不同前作植烟土壤质量评价及其与烟叶质量的相关性研究

doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.024

不同前作植烟土壤质量评价及其与烟叶质量的相关性研究

李新如^,¹, 谢晏芬², 朱宣全¹, 王戈¹, 白羽祥¹, 杜宇¹, 周鹏¹, 赵宇婷², 朱红琼², 杨帆², 肖志文³, 王文波², 方志鹏², 韩家宝^,², 王娜^,¹

¹云南农业大学烟草学院，650201，云南昆明

²曲靖市烟草公司陆良分公司，655699，云南曲靖

³玉溪市烟草公司易门分公司，653199，云南玉溪

Soil Quality Evaluation and Its Correlation with Tobacco Leaf Quality under Different Previous Crops

Li Xinru^,¹, Xie Yanfen², Zhu Xuanquan¹, Wang Ge¹, Bai Yuxiang¹, Du Yu¹, Zhou Peng¹, Zhao Yuting², Zhu Hongqiong², Yang Fan², Xiao Zhiwen³, Wang Wenbo², Fang Zhipeng², Han Jiabao^,², Wang Na^,¹

¹Tobacco College, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, Yunnan, China

²Luliang Branch of Qujing Tobacco Company, Qujing 655699, Yunnan, China

³Yimen Branch of Yuxi Tobacco Company, Yuxi 653199, Yunnan, China

通讯作者: 韩家宝，主要从事烟草栽培研究，E-mail：493000270@qq.com；王娜，主要从事烟草栽培及生理生化研究，E-mail：cindy_0725@126.com

收稿日期: 2023-05-16 修回日期: 2023-09-14 网络出版日期: 2023-10-18

基金资助:

国家自然科学基金(31860357)
中国烟草总公司云南省公司科技计划(2021530000242005)

Received: 2023-05-16 Revised: 2023-09-14 Online: 2023-10-18

作者简介 About authors

李新如，主要从事烟草栽培与生理生化研究，E-mail：1766502572@qq.com

摘要

于2021年在云南陆良县选取分布于7个植烟乡镇的31处植烟地块，采用面上取样和模糊数学隶属函数模型等研究方法，比较了不同前茬作物下植烟土壤理化特性差异，初步评价了土壤肥力质量，并建立了其与烟叶质量的相关性。结果表明，绿肥为前茬作物的土壤全氮、速效钾、有机质、全钾含量与土壤阳离子交换量均最高，马铃薯为前茬作物的土壤氯含量较高。各处理土壤肥力综合评价得分值为0.589~0.763，绿肥为前茬作物的得分最高，其余依次为玉米、撂荒和马铃薯，对土壤肥力影响最高的因子为氯离子和有效磷含量。结构方程模型和相关性分析表明，前茬作物通过直接影响土壤理化性质而改变土壤肥力，进一步影响烟叶化学性质，最终影响烟叶质量。

关键词： 烤烟; 前茬作物; 土壤肥力质量评价; 模糊数学隶属函数模型; 结构方程模型

Abstract

In 2021, selecting 31 tobacco-planting plots distributed in seven tobacco-planting townships in Luliang County, Yunnan province, surface sampling and fuzzy mathematical membership function model were used to compare the differences in physical and chemical properties of tobacco-planting soil with different previous cropping, preliminatively evaluate the soil fertility quality, and the correlation between soil fertility and tobacco leaf quality was established. The results showed that the contents of total nitrogen, available potassium, organic matter, total potassium and cationic exchange capacity of the soil with green fertilizer as the previous crop were the highest, and the content of chlorine in the soil with potato as the previous crop was higher. The scores of the comprehensive evaluation of soil fertility of each treatment were 0.589 to 0.763, with green fertilizer as the previous crop scoring the highest, followed by corn, uncultivated and potato. The factors that had the highest influence on soil fertility were chloride ion and available phosphorus content. Structural equation model and correlation analysis showed that the previous crop changed soil fertility by directly affecting soil physicochemical properties, further affecting tobacco chemical properties, and finally affecting tobacco quality.

