襄陽(yáng)市植煙區(qū)土壤養(yǎng)分特征及肥力綜合評(píng)價(jià)

徐銳，盧紅良，王震，郭利，曹麗君，王曉麗

（湖北省煙草公司襄陽(yáng)市公司，湖北 襄陽(yáng) 441000）

植煙土壤是烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)載體，植煙土壤養(yǎng)分狀況和供應(yīng)能力直接影響到烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量、質(zhì)量［1］。土壤肥力是土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的綜合體現(xiàn)［2］，植煙土壤肥力綜合評(píng)價(jià)是深入了解植煙土壤肥力狀況的重要方法，為平衡施肥、土壤保育和改良等基礎(chǔ)性工作提供依據(jù)［3］。對(duì)植煙土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法較多，主要有指數(shù)和法、Fuzzy綜合評(píng)判法、聚類(lèi)分析法及地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法［4-8］等，其中Fuzzy綜合評(píng)判法應(yīng)用廣泛，已應(yīng)用于對(duì)廣東、云南、貴州、四川、湖南、河南等省份煙區(qū)植煙土壤肥力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)［1，3，8-13］。

隨著植煙年限的增加，植煙土壤發(fā)生不同程度的變化。應(yīng)用主成分分析法和模糊數(shù)學(xué)法相結(jié)合的綜合分析方法，對(duì)襄陽(yáng)市植煙土壤肥力狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，了解襄陽(yáng)市植煙土壤肥力特征，為襄陽(yáng)市烤煙種植、土壤改良及平衡施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

利用GPS定位技術(shù)，在全市3個(gè)產(chǎn)區(qū)采集土壤樣品共計(jì)961個(gè)，其中保康595個(gè)，南漳243個(gè)，棗陽(yáng)123個(gè)。取樣深度為耕層0～20 cm，根據(jù)各田塊面積和形狀布置取樣點(diǎn)，一般每個(gè)采樣單元設(shè)5～20個(gè)采樣點(diǎn)，取樣充分混合后，采用四分法制成1 kg樣品，風(fēng)干、砸碎、過(guò)篩、裝袋、編號(hào)備用。

1.2 樣品檢測(cè)方法

檢測(cè)指標(biāo)包括土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀及有效磷5項(xiàng)，檢測(cè)方法見(jiàn)表1［14，15］。

表1 土壤樣品檢測(cè)方法

1.3 土壤肥力綜合評(píng)價(jià)方法

因土壤養(yǎng)分指標(biāo)單位及量綱不同，需對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用模糊函數(shù)方法對(duì)各養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［16］，確定隸屬度。利用主成分分析法［17］（PCA）計(jì)算各養(yǎng)分指標(biāo)權(quán)重，再采用加乘法計(jì)算土壤綜合肥力指標(biāo)值（Integrated fertility index，IFI）［18］。

1.3.1 隸屬度函數(shù) 根據(jù)前人研究結(jié)果［1-3］，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮采用拋物線型（1）隸屬度函數(shù)計(jì)算隸屬度，速效鉀、有效磷采用S型（2）隸屬度函數(shù)計(jì)算隸屬度。隸屬度函數(shù)如下：

參照文獻(xiàn)［19，20］，結(jié)合襄陽(yáng)煙區(qū)植煙土壤實(shí)際情況，確定各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)相應(yīng)的拐點(diǎn)閾值見(jiàn)表2。

表2 土壤養(yǎng)分因子隸屬函數(shù)類(lèi)型及閾值

1.3.2 土壤肥力指標(biāo)權(quán)重確定土壤養(yǎng)分指標(biāo)權(quán)重是土壤肥力綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵步驟［21］，權(quán)重的確定主要有主成分分析法［17］、層次分析法［22］、相關(guān)分析法［23］、灰色關(guān)聯(lián)分析法［24］等方法。主成分分析法是較常用的方法，選用該法確定權(quán)重。用SPSS 19.0軟件對(duì)5項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，獲得公因子方差，將公因子方差進(jìn)行歸一化處理，得出各養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重。

