貴州銅仁植煙土壤陽離子交換量時空變異特征及其影響因素分析

譚智勇 諶瀟雄 劉杰 徐大紅 周興華 白彬 趙輝

摘要：分別于 2000、2001、2019年對貴州省銅仁市基本煙田進行土壤取樣，研究區域植煙土壤陽離子交換量時空變異特征及其影響因素。結果表明：（1）銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、13.81 cmol/kg，單從平均值來看，植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現增加的趨勢;從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率呈現增加的趨勢，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強。（2）銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，其中松桃縣最高，印江縣最低;銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低。（3）隨著土壤pH值、有機質含量的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢;隨著土壤堿解氮、交換性鉀、交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢;隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢。方差分析結果表明，不同土壤 pH 值、有機質、交換性鉀、交換性鈣、交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平;不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達顯著水平。

關鍵詞：植煙土壤;陽離子交換量;時空變異;影響因素

中圖分類號：S572.06 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0231-04

收稿日期：2021-05-01

基金項目：貴州省煙草公司科技項目（編號：201908）;綠色農藥與農業生物工程教育部重點實驗室開放基金課題（編號：黔教合KY字[2019]036）;貴州省教育廳青年科技人才成長項目（編號：黔教合KY字[2019]175）;銅仁學院博士啟動基金（編號：trxyDH1615）。

作者簡介：譚智勇（1986—），男，湖南常德人，博士，副教授，碩士生導師，主要從事農業科學領域的教學與研究工作。E-mail：daydayupccc@163.com。

通信作者：劉 杰，博士，主要從事煙草栽培技術研究。E-mail：25256757@qq.com。

土壤陽離子交換量（CEC）是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，其含量能作為評價土壤保肥能力的指標，同時也是土壤環境容量和污染物遷移轉化的重要影響因素[1-4]。

土壤 CEC 的時空變異特征及影響因素已有相關研究。陳忠柳等研究耕地、草地、林草間作地、退耕還草地4種不同生態恢復模式下土壤CEC的分布情況，結果表明各土壤層次陽離子交換量均表現為退耕還草地顯著低于其他生態恢復模式[5]。劉莉等研究表明，紫色土CEC顯著高于紅壤和磚紅壤[6]。李海鷹等研究表明，江蘇省南京市溧水區不同的地形中，CEC為5～10 cmol/kg的土壤在低山的面積百分比大，CEC為10～20 cmol/kg的土壤在平原的面積百分比大，CEC>20 cmol/kg的土壤只在平原中出現[7]。白志強等對四川盆地西緣黃壤等5種土壤CEC進行系統比較及影響因素研究，結果表明黃壤、水稻土和紫色土CEC顯著低于黃棕壤，顯著高于潮土，溫度和降水組成的氣候因素為該區土壤CEC的決定性影響因素[8]。關于植煙土壤中CEC 的時空變異特征及影響因素研究相對較少，本研究以貴州省銅仁市植煙土壤為例，研究其土壤CEC時空變異特征及其影響因素，以期為植煙區域土壤保肥和污染物防治提供基礎數據和理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

貴州省銅仁市地處107°45′～109° 30′E、27°7′～29°5′N，位于貴州省東北部，與湖南省、重慶市接壤，氣候屬于典型的中亞熱帶濕潤氣候，年平均溫度穩定在18 ℃左右，日照時數為1 250 h，年平均降水量在 1 100～1 400 mm[9]。銅仁市是貴州省重要的植煙市，年煙葉種植面積達7 300 hm2，煙區煙葉外觀質量和內在品質相對較好，烤煙深得國內煙草公司青睞。

1.2 樣品采集與分析

試驗分別于 2000、2001、2019年進行，共采集土壤樣品343個。取樣遵循均勻性和代表性的原則，取樣工具使用木鏟（防止取樣工具對土壤養分測定值的影響），取樣深度 0～20 cm，用四分法取約 1 kg 土樣。土樣經風干、研磨、過篩后裝袋備用。土壤pH值測定采用玻璃電極法;有機質含量測定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法;堿解氮含量測定采用堿解擴散法;有效磷含量測定采用鉬銻抗比色法;交換性鉀、鈣和鎂含量測定采用乙酸銨交換法[8-10]。

1.3 數據處理

參考文獻[8]根據土壤保肥供肥能力強弱將銅仁市植煙土壤CEC按大小分為強（>20 cmol/kg）、中等（10～20 cmol/kg）、弱（<10 cmol/kg ）3個等級，常規數據分析用SPSS 19.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 銅仁市植煙土壤CEC時間變化特征

由表1可知，銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、 13.81 cmol/kg，單從平均值來看，銅仁市這3年間植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現增加的趨勢;其變異系數3年間分別為34.33%、27.49%和29.62%，均屬于中等變異，表明各年度土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率分別為63.29%、87.10%和90.59%，呈現增加的趨勢，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強。

2.2 銅仁市植煙土壤CEC空間變化特征

由表2可知，銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，單從平均值來看，均處于中等水平，其中松桃縣最高，印江縣最低，其含量大小依次為松桃縣>德江縣>石阡縣>沿河縣>江口縣>思南縣>印江縣;各縣變異系數為17.66%～42.11%，均屬于中等變異，表明銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的頻率為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低，其頻率分布大小依次為沿河縣>松桃縣>江口縣>印江縣>石阡縣>德江縣>思南縣，思南縣植煙土壤中有33.33%的CEC含量較低，其植煙土壤保肥供肥能力有待進一步提高。