Keywords： Flue-cured tobacco; Previous crop; Soil fertility quality evaluation; Fuzzy mathematical membership function model; Structural equation model

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本文引用格式

李新如, 谢晏芬, 朱宣全, 王戈, 白羽祥, 杜宇, 周鹏, 赵宇婷, 朱红琼, 杨帆, 肖志文, 王文波, 方志鹏, 韩家宝, 王娜. 不同前作植烟土壤质量评价及其与烟叶质量的相关性研究. 作物杂志, 2024, 40(5): 167-174 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.024

Li Xinru, Xie Yanfen, Zhu Xuanquan, Wang Ge, Bai Yuxiang, Du Yu, Zhou Peng, Zhao Yuting, Zhu Hongqiong, Yang Fan, Xiao Zhiwen, Wang Wenbo, Fang Zhipeng, Han Jiabao, Wang Na. Soil Quality Evaluation and Its Correlation with Tobacco Leaf Quality under Different Previous Crops. Crops, 2024, 40(5): 167-174 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.024

人类对土地的持续性和多样性利用正在深刻地影响着土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量^[1]。我国是世界上最大的烟草生产国，在人多地少的实际情况和经济利益的影响下，土壤的高强度利用十分普遍。常年的烟区土地过度使用，导致土壤酸化、养分偏向性富集、有机质降低、微生物群落失衡等问题突出，植烟土壤质量在不断下降^[2]，土壤质量问题已成为了农业可持续发展的关键影响因素^[3]。

复种能减轻耕地压力，使土壤养分消耗趋于平衡，土壤质量得到恢复，是常用的种植方式。不同前茬作物会对土壤产生不同的影响，使土壤质量发生不同程度的变化。刘浩等^[4]发现，前茬绿肥和小麦能改善后茬烟叶的化学品质，提高评吸质量；禚其翠等^[5]研究发现，前茬绿肥能提高土壤养分含量与酶活性；籍晟煜等^[6]发现，玉米能提高土壤团聚体的稳定性。

肥力质量作为土壤的基本属性，能综合反映土壤理化特性，是解释土壤条件动态的最敏感指标，能对土壤环境变化做出直接响应^[7]。土壤肥力质量的评价主要依据土壤物理指标、养分与常规化学指标以及生物指标^[3]。物理指标主要指机械组成、持水性、容重和团聚体等^[8]；养分与常规化学指标主要包括pH、有机质、大量元素（氮、磷、钾等）、中微量元素（铁、锰、铜、锌、氯等）以及含盐量、氧化还原电位（Eh）、阳离子交换量（CEC）和盐基饱和度等^[9]；生物指标包括酶、微生物和土壤动物等^[3]。科学评价土壤肥力状况，准确掌握土壤肥力质量，对作物产质量提升、土地资源合理利用以及农业可持续发展均具有重要意义^[10]。因此，本研究在烟草高强度种植区域，研究作物种植结构对植烟耕层土壤肥力状况的影响，对土壤肥力质量进行综合评价，并在此基础上建立土壤肥力指标与烟叶质量的相关性，明确二者的内在联系，为因地制宜进行烟区综合体的作物种植结构调整、实现烟草优质高效生产以及土壤的可持续利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于云南省曲靖市陆良县进行，该县平均海拔1840 m，属亚热带高原季风型冬干夏湿气候区，年降水量742.4 mm，年均气温16.2 ℃，年日照时数2002.6 h，无霜期303 d。土壤类型以红壤、黄壤和棕红壤为主。

1.2 样品采集

在该县的7个乡镇中选取4种前茬作物类型，共计31个植烟地块（表1）。于2021年8-9月烤烟采收后，在各地块沿对角线按五点取样法采集5份0~20 cm土样；同时对应采集5份本地块主栽烤烟品种（红花大金元、云87、云100）的C3F等级烤后烟叶样品。共采集到土壤样品155份，烤后烟叶样品155份。

表1 各前茬作物模式编号及取样地块数量

Table 1 Model number of each previous crop and the number of sampled plots

前茬作物 Previous crop	处理 Treatment	取样地块数量 Number of plots sampled
撂荒Uncultivated	T1	5
绿肥Green manure	T2	6
马铃薯Potato	T3	5
玉米Corn	T4	15

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1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤特性与养分指标

