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摘 要：为明确长期浅耕模式下湖南烟稻轮作区土壤速效养分的垂直分布特征，分析了30个典型烟田不同土层碱解氮、有效磷和速效钾的分布特征，探讨了其层化比率及与耕层深度的关系。结果表明，湖南烟稻轮作区耕层深度变幅为8.2～16.4 cm，均值为12.6 cm。碱解氮、有效磷和速效钾总体上呈现随土层深度的增加而下降的趋势。各地区不同土层速效养分含量均以0～10 cm土层最高，20～30 cm土层下降幅度最大，30～50 cm土层亏缺严重。碱解氮、有效磷和速效钾均表现出显著的层化性和表聚性，以有效磷表现最为突出。有效磷和速效钾与耕层深度呈显著负相关，关系式分别为yP=97.04-4.42x（p<0.05）和yK=977.12-58.80x（p<0.01）。湖南烟稻轮作区耕层深度较浅，土壤速效养分具有明显的表聚现象，需加深耕层、因地制宜控制化肥投入和增施有机肥。
关键词：浅耕;烟稻轮作区;土壤;速效养分;垂直分布
Abstract： In order to clarify the vertical distribution characteristics of soil available nutrients in Hunan tobacco-rice rotation area under long-term shallow tillage， the distribution characteristics of alkaline nitrogen （available nitrogen）， phosphorus and potassium in different soil layers， the stratification ratios of soil available nutrients and their relationship with the depth of plough layer were analyzed based on 30 typical tobacco fields in this study. The results showed that the depth of plough layer in Hunan tobacco-rice rotation area was 8.2-16.4 cm， with a mean value of 12.6 cm. Soil available nitrogen， phosphorus and potassium contents were all decreased with the increase of soil depth. The contents of soil available nutrients in different areas were highest in 0-10 cm layers， decreased mostly in 20-30 cm layers， and serious deficit in 30-50 cm layers. The soil available nitrogen， phosphorus and potassium all showed significant stratification and surface aggregation， particularly for the soil available phosphorus. Soil available phosphorus and potassium were both significantly correlated with the depth of plough layer （yP=97.04-4.42x， p<0.05; yK=977.12-58.80x， p<0.01）. In conclusion， the depth of plough layer in Hunan tobacco-rice rotation area was very shallow. And soil available nutrients had obvious surface aggregation phenomenon. So， it was necessary to deepen the plough layer， control the chemical fertilizer input and increase the organic fertilizer application according to local soil nutrient conditions.