2.3 銅仁市植煙土壤陽離子交換量影響因素分析

2.3.1 土壤pH值

由圖1可知，土壤陽離子交換量與pH值符合二次模型（y=0.326x2-2.642x+16.957，r2=0.149，P=0.000），隨著土壤pH值的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢。將土壤樣品按 pH 值大小分成極低（≤5.0）、低（>5.0～5.5）、中等（>5.5～7.0）、高（>7.0～7.5）、極高（>7.5）5組，方差分析結果表明，不同土壤 pH 值組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平（F=15.486，P=0.000）。

2.3.2 土壤有機質含量

由圖2可以看出，土壤陽離子交換量與有機質含量符合指數模型（y=10.465e0.008x，r2=0.059，P=0.000），隨著土壤有機質含量的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢。將土壤樣品按有機質含量大小分成極低（≤10 g/kg）、低（>10～20 g/kg）、中等（>20～30 g/kg）、高（>30～45 g/kg）、極高（>45 g/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤有機質含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平（F=4.301，P=0.002）。

2.3.3 土壤堿解氮含量

由圖3可知，土壤陽離子交換量與堿解氮含量符合冪模型（y=9.260x0.077，r2=0.035，P=0.000），隨著土壤堿解氮含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢。將土壤樣品按堿解氮含量大小分成極低（≤30 mg/kg）、低（>30～60 mg/kg）、中等（>60～120 mg/kg）、高（>120～150 mg/kg）、極高（>150 mg/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達顯著水平（F=3.343，P=0.011）。

2.3.4 土壤有效磷含量

由圖4可知，土壤陽離子交換量與有效磷符合指數模型（y=12.681e0.000 6x，r2=0.002，P=0.455），但曲線擬合度一般。將土壤樣品按有效磷含量大小分成極低（≤10 mg/kg）、低（>10～15 mg/kg）、中等（>15～30 mg/kg）、高（>30～40 mg/kg）、極高（>40 mg/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤有效磷含量組間的土壤陽離子交換量差異不顯著（F=0.350，P=0.844）。

2.3.5 土壤速效鉀含量

由圖5可知，土壤陽離子交換量與速效鉀含量符合冪模型（y=6.825 6x0.120，r2=0.096，P=0.000），隨著土壤速效鉀含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢。將土壤樣品按有效磷含量大小分成極低（≤80 mg/kg）、低（>80～150 mg/kg）、中等（>150～220 mg/kg）、高（>220～350 mg/kg）、極高（>350 mg/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤速效鉀含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平（F=7.454，P=0.000）。

2.3.6 土壤交換性鈣含量

由圖6可知，土壤陽離子交換量與交換性鈣含量符合二次模型（y=-0.000 000 2x2+0.003x+8.897， r2=0.369， P=0.000），隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢。將土壤樣品按交換性鈣含量大小分成極低（≤400 mg/kg）、低（>400～800 mg/kg）、中等（>800～1 200 mg/kg）、高（>1 200～2 000 mg/kg）、極高（>2 000 mg/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤交換性鈣含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平（F=2218.616，P=0.000）。

2.3.7 土壤交換性鎂含量

由圖7可知，土壤陽離子交換量與交換性鎂含量符合冪模型（y=6.490x0.135，r2=0.181，P=0.000），隨著土壤交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢。將土壤樣品按交換性鎂含量大小分成極低（≤50 mg/kg）、低（>50～100 mg/kg）、中等（>100～200 mg/kg）、高（>200～400 mg/kg）、極高（>400 mg/kg）5組，方差分析結果表明，不同土壤交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平（F=14.657，P=0.000）。

3 討論與結論

銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、13.81 cmol/kg，單從平均值來看，植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現增加的趨勢;從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率呈現增加的趨勢，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強。

銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，單從平均值來看均處于中等水平，其中松桃縣最高，印江縣最低;各縣變異系數均屬于中等變異，表明銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的頻率為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低，思南縣植煙土壤中有33.33%的CEC含量較低，其植煙土壤保肥供肥能力有待進一步提高。

土壤CEC含量的影響因素較多[5-10]，本研究重點從土壤養分對土壤CEC含量影響的角度作了分析，結果表明：隨著土壤pH值、有機質含量的升高，土壤陽離子交換量呈現升高趨勢;隨著土壤堿解氮、交換性鉀、交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈現先升高后趨于平緩的趨勢;隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢。方差分析結果表明，不同土壤 pH 值、有機質、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達極顯著水平;不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達顯著水平。

參考文獻：

[1]Qaryouti M，Bani-Hani N，Abu-Sharar T M，et al. Effect of using raw waste water from food industry on soil fertility，cucumber and tomato growth，yield and fruit quality[J]. Scientia Horticulturae，2015，193：99-104.

[2]Aikelaimu A，Jiang J G，Li D A，et al. The interactions of metal concentrations and soil properties on toxic metal accumulation of native plants in vanadium mining area[J]. Journal of Environmental Management，2018，222：216-226.

[3]Paz-Ferreiro J，Marinho M，Abreu C A，et al. Soil texture effects on multifractal behaviour of nitrogen adsorption and desorption isotherms

[J]. Biosystems Engineering，2018，168：121-132.

[4]王幼奇，張 興，趙云鵬，等. 基于GