深层土壤全盐量存在较大差异，且由偏度系数和峰度系数可知，60～100 cm土层全盐量均偏向平均值右侧，分布不集中。

2.2 植烟土壤肥力垂直分布特征

从图1来看，各土层土壤pH多呈碱性，在0～20 cm土层中，有10%的土壤处于植烟土壤适宜pH范围（5.5～6.5）[6]；而20～100 cm土层中pH大多为碱性。土壤有机质则随着土层加深，含量逐渐降低，其中0～20 cm土壤有机质含量多在8～12 g/kg，较我国普遍认为的优质烟的土壤适宜有机质含量范围（15～35 g/kg）[14]低，仅有5%的样点处于适宜含量范围内。土壤碱解氮含量表现为浅层土壤碱解氮含量略高，中层土壤碱解氮含量分布集中，其中0～20 cm土层碱解氮含量最高，为58.79～111.55 mg/kg，有3个样点处于优质烟适宜碱解氮含量范围内（100～150 mg/kg）[14]。土壤速效磷含量随着土层加深逐渐降低，0～20 cm土层土壤速效磷含量最高，平均值为13.04 mg/kg，分布较为分散，而烤烟适宜的速效磷含量为10～20 mg/kg[14]，由此可知，85%的土壤速效磷含量属于中高水平。土壤速效钾含量在150 mg/kg以上可满足优质烤烟生产的要求[15]，由图可知土壤速效钾含量在72.08～238.53 mg/kg，其中0～20 cm土层速效钾平均含量最高，为156.38 mg/kg，有40%的样点速效钾含量均值达到适宜水平，而20～100 cm速效钾含量呈缓慢下降趋势。

2.3 洛阳植烟地区土壤盐离子与肥力的关系分析

2.3.1 土壤盐离子与肥力的相关性分析 土壤肥力与土壤各离子的相关性分析（表3）表明，在0～100 cm土壤中OM与Ca2+存在显著的负相关关系，相关系数为?0.226；OM与K+存在极显著的正相关关系，相关系数为0.319；OM与Na+的相关系数为?0.298；AN与K+呈显著正相关关系，与Na+呈显著负相关关系，相关系数分别为0.219和?0.252；AK与各离子相关性不显著；AP与K+呈显著正相关关系；pH与HCO3?呈极显著负相关关系。

2.3.2 土壤盐离子与肥力的冗余分析 进一步采用冗余分析法（RDA），将土壤中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42?、HCO3?和Cl?作为环境因子，将OM、AN、AP、AK和pH作为研究对象，绘制线性排序图对不同土层土壤盐分离子与肥力进行分析（图2）。图中环境因子（土壤盐离子）用空心箭头表示，研究对象（肥力指标）用实心箭头表示，空心箭头的长度越长代表这个环境因子对研究对象的分布影响越大；空心箭头与实心箭头之间的夹角可以表示研究对象与环境因子之间的相关性，夹角越小，相关性越大[12]。

由图2可知，在0～80 cm土层中，OM和K+保持一定正相关性，但在80～100 cm土层中，两者变为负相关，在所有土层中OM始终与Na+、Ca2+和SO42?的箭头呈反向，说明Na+、Ca2+和SO42?与OM有负相关性；在0～100 cm土层中，AN与Na+的箭头始终呈反向，表示AN与Na+在全土层呈负

相关性，而AN与Ca2+在0～80 cm有负相关性，在80～100 cm相关性不强，与K+也仅在0～40 cm有一定的正相关关系；AK与各离子的相关性在不同土层表现不一，其中与Cl?在20～40 cm土层呈正相关性，与HCO3?在40～60 cm土层呈负相关性，在60～80 cm与K+离子呈正相关性，在80～100 cm与SO42?呈一定的负相关性；AP在0～80 cm与K+箭头夹角较小，呈现一定的正相关性，在全土层与SO42?和Ca2+呈现一定的负相关性，与其他离子的相关性在不同土层表现不一致；pH与HCO3?在0～100 cm箭头夹角较小，即两者始终呈现负相关性，与其他离子相关性变化较大。K+的箭头在0～100 cm长度始终较长，说明K+对于主要土壤肥力指标的影响程度较大；SO42?箭头的长度在各土层变化较平稳，即对各土层肥力指标的贡献较为稳定；Cl?箭头的长度随着深度的增加逐渐增强，说明随着土层加深，Cl?对各肥力指标的影响逐渐增加，其余离子变化在各土层的变化无明显规律。

