衡阳植烟土壤理化性状和种植年限对烟叶化学成分的影响

摘要：为全面分析衡阳市烟田土壤理化特征和烟叶质量，采集衡阳市5个植烟县（市）的代表性紫色水稻土烟田土壤样品和烟叶样品，研究不同区域土壤理化性质和种植年限对烟叶化学成分的影响，并评价烟叶质量。结果表明：衡阳紫色烟田土壤的有机质含量总体处于适中和丰富水平（96.3%），速效养分含量总体处于适中及以上水平（88.9%～94.4%），pH值有68.5%的点位处于适中水平。衡南县、衡阳县、耒阳市和常宁市烟叶总氮含量较低（＜1.5%）；衡阳县和常宁市烟叶烟碱含量（＜1.5%）和糖碱比（＜8%）较低；衡南县烟叶还原糖含量偏低（＜18%），其他县域烟叶水溶性总糖偏高（＞22%）。相关性分析表明，不同烟区土壤磷、钾含量和微生物生物量是影响烟叶品质的重要因素。＞2 mm团聚体百分含量在植烟10 a后显著下降，＜2 mm团聚体百分含量显著增加。植烟年限超过10 a的土壤全氮、有机以 质、微生物生物量的下降和物理结构的破坏会对烟叶品质产生负面的影响。因此，在土壤养分总量高的烟区可适当减少化肥施用，有机质含量低和土壤团聚体的破坏严重的烟区适当增施有机肥，有助于提升衡阳烟区土壤质量和烟叶品质。

关键词：衡阳；烟叶；土壤理化性质；化学成分；种植年限

中图分类号：S158.3 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）09-0041-08

Soil Physicochemical Properties and Planting Years Affect Chemical Composition of

Tobacco Leaves in Hengyang

XIANG Peng-hua1，XIAO Zhi-peng1，GUO Wei1，WANG Juan2，WANG Feng-ren2，HU Wang2，

SHEN Jian-lin2，LONG Shi-ping3

（1. Hengyang Tobacco Company， Hunan Provincial Tobacco Corporation， Hengyang 421001， PRC; 2. Institute of Subtropical

Agriculture， Chinese Academy of Sciences， Changsha 410125， PRC; 3. Hunan Institute of Agricultural

Environment and Ecology， Changsha 410128， PRC）

Abstract： To comprehensively analyze the soil physicochemical properties and tobacco quality in Hengyang City， we collected soil samples and tobacco samples from the representative tobacco fields with purple paddy soil in five tobacco-planting counties （cities） of Hengyang. The effects of soil physicochemical properties and planting years on the chemical composition of tobacco leaves in different areas were studied， and the quality of tobacco leaves was evaluated. The results showed that the purple paddy soil in the tobacco field in Hengyang generally had moderate or rich organic matter （96.3%）， moderate or high available nutrients （88.9%-94.4%）， and neutral pH in 68.5% of the sampling sites. The tobacco leaves in Hengnan County， Hengyang County， Leiyang City， and Changning City had low total nitrogen （lt;1.5%）， and those in Hengyang County and Changning City had low nicotine content （lt;1.5%） and sugar-alkali ratio （lt;8%）. The tobacco leaves in Hengnan County had low reducing sugar （lt;18%）， and those in other counties and cities had high total water-soluble sugar （gt;22%）. The correlation analysis showed that the phosphorus and potassium content in soil and microbial biomass were the main factors affecting the quality of tobacco leaves. The soil after 10 years of tobacco planting showcased decreased percentage of agglomerates with the particle size gt;2 mm and increased percentage of agglomerates with the particle size lt;2 mm. The decreases in soil total nitrogen， organic matter， and microbial biomass and the destruction of physical structure of the soil after over 10 years of tobacco planting negatively affected tobacco quality. Therefore， it is suggested that the application of chemical fertilizer should be reduced in the tobacco soil with high total nutrients， and organic fertilizer can be applied in the tobacco soil with low organic matter

and serious destruction of soil agglomerates， which is of great significance for improving the soil quality and tobacco quality in Hengyang.

