Evaluation of Soil Nutrient Abundance and Deficiency in Wanzhou Tobacco-Growing Area of Chongqing

万州区位于长江上游地区，处于重庆市东北部，地理位置为107°52′22″-108°53′52″E，30°23′50″-31°0′18″N，属亚热带季风性湿润气候，雨热充足，适宜种植烤烟. 万州植烟区海拔大都在1 000 m以上，植烟土壤类型以黄壤为主，种植烤烟品种主要为“云烟87”.

2021年对万州5个烟叶种植乡镇：孙家镇、罗田镇、恒合乡、白土镇和普子乡进行采样(图 1)，5个乡镇的烤烟种植面积分别为115，257，114，217，49 hm². 根据现代烟草农业规划，每个种植单元(约6.7~8 hm²)采集一个土样，随机选取该种植单元中能代表该区域主要土壤类型、地形、地貌和生产水平且集中连片的地块进行采样，5个乡镇的土壤采样数量分别为17，33，23，34，5个，记录采样点的编号、所属农户、经纬度、海拔、烟草前茬作物等辅助信息. 按照“S”型采样法，每个土样设置10个分样点，每次采样均安排在2021年11-12月烟田翻整后进行，共采集土壤样品112个. 各采集土壤样品应满足土体均匀、深浅一致的原则，采用四分法取每份土样2 kg，剔除明显杂物并混合均匀后带回实验室保存. 测定前对土样进行风干、研磨、过筛、分类和装瓶，之后进行各项指标测定分析.

采用土壤农化分析的常规方法分析土样. 土壤pH值采用pH计测定，土水比为1∶2.5^[6]；土壤有机质采用重铬酸钾容量法中的外加热法测定^[6]；土壤全氮采用克氏消化法前处理，半微量凯氏定氮法测定^[6]；土壤碱解氮采用扩散法测定^[6-7]；土壤有效磷采用Olsen法前处理，钼锑抗比色法测定^[6]；土壤速效钾采用NH₄Ac浸提，火焰光度计法测定^[6]；交换性钙、镁采用NH₄Cl-NH₄Ac测定法测定^[6]；土壤有效钼采用催化极谱法测定^[6]；土壤有效硼采用姜黄素比色法测定^[6]；土壤有效铁、锰、铜、锌采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定^[6]；土壤水溶性氯采用硝酸银滴定法测定^[6].

以全国第二次土壤普查资料为基础，以近年来万州植烟区实际生产情况及相关的植烟区土壤养分研究为参考^[8-10]，充分结合当地烟叶种植技术与土壤生态环境等多因素综合制定了万州区植烟土壤养分含量分级标准(表 1).

采用Origin 2021和Excel 2019进行原始数据处理及分析，MapGIS 67和Section 2016进行制图及空间叠加分析.

研究区植烟土壤pH平均值为5.32. 由图 2可知，研究区19.6%的土壤酸碱性适宜烟草生长；75%的土壤呈酸性，酸化较为严重；pH＞6.5的植烟土壤占比为5.4%. 与2012年相比，研究区植烟土壤pH平均值从5.57下降到5.32，降低4.49%. 恒合乡与罗田镇土壤酸化严重，呈极酸性的土壤占比为52.2%和57.6%；普子乡土壤酸碱性不适宜烟草生长. 由此可见，万州植烟区大部分土壤偏酸，需采取相应措施进行调节.

研究区植烟土壤有机质质量分数平均值为19.44 g/kg. 与2012年相比，研究区植烟土壤有机质质量分数平均值从19.74 g/kg下降到19.44 g/kg，下降1.52%. 由图 3可以看出，土壤有机质缺乏、适宜、过占比例分别为67.8%，30.4%，1.8%，由此可知万州植烟区大部分土壤缺乏有机质. 尤其是恒合乡、白土镇和罗田镇，土壤有机质缺乏比例分别达到了78.2%，85.3%和69.7%，因此需对该区域增施有机肥. 只有普子乡土壤有机质质量分数全部处于适宜范围.