将采集的土样置于阴凉避光处自然风干，在风干过程中沿自然裂隙掰成直径1 cm左右的团聚体，除去肉眼可见的有机残体，进行水稳性大团聚体测定；风干土样过筛后进行土壤养分化学性质测定。

分别利用水土比为2.5:1的电位法、重铬酸钾容量―外加热法、碳酸氢钠提取―钼锑抗比色法、乙酸铵提取―原子吸收分光光度计法、H₂SO₄―混合催化剂消煮―凯氏定氮法、氢氧化钠熔融消煮―钒钼黄比色法、氢氧化钠熔融消煮―原子吸收分光光度计法、硝酸银滴定法、EDTA―铵盐快速法^[11-12]测定土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、土壤水溶性氯离子含量（Cl^-）和CEC指标。

分别采用环刀法、土壤密度和相对密度计算、比重计法、湿筛法^[12-13]测定容重、孔隙度、机械组成、水稳性大团聚体等土壤物理特性。

1.3.2 土壤肥力模糊综合评价模型建立

各评价因子对烟株生长及其烟叶质量产生影响的程度不能被准确衡量，同时分级标准也是对土壤质量的模糊评价，因此对土壤肥力适宜性评价中的各个指标建立相应的隶属函数，计算其隶属度值，以此表示评价指标的状态值。隶属度函数实际上就是所要评价的肥力指标与作物生长效应曲线之间关系的数学表达式，它可以将肥力评价指标标准化转变成范围为0.1~1.0的无量纲值（即隶属度）。隶属度函数通常有2类，分别是S型和抛物线型隶属度函数，其函数表达式如下：

S型隶属度函数：

(1)$ f(x)=\left\{\begin{array}{ll} 1.0 & x \geqslant x_{2} \\ 0.9 \times\left(x-x_{1}\right) /\left(x_{2}-x_{1}\right)+0.1 & x_{1}<x<x_{2} \\ 0.1 & x \leqslant x_{1} \end{array}\right.$

抛物线型隶属度函数：

(2)$ f(x)=\left\{\begin{array}{ll} 0.1 & x \leqslant x_{1}, x \geqslant x_{4} \\ 0.9 \times\left(x-x_{1}\right) /\left(x_{2}-x_{1}\right)+0.1 & x_{1}<x<x_{2} \\ 1.0 & x_{2} \leqslant x \leqslant x_{3} \\ 1.0-0.9 \times\left(x-x_{3}\right) /\left(x_{4}-x_{3}\right) & x_{3}<x<x_{4} \end{array}\right.$

确定各肥力指标适用的函数类型及函数上限、下限和最优值等参数，将各指标实测数代入函数公式得到隶属度值。

由于烟草是典型的忌氯作物，土壤中氯含量过高会对烟叶品质造成严重的负面影响^[14⇓-16]。本研究将土壤中水溶性氯含量大于60 mg/kg的直接赋值为0.1，确定为不适宜区。采取变异系数法确定各项指标的权重。

本研究中土壤pH、有机质、水解性氮、全氮、水溶性氯离子和黏粒含量适用于抛物线型隶属度函数，有效磷、速效钾、全磷、全钾含量及CEC适用于S型隶属度函数。据此可计算出各项肥力指标的隶属度值，这些值反映了各项指标的隶属程度，最大值1.0表示该项指标处在最良好的范围内，适宜烟草的生长，为了符合生产实际情况将最小值定为0.1。

根据各项土壤指标对烤烟生长及烟叶品质的影响，以云南省优质烟基地验收标准和文献[17 ⇓-19]为参考，确定了各养分指标的函数类型以及转折点，采用变异系数法确定各指标的权重（表2）。

表2 各参评指标权重及其隶属函数和函数转折点取值

Table 2 Weight of each evaluation index, its membership function and the value of function turning point