Keywords： shallow tillage; tobacco-rice rotation area; soil; available nutrients; vertical distribution
土壤速效養分是评价土壤肥力的重要指标，是植物所需三大基本元素的直接来源，对作物的产量和品质具有重要影响[1-2]。近几十年来，由于长期采用传统耕作方式（主要是旋耕）进行浅耕耕作，导致土壤犁底层增厚，耕作层变浅[3];加之化学肥料大量施用，导致土壤养分比例发生变化，严重影响耕层土壤质量[4]。因此，深入了解耕层土壤速效养分现状，对区域平衡或精准施肥以及优质烟叶生产具有重要的现实意义。
对土壤速效养分的研究已有较多报道，并取得了一定的成果。邓小华等[5]分析了武陵山地植烟土壤养分和酸度的垂直分布特征，表明长期种植烤烟会导致土壤酸化和养分表聚化。向德明等[6]指出湘西植烟土壤养分15年来以有效磷增幅最大，速效钾次之，碱解氮较低。龙文靖等[7]研究表明土壤速效养分随土层深度的增加而降低，具有明显的规律性。不同的种植模式[8]、施肥方式[9]、地形地貌[10]和成土母质[11]等因素会对土壤速效养分含量产生显著影响。 湖南烟区以烟稻轮作为主，土壤耕作层浅薄，阻碍了烟草根系深扎，影响了当地优质烟叶生产[12]。目前，烟田土壤速效养分的研究报道多集中在耕层，而关注其土体中垂直分布特征的较少，特别是关于长期浅耕模式下土壤速效养分的垂直分布特征更鲜有报道。为此本研究以湖南烟稻轮作区为研究对象，以耕层深度作为切入点，选择具有代表性的烟田，分析了不同土层速效养分的垂直分布特征，探讨了速效养分的层化比率及其与耕层深度的关系，旨在为湖南烟稻轮作区土壤合理利用和精准施肥提供参考。
1 材料与方法
1.1 典型烟田选择
湖南烟稻轮作区主要位于湘南和湘东地区，包括郴州、衡阳和长沙等地，属亚热带季风性湿润气候，光照充足，热量丰富，无霜期长，温、光、水资源的季节分布与烤烟和水稻生长发育的需求规律吻合，多为烟稻水旱轮作种植区，约占植烟区总面积的70%～80%。该区域烤烟采收完毕后，立即整地种植一季晚稻，充分利用其土地资源，实现烟、粮双丰收。
根据湖南烟稻轮作区种植特点，2017年在郴州、衡阳和长沙3个烟稻轮作区各选取10个有10年以上烟稻种植史的典型田块，其中，郴州市嘉禾县普满乡1个，和平镇、仁义镇和雷坪镇各4、3和2个;衡阳市耒阳县导子镇和马水镇各3个，竹市镇、东湖圩镇、哲桥镇和坛下乡各1个;长沙市浏阳市永安镇3个，北盛镇、沙市镇和官渡镇各2个，淳口镇1个。
在每个典型田块内的3个随机位置，利用50 cm土柱取样器（型号：QTZ-1，直径：7.5 cm）采集土柱，将采集的每個土柱分成0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm共5个土层，共采集10×3×5=150个土样。分层前仔细观察采集的土柱，测量其耕层深度。
1.2 测定项目及方法
参照文献[13]测定土壤碱解氮（有效氮）、有效磷和速效钾含量。参考前人[14-15]研究，对湖南烟稻轮作区速效养分进行5级划分，见表1。
1.3 层化比率计算方法
为量化研究湖南烟稻轮作区土壤速效养分的层化和表聚程度，参照前人[16-17]研究引入土壤速效养分层化比率（Stratification ratio，SR）的概念，该定义指土壤表层与某一底层某速效养分的比值，其中SR1、SR2、SR3和SR4分别为0～10 cm土层某速效养分含量与10～20、20～30、30～40和40～50 cm土层某速效养分含量的比值。
1.4 数据处理
数据处理采用Microsoft Excel 2016和IBM Statistics SPSS 24.0进行，方差分析采用邓肯氏新复极差法。制图采用Origin 2018进行。
2 结 果
2.1 湖南烟稻轮作区土壤耕层深度状况
