湖南桂陽植煙土壤養分適宜性評價及其分區管理

曹建昌，農加元，王 昕 (1.湖南農業大學煙草研究院，湖南長沙41018;.云南省煙草公司文山州公司廣南縣分公司，云南文山66000;.浙江中煙工業有限公司，浙江杭州10009)

作為作物生長的媒介，土壤是作物生長發育所需的礦質養分的主要來源。協調的土壤養分是優質烤煙生產的基礎［1－3］。土壤肥力是各種土壤養分因素綜合協調程度的綜合體現，受自然、社會和經濟等多種因素影響，因此，土壤肥力特性的研究引起人們的關注［4－5］。植煙土壤肥力適宜性評價是指通過對某一植煙區域內土壤肥力因素的綜合評價來確定其對烤煙種植的適宜程度。植煙土壤肥力適宜性評價對于指導植煙農田施肥實踐，穩定煙葉品質，促進植煙土壤資源的可持續利用具有重要意義［6－7］。近年來，眾多學者運用GIS技術對植煙土壤養分的空間變異特征及土壤適宜性評價進行大量研究。張春華等［8］對平頂山植煙土壤微量元素空間變異特征進行研究。汪旋［9］進行烤煙生態適宜性評價。李強等［10］對曲靖植煙土壤土壤肥力適宜性評價進行研究。但是，對植煙土壤肥力水平及其與土壤質地的關系的研究報道較少。以湖南省桂陽縣植煙土壤為研究對象，筆者利用模糊數學理論，并結合地統計學和GIS技術的方法，對該煙區2012年土壤養分狀況、肥力適宜性進行評價，同時對空間變異進行分析，旨在為桂陽縣植煙土壤的分區管理以及優質煙葉的生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況 桂陽煙區地處湖南省中部稍偏西南，屬中亞熱帶季風濕潤氣候，氣候溫和，四季分明，雨量集中，前濕后干，且南北差異較大，年日平均氣溫11～17℃，年平均無霜期281.2 d，年平均降水量1 427.5 mm。桂陽烤煙種植面積達1.33萬hm2以上，年收購量為3.5萬t以上，是湖南重要的濃香型產區之一。土壤類型主要有紅壤、黃壤和水稻土，土壤質地主要有壤土、黏土和緊砂土。

1.2 樣品采集 采用GPS定位技術，于2012年選取桂陽縣10個植煙鄉鎮基本煙田進行定位取樣。在研究區內，共布置488個取樣點。取樣點遵循均勻性、代表性的原則，根據基本煙田分布情況進行布置。在田間取樣時，用手持式GPS定位，記錄采樣點的經緯度和高程，以定位點為中心，在半徑10 m的圓形區域內多點(10個點)混合取樣，取樣深度0～20 cm，用四分法取約1 kg土樣帶回實驗室。土樣登記編碼后，經風干研磨、過篩，測定土壤養分含量。

1.3 測定項目與方法 土壤樣品檢測指標包括 pH、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效鋅、有效鎂和有效硼，測定方法詳見參考文獻［11］。

養分變異系數=(標準差/平均值)×100%

按＜10%、10% ～100%和＞100%將變異系數分為弱變異、中等變異和強變異［12］。

1.4 植煙土壤養分含量適宜性評價方法 參照中國植煙土壤養分豐缺評價標準(表 1)［13］和相關文獻［14－15］，制定土壤養分豐缺評價指標體系，對10個鄉鎮土壤養分狀況進行適宜性評價。

1.5 土壤肥力適宜性指數(Soil fertility index，SFI)計算方法 根據隸屬度函數模型指數和方法確定，計算公式為:

式中，Nij和Wij分別表示第i個樣品的第j個土壤養分指標的隸屬度值和對應的權重系數(0 ＜Nij≤1，0≤Wij≤1)。

根據主成分分析方法，確定各土壤肥力指標的權重。采 用Excel2007和SPSS 19.0等統計學軟件進行相關數據分析。

表1 植煙土壤養分含量豐缺評價標準

2 結果與分析

2.1 桂陽植煙土壤養分含量的總體特征 由表2可知，桂陽煙區土壤有機質、有效硼、pH、有效鋅和堿解氮含量適宜，適宜比例分別為 50.77%、99.15%、69.68%、90.16% 和77.40%;有效鉬、全氮和全鉀含量偏高，偏高比例分別為98.26%、91.69%和96.16%;速效鉀和全磷含量偏低，偏低比例達到96.69%和100.00%。從變異系數來看，各養分指標的變異系數均為2.60% ～29.86%，為弱變異和中等強度變異，有效硼的變異程度最小，速效鉀的變異程度最大。