研究区植烟土壤碱解氮质量分数平均值为107.12 mg/kg，与2012年相比，研究区植烟土壤碱解氮质量分数平均值从102.73 mg/kg上升到107.12 mg/kg，提高4.27%. 由图 4可知，碱解氮缺乏、适宜、过量比例分别为47.3%，52.7%，0. 恒合乡、白土镇和罗田镇土壤碱解氮缺乏比例分别为43.4%，64.7%和54.4%；孙家镇和普子乡土壤碱解氮处于适宜范围所占比例较高，达到了82.4%与100%；各个植烟乡镇均无碱解氮过量的土壤. 由此可知研究区植烟土壤部分缺乏碱解氮.

研究区植烟土壤有效磷质量分数平均值为28.6 mg/kg，处于适宜范围. 与2012年相比，研究区植烟土壤有效磷质量分数平均值从35.35 mg/kg下降到28.60 mg/kg，降低19.09%. 由图 5可知，研究区植烟土壤有效磷缺乏、适宜、过量比例分别为32.2%，27.6%，40.2%. 普子乡土壤有效磷丰富比例为60%；罗田镇土壤有效磷缺乏比例为42.4%. 由此可见，研究区植烟土壤有效磷空间分布差异较大.

万州研究区植烟土壤速效钾质量分数平均值为278.30 mg/kg. 由图 6可知，万州研究区植烟土壤速效钾缺乏、适宜、过量比例分别为26.8%，25.9%，47.3%. 与2012年相比，研究区植烟土壤速效钾质量分数平均值从167.20 mg/kg上升到278.30 mg/kg，提高66.45%. 孙家镇土壤速效钾处于适宜范围比例最高，为47.1%，普子乡土壤不缺乏速效钾，从整体上看万州植烟区土壤速效钾较为丰富.

对万州106个土壤样品进行分析得出其土壤交换性钙含量平均值为6.96 cmol/kg. 与2012年相比，研究区植烟土壤交换性钙质量分数平均值从7.98 cmol/kg下降到6.96 cmol/kg，降低12.78%. 从图 7可知，研究区交换性钙缺乏、适宜、过量比例分别为40.6%，32.1%，27.3%，普子乡所有土壤均缺乏交换性钙，恒合乡土壤交换性钙缺乏比例为45.4%. 由此得出，万州植烟区大部分土壤缺乏交换性钙. 万州植烟土壤交换性镁含量平均值为1.38 cmol/kg，与2012年相比，万州研究区植烟土壤交换性镁质量分数平均值从2.29 cmol/kg下降到1.38 cmol/kg，降低39.74%. 研究区土壤交换性镁缺乏、适宜、过量比例分别为26.4%，38.7%，34.9%；只有普子乡土壤交换性镁缺乏占比较高，达到66.6%. 由此可知，万州植烟区土壤交换性镁含量空间分布差异较大.

由图 8可知，万州植烟区土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌、有效硼、有效钼、水溶性氯缺乏比例分别为3.57%，0.89%，33.93%，15.18%，47.32%，88.39%，53.57%，适宜比例分别为21.43%，15.18%，37.5%，50.89%，28.57%，4.46%，41.96%，过量比例分别为75%，83.93%，28.57%，33.93%，24.11%，7.15%，4.47%. 总体来看，万州植烟区土壤有效铁、有效锰质量分数较高，除有效锌质量分数处于适宜范围，其余微量元素均有不同程度缺乏.

由图 9可知，万州植烟区土壤pH值与交换性钙、镁含量均呈一元一次函数关系，且斜率均大于0，交换性钙增幅大于交换性镁增幅，万州植烟区土壤pH值与交换性钙含量存在显著正相关关系(r²=0.47).

由图 10可知，万州植烟区土壤阳离子交换量与交换性钙、镁含量呈一元一次函数关系，且斜率均大于0，交换性镁增幅大于交换性钙增幅，万州植烟区土壤交换性钙质量分数与土壤阳离子交换量存在极显著正相关关系(p＜0.01)，万州植烟区土壤交换性镁质量分数与土壤阳离子交换量存在显著正相关关系.