湖南烟稻轮作区烟田耕层深度统计结果见图1，其变幅为8.2～16.4 cm，均值为（12.6±1.93）cm。其中81.11%的烟田耕层深度分布在10～15 cm;耕层深度<10 cm和>15 cm的烟田分别占6.67%和12.22%。从不同地区来看，衡阳和长沙的耕层深度分别比郴州高出20.70%和20.34%，且达显著差异（p<0.01）。郴州位于湖南南部，由于其降雨量多、地貌复杂和土壤抗蚀能力较弱等因素，导致烟区水土流失较为严重[18]，从而使耕层深度相对较浅。
2.2 湖南烟稻轮作区土壤速效养分垂直分布特征
2.2.1 土壤碱解氮垂直分布特征 由图2可知，湖南烟稻轮作区土壤碱解氮总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州、衡阳和长沙均以0～20 cm土层碱解氮含量较高，以20～50 cm土层较低;且以20～30 cm土层较10～20 cm土层下降幅度最大;郴州、衡阳和长沙烟区10～20 cm土层碱解氮含量比20～30 cm土层分别高出54.74%（p<0.05）、42.77%（p<0.01）和67.09%（p<0.01）。从不同地区看，0～20 cm土层碱解氮在不同地区间呈显著差异，以郴州和衡阳较高、长沙较低;20～50 cm土层碱解氮在各地区间无显著差异。从图2（d）中可知，0～50 cm土层碱解氮含量变幅为216.26～26.79 mg/kg，不同土层碱解氮含量呈离散分布，10～20 cm土层碱解氮含量比20～30 cm土层高出53.09%，且达显著差异（p<0.01）。
2.2.2 土壤有效磷垂直分布特征 由图3可知，湖南烟稻轮作区土壤有效磷总体上呈现随土层深度增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州、衡阳和长沙均以0～20 cm土层有效磷含量较高，20～50 cm土层较低;且以20～30 cm土层较10～20 cm土层下降幅度最大;郴州、衡阳和长沙烟区10～20 cm土层有效磷含量比20～30 cm土层分别高出199.32%（p<0.05）、162.40%（p<0.01）和92.31%（p<0.01）。从不同地区看，0～20 cm土层有效磷在不同地区间呈显著差异，以郴州和长沙较高，衡阳较低;20～30 cm土层有效磷以长沙较高，郴州和衡阳较低;30～40 cm土层有效磷在各地区间无显著差异;40～50 cm土层有效磷以衡阳较高，郴州和长沙较低。从图3（d）中可知，0～50 cm土层有效磷含量变幅为95.44～4.59 mg/kg，0～30 cm土层有效磷含量呈离散分布，30～50 cm土层有效磷含量呈集中分布，10～20 cm土层有效磷含量比20～30 cm土层高出142.31%，达显著差异（p<0.01）。
2.2.3 土壤速效钾垂直分布特征 由图4可知，湖南烟稻轮作区土壤速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州烟区以0～20 cm土层速效钾含量较高，以20～50 cm土层较低;10～20 cm土层速效钾含量比20～30 cm土层高出65.49%，达显著差异（p<0.01）;衡阳烟区不同土层速效钾含量呈显著差异，以0～20 cm土层较高，20～50 cm土层较低;长沙烟区速效钾含量呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，但差异不显著。从不同地区看，0～20 cm土层速效钾在不同地区间呈显著差异，以郴州最高，衡阳次之，长沙较低;20～50 cm土层速效钾在不同地区无显著差异。从图4（d）中可知，0～50 cm土层速效钾含量变幅为486.67～42.00 mg/kg，0～30 cm土层速效钾含量呈离散分布，30～50 cm土层速效钾含量呈集中分布，10～20 cm土层速效钾含量比20～30 cm土层高出43.00%，达显著差异（p<0.01）。 2.3 湖南烟稻轮作区土壤速效养分层化比率
为了表征和量化长期浅耕模式下湖南烟稻轮作区土壤速效养分的层化特征和表聚程度，分别计算了3个地区土壤碱解氮、有效磷和速效鉀的层化比率。由表2可知，碱解氮层化比率介于1.13～3.15，在各地区间差异不显著;SR1的均值接近1，表明10～20 cm土层层化和表聚化不明显，但SR2、SR3和SR4的均值大于2，说明土壤碱解氮具 有明显的表聚化和层化特征。有效磷层化比率介于1.30～9.66，SR3和SR4的均值大于7，不同地区间以郴州和长沙的较高，衡阳较低;SR2的均值是SR1 的3.06倍，说明土壤有效磷从20～30 cm土层开始出现明显的层化性和表聚性，且在3种速效养分中表现最为突出。速效钾层化比率介于1.15～3.96，SR3和SR4的均值大于2，说明土壤速效钾具有明显的表聚化和层化特征;且不同地区间呈显著差异，以郴州最高，衡阳次之，长沙最低。