指标 Index	函数类型 Function type	拐点值 Turning point value
指标 Index	函数类型 Function type	x₁	x₂	x₃	x₄
pH	A	4.5	5.5	6.5	8.0
有机质Organic matter (g/kg)	A	10	15	30	45
水解性氮 Alkali-hydrolyzable N (mg/kg)	A	30	60	120	150
全氮Total N (%)	A	0.07	0.10	0.15	0.20
水溶性Cl^- Water-soluble Cl^- (mg/kg)	A	2	5	25	45
黏粒含量Clay particle (%)	A	20	40	60	80
有效磷Available P (mg/kg)	B	10	40
速效钾Available K (mg/kg)	B	50	150
全磷Total P (%)	B	0.06	0.10
全钾Total K (%)	B	1.5	2.5
CEC (cmol/kg)	B	10	20

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土壤肥力综合评价得分（integrated fertility index，IFI）是评价土壤肥力的综合评分值，其计算公式如下：

(3)IFI=

\sum_{i = 1}^{n} P_{i} X_{i}

（i=1，2，3…，n）

式中，n为评价因子的总数，P_i为第i个评价指标的权重，X_i为评价单元在第i个评价指标上的隶属度。

1.3.3 烤后烟叶化学成分及品质评价

每份C3F等级烟叶选取1.00 kg测定总糖、还原糖、总氮、总植物碱、钾和氯含量^[20]。依据王彦亭等^[21]采用烤烟化学成分指标赋值方法对烟叶的各项化学成分进行评分，各指标均以公认的最适范围为100分，高于或低于该最适范围依次降低分值，用Excel 2017对分值范围与指标范围进行等比例取值并用于线性建模，将指标数据代入建模公式得对应分值，采用指数和法评价烤烟内在化学成分协调性综合情况^[22]：

(4)P=∑P_i×C_i

式中，P为烤烟化学成分协调性综合指数；C_i为第i个化学成分指标量化分值；P_i为第i个化学成分指标相对权重。

2 结果与分析

2.1 不同前茬作物对植烟土壤理化特性的影响

2.1.1 对植烟土壤化学特性的影响

由图1可知，前茬作物对土壤CEC与全氮、全钾、速效钾、有机质含量有显著影响。在CEC上，T2处理显著高于T1和T3处理，T4处理居中；在全氮含量上，T2处理显著高于T3处理，T1、T4处理居中；在全钾含量上，T2处理高于或显著高于其余处理；在速效钾含量上，T2处理显著高于T3处理，T1、T4处理居中；在有机质含量上，T2处理显著高于T1和T3处理，T4处理居中。

图1

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图1 各前茬作物对土壤各化学性质的影响

不同小写字母表示差异显著（P < 0.05），下同。

Fig.1 Effects of previous crops on soil chemical properties

Different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05), the same below.

2.1.2 对植烟土壤物理特性的影响

由表3可知，前茬作物对植烟土壤的比重、水稳性大团聚体和机械组成产生显著影响。比重与水稳性大团聚体数量以T2处理最高，分别达到2.67、45.22%；T1处理最低。在土壤机械组成方面，砂粒占比最高的为T3处理，达53.44%；粉砂粒占比最高的为T1处理，达35.56%；黏粒占比最高的为T2处理，达到39.57%。

表3 各前茬作物对土壤物理性质的影响

Table 3 Effects of previous crops on soil physical properties

处理 Treatment	比重 Specific gravity	R_0.25	机械组成Mechanical composition (%)
处理 Treatment	比重 Specific gravity	R_0.25	砂粒 Sand grain (0.021~2.000 mm)	粉砂粒 Silt grain (0.002~0.020 mm)	黏粒 Clay particle (≤0.002 mm)
T1	2.60±0.04b	20.54±9.58b	40.06±8.56ab	35.56±6.75a	24.42±3.15b
T2	2.67±0.04a	45.22±3.51a	38.12±9.86ab	22.35±3.48b	39.57±11.91a
T3	2.62±0.04ab	27.48±13.49b	53.44±13.64a	20.76±7.22b	25.80±7.48b
T4	2.59±0.04b	29.49±12.00b	36.13±13.20b	27.54±8.28ab	36.34±10.04ab

不同小写字母表示差异显著，下同。R_0.25指土壤中>0.25 mm的水稳性大团聚体数量。

Different lowercase letters indicate significant difference (P < 0.05), the same below. R_0.25 refers to the amount of water-stable macroaggregates > 0.25 mm in soil.