Key words： Hengyang; tobacco; soil physicochemical properties; chemical composition; planting years

烟叶生产是烟区农业生产发展的重要组成部分，也是烟区农民增收、财政增税的重要产业支撑[1]。在烟叶生产中，植烟区适宜的土壤肥力对优质烟叶的生产具有重要作用[2]。土壤有机质含量影响烟叶生长后期土壤供氮能力，从而影响烟叶的落黄成熟[3]。长期施用化肥会导致土壤酸化，从而抑制烤烟根系的发育[4]。增施磷肥可以增加烟叶中的糖含量，降低刺激[5]。钾供应不足会影响叶片机械组织发育，导致烟株生长缓慢[5]。钾肥的过量施用会使土壤其他营养元素产生拮抗效应，破坏土壤结构，最终降低烤烟产量[6]。因此，探明烟区土壤理化性质对指导施肥和烤烟的生产具有重要意义。

种植年限的增加也会引起土壤肥力的变化，从而对植烟的生长产生重要影响[7]。长期的种植烤烟会造成土壤中某些营养元素的缺乏或积累，打破土壤的养分平衡，影响烟株的抗逆性[7]。微生物生物量涉及微生物物质和能量储备的关键属性，影响土壤有机碳固存、土壤养分有效性和土壤微生物肥力的积累[8]。罗茜等[7]研究发现，随着种植年限的增加，四川各烟区的土壤pH值均有不同程度的下降。土壤团聚体是土壤结构的物质基础和肥力的重要载

体，种植年限对土壤团聚体分布及稳定性也有显著影响，不同种植系统的种植年限对土壤团聚体的影响各异[9]。因此，探究种植年限对土壤理化和烟叶品质的影响对优化烤烟种植模式具有重要作用。

衡阳市植烟面积有3 680 hm2，其中紫色土植烟区约占54.4%，由于紫色土成土母岩结构疏松和土地不合理的利用，导致土壤环境质量，严重影响当地烟叶的生产[10]。而关于衡阳不同植烟地区土壤理化性质和烟叶品质的差异尚不明确。为此，笔者以衡阳不同地区和种植年限下植烟土壤理化性质和烟叶化学成分为研究对象，分析了衡阳不同植烟区域和种植年限下土壤理化性质的差异及其对烟叶化学成分的影响，以期为衡阳地区植烟生产、提高土地利用效益、保护生态环境等方面提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

衡阳市位于湖南省中南部，湘江中游，地处东经110°32′16″～113°16′32″之间，北纬26°07′05″～27°28′24″之间，属亚热带季风气候区。全市土壤类型以红壤、紫色土、水稻土为主，主要种植水稻、烟草、油菜等作物。2021年全市绿肥种植面积约6.67万hm2，有机肥施用量约48万t。

1.2 样品采集

根据衡阳市紫色水稻土分布图[11]，结合衡阳市烟草主要种植乡镇分布（衡阳市烟草局提供数据），2022年选取衡阳市5个植烟县（市）13个乡镇的代表性烟稻轮作烟田土壤（土壤类型为紫色砂页岩发育的紫色水稻土）54个（具体采样点信息见表1），土壤和烟叶样品均在烟叶成熟期采集，并记录各样点海拔、母岩母质、土地利用、种植制度和种植年限情况。按照随机、等量的原则，采用S型取样法分别采集10～15个0～20 cm耕层土样组成一个混合样，充分混匀后按四分法取1 kg左右的土壤样品放入自封袋贴上标签。每个取样点采集3个环刀样，每个环刀保持原状，装入小自封袋后，再用透明胶带裹紧。取样时避开田边、路边、沟边和堆过肥料的特殊地点。选择土壤样品采集点相对应的地点采集烟叶样品54个，采集10～15株烟株的已成熟中部烟叶组成一个混合样，进行登记编号，然后用烘箱烘干烟叶样品用于化学成分指标测定。

1.3 指标测定方法

（1）土壤理化指标。环刀法测定土壤容重；水浸提电位法测定土壤pH值（水土质量比为2.5∶1）；重铬酸钾容量法–外加热法测定有机质；H2SO4消煮法测定总氮；HNO3–HF–HClO4消煮法测定总磷、总钾；碱解扩散法测定碱解氮；0.5 mol/L NaHCO3法测定速效磷；NH4OAc火焰光度法测定速效钾；三氯化六氨合钴–分光光度计法测定阳离子交换量；湿筛法测定团聚体。以上各指标测定参照鲁如坤的《土壤农业化学分析方法》进行[12]。氯仿熏蒸–0.5 mol/L K2SO4提取法测定微生物量碳、氮[13]。

（2）烟叶化学成分。测定指标主要包括总糖、还原糖、总氮、烟碱、总钾和氯含量，参照文献[14]中的方法测定。其中总糖、还原糖用3，5–二硝基水杨酸比色法测定，总氮用H2SO4–H2O2消煮法测定；总钾用5%乙酸浸提–火焰光度法测定；氯用0.2 mol/L H2SO4浸提–硝酸银滴定法测定；烟碱用提取脱色法测定。根据测定结果计算糖碱比、氮碱比和钾氯比。