2.4 湖南烟稻轮作区土壤速效养分丰缺评价
由表3可知，湖南烟稻轮作区土壤碱解氮、有效磷和速效钾在0～20 cm土层处于适宜以上水平，有效磷含量较为丰富。碱解氮在20～30、30～40和40～50 cm土层分别有66.67%、80.00%和90.00%的样本处于缺乏或极缺乏水平，有效磷在30～40和40～50 cm土层分别有76.66%和86.66%的样本处于缺乏或极缺乏水平，速效钾在30～40和40～50 cm土层分别有76.67%和86.67%的样本处于缺乏或极缺乏水平。综上，说明湖南烟稻轮作区表层土壤速效养分符合烟草生长的基本要求，但30～50 cm土层土壤速效养分亏缺严重。
2.5 湖南烟稻轮作区土壤速效养分与耕层深度的关系
为明确土壤速效养分与耕层深度之间的关系，选取耕层深度与所对应土层速效养分的均值进行线性回归分析，结果见图5。碱解氮与耕层深度没有显著的相关性，有效磷和速效钾与耕层深度的线性关系式分别为yP=97.04-4.42x（p<0.05）和yK=977.12-58.80x（p<0.01），说明土壤有效磷和速效钾随耕层深度的增加呈显著下降的趋势。
3 讨 论
湖南烟稻轮作区由于长期采用单一的种植模式和浅耕耕作为主，导致耕层深度变浅（平均为12.6 cm），明显低于全国平均水平16.5 cm[19]。长期浅耕易造成有效土壤数量减少，影响耕层土壤质量[20];不仅如此，长期浅耕还易导致土壤犁底层增厚，影响降水渗入土壤深层，阻碍烟草根系下扎，不利于根系对深层土壤水分的吸收利用[12]。因此，湖南烟稻轮作区需在平时耕作中加大翻耕力度，促使土壤养分均匀化;并且，可通过逐年加大深耕深度来进一步改善土壤质量。
湖南烟稻轮作区土壤碱解氮、有效磷和速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，这与邓小华等[5]、李晓红等[21]、刘晓涵等[22]、李大明等[23]的研究结果相一致。土壤速效养分具有明显的表聚性和层化性，以表层（0～20 cm）土壤速效养分含量最高，从20～30 cm土层开始明显下降，30～50 cm土层土壤速效养分出现严重的亏缺。养分垂直分布的这一现状，一方面是由于人为耕作的影响，长期的培肥措施补充了表层土壤的养分，且表层土壤具有良好的吸附条件，有利于速效态养分的保蓄[5，7];另一方面可能是由于作物生长发育的需求，下层土壤速效养分在作物生长发育过程中被根系大量的吸收利用[16]。湖南烟稻轮作区表层土壤速效养分受到大量补充，而下层土壤补给少消耗多，是造成土壤速效养分表聚与层化的重要原因。另外，本研究还发现土壤有效磷的表聚程度明显高于碱解氮和速效钾，这可能是由于土壤中的磷移动性小，相对其他养分更容易被固定在表层[24];此外，由于磷肥利用率低、下部土层磷一直处于耗竭状态而难以得到补充[25]，导致土壤表层有效磷富集，出现显著的表聚特征。
本研究表明，长沙烟区表层土壤碱解氮含量低于其他烟区，因此，该烟区在烟草种植过程中可通过增施速效氮肥和有机肥来增加土壤的养分来源。湖南烟稻轮作区表层土壤速效磷含量丰富，研究表明适量的磷素有利于作物的生长，但磷素过量会导致富营养化，存在磷从农田转移到水体中造成环境污染的风险[26]。为此建议适当下调磷肥用量或改进磷肥品种以减少土壤磷素累积。从土壤速效钾的垂直分布特征来看，虽然湖南烟稻轮作区表层土壤速效钾含量总体上处于丰富或适宜水平，但长沙烟区表层土壤速效钾含量相对较低，可通过秸秆还田、秸秆覆盖并配合深松、翻耕等保护性耕作措施来补充土壤的速效钾含量[16，27]。从土壤速效养分与耕层深度的回归分析可知，土壤有效磷和速效钾与耕层深度呈显著负相关，说明适当的增加耕层深度有利于降低表层土壤速效养分的表聚现象。湖南烟稻轮作区不同土层土壤速效养分具有显著差异，应根据不同的垂直分布特征因地制宜采取有效措施，改善土壤质量。
4 结 论
