湘西植煙土壤交換性鈣的時空變異特征研究

田詠梅 向劍明 田明慧 向德明 張黎明 李強

摘 要：為了探明湘西煙區植煙土壤交換性鈣的時空變化，為植煙土壤鈣素投入提供參考，分別于2000年和2015年在湘西煙區采集土壤樣品并測定交換性鈣，采用經典統計學和地統計學的方法分析了土壤交換性鈣的基本統計特征和時空分布變化。結果表明：從基本統計特征來看，15年間湘西植煙土壤交換性鈣均值由8.06cmol/kg上升至10.33cmol/kg，同時其變異程度也在增大。從時空變異來看，15年來，植煙土壤交換性鈣“低”和“極低”等級的面積增加5.81%、0.68%，“高”和“極高”等級的面積增加21.03%、2.20%，而“適宜”等級的面積下降29.72%。總體而言，15年間，湘西植煙土壤交換性鈣大幅增加，并呈現出兩極分化的趨勢。

關鍵詞：湘西;植煙土壤;交換性鈣;時空變異

中圖分類號 S572文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）19-0072-03

Spatial-temporal Variability of Exchangeable Ca in Tobacco-growing Soils in Xiangxi

Tian Yongmei1 et al.

Abstract：Soil samples were collected from tobacco growing areas in Western Hunan in 2000 and 2015，and exchangeable Ca was determined. The basic statistical characteristics and spatial and temporal distribution of exchangeable Ca in soils were analyzed by classical statistics and geostatistics. The results showed that the average exchangeable Ca of tobacco-growing soils in Xiangxi increased from 8.06cmol/kg to 10.33cmol/kg in 15 years，and the variation degree was also increasing. In terms of temporal and spatial variability，the area of exchangeable Ca in tobacco-growing soils increased by 5.81% and 0.68% in the "low" and "polar" grades，21.03% and 2.20% in the "high" and "extremely high" grades，while the area of "suitable" grades decreased by 29.72%. Overall，exchangeable Ca in tobacco-growing soils in Western Hunan showed an increasing trend and polarization trend.

Key words：Xiangxi;Tobacco planting soil;Exchangeable Ca;Spatio-temporal variability

鈣是植物生長的必需營養元素之一，是植物細胞膜的組成成分，在維持細胞膜的完整性和滲透性方面起著重要作用。此外，鈣參與了植物染色體的形成，缺鈣時，染色體不能正常發育，從而影響了細胞的正常分裂;鈣還參與了植物細胞的伸展過程，缺鈣時植物細胞的伸展受阻，從而導致根系及其他組織停止生長。另外，鈣也是一些酶的激活劑，包括α-淀粉酶、磷脂酶、ATP酶、脂肪水解酶和卵磷脂水解酶等[1]。因此，鈣元素缺乏無疑會造成煙草產量和品質的降低，然而過量的鈣也會影響煙葉的成熟落黃，還可能介由拮抗作用造成鉀和鎂缺乏，從而對煙草品質造成不良的影響[1]。

煙株吸收的鈣主要來自于土壤，土壤有效態鈣元素的含量直接影響著煙株的鈣吸收[2-4]。目前，有關植煙土壤有效態鈣含量的研究已有了較多的報道[5-7]，但經長期種植烤煙后，土壤交換性鈣時空變化如何，相關研究則鮮有報道。為此，本研究擬依據湖南湘西煙區2000年和2015年2個年份植煙土壤交換性鈣含量數據，探討15年間湘西植煙土壤交換性鈣的時空變異特征，旨在為湘西煙區鈣素營養管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 區域自然概況 湘西土家族苗族自治州是湖南省烤煙主產區之一，總面積15462km2，其種煙歷史可追溯到20世紀70年代，年均種植烤煙面積10000hm2，生產烤煙2.25×104T，煙葉質量上乘，受到了多家工業企業的青睞。地勢呈西北高、東南低，平均高程在200～800m。地形地貌以山地為主，并有部分丘陵和小平原。湘西州屬亞熱帶季風濕潤氣候，具有明顯的大陸性氣候特征，夏季炎熱濕潤，冬季寒冷干燥，年平均氣溫在16.5～17.5℃，年均降雨量在1290～1600mm，年平均日照時數1200h以上。當地土壤類型豐富，主要有紅壤、黃壤、黃棕壤、水稻土、紫色土、石灰土及潮土等。

1.2 樣品采集和分析 分別于2000年和2015年在湘西煙區基本煙田采集耕作層土壤（0～20cm），其中2000年取樣密度為每20～33.33hm2取樣1個樣，2015年為每6.67～13.33hm2取1個土樣。采集時間為2000年和2015年11—12月土壤冬翻前。選取667m2以上的田塊進行取樣，用手持式GPS定位，記錄田塊中心的經緯度和海拔，根據采樣田塊的形狀，采取“X”形取樣法或“W”形取樣法，取樣田塊確保采集5個點以上，四分法取大約500g土樣。然后帶回實驗室風干、過篩制成待測樣品，進行土壤交換性鈣含量測定[8]。2000年土壤樣品數為446個，2015年樣品數為1242個。