近年来，随着现代烟草农业的发展和优质烟叶需求的提升，烟区土壤养分综合评价分析受到了广泛关注，对植烟土壤养分进行综合评价已经成为确定各烟区烤烟生产潜力的一个重要手段^[11]. 前人研究表明，烤烟生长的适宜土壤pH值范围为5.5~6.5^[12]. 万州区土壤pH＜5.5的酸性烟田占比为74.1%，土壤pH值过低会降低烟草对土壤养分的吸收效率，影响土壤中有益微生物的活动，继而影响烟株的生长和品质^[1]. 万州植烟区土壤酸化的主要原因是烟田多年连作，烟株持续吸钙、镁、钾、钠等盐基离子，但这些养分没有及时归还于土壤，使得Al³⁺和H⁺成为土壤中主要的交换性阳离子，导致土壤pH值下降^[13-15]. 万州植烟区恒合乡、罗田镇土壤酸化程度高，达到了82.6%与84.9%，需对这部分土壤进行针对性施用碱性肥. 对于酸性植烟土壤，可撒施生石灰375~750 kg/hm²、白云石粉2 250 kg/hm²、条施草木灰750~900 kg/hm^{2 [16]}，采用此种施肥方式能提升烟草长势与经济效益，增强土壤微生物活性，降低烟草根茎的发病率.

土壤中的氮素是对烟草生长发育和产量品质影响最大的营养元素^[17]. 万州植烟区土壤碱解氮在恒合乡、白土镇和罗田镇含量较低，这可能是由于烟农认识到尿素对土壤的危害，降低了氮肥的施用量，从而引起氮素的缺乏；万州植烟区有效磷缺乏的土壤占比为32.2%，烟草缺磷时，烟株根系变小，叶片变窄，会严重影响烟草品质，因此急需对这部分土壤增施磷肥. 土壤磷素过多也会造成烟叶弹性变差、油分不足^[18]. 在土壤磷素较高的区域，慎施或少施过磷酸钙、钙、镁磷肥等肥料，防止磷少量或过量对烟叶产生不利影响；钾离子是烟草细胞中含量最丰富的阳离子，被认为是烟草的优质元素. 总体来看万州植烟区土壤速效钾含量丰富. 钾对烟草品质的改善具有非常重要的作用，可以增加烟叶香气^[19]，因此烟农更易过量施用钾肥. 万州植烟区土壤速效钾含量普遍偏高，虽然不会对烟草产质量产生显著影响，但容易造成烟叶易吸潮且不耐储存.

万州植烟区土壤交换性钙、镁总体含量分布不均衡，高低并存. 钙是构成细胞壁的主要成分，镁是叶绿素和蛋白质合成的主要成分，若土壤中钙、镁含量缺乏或过高，烟株的生长发育会受到抑制，从而降低烟叶的抗病性和产量^[20-21]. 应根据区域情况，合理施用适量比例的含钙、镁的土壤改良剂或肥料. 根据前人研究并结合万州植烟区土壤交换性钙、镁综合情况分析得出，施用过磷酸钙750 kg/hm²与硫酸镁75 kg/hm²时，烟草产质量提高^[22-23].

万州区近年来植烟土壤中各种微量元素空间分布不均. 万州植烟区土壤有效铁、有效锰与有效锌过量的比例分别为75%，83.93%，33.93%，过量施用微量元素肥料，会造成烤烟微量元素中毒、抵抗力减弱及发育不完全等. 但万州植烟区土壤有效铜、有效硼、有效钼及水溶性氯缺乏的比例分别为33.93%，47.32%，88.39%，53.57%. 在补充铜、锌、硼和钼时可施用硫酸铜7.5~15 kg/hm²、硫酸锌12~18 kg/hm²、硼砂10.5~22.5 kg/hm²、钼酸铵1.5~6 kg/hm^{2 [5, 23-24]}，在补充氯肥时可施用氯化钾30~45 kg/hm^{2 [25]}，但要注意在施用时深施覆土，因为烟草从根部吸收氯元素，施肥过浅会导致烟草氯素吸收过量，而烟草是忌氯作物，烟草含氯过多会使烟叶质地疏松，燃烧性变差.