湖南烟稻轮作区土壤耕层深度均值为12.6 cm，土壤有效磷和速效钾与耕层深度呈显著负相关;碱解氮、有效磷和速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，且表现出显著的层化性和表聚性，以有效磷表现最为突出;土壤速效养分含量在0～20 cm土层处于适宜以上水平，在30～50 cm土层亏缺严重。需进一步加深耕作，因地制宜控制化肥投入和增施有机肥，从而提高耕层土壤质量，促进优质烟叶生产。
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关键词：浅耕;烟稻轮作区;土壤;速效养分;垂直分布
Abstract： In order to clarify the vertical distribution characteristics of soil available nutrients in Hunan tobacco-rice rotation area under long-term shallow tillage， the distribution characteristics of alkaline nitrogen （available nitrogen）， phosphorus and potassium in different soil layers， the stratification ratios of soil available nutrients and their relationship with the depth of plough layer were analyzed based on 30 typical tobacco fields in this study. The results showed that the depth of plough layer in Hunan tobacco-rice rotation area was 8.2-16.4 cm， with a mean value of 12.6 cm. Soil available nitrogen， phosphorus and potassium contents were all decreased with the increase of soil depth. The contents of soil available nutrients in different areas were highest in 0-10 cm layers， decreased mostly in 20-30 cm layers， and serious deficit in 30-50 cm layers. The soil available nitrogen， phosphorus and potassium all showed significant stratification and surface aggregation， particularly for the soil available phosphorus. Soil available phosphorus and potassium were both significantly correlated with the depth of plough layer （yP=97.04-4.42x， p<0.05; yK=977.12-58.80x， p<0.01）. In conclusion， the depth of plough layer in Hunan tobacco-rice rotation area was very shallow. And soil available nutrients had obvious surface aggregation phenomenon. So， it was necessary to deepen the plough layer， control the chemical fertilizer input and increase the organic fertilizer application according to local soil nutrient conditions.