1.4 数据处理与分析

参照前人对烟草种植土壤养分评价体系[3，15]，建立烟草土壤主要养分丰缺评价体系（表2）。采用Microsoft Excel 2021、IBM Statistics SPSS 2019和Origin Lab 2022进行数据统计分析、相关性分析和作图。采用单因素方差分析（one–way ANOVA）比较处理间差异，用LSD法检验差异显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 衡阳植烟紫色水稻土理化性质

由表3可知，衡阳植烟紫色水稻土pH值在5.20～7.85之间，平均为6.75。全氮含量在1.17～3.05 g/kg之间，平均为1.95 g/kg。全磷含量在0.05～1.12 g/kg之间，平均为0.61 g/kg。全钾含量在9.25～24.42 g/kg之间，平均为17.37 g/kg。有机质含量在15.26～56.55 g/kg之间，平均为34.78 g/kg。碱解氮含量在48.93～270.70 mg/kg之间，平均为125.58 mg/kg。速效磷含量在6.62～154.59 mg/kg之间，平均为45.86 mg/kg。

速效钾含量在65.05～902.38 mg/kg之间，平均为320.10 mg/kg。阳离子交换量在4.80～26.77 cmol/kg之间，平均为17.85 cmol/kg。微生物量碳含量在123.32～984.27 mg/kg之间，平均为521.53 mg/kg。微生物量氮含量在22.55～187.00 mg/kg之间，平均为96.15 mg/kg。土壤容重在1.04～1.61 g/cm3之间，平均为1.28 g/cm3。除pH值的变异系数为7.42%，属低度变异外，其他指标的变异系数介于10.85%～63.83%，均属于中度变异。

2.2 不同烟区植烟紫色水稻土理化性质

衡阳市不同县市植烟紫色水稻土理化性质差异较大（表4）。土壤全氮和全磷的平均含量分别在1.86～2.51和0.57～0.89 g/kg之间，其中耒阳市土壤全氮和全磷的平均含量显著高于其他县市（P＜0.05）。土壤速效磷的平均含量在30.87～73.59 mg/kg

之间，其中耒阳市最高，祁东县最低。土壤速效钾的平均含量在209.57～489.87 mg/kg之间，其中耒阳市＞常宁市＞衡南县＞衡阳县＞祁东县。土壤阳离子交换量平均在14.55～23.22 cmol/kg之间，其中耒阳市＞衡阳县＞衡南县＞常宁市＞祁东县。土壤微生物量氮的平均含量在71.29～110.96 mg/kg之间，其中耒阳市最高，衡阳县最低。土壤pH值在6.25～6.90之间，其中祁东县显著低于衡南县、衡阳县和常宁市（P＜0.05）。土壤容重平均在1.18～1.41 g/cm3之间，其中耒阳县最高。

2.3 衡阳植烟紫色水稻土理化及生物性质的区域性差异

土壤有机质的含量决定着肥力的水平，有机质含量适中的土壤能生产出品质较好的烟叶[16]。由表5可知，衡阳烟田紫色水稻土有机质含量有52.7%和42.6%的点位是适中和丰富水平。土壤中有效氮含量及供氮能力的调节是影响烟草生育和烟叶质量、产量的重要因素。衡阳烟田紫色水稻土有效氮有94.4%的点位是适中及以上水平。速效磷分别有40.7%和48.2%的点位处于适中及丰富水平。速效钾有14.8%的点位处于适中水平，有38.9%和35.2%的点位从处于丰富和很丰富水平。不同地区的土质、气候、农艺管理措施等差异会导致不同地区土壤肥力的差异较大[17]。衡阳市不同烟区烟田紫色水稻土基本理化性质存在适宜性差异（表1和表4）。

2.4 不同烟区植烟紫色水稻土烤烟化学成分

衡阳市不同县市烟叶化学成分差异较大（表6）。烟叶中总氮的平均含量在1.22%～1.52%之间，其中祁东县显著高于其他县市（P＜0.05）。烟叶中氯的平均含量在0.34%～0.59%之间，其中耒阳市显著高于其他县市（P＜0.05）。烟叶中烟碱的平均含量在1.38%～2.01%之间，其中耒阳市＞祁东县＞

衡南县＞衡阳县＞常宁市。烟叶中还原糖的平均含量在16.50%～26.68%之间，其中衡阳县＞常宁市＞耒阳市＞祁东县＞衡南县。烟叶中水溶性总糖的平均含量在23.26%～38.57%之间，其中衡阳县显著高于其他县市P＜0.05）。烟叶的平均糖碱比在12.44～33.96之间，其中衡阳县和常宁市显著高于其他县市（P＜0.05）。烟叶的平均氮碱比在0.64～1.07之间，其中衡阳县＞常宁市＞祁东县＞衡南县＞耒阳市。烟叶的平均钾氯比在3.47～7.53之间，其中祁东县＞衡阳县＞常宁市＞衡南县＞耒阳市。