1.3.3 土壤肥力綜合評(píng)價(jià) 利用土壤綜合肥力指標(biāo)值（Integrated fertility index，IFI）來(lái)反映植煙土壤綜合肥力，計(jì)算公式為：

式中Wij和Nij分別表示第i個(gè)土壤樣品第j種土壤養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重和隸屬度［18］。

依據(jù)已有研究結(jié)果［1，25］，結(jié)合襄陽(yáng)植煙土壤實(shí)際情況，將襄陽(yáng)市植煙土壤肥力適宜性分為5級(jí)，分別為：高，IFI≥0.80；較高，0.60＜IFI＜0.80；中，0.40＜IFI≤0.60；較低，0.20＜IFI≤0.40；低，IFI≤0.20。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析，應(yīng)用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析及主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH分布狀況

全市土壤pH分布見(jiàn)表3。全市土壤pH平均為5.98～7.17，變異系數(shù)為7.87%～10.44%，變異系數(shù)較小，表明全市pH變異幅度小。普遍認(rèn)為，土壤pH在5.50～6.50區(qū)間內(nèi)最適宜烤煙生長(zhǎng)［25］，全市處于最適宜（5.50～6.50）范圍占比為19.67%，其中棗陽(yáng)最高，占比達(dá)62.60%，明顯高于其他兩個(gè)產(chǎn)區(qū)。保康、南漳pH整體偏高，處于弱堿性范圍（＞7.00）的占比分別達(dá)65.21%、64.20%，應(yīng)引起足夠的重視。

表3 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤pH分布狀況

2.2 速效鉀分布狀況

速效鉀分布狀況見(jiàn)表4。全市速效鉀平均值為310.58 mg/kg，變異系數(shù)為64.20%，表明全市植煙土壤速效鉀含量空間變異處于中等水平。南漳速效鉀處于高水平（＞190.00 mg/kg）占比最高，達(dá)74.07%，速效鉀含量比較豐富。棗陽(yáng)42.28%土壤速效鉀處于高水平（＞190.00 mg/kg），33.33%處于極低水平（＜120.00 mg/kg），且均值顯著低于其他兩個(gè)產(chǎn)區(qū)，表明棗陽(yáng)植煙土壤速效鉀含量較低。

表4 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤速效鉀分布狀況

2.3 有效磷分布狀況

全市植煙土壤有效磷含量見(jiàn)表5。全市植煙土壤有效磷含量平均值為57.14 mg/kg，有效磷含量較豐富，其中南漳最高，為77.96 mg/kg，棗陽(yáng)最低，為34.83 mg/kg，3個(gè)產(chǎn)區(qū)之間存在顯著性差異。變異系數(shù)全市達(dá)99.42%，屬于強(qiáng)變異，其中棗陽(yáng)最高，保康次之，南漳最低，分別為139.78%、106.85%、69.50%，表明全市植煙土壤有效磷含量存在較大空間變異；處于高水平（＞25.00 mg/kg）占比由南漳、保康、棗陽(yáng)依次降低，其中南漳處于高水平（＞25.00 mg/kg）占比為83.95%。

2.4 有機(jī)質(zhì)分布狀況

有機(jī)質(zhì)分布狀況見(jiàn)表6。全市有機(jī)質(zhì)含量平均值為29.16 g/kg，保康、南漳、棗陽(yáng)分別為28.50、35.66、19.48 g/kg，南漳最高，保康次之，棗陽(yáng)最低，3個(gè)產(chǎn)區(qū)間存在顯著性差異。變異系數(shù)為30.17%～49.84%，屬于中等變異，表明全市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量空間變異中等。全市處于高水平（＞40.00 g/kg）占比僅為18.73%，其中南漳最高為，34.98%，保康次之15.97%，棗陽(yáng)為0。全市處于中等級(jí)以下水平的占比達(dá)57.23%，由此可以看出，全市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量偏低。