Keywords： shallow tillage; tobacco-rice rotation area; soil; available nutrients; vertical distribution
土壤速效養分是评价土壤肥力的重要指标，是植物所需三大基本元素的直接来源，对作物的产量和品质具有重要影响[1-2]。近几十年来，由于长期采用传统耕作方式（主要是旋耕）进行浅耕耕作，导致土壤犁底层增厚，耕作层变浅[3];加之化学肥料大量施用，导致土壤养分比例发生变化，严重影响耕层土壤质量[4]。因此，深入了解耕层土壤速效养分现状，对区域平衡或精准施肥以及优质烟叶生产具有重要的现实意义。
对土壤速效养分的研究已有较多报道，并取得了一定的成果。邓小华等[5]分析了武陵山地植烟土壤养分和酸度的垂直分布特征，表明长期种植烤烟会导致土壤酸化和养分表聚化。向德明等[6]指出湘西植烟土壤养分15年来以有效磷增幅最大，速效钾次之，碱解氮较低。龙文靖等[7]研究表明土壤速效养分随土层深度的增加而降低，具有明显的规律性。不同的种植模式[8]、施肥方式[9]、地形地貌[10]和成土母质[11]等因素会对土壤速效养分含量产生显著影响。 湖南烟区以烟稻轮作为主，土壤耕作层浅薄，阻碍了烟草根系深扎，影响了当地优质烟叶生产[12]。目前，烟田土壤速效养分的研究报道多集中在耕层，而关注其土体中垂直分布特征的较少，特别是关于长期浅耕模式下土壤速效养分的垂直分布特征更鲜有报道。为此本研究以湖南烟稻轮作区为研究对象，以耕层深度作为切入点，选择具有代表性的烟田，分析了不同土层速效养分的垂直分布特征，探讨了速效养分的层化比率及其与耕层深度的关系，旨在为湖南烟稻轮作区土壤合理利用和精准施肥提供参考。
1 材料与方法
1.1 典型烟田选择
湖南烟稻轮作区主要位于湘南和湘东地区，包括郴州、衡阳和长沙等地，属亚热带季风性湿润气候，光照充足，热量丰富，无霜期长，温、光、水资源的季节分布与烤烟和水稻生长发育的需求规律吻合，多为烟稻水旱轮作种植区，约占植烟区总面积的70%～80%。该区域烤烟采收完毕后，立即整地种植一季晚稻，充分利用其土地资源，实现烟、粮双丰收。
根据湖南烟稻轮作区种植特点，2017年在郴州、衡阳和长沙3个烟稻轮作区各选取10个有10年以上烟稻种植史的典型田块，其中，郴州市嘉禾县普满乡1个，和平镇、仁义镇和雷坪镇各4、3和2个;衡阳市耒阳县导子镇和马水镇各3个，竹市镇、东湖圩镇、哲桥镇和坛下乡各1个;长沙市浏阳市永安镇3个，北盛镇、沙市镇和官渡镇各2个，淳口镇1个。
在每个典型田块内的3个随机位置，利用50 cm土柱取样器（型号：QTZ-1，直径：7.5 cm）采集土柱，将采集的每個土柱分成0～10、10～20、20～30、30～40和40～50 cm共5个土层，共采集10×3×5=150个土样。分层前仔细观察采集的土柱，测量其耕层深度。
1.2 测定项目及方法
参照文献[13]测定土壤碱解氮（有效氮）、有效磷和速效钾含量。参考前人[14-15]研究，对湖南烟稻轮作区速效养分进行5级划分，见表1。
1.3 层化比率计算方法
为量化研究湖南烟稻轮作区土壤速效养分的层化和表聚程度，参照前人[16-17]研究引入土壤速效养分层化比率（Stratification ratio，SR）的概念，该定义指土壤表层与某一底层某速效养分的比值，其中SR1、SR2、SR3和SR4分别为0～10 cm土层某速效养分含量与10～20、20～30、30～40和40～50 cm土层某速效养分含量的比值。
1.4 数据处理
数据处理采用Microsoft Excel 2016和IBM Statistics SPSS 24.0进行，方差分析采用邓肯氏新复极差法。制图采用Origin 2018进行。
2 结 果
2.1 湖南烟稻轮作区土壤耕层深度状况
湖南烟稻轮作区烟田耕层深度统计结果见图1，其变幅为8.2～16.4 cm，均值为（12.6±1.93）cm。其中81.11%的烟田耕层深度分布在10～15 cm;耕层深度<10 cm和>15 cm的烟田分别占6.67%和12.22%。从不同地区来看，衡阳和长沙的耕层深度分别比郴州高出20.70%和20.34%，且达显著差异（p<0.01）。郴州位于湖南南部，由于其降雨量多、地貌复杂和土壤抗蚀能力较弱等因素，导致烟区水土流失较为严重[18]，从而使耕层深度相对较浅。
2.2 湖南烟稻轮作区土壤速效养分垂直分布特征