表2 2012年桂陽縣植煙土壤養分含量的描述性分析

2.2 桂陽植煙土壤養分含量的區域特征 由表3可知，各鄉鎮的有機質、有效硼、有效鋅和堿解氮均處于適宜范圍內，有機質以板橋鄉的含量最高，仁義鎮最低，且二者之間達顯著差異(P＜0.05);各鄉鎮有效硼含量間相差很小，在0.387～0.397 mg/kg間;有效鋅以華泉鄉最高，雷坪鄉次之，流峰鎮最低，各鄉鎮間差異不顯著;堿解氮含量以十字鄉最高，飛仙鎮最低，且二者間差異顯著(P＜0.05);除橋市鄉略偏低外，其他鄉鎮pH都處于適宜范圍內，在各鄉鎮間達到顯著差異(P＜0.05)，其中流峰鎮的pH顯著高于其他鄉鎮(P＜0.05);各鄉鎮的有效鉬、全氮和全鉀含量偏高，其中有效鉬含量在各鄉鎮間差異很小，均為0.21～0.22 mg/kg;全氮和全鉀含量在各鄉鎮間達顯著差異，全氮以十字鄉的最高，板橋鄉和六橋市鄉次之，三者含量間差異不顯著，四里鄉最低，全鉀含量以橋市鄉最高，其次是蓮塘鎮，最低的是四里鄉;各鄉鎮速效鉀含量均偏低，以雷坪鄉含量最高，最低的是蓮塘鎮，僅為79.02 mg/kg。2.3 桂陽土壤肥力適宜性評價 根據文獻［15－16］的方法，選取對土壤肥力影響較大的有機質、速效鉀、有效硼、有效鉬、pH、有效鋅、堿解氮、全氮、全鉀和全磷共10項指標作為評價桂陽縣煙區土壤肥力的因子。有機質、pH、堿解氮和全氮的函數類型均為拋物線型，函數表達式為:

表3 桂陽縣各鄉鎮植煙土壤養分含量

土壤速效鉀、有效硼、有效鉬、有效鋅、全鉀和全磷的函數類型均為“S”型，函數表達式為:

式中，x為各土壤肥力指標的實際測量值;x4和x1分別為各指標的上、下臨界值;x3和x2分別為各指標的上、下限最優值。參照文獻［7－14］，確定各土壤肥力指標的隸屬度函數類型和閾值，對基于轉化后的隸屬度值進行主成分分析，求出土壤肥力指標的權重值(表4)。

表4 土壤養分指標的隸屬函數類型、閾值及權重

由表5可知，提取了特征值大于1的3個主成分，累積方差貢獻率為89.39%(大于85%)，說明前3個公因子基本包含全部變量的主要信息。因此，選擇前3個因子為主因子，具有代表性，也說明表4中各指標的權重值較準確，能夠反映桂陽植煙土壤的實際情況。

對植煙土壤肥力適宜性進行分區，分為高度適宜(≥0.9)、中度適宜(0.75 ～0.9)、低度適宜(0.60 ～0.75)和不適宜(≤0.6)4個區。由表6可知，10個鄉鎮植煙土壤肥力“高度適宜”“低度適宜”“中度適宜”“不適宜”比例分別為43.67%、22.16%、26.02%、8.26%;肥力適宜性指數平均值為0.827 2，處在“中度適宜“范圍內，變異系數為15.74%，變異強度中等，整個桂陽植煙區土壤肥力狀況良好。在10個植煙鄉鎮中，飛仙鎮的肥力適宜性指數處于“高度適宜”的比例、平均值最大，分別是61.63%和0.8837，蓮塘鎮最小，分別為16.10%和0.741 2，肥力適宜性由大到小依次為飛仙鎮、華泉鄉、十字鄉、仁義鎮、流峰鎮、雷坪鄉、四里鄉、板橋鄉、橋市鄉、蓮塘鎮。

表5 因子分析的總方差解釋

表6 桂陽縣植煙土壤肥力適宜性評價

2.4 桂陽植煙土壤分區及管理 根據適宜性評價指數，把 桂陽植煙土壤分為Ⅰ區(高度適宜)、Ⅱ區(中度適宜)、Ⅲ區(低度適宜)和Ⅳ區(不適宜)四個區。由表7可知，Ⅳ區土壤養分中，pH、堿解氮、全氮極顯著(P＜0.01)高于其他等級植煙土壤，有機質、全磷極顯著(P＜0.01)高于Ⅰ區和Ⅱ區的植煙土壤，速效鉀極顯著(P＜0.01)高于Ⅰ區和Ⅲ區植煙土壤，全鉀極顯著(P＜0.01)高于Ⅱ區和Ⅲ區植煙土壤，表明有機質、pH、堿解氮、全氮、全磷、速效鉀含量過高是該區土壤肥力適宜性較差的主要原因，因此在此區域應注意控制有機肥、堿解氮、全氮、全磷、速效鉀肥料的施用量，同時澆適量硫酸亞鐵或硫酸鋁水降低土壤pH;在Ⅰ區的土壤中要控制鉀肥的施用量;同時，Ⅱ區土壤中應該控制速效鉀和有效鉬的施入;在Ⅲ區土壤中，應控制有機肥以及微量元素硼和鉬的施用量。