2.5 衡阳不同烟区烟叶化学成分的区域性差异

祁东县烟叶总氮含量符合优质烟叶的标准（1.5%～2.5%），其余县市偏低，总氮含量低会导致烟叶吃味平淡。衡阳市各县域烟叶总钾（＞1.5%）和氯（0.3%～0.8%）含量符合优质烟叶的标准。衡南县、祁东县和耒阳市的烟叶烟碱含量符合优质烟叶的标准（1.5%～3.5%），衡阳县和常宁市烟叶烟碱含量较低。烟碱含量过低，导致烟叶劲头小，吃味平淡。衡南县烟叶还原糖含量偏低，其余县市符合优质烟叶的标准（18%～24%）。衡阳市各县域烟叶水溶性总糖含量均高于优质烟叶的标准（18%～22%）。糖含量过高会导致烟气醇和度降低，吃味变淡[18]。衡阳市各县域烟叶糖碱比均高于优质烟叶的标准（8～12），这与烟叶中糖含量过高和烟碱含量低有关。衡阳县、常宁市和祁东县烟叶氮碱比符合优质烟叶的标准（0.8～1），衡南县和耒阳市烟叶氮碱比偏低。耒阳市钾氯比偏低，其他县域烟叶钾氯比符合优质烟叶的标准（＞4）。以上结果表明，衡阳市不同县域烟叶的化学品质存在明显的空间差异，这与王炽等[19]研究相似，其原因可能与土壤肥力等自然条件和人为种植管理差异有关。

烟叶总钾与土壤速效钾含量呈显著正相关关系（图1），增施钾肥有利于烟叶对钾的吸收，与刘坤等[20]研究结果一致。烟叶烟碱与土壤全钾和速效钾含量呈负相关关系（图1），与王晓园等[21]研究结果相似，其原因可能与钾通过控制根系相关酶基因的表达来影响烟叶中烟碱的积累有关[22]。因此，在土壤全钾含量高的植烟区域如衡阳县和常宁市，可以适当减少钾肥的施用量，以此提高烟叶中烟碱含量，降低钾的含量，从而协调烟叶化学成分，减少用肥成本和提高烟叶品质。烟叶糖含量与土壤全钾含量呈正相关关系（图1），与王欣等[23]研究结果相反。

2.6 不同植烟年限紫色水稻土理化性质差异

由表7可知，5～10 a植烟年限紫色水稻土全氮含量显著高于10～20 a。土壤有机质、微生物量碳和微生物量氮含量随植烟年限增加呈下降趋势。土壤容重随植烟年限增加呈增加趋势。土壤全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量随植烟年限增加呈先升后降的趋势。与0～5 a相比，5～10 a和10～20 a植烟年限土壤有机质分别下降了5.46%和15.42%。土壤团聚体主要粒径为＞2 mm团聚体，其中10～20 a植烟年限的＞2 mm团聚体百分含量比5～10 a降低了22.45%。5～10 a植烟年限的＜2 mm团聚体百分含量比0～5 a降低了1.06%～16.47%。10～20 a植烟年限的＜2 mm团聚体百分含量比5～10 a增加了34.49%～144.79%，其中＜0.053 mm团聚体增幅较大（144.79%）。

2.7 不同植烟年限下烟叶品质差异

紫色水稻土烟叶（中部叶）化学成分随植烟年限的变化而变化（表8）。5～10 a植烟年限的烟叶总氮、总钾和氯离子含量比0～5 a升高1.53%、13.33%和7.89%，而超过10 a植烟年限总氮和总钾含量分别降低了7.63%和9.23%。烟碱的含量随植烟年限的增加从1.73%降至1.64%。10～20 a植烟年限的还原糖含量比5～10 a下降了17.95%。可溶性总糖平均含量在23.37%～27.30%之间，植烟年限为5～10 a可溶性总糖含量比0～5和10～20 a分别高出9.90%和16.82%。0～5、5～10和10～20 a植烟年限的烟叶糖碱比平均分别为15.44、17.53和14.50；氮碱比平均分别为0.78、0.81和0.76；钾氯比平均分别为5.31、6.02和5.34。其中5～10 a植烟年限的烟叶糖碱比分别比0～5和10～20 a高出13.54%和20.90%；氮碱比分别高出3.85%和6.58%；钾氯比分别高出13.37%和12.73%。整体而言，5～10 a植烟年限的烟叶化学成分含量较高。