2.2.1 土壤碱解氮垂直分布特征 由图2可知，湖南烟稻轮作区土壤碱解氮总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州、衡阳和长沙均以0～20 cm土层碱解氮含量较高，以20～50 cm土层较低;且以20～30 cm土层较10～20 cm土层下降幅度最大;郴州、衡阳和长沙烟区10～20 cm土层碱解氮含量比20～30 cm土层分别高出54.74%（p<0.05）、42.77%（p<0.01）和67.09%（p<0.01）。从不同地区看，0～20 cm土层碱解氮在不同地区间呈显著差异，以郴州和衡阳较高、长沙较低;20～50 cm土层碱解氮在各地区间无显著差异。从图2（d）中可知，0～50 cm土层碱解氮含量变幅为216.26～26.79 mg/kg，不同土层碱解氮含量呈离散分布，10～20 cm土层碱解氮含量比20～30 cm土层高出53.09%，且达显著差异（p<0.01）。
2.2.2 土壤有效磷垂直分布特征 由图3可知，湖南烟稻轮作区土壤有效磷总体上呈现随土层深度增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州、衡阳和长沙均以0～20 cm土层有效磷含量较高，20～50 cm土层较低;且以20～30 cm土层较10～20 cm土层下降幅度最大;郴州、衡阳和长沙烟区10～20 cm土层有效磷含量比20～30 cm土层分别高出199.32%（p<0.05）、162.40%（p<0.01）和92.31%（p<0.01）。从不同地区看，0～20 cm土层有效磷在不同地区间呈显著差异，以郴州和长沙较高，衡阳较低;20～30 cm土层有效磷以长沙较高，郴州和衡阳较低;30～40 cm土层有效磷在各地区间无显著差异;40～50 cm土层有效磷以衡阳较高，郴州和长沙较低。从图3（d）中可知，0～50 cm土层有效磷含量变幅为95.44～4.59 mg/kg，0～30 cm土层有效磷含量呈离散分布，30～50 cm土层有效磷含量呈集中分布，10～20 cm土层有效磷含量比20～30 cm土层高出142.31%，达显著差异（p<0.01）。
2.2.3 土壤速效钾垂直分布特征 由图4可知，湖南烟稻轮作区土壤速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势。从不同土层看，郴州烟区以0～20 cm土层速效钾含量较高，以20～50 cm土层较低;10～20 cm土层速效钾含量比20～30 cm土层高出65.49%，达显著差异（p<0.01）;衡阳烟区不同土层速效钾含量呈显著差异，以0～20 cm土层较高，20～50 cm土层较低;长沙烟区速效钾含量呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，但差异不显著。从不同地区看，0～20 cm土层速效钾在不同地区间呈显著差异，以郴州最高，衡阳次之，长沙较低;20～50 cm土层速效钾在不同地区无显著差异。从图4（d）中可知，0～50 cm土层速效钾含量变幅为486.67～42.00 mg/kg，0～30 cm土层速效钾含量呈离散分布，30～50 cm土层速效钾含量呈集中分布，10～20 cm土层速效钾含量比20～30 cm土层高出43.00%，达显著差异（p<0.01）。 2.3 湖南烟稻轮作区土壤速效养分层化比率
为了表征和量化长期浅耕模式下湖南烟稻轮作区土壤速效养分的层化特征和表聚程度，分别计算了3个地区土壤碱解氮、有效磷和速效鉀的层化比率。由表2可知，碱解氮层化比率介于1.13～3.15，在各地区间差异不显著;SR1的均值接近1，表明10～20 cm土层层化和表聚化不明显，但SR2、SR3和SR4的均值大于2，说明土壤碱解氮具 有明显的表聚化和层化特征。有效磷层化比率介于1.30～9.66，SR3和SR4的均值大于7，不同地区间以郴州和长沙的较高，衡阳较低;SR2的均值是SR1 的3.06倍，说明土壤有效磷从20～30 cm土层开始出现明显的层化性和表聚性，且在3种速效养分中表现最为突出。速效钾层化比率介于1.15～3.96，SR3和SR4的均值大于2，说明土壤速效钾具有明显的表聚化和层化特征;且不同地区间呈显著差异，以郴州最高，衡阳次之，长沙最低。
2.4 湖南烟稻轮作区土壤速效养分丰缺评价