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2.2 不同前茬作物对土壤肥力的影响

2.2.1 土壤肥力综合分析

将各指标实测数据代入函数公式后得出IFI（表4），各处理IFI分值为0.589~0.763，T2处理具有最高的土壤化学性质得分，达到0.763，显著高于T3处理，可能因为T2处理的土壤有机质含量合理，氮、磷、钾含量适中，水溶性Cl^-含量较低；相对而言，T3处理IFI低的原因主要是土壤中氯含量过多，远远超出烟草种植的适宜范围，进一步调查发现，当地农户在种植马铃薯（T3）的过程中习惯施用大量的氯化钾肥料，这很可能是导致T3处理土壤氯含量超标的原因。

表4 不同前茬作物植烟土壤IFI

Table 4 IFI of different previous crops

指标 Index	T1	T2	T3	T4
IFI	0.638±0.134ab	0.763±0.158a	0.589±0.164b	0.626±0.120ab

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2.2.2 土壤肥力指标统计分析

从各指标的权重可以看出，其对土壤肥力指标的影响程度，采用变异系数法计算得出各肥力指标的权重（表5）。11项指标中水溶性Cl^-和有效磷的权重分别为0.29和0.17，对土壤肥力的影响作用较大，因此可将这2项指标作为评价前茬作物土壤肥力的关键指标。

表5 各肥力指标权重

Table 5 Weight of each fertility index

指标 Index	pH	有机质 Organic matter	水解性氮 Hydrolyzed N	全氮 Total N	水溶性Cl^- Water-soluble Cl^-	黏粒含量 Clay particle content	有效磷 Available P	速效钾 Available K	全磷 Total P	全钾 Total K	CEC
权重Weight	0.03	0.06	0.05	0.05	0.29	0.06	0.17	0.09	0.06	0.09	0.05

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2.2.3 单因素土壤肥力分析

由单因素土壤肥力分析的肥力指标隶属度（表6）可以看出，T1处理土壤水溶性氯离子、黏粒含量、全钾、CEC隶属值偏低，说明其是限制撂荒前茬作物土壤肥力的主要因素；T2处理土壤水溶性氯离子隶属值偏低，说明其是限制绿肥前作土壤肥力的主要因素；T3处理pH、水溶性氯离子、黏粒、全钾、CEC隶属值较低，说明其是限制马铃薯前作土壤肥力的主要因素；T4处理土壤水溶性Cl^-、全钾、CEC隶属值较低，说明其是限制玉米土壤肥力的主要因素。各处理在pH、黏粒含量、全磷、全钾、CEC隶属值得分存在显著差异，其中绿肥前作在上述指标均最高，撂荒与马铃薯在黏粒含量、CEC隶属值上均较低。

表6 各处理下肥力指标隶属值

Table 6 Membership value of each treatment fertility index

指标 Index	pH	有机质 Organic matter	水解性氮 Hydrolyzed N	全氮 Total N	水溶性Cl^- Water-soluble Cl^-	黏粒含量 Clay particle	有效磷 Available P	速效钾 Available K	全磷 Total P	全钾 Total K	CEC
T1	0.69ab	1.00a	0.82a	0.97a	0.46a	0.30b	0.94a	0.91a	0.66b	0.32b	0.11b
T2	0.94a	0.92a	0.84a	0.82a	0.55a	0.72a	0.88a	1.00a	0.99a	0.78a	0.51a
T3	0.40b	0.87a	1.00a	0.77a	0.41a	0.40ab	0.93a	0.95a	0.52ab	0.14b	0.11b
T4	0.80a	0.79a	0.78a	0.77a	0.47a	0.72a	0.77a	0.98a	0.79ab	0.19b	0.28b

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2.3 前茬作物对烟叶化学品质的影响

由表7可知，烟叶化学成分品种间的差异远小于前茬间的差异，前茬对烟叶糖碱比、氮碱比以及总糖含量具有显著影响，对烟叶总植物碱含量具有极显著影响；且品种、前茬与品种的交互作用对各项烟叶化学性质的影响均不显著。因此烟叶化学性质各项数据取同前茬内所有品种的平均数进行分析。T1处理的总糖、还原糖、氯含量以及糖碱比、氮碱比均较高；T2处理的总植物碱含量、钾氯比较高，氯含量、糖碱比、氮碱比较低；T3处理的钾含量、氯含量、氮碱比较高，钾氯比较低；T4处理钾含量和氯含量较低。