1.3 評價標準 參照前人研究結果[1-4]，制定湘西植煙土壤交換性鈣的評價標準如下：極低（<3cmol/kg）、低（3～6cmol/kg）、適宜（6～10cmol/kg）、高（10～18cmol/kg）、極高（>18cmol/kg）。

1.4 數據分析 采用Excel和SPSS 17.0進行描述性統計[9]。克里格插值（Kriging）、空間分布圖繪制及各等級面積統計均在ArcGIS 10.2.2軟件的統計模塊中完成[10]。

2 結果與分析

2.1 植煙土壤交換性鈣的基本統計特征 湘西植煙土壤交換性鈣含量的統計結果見表1。由表1可知，植煙土壤交換性鈣含量的均值為10.33cmol/kg，處于高水平，變幅在0.25～37.21cmol/kg，變異系數為74.32%，屬中等變異，全州植煙土壤交換性鈣經檢驗基本符合正態分布。湘西植煙土壤交換性鈣含量適宜的樣本占30.52%，含量偏低的占31.64%，含量偏高的占37.84%。從各植煙縣情況來看，7個植煙縣的土壤交換性鈣含量均為中等程度變異，交換性鈣均值在6.99～12.71cmol/kg，其中最高的是永順縣，最低的是古丈縣，不同縣域植煙土壤交換性鈣含量的差異具有統計學意義。各縣植煙土壤交換性鈣含量值的適宜樣本比例差異較大，適宜比例最高的是鳳凰縣，最低的是永順縣。

2.2 植煙土壤交換性鈣的年代變化 不同時期湘西州植煙土壤交換性鈣狀況見表2。由表2可知，2000—2015年間土壤交換性鈣略有增加，均值增加2.27cmol/kg，增幅為28.16%，從“適宜”等級變為“高”等級，交換性鈣的變異系數提高30.56%，極小值下降0.95cmol/kg，而極大值上升13.13cmol/kg。極差由2000年的22.88cmol/kg上升至2015年的36.96cmol/kg，增加14.08cmol/kg。表明土壤交換性鈣均值雖變化較小，但其變異卻有所增大。土壤交換性鈣的等級頻率分布情況見表3，由表3可知，2015年土壤交換性鈣在“適宜”和“低”等級分布頻率分別比2000年減少13.60、6.96個百分點，而“高”和“極高”等級的土壤樣品比例增加1.38、11.52個百分點，值得注意的是，“極低”的樣品比例亦增加7.66個百分點。由此可見，土壤交換性鈣含量呈現兩極分化的趨勢，變異在加大。

2.3 土壤交換性鈣的時空分布變化 采用普通克里格插值法獲取2000年和2015年湘西植煙土壤交換性鈣含量的空間分布（圖1），并利用ArcGIS軟件自帶的Arctool box模塊對土壤交換性鈣含量空間分布圖進行了面積統計，其結果見表4。由表4可知，2015年土壤交換性鈣在不同等級的分布面積較2000年有了大幅變化，2000年土壤交換性鈣含量面積分布以“適宜”和“高”為主，分別占73.11%、24.35%;交換性鈣含量“低”等級的植煙土壤面積僅占2.53%。2015年植煙土壤交換性鈣分布較2000年有了較大的變化，土壤交換性鈣“極高”等級始有分布，面積占2.20%，“高”等級分布面積增加21.04%，“適宜”等級面積下降29.72%，而“低”等級和“極低”的面積分別增加5.81%、0.68%。綜上，2015年土壤交換性鈣含量“低”和“極低”等級，以及“高”和“極高”等級的面積均有不同幅度的增加。這表明15年間湘西植煙土壤交換性鈣含量呈增加的趨勢，并呈現出兩極分化的趨勢。

3 小結與討論

2015年湘西植煙土壤交換性鈣均值較2000年上升2.27cmol/kg，增幅度達28.16%;從“適宜”等級變為“高”等級，其變異程度也在增強。從目前湘西各植煙縣土壤交換性鈣均值來看，最高的永順縣，最低的是古丈縣，古丈縣、花垣縣、龍山縣均處于“適宜”水平，而其他各植煙縣均處于“高”水平，高于其他南方山地煙區土壤交換性鈣含量[11-13]，但卻低于北方煙區[14]，這可能與成土母質的差異有關。從時間和空間分布的變化來看，2015年植煙土壤交換性鈣分布較2000年有了較大的變化，“低”和“極低”等級面積分別增加5.81%、0.68%，“高”和“極高”等級面積分別增加21.03%、2.20%，而“適宜”等級的面積下降29.72%。目前，交換性鈣“低”和“極低”的面積主要分布在古丈縣，在其他縣僅有零星分布。綜上所述，15年間湘西植煙土壤交換性鈣含量呈增加的趨勢，這與湘西煙區持續施用生石灰改良酸性土壤的技術措施有關[15];值得關注的是湘西植煙土壤交換性鈣含量的變化呈現兩極分化的趨勢，這可能與不同植煙縣的鈣元素的投入差異有關。因此，建議今后加強土壤交換性鈣的動態監測，對不同區域采取差異化的管理措施。

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