万州植烟区土壤pH值与交换性钙、镁含量呈显著正相关关系. 邓小华等^[26]提出，当土壤pH值较低时，钙、镁盐在土壤中的溶解速率增大，从而提高了钙、镁离子的活性，并加快了钙、镁离子在土壤中的迁移与淋洗；曹胜等^[27]发现，随着pH值的增加，钙、镁离子在土壤中的溶解程度下降，从而使钙、镁离子在土壤中的迁移与损失逐渐减小，并持续富集，交换性钙、镁含量便会升高.

CEC直接反映土壤保蓄、供应和缓冲阳离子养分的能力，所能吸收的阳离子总量包括交换性盐基(K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)和水解性酸. 由图 11可知，CEC与交换性钙、镁之间相关性最强，而土壤中钙、镁离子含量又与交换性钙、镁含量关系密切. 胡志明等^[28]发现土壤pH值与CEC具有极显著的正相关关系，在万州植烟区CEC与土壤pH值相关性显著. 土壤在酸化后，土壤胶体表面的盐基阳离子被致酸离子所替代，从而使交换性酸含量增加，交换性盐基含量降低，从而使土壤肥力下降^[29-30]. 因此，在土壤酸化后及时补充钙、镁，才能改良土壤结构，增强土壤养分循环能力，提高土壤肥效.

万州植烟区在经过土壤肥力评价后根据试验结果得出土壤养分现状，此结果可对万州植烟区域进行针对性施肥提供参考. 在施肥过程中要结合具体区域与地块，做到土壤“降酸、增碳氮、调磷，减钾、补微”，并通过叠加土壤分析图、土壤有机质质量分数图、土壤碱解氮质量分数图、土壤有效磷质量分数图、土壤速效钾质量分数图形成综合施肥区划图，根据土壤肥力分区提出科学合理的施肥方案(图 12). 在施肥时，根据施肥区划图精确各个种植单元氮磷钾比例，以此进行精准施肥. 为保证烟田土壤肥力合理，万州烤烟氮用量基本控制在90~120 kg/hm²，磷用量基本控制在75~120 kg/hm²，钾用量基本控制在225~270 kg/hm². 根据土壤肥力分区及前人研究^{[4, 18, 31-34]}，不同区域土壤氮磷钾肥建议施用比例分别为：中氮高磷高钾区为1∶0.7∶2.1，中氮中磷高钾区为1∶0.9∶2.1，中氮中磷中钾区为1∶0.9∶2.4，低氮中磷中钾区为1∶0.8∶2.1，低氮高磷低钾区为1∶0.6∶2.3，低氮高磷高钾区为1∶0.6∶1.9.

1) 万州植烟区土壤酸化较为严重，应尽快对pH＜5.5的酸化烟田进行分段降酸治理.

2) 万州植烟区土壤有机质缺乏较为严重，应针对小于20 g/kg的土壤进行增施处理；碱解氮、有效磷、速效钾和交换性钙、镁空间分布不均，应根据其施肥区划进行合理施肥.

3) 万州植烟区有效铁、有效锰含量相对较高，有效铜、有效锌、有效硼、有效钼和水溶性氯较为缺乏，应根据其空间分布合理补充微量元素肥料. 万州植烟区土壤pH与交换性钙、镁之间存在显著正相关关系. 因此，当土壤pH降低后应及时补充钙、镁肥料，从而提高土壤养分利用率.

4) 根据万州区植烟土壤养分现状，建立施肥区划图，可达到“降酸、增碳氮、调磷，减钾，补微”的目标，为万州区烤烟产业的可持续发展提供科学参考方案.