表7 各前作对烟叶化学性质的影响

Table 7 Effects of each previous crop on chemical properties of tobacco leaves

处理 Treatment	品种 Variety	总糖 Total sugar (%)	还原糖 Reducing sugar (%)	总氮 Total nitrogen (%)	总植物碱 Total alkaloid (%)	钾 K (%)	氯 Cl (%)	糖碱比 Sugar-alkali ratio	氮碱比 Nitrogen- alkali ratio	钾氯比 Potassium- chloride ratio
T1	红花大金元	39.90±2.42a	27.36±2.35a	1.83±0.18a	1.47±0.17b	2.55±0.18ab	0.73±0.32a	19.63±2.76a	1.26±0.06a	6.64±2.08b
	云烟100	39.90±2.42a	27.36±2.35a	1.83±0.18a	1.47±0.17b	2.55±0.18ab	0.73±0.32a	19.63±2.76a	1.26±0.06a	6.64±2.08b
T2	云烟100	26.57±0.98b	18.92±1.42b	2.24±0.08a	2.94±0.17a	2.16±0.28b	0.15±0.04b	6.67±0.81b	0.78±0.08b	22.73±6.80a
	云烟87	26.57±0.98b	18.92±1.42b	2.24±0.08a	2.94±0.17a	2.16±0.28b	0.15±0.04b	6.67±0.81b	0.78±0.08b	22.73±6.80a
T3	红花大金元	29.94±4.69ab	20.06±2.94ab	2.00±0.12a	1.68±0.40b	3.10±0.36a	0.73±0.08a	14.36±3.50ab	1.34±0.18a	4.42±0.70b
	云烟100	29.94±4.69ab	20.06±2.94ab	2.00±0.12a	1.68±0.40b	3.10±0.36a	0.73±0.08a	14.36±3.50ab	1.34±0.18a	4.42±0.70b
T4	红花大金元	35.45±2.05ab	23.98±1.57ab	1.92±0.09a	1.80±0.14b	2.15±0.17b	0.60±0.16a	15.06±1.80ab	1.12±0.07ab	11.50±3.16ab
	云烟100
	云烟87
方差 Variance	前茬 (df=3)	3.104^*	2.595	1.662	8.584^**	1.775	1.173	3.994^*	4.798^*	2.537
	品种 (df=2)	1.934	0.974	0.671	0.231	1.220	0.046	0.544	0.403	0.613
	前茬×品种 (df=6)	0.427	0.324	1.820	2.995	0.110	1.017	0.972	1.879	0.328

方差分析数据表示F值，“^*”、“^**”分别表示显著性差异P < 0.05、P < 0.01。

Anova data represent F-value,“^*”and“^**”represent significant difference at P < 0.05 and P < 0.01 levels, respectively.

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为了更好地衡量烟叶的综合品质，对烟叶化学成分进行赋值，结果见表8。T1处理在还原糖、总植物碱、糖碱比、总分上得分较低；T2处理在各方面的得分均表现良好；T3处理在总植物碱、糖碱比、氮碱比上得分较低；T4处理在总植物碱与糖碱比上得分较低。在所有处理中T2处理的总分得分最高，为74.98~98.47分，与T1处理间存在显著差异，T1处理得分仅有30.118~76.648分。说明绿肥为前作的烟叶品质最好，撂荒的最差。

表8 各前作烟叶赋值得分

Table 8 The tobacco leaves scores under each previous crop

处理 Treatment	还原糖 Reducing sugar	总氮 Total nitrogen	总植物碱 Total alkaloid	钾 K	淀粉 Starch	糖碱比 Sugar-alkali ratio	氮碱比 Nitrogen- alkali ratio	钾氯比 Potassium- chloride ratio	总分 Total score
T1	56.92±39.49b	73.08±16.51c	45.04±33.08ab	96.82±4.37a	73.26±13.94c	11.69±57.93b	80.12±16.51a	71.38±36.60a	53.24±23.41b
T2	93.46±5.67a	100.00±0.00a	75.35±27.30a	90.27±10.67a	98.56±2.17a	78.99±22.66a	82.30±18.31a	98.99±1.27a	86.72±11.75a
T3	82.61±21.72ab	89.91±9.64ab	34.39±22.12b	98.75±2.80a	89.51±8.70ab	38.26±42.40ab	50.98±46.41a	65.07±19.98a	60.70±18.69ab
T4	71.61±30.08ab	79.77±14.71bc	65.46±33.29ab	90.41±9.95a	81.09±12.96bc	43.08±52.54ab	82.80±30.51a	70.33±35.28a	67.45±25.94ab