由表3可知，湖南烟稻轮作区土壤碱解氮、有效磷和速效钾在0～20 cm土层处于适宜以上水平，有效磷含量较为丰富。碱解氮在20～30、30～40和40～50 cm土层分别有66.67%、80.00%和90.00%的样本处于缺乏或极缺乏水平，有效磷在30～40和40～50 cm土层分别有76.66%和86.66%的样本处于缺乏或极缺乏水平，速效钾在30～40和40～50 cm土层分别有76.67%和86.67%的样本处于缺乏或极缺乏水平。综上，说明湖南烟稻轮作区表层土壤速效养分符合烟草生长的基本要求，但30～50 cm土层土壤速效养分亏缺严重。
2.5 湖南烟稻轮作区土壤速效养分与耕层深度的关系
为明确土壤速效养分与耕层深度之间的关系，选取耕层深度与所对应土层速效养分的均值进行线性回归分析，结果见图5。碱解氮与耕层深度没有显著的相关性，有效磷和速效钾与耕层深度的线性关系式分别为yP=97.04-4.42x（p<0.05）和yK=977.12-58.80x（p<0.01），说明土壤有效磷和速效钾随耕层深度的增加呈显著下降的趋势。
3 讨 论
湖南烟稻轮作区由于长期采用单一的种植模式和浅耕耕作为主，导致耕层深度变浅（平均为12.6 cm），明显低于全国平均水平16.5 cm[19]。长期浅耕易造成有效土壤数量减少，影响耕层土壤质量[20];不仅如此，长期浅耕还易导致土壤犁底层增厚，影响降水渗入土壤深层，阻碍烟草根系下扎，不利于根系对深层土壤水分的吸收利用[12]。因此，湖南烟稻轮作区需在平时耕作中加大翻耕力度，促使土壤养分均匀化;并且，可通过逐年加大深耕深度来进一步改善土壤质量。
湖南烟稻轮作区土壤碱解氮、有效磷和速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，这与邓小华等[5]、李晓红等[21]、刘晓涵等[22]、李大明等[23]的研究结果相一致。土壤速效养分具有明显的表聚性和层化性，以表层（0～20 cm）土壤速效养分含量最高，从20～30 cm土层开始明显下降，30～50 cm土层土壤速效养分出现严重的亏缺。养分垂直分布的这一现状，一方面是由于人为耕作的影响，长期的培肥措施补充了表层土壤的养分，且表层土壤具有良好的吸附条件，有利于速效态养分的保蓄[5，7];另一方面可能是由于作物生长发育的需求，下层土壤速效养分在作物生长发育过程中被根系大量的吸收利用[16]。湖南烟稻轮作区表层土壤速效养分受到大量补充，而下层土壤补给少消耗多，是造成土壤速效养分表聚与层化的重要原因。另外，本研究还发现土壤有效磷的表聚程度明显高于碱解氮和速效钾，这可能是由于土壤中的磷移动性小，相对其他养分更容易被固定在表层[24];此外，由于磷肥利用率低、下部土层磷一直处于耗竭状态而难以得到补充[25]，导致土壤表层有效磷富集，出现显著的表聚特征。
本研究表明，长沙烟区表层土壤碱解氮含量低于其他烟区，因此，该烟区在烟草种植过程中可通过增施速效氮肥和有机肥来增加土壤的养分来源。湖南烟稻轮作区表层土壤速效磷含量丰富，研究表明适量的磷素有利于作物的生长，但磷素过量会导致富营养化，存在磷从农田转移到水体中造成环境污染的风险[26]。为此建议适当下调磷肥用量或改进磷肥品种以减少土壤磷素累积。从土壤速效钾的垂直分布特征来看，虽然湖南烟稻轮作区表层土壤速效钾含量总体上处于丰富或适宜水平，但长沙烟区表层土壤速效钾含量相对较低，可通过秸秆还田、秸秆覆盖并配合深松、翻耕等保护性耕作措施来补充土壤的速效钾含量[16，27]。从土壤速效养分与耕层深度的回归分析可知，土壤有效磷和速效钾与耕层深度呈显著负相关，说明适当的增加耕层深度有利于降低表层土壤速效养分的表聚现象。湖南烟稻轮作区不同土层土壤速效养分具有显著差异，应根据不同的垂直分布特征因地制宜采取有效措施，改善土壤质量。
4 结 论
湖南烟稻轮作区土壤耕层深度均值为12.6 cm，土壤有效磷和速效钾与耕层深度呈显著负相关;碱解氮、有效磷和速效钾总体上呈现出随土层深度的增加而下降的趋势，且表现出显著的层化性和表聚性，以有效磷表现最为突出;土壤速效养分含量在0～20 cm土层处于适宜以上水平，在30～50 cm土层亏缺严重。需进一步加深耕作，因地制宜控制化肥投入和增施有机肥，从而提高耕层土壤质量，促进优质烟叶生产。
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