3 讨 论

洛阳植烟土壤全盐量以耕层（0～20 cm）较高，随着土层加深，全盐量呈现先降后升的趋势，并表现出明显的底聚。研究表明盐分的分布可能与自然和人为因素有关，随着土层的加深，耕作和栽培因素影响减弱，地形、地下水位等结构性因素影响增强[16]。植烟土壤长期施用化肥，烟草生长后期正值8—9月，气温高、土壤水分蒸发快，地下水位上移 易导致表层盐聚[5]，致使0～20 cm土层含盐量最高；而灌溉和雨水淋溶也是影响盐分迁移和积累的重要因素[17]，烟草生长时期自然降雨和大田灌溉会将盐分向下淋洗，这可能是80～100 cm土层含盐量升高的原因；李志等[18]的研究表明氯化物在土壤中表现出很强的表聚性，硫酸盐呈底聚趋势，土壤盐含量越高，表聚现象越明显。根据分析，洛阳植烟区取样点土壤盐渍化程度较小，硫酸根离子和氯离子均存在，因而引起盐分表聚和底聚；而20～80 cm土壤含盐量呈下降趋势，这可能是农田机械耕作导致的紧实犁底层阻碍了盐分随水下移[19]，也可能与洛阳地处半干润地区，降雨量偏低，制约了盐分随

水下移的程度有关。

对洛阳植烟土壤进行分析时发现，0～20 cm土层土壤肥力良好，土层加深，各肥力指标变化不一，这可能与根系分泌物及脱落物产生有机质有关[20]，也可能与耕层土壤常年施肥相关。在诸多离子中，K+、SO42?和HCO3?与土壤各肥力指标关系密切，这可能与烟田施肥种类和植烟土壤类型有关。洛阳烟区主要使用烟草专用复合肥，其中钾肥以硫酸钾为主[21]，使得烟田K+、SO42?的含量较高，这可能是浅层土壤中K+和SO42?与各肥力指标相关性较大的原因，HCO3?对土壤肥力的影响可能与土壤pH的变化相关[22]。在20～100 cm土层中，K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42?、HCO3?、Cl?均对土壤肥力指标有一定程度影响，且这种影响呈现两面性，即盐分离子可以影响土壤中诸多因素来增加或降低土壤肥力。其中Na+水解后与HCO3?、CO3?结合，会造成土壤碱性增大，土壤胶体高度分散，破坏土壤物理结构，影响肥力释放[23]；Ca2+对磷素有固定作用，Ca2+含量高会降低土壤速效磷的含量[24]，也会降低速效钾的有效性[25]；土壤中Mg2+含量增加能改善土壤的氮磷钾水平，提高土壤相关养分的含量[26]；Cl?可增强土壤中性磷酸酶活性，降低碱性磷酸酶活性，影响土壤速效磷含量[27]，且其含量过高则会减少土壤微生物含量，进而降低土壤肥力。有研究指出荒漠盐生植物所处土壤含水量较低，作物根系会增强对水分的吸收提高根际渗透势，使养分向根系移动，起到“营养泵”的作用，从而造成表层土壤速效养分亏缺程度比内陆地区要小[28]；土壤中的盐分也会对菌群的活性起到一定的抑制作用，使土壤微生物的种群数目减少，间接对土壤肥力产生不良影响[29]；而土层加深，土壤中微生物数量较少，腐解作用逐渐减弱，这也是土壤肥力随着土层加深而降低的原因[28]。

离子与pH之间也具有显著相关性，欧阳磊等[30]表示pH为5.5～6.5时，土壤有效钙、有效硫、有效镁和水溶性氯离子的含量丰富，能够满足优质烤烟需要，因此离子与土壤pH有着密不可分的关联，赵兰坡等[31]试验表明，土壤pH随着土壤剖面的加深而增加，这种变化与可溶盐总量有关，土壤中可溶盐总量越高，其pH也越高。本文研究指出在0～100 cm土层pH与HCO3?相关性较强，原因可能为根系吸收阳离子后，残存的HCO3?等由于和土壤胶体带有相同的负电荷[32]，很容易与水解离出的H+结合，致使土壤pH升高；而与Ca2+、Mg2+在不同土层相关性表现不一致，可能与这两种离子在不同土层含量不一致有关。

4 结 论

洛阳植烟土壤含盐量呈现明显的表聚和底聚分布特征，部分地区已表现出轻度盐渍化。耕层土壤有机质、碱解氮含量略低，速效磷、速效鉀含量部分处于适宜烤烟种植范围内，土壤pH整体偏高；不同土层中盐分离子对土壤肥力指标的影响不同，表层土壤中K+、Na+、HCO3?、SO42?等贡献较大，其中K+对OM、AN和AP均存在显著影响；随着土层加深，HCO3?、SO42?对肥力指标的影响减弱，而Cl?的影响变大。

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