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2.4 土壤理化性质与烟叶化学性质相关性分析

由图2可知，IFI与烟叶化学赋值得分呈正相关但未到显著程度，与氮碱比呈显著负相关，与总植物碱含量呈显著正相关；黏粒含量与钾含量呈显著负相关，与总氮含量呈显著正相关，与烟叶赋值得分呈极显著正相关；比重与总植物碱呈显著正相关，与钾氯比呈极显著正相关；CEC与钾含量、氯含量、氮碱比呈显著负相关，与烟叶赋值得分呈显著正相关，与钾氯比呈极显著正相关；水稳性大团聚体含量与总糖、还原糖含量呈显著负相关，与氯含量、糖碱比、氮碱比呈极显著负相关，与钾氯比呈显著正相关，与总氮、烟叶赋值得分、总植物碱含量呈极显著正相关；砂粒含量与钾含量呈显著正相关。

图2

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图2 土壤理化性质与烟叶化学成分的Pearson相关性分析

P > 0.05无标记；0.01 < P < 0.05标记*；0.001 < P < 0.01标记**；P < 0.001标记***。

Fig.2 Pearson correlation analysis between soil physicochemical properties and tobacco chemical constituents

P > 0.05 without marking; 0.01 < P < 0.05 marks *; 0.001 < P < 0.01 marks **; P < 0.001 marks ***.

2.5 前茬作物——土壤理化性质——烟叶品质相互作用变化

如图3所示，结构方程模型（SEM）证实了前茬作物、土壤理化性质与土壤肥力与烟叶化学性质之间的相互作用关系，并最终影响烟叶综合评分。前茬作物对土壤化学性质具有极显著直接负向效应（相关系数-0.718），对土壤物理性质具有极显著直接负向效应（相关系数-0.480），对土壤综合肥力具有显著直接负向效应（相关系数-0.621），说明前茬作物能直接或间接影响土壤的理化性质，对土壤肥力产生影响。土壤肥力对烟叶化学性质具有极显著直接正向效应（相关系数0.531），土壤化学性质与土壤物理性质对烟叶化学性质均具有正向效应，表明土壤的理化性质与综合肥力能直接影响烟叶化学性质。烟叶化学性质对烟叶综合评分具有极显著直接正向效应（相关系数0.821），表明烟叶化学性质能直接影响烟叶质量。

图3

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图3 结构方程模型模拟前茬作物对土壤理化性质及烟叶品质影响的路径图

箭头上方框数值为不同特征间路径系数（相关系数），“^*”、“^**”分别表示在0.05、0.01水平上差异显著，没有则为不显著；TN为全氮，TVA为总植物碱，S:N为糖氮比，N:A为氮碱比，AK为速效钾，TP为全磷，TK为全钾，WSA为水稳性大团聚体，TWSA为全水稳性团聚体。

Fig.3 The path map of structural equation model was used to simulate soil physicochemical properties and tobacco quality of previous crops

The value of the box on the arrow is the path coefficient (correlation coefficient) between different features.“^*”and“^**”respectively indicate the significant difference at the level of 0.05 and 0.01, and if there is no significant difference, it is not significant; TN is total nitrogen, TVA is total vegetative base, S:N is the ratio of sugar to nitrogen, N:A is the ratio of nitrogen to base, AK is the available potassium, TP is the total phosphorus, TK is the total potassium, WSA is water stable macroaggregates, and TWSA is the total water stable aggregates.