2.5 堿解氮分布狀況

全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤堿解氮分布狀況見(jiàn)表7。全市堿解氮平均值為122.72 mg/kg，保康、南漳、棗陽(yáng)3個(gè)產(chǎn)區(qū)分別為119.86、141.83、98.80 mg/kg，3個(gè)產(chǎn)區(qū)之間差異達(dá)到顯著水平。變異系數(shù)為23.15%～41.07%，屬于中等變異，表明全市植煙土壤堿解氮空間變異小。全市堿解氮含量處于較高及高水平的占比為63.47%，其中南漳56.38%植煙土壤堿解氮含量超過(guò)140 mg/kg，堿解氮含量較高。

2.6 植煙土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

2.6.1 權(quán)重利用主成分分析法，提取各個(gè)養(yǎng)分的公因子方差，進(jìn)行歸一化處理，得到各項(xiàng)養(yǎng)分的權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表8。在5項(xiàng)指標(biāo)中，pH所占權(quán)重最大，為0.291，表明pH對(duì)土壤綜合肥力影響較大。速效鉀、有效磷權(quán)重分別為0.161、0.160，所占權(quán)重相當(dāng)。有機(jī)質(zhì)、堿解氮權(quán)重分別為0.192、0.196，所占權(quán)重接近。

表8 各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)公因子方差及權(quán)重

2.6.2 隸屬度土壤養(yǎng)分指標(biāo)單位和量綱有所不同，無(wú)法由測(cè)定值直接進(jìn)行相互比較，需利用各指標(biāo)的隸屬度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，圖1反映全市各養(yǎng)分指標(biāo)隸屬度平均值。由圖1可知，保康煙區(qū)各養(yǎng)分指標(biāo)中土壤pH隸屬度最低，為0.315，堿解氮次之，為0.550；南漳與保康較為一致，土壤pH隸屬度最低，為0.300，堿解氮次之，為0.366；棗陽(yáng)與其他2個(gè)產(chǎn)區(qū)有所不同，堿解氮隸屬度最低，為0.532，速效鉀次之，為0.573；綜合全市來(lái)看，土壤pH隸屬度最低，為0.466，堿解氮次之，為0.483。

圖1 土壤養(yǎng)分指標(biāo)隸屬度雷達(dá)

2.6.3 土壤綜合肥力指標(biāo)值全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)見(jiàn)表9。全市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)平均值為0.58，屬于中等肥力范圍。經(jīng)方差分析表明，各產(chǎn)區(qū)綜合肥力指標(biāo)值達(dá)到顯著性差異。變異系數(shù)為31.28%，屬于中等變異，表明全市植煙土壤綜合肥力變異空間較小，分布比較均衡。全市植煙土壤綜合肥力處于中等以上水平（IFI≥0.40）達(dá)80.85%，17.38%植煙土壤處于較低水平，1.77%處于低水平。全市綜合肥力水平較高的為棗陽(yáng)，87.80%植煙土壤綜合肥力處于中等水平以上，64.22%處于較高水平以上。南漳綜合肥力水平稍差，處于高水平的占比僅為7.82%，處于中等及中等水平以下的占比達(dá)64.61%。由此可見(jiàn)，襄陽(yáng)市植煙土壤綜合肥力區(qū)域之間有差異。整體而言，大部分處于中等及以上水平，較適宜種植烤煙。

表9 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤肥力綜合評(píng)價(jià)

3 小結(jié)與討論

通過(guò)對(duì)植煙土壤各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)及綜合肥力分析，了解植煙土壤質(zhì)量，為煙葉種植及土壤保育等提供依據(jù)。