表7 不同肥力等級土壤養分含量單因素方差分析

3 討論

對2012年桂陽縣植煙土壤養分測定，并且進行綜合評價，發現桂陽煙區土壤有機質、有效硼、pH、有效鋅和堿解氮含量適宜，有效鉬、全氮和全鉀含量偏高，速效鉀和全磷含量偏低;在桂陽10個植煙鄉鎮中，雷坪鄉、板橋鄉的有機質和四里鄉的有效鋅偏高，橋市鄉的pH偏低，所有植煙鄉鎮的速效鉀和全磷極低，有效鉬、全氮和全鉀偏高。所以，應根據具體狀況采取相應的施肥等栽培措施提高煙葉產質。

桂陽植煙土壤高度適宜、中度適宜、低度適宜和不適宜4個等級比例分別為 43.67%、26.02%、22.16% 和 8.26%，大部分土壤處于高度適宜和中度適宜范圍內，且主要分布在中部和南部，肥力適宜性指數為0.827 2，處于中度適宜的水平;在10個植煙鄉鎮中，飛仙鎮、華泉鄉、十字鄉和流峰鎮土壤肥力適宜性指數較高，植煙狀況較好，而蓮塘鎮和橋市鄉土壤肥力適宜性指數較低，對于優質煙葉而言土壤肥力需要提高。因此，“控氮，穩鋅和硼，降鉀，降鉬，提磷”，提高土壤速效鉀含量，繼續秸稈還田，施用農家肥是提高桂陽煙區優質煙葉產量的重要方法。

［1］張一揚，周冀衡，楊虹琦，等.基于地統計與GIS的土壤有機質空間變異性研究:以湖南省主產煙區為例［J］.青島農業大學學報(自然科學版)，2008，25(1):48 －52.

［2］鄧小華，謝鵬飛，彭新輝，等.土壤和氣候及其互作對湖南烤煙部分中性揮發性香氣物質含量的影響［J］.應用生態學報，2010，21(8):2063－2071.

［3］李衛，周冀衡，張一揚，等.云南曲靖煙區土壤肥力狀況綜合評價［J］.中國煙草學報，2010，16(2):61 －65.

［4］JU X T，CHAO F C，LI C J，et al.Yield and nicotine content of flue-cured tobacco as affected by soil nitrogen mineralization［J］.Pedosphere，2008，18(2):227 －235.

［5］郭培國，陳建軍，李榮華.pH值對烤煙根系活力及烤后煙葉化學成分的影響［J］.中國農業科學，2000，33(1):39 －45.

［6］陳留美，桂林國，呂家瓏.應用主成分分析和聚類分析評價不同施肥處理條件下新墾淡灰鈣土土壤肥力質量［J］.土壤，2008，40(6):971－975.

［7］吳玉紅，田霄鴻，同延安，等，基于主成分分析的土壤肥力綜合指數評價［J］.生態學雜志，2010，29(1):173 －180.

［8］張春華，張正揚，劉國順，等.植煙土壤有效態微量元素空間變異特征［J］.土壤，2010，42(1):20 －25.

［9］汪旋.基于GIS和計算智能的烤煙生態適宜性評價［D］.重慶:西南大學，2009.

［10］李強，周冀衡，楊榮生，等.曲靖植煙土壤養分空間變異及土壤肥力適宜性評價［J］.應用生態學報，2011，22(4):950 －956.

［11］張甘霖，龔子同.土壤調查實驗室分析方法［M］.北京:科學出版社，2012.

［12］雷志棟，揚詩秀，許志榮，等.土壤特性空間變異性初步研究［J］.水利學報，1985(9):10－21.

［13］陳江華，劉建利，李志宏.中國植煙土壤及煙草養分綜合管理［M］.北京:科學出版社，2008:39.

［14］羅建新，石麗紅，龍世平.湖南主產煙區土壤養分狀況與評價［J］.湖南農業大學學報(自然科學版)，2005，31(4):376 －380.

［15］黃成江，張曉海，李天福，等.植煙土壤理化性狀的適宜性研究進展［J］.中國農業科技導報，2007，9(1):42 －46.

［16］李梅，張學雷.基于GIS的農田土壤肥力評價及其與土體構型的關系［J］.應用生態學報，2011，22(1):129－136.