3 讨论

本研究中，SEM证实前作可通过改变土壤理化性状影响土壤肥力质量，并最终对烟叶品质造成影响。撂荒后水稳性大团聚体含量较低，机械组成中0.002~0.02 mm的粉砂粒占比较高。但曾茹冰等^[23]研究发现，土地撂荒后其表层土壤中的水稳性大团聚体含量较耕地土壤有所提升，这与本研究结果有所出入。另有研究表明，撂荒后其水稳性团聚体需要一个稳定的过程，恢复过程可长达数年^[23-24]；若在撂荒初期土壤遭受侵蚀，则反而会加剧土壤结构恶化，需要植被恢复后才有较为明显的效果^[25]。土壤中的水稳性大团聚体与有机质含量和CEC关联密切，有机质与CEC的存在有助于水稳性大团聚体的产生与稳定^[26]，本研究的撂荒处理有机质含量和CEC较低，与前人^[27]研究相符。综上推测撂荒水稳性大团聚体含量较低的原因可能为撂荒年限不足，水稳性大团聚体尚不稳定，有机质含量低不利于团聚体稳定与形成，使土壤质量较差，进而导致烟叶品质较差。在SEM中，土壤物理性质与土壤化学性质对IFI与烟叶化学成分的作用效应均未达到显著，可能是由于物理性质与化学性质之间的相互作用与土壤微生物的存在，削弱了物理性质与化学性质分别对IFI与烟叶的作用效应；而前茬作物对IFI作用效应显著，IFI对烟叶化学成分作用效应极显著，在一定程度上说明了土壤物理性质与化学性质的联合作用相对于物理性质或化学性质本身的影响更大，更能对土壤肥力及烟叶品质产生影响。

研究^[28]发现，绿肥处理具有最高的土壤综合肥力，且水稳性大团聚体含量与CEC最高，而水稳性大团聚体能直接影响土壤的孔隙度和持水率。绿肥前作的土壤黏粒占比较高，其有效养分含量也较高^[29]。前人^[30⇓-32]研究表明，虽然不同种类的绿肥对土壤的改良效果有所差异，但都具备提高土壤中有机质含量、改良土壤结构、提升土壤肥力的能力，与本研究结果相符。通过计算土壤肥力指标发现，绿肥处理的得分最高，同时，其烟叶赋值得分也最高。说明绿肥为前作能使土壤理化性质朝有利于烟株生长发育的方向改良，有利于优质烟叶的产出^[33]。

马铃薯为前作的土壤肥力得分表现较差，主要原因为土壤中水溶性Cl^-含量较高，烟草为忌氯植物，过高的氯含量不利于优质烟叶的产出。前人^[34]研究发现，Cl^-在一定范围内可以促进马铃薯对土壤中钾素的吸收，所以在高氮缺钾的地块可以施用氯肥以加强马铃薯对钾元素的吸收。我们调查发现当地农户有施用氯化钾的习惯，而土壤中氯含量达到300 mg/kg时，马铃薯的生长发育才会受到影响，但已远远超出烟草60 mg/kg的上限。加之马铃薯处理的土壤有机质、CEC和水稳性团聚体含量较低，土壤质量较差。可见，马铃薯不适宜作为当地烟草的前作作物。

玉米可以通过根系分泌物中的糖类与有机酸类促进土壤中水稳性团聚体的形成^[35-36]，并增加团聚体中有机碳含量^[6]。在本研究中，玉米处理对植烟土壤团聚体含量有一定提升作用，但效果不如绿肥处理明显。另有研究^[37]表明，玉米―烟草复种模式具有较高的经济效益，并能消减烟草的连作障碍，提高烟叶品质，在本研究中，玉米处理的烟叶质量仅次于绿肥处理。同时，玉米秸秆可以进行还田处理，减少资源浪费，提高土壤肥力，改良土壤质地^[38-39]。

4 结论

前作种植绿肥可以显著提高植烟土壤肥力，改善土壤质地，更有利于烟株的生长发育并进一步提高烟叶品质；种植马铃薯会使土壤整体肥力水平较低，且存在土壤氯含量超标风险；撂荒与玉米在本研究中未对土壤质量或烟叶品质表现出明显的积极作用。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

王怀嵩, 张涛.

农业土壤健康评价体系研究进展

生态与农村环境学报, 2022, 38(9):1093-1100.