通常認(rèn)為，植煙土壤pH呈中性或弱酸性更有利于烤煙生長(zhǎng)發(fā)育［3］。本研究調(diào)查分析表明，襄陽(yáng)市植煙土壤pH處于適宜范圍的占比為41.73%，植煙土壤pH高于7.0的占比達(dá)57.44%，處于偏堿性范圍占比較高，土壤呈堿化趨勢(shì)。全市植煙土壤偏堿性占比較高狀況，應(yīng)引起足夠的重視，可通過(guò)改變耕作習(xí)慣、施用酸性肥料等措施，改善土壤pH狀況。全市植煙土壤主要養(yǎng)分指標(biāo)中，速效鉀、有效磷含量整體較豐富，處于高水平范圍占比分別達(dá)60.87%、66.29%，但空間變異較大，表明不同田塊之間含量有較大差異。因此在施肥上要差異化、針對(duì)性施用鉀肥或磷肥，平衡不同田塊差異。有機(jī)質(zhì)含量整體偏低，處于高水平范圍占比僅為18.73%。閆鐵軍等［26］指出，2010年襄陽(yáng)煙區(qū)有機(jī)質(zhì)含量豐富。可見(jiàn)，2010—2019年襄陽(yáng)煙區(qū)植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量呈降低趨勢(shì)。因此，在有機(jī)質(zhì)偏低田塊應(yīng)通過(guò)增施生物有機(jī)肥、發(fā)酵餅肥、秸稈還田、綠肥種植等措施，提高有機(jī)質(zhì)含量。全市植煙土壤堿解氮含量處于高水平范圍的占比為34.96%，其中南漳植煙土壤堿解氮含量處于高水平占比達(dá)56.38%，針對(duì)堿解氮含量較高的田塊，應(yīng)及時(shí)采取適當(dāng)?shù)目氐胧瑴p少氮肥施用量，平衡施肥。

通過(guò)對(duì)各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)隸屬度分析可知，全市植煙土壤pH隸屬度低，表明土壤pH為土壤肥力的主要限制因子。但各個(gè)產(chǎn)區(qū)之間限制因子略有差異，保康、南漳主要限制因子為土壤pH，由該地區(qū)土壤pH呈堿性的占比較大引起；棗陽(yáng)主要限制因子為堿解氮，是由于堿解氮含量偏低引起的。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)權(quán)重分析可知，土壤pH在土壤肥力綜合指標(biāo)中所占權(quán)重大，這與王宏偉等［3］研究的結(jié)果一致，表明土壤pH在襄陽(yáng)市植煙土壤綜合肥力中起關(guān)鍵性作用，這與隸屬度反映的結(jié)果一致，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采取綜合措施控制土壤pH范圍。通過(guò)全市植煙土壤綜合肥力分析可知，襄陽(yáng)市植煙土壤綜合肥力指標(biāo)值平均為0.58，變異系數(shù)為31.28%，空間變異小，綜合肥力處于中等及以上水平占比達(dá)80.85%，表明襄陽(yáng)市大部分植煙土壤較適宜優(yōu)質(zhì)烤煙種植。閆鐵軍等［26］2010年應(yīng)用主成分分析和等間距聚類(lèi)分析的方法，對(duì)全市262個(gè)土壤樣品的9項(xiàng)土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行綜合肥力分析，結(jié)果表明，50.77%植煙土壤肥力處于高和較高范圍，整體土壤肥力水平較高。其評(píng)價(jià)方法與本研究不同，本研究應(yīng)用主成分分析法和模糊數(shù)學(xué)法相結(jié)合的綜合分析方法。

同時(shí)，也應(yīng)看出，在有效磷、堿解氮、有機(jī)質(zhì)3項(xiàng)養(yǎng)分指標(biāo)上，南漳產(chǎn)區(qū)均顯著高于其他2個(gè)產(chǎn)區(qū)，在速效鉀上南漳與保康相當(dāng)，顯著高于棗陽(yáng)。但在土壤綜合肥力上，南漳顯著低于其他2個(gè)產(chǎn)區(qū)。由此表明，部分養(yǎng)分指標(biāo)高出適宜范圍，反而會(huì)引起綜合肥力的下降。

另外，全市只有11.76%植煙土壤綜合肥力處于高水平，仍有19.15%區(qū)域綜合肥力較低。建議在煙葉生產(chǎn)中，進(jìn)一步加大土壤保育力度，繼續(xù)深入開(kāi)展測(cè)土配方施肥措施，平衡土壤各養(yǎng)分指標(biāo)含量，切實(shí)改善土壤質(zhì)量，持續(xù)增強(qiáng)植煙土壤供肥能力。