2.8 植烟年限对紫色水稻土理化性质和烟叶化学成分的影响

研究发现，超过10 a植烟年限的烟叶总氮、还原糖和水溶性总糖含量呈下降趋势，且与土壤全氮和全磷含量呈正相关关系（图2）。即土壤全氮和全磷的下降会降低烟叶中的化学成分，对烟叶品质产生负面的影响。因此，在衡阳地区植烟年限较长的区域，建议适当增加氮肥和磷肥的施用，从而稳定烟叶的品质。烟叶中大部分化学成分与＞2 mm团聚体百分含量呈正相关，与＜2 mm团聚体百分含量呈负相关（图2），说明土壤团聚体的破坏对烟叶的品质有一定的影响。

3 讨论与结论

3.1 讨论

此研究表明，衡南县、衡阳县、祁东县和常宁市的土壤养分在适宜范围内。耒阳市烟田紫色水稻土全氮和全磷含量相对较高，后期施肥建议适量减少氮肥和磷肥的投入。衡阳县烟田紫色水稻土微生物量碳和氮含量相对较低，后期施肥建议适量增加微生物肥料的施用，增加土壤微生物活性[24]。耒阳市烟田紫色水稻土容重相对较高，建议适当进行垂直超深旋耕，减小土壤的紧实度[25]。

周敏等[26]研究发现，土壤速效钾与烟叶总糖、还原糖含量有一定的正相关关系。王韦燕等[27]研究发现，土壤中微量元素、管理措施和烤烟工艺等都是烟叶中糖类物质积累的重要因素，因此还需要进一步研究。在研究中，烟叶氯含量与大部分土壤理化性质呈正相关关系。而前人研究表明，土壤氯含量是决定烟叶氯含量的主要因素[28]。因此，需要在未来结合衡阳市不同植烟区土壤氯含量进行深入的分析。

研究结果还表明，随着植烟年限的增加，土壤微生物量碳、氮呈下降趋势，与李序进等[29]研究类似。其原因可能与长期的施肥等管理措施抑制了土壤微生物的活性有关。稻—烟轮作模式下土壤有机质含量随种植年限的增加而下降，与罗茜等[7]研究相似。其原因可能是长期的耕作对土壤搅拌和土壤小气候的改变导致土壤腐烂速率增加，从而影响土壤有机质库的分解速率[30]。在研究中，长期（＞10 a）稻—烟轮作会破坏土壤中＞2 mm粒径的团聚体，形成＜2 mm粒径的团聚体，与苟宁倢等[31]研究类似。土壤大颗粒团聚体向小颗粒团聚体崩解，会增加土壤的容重，不利于烤烟的生长[32]。

研究发现，土壤团聚体被破坏会影响烟叶的品质，与艾亥麦提·艾麦尔江等[33]的研究结果相似。大团聚体中充足的养分可以促进烟叶的生长发育和糖类、氮、钾等积累[33]。土壤钾离子过多也会导致土壤胶体凝结，减少土壤微生物和有机质含量，影响团聚体稳定性[34]。因此，在烤烟的实际种植过程中，土壤钾含量高的烟区可以适当减施钾肥。同时，在种植年限（＞10 a）较高的烟区，可以适当增施有机肥或生物炭等土壤改良剂，从而改善植烟土壤结构，有效地保护和改善土壤质量，实现烤烟提质增效[35]。

3.2 结论

（1）衡阳市不同烟区紫色水稻土理化性质存在显著差异。其中土壤有效氮含量和pH值总体处于适中水平；有机质、速效磷和速效钾含量总体处于较高水平。衡阳市不同烟区烟叶总氮含量总体偏低，烟叶总钾、氯、烟碱、还原糖含量和钾氯比总体符合优质烟叶的标准，烟叶水溶性总糖总体偏高。不同烟区土壤磷、钾含量和微生物生物量是影响烟叶品质的重要因素。

（2）5～10 a植烟年限的土壤有效钾含量显著高于其他植烟年限。植烟年限超过10 a会显著降低土壤全氮含量和＞2 mm团聚体含量，显著增加＜2 mm团聚体含量，且与烟叶大部分化学成分呈负相关，从而降低土壤团聚体稳定性，影响烟叶品质。随着植烟年限的增加，土壤有机质含量和微生物生物量呈下降趋势。在下一步工作中，可以根据衡阳市不同烟区土壤肥力状况，因地制宜开展土壤保育工作，以促进衡阳市烤烟生产的可持续发展。

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（责任编辑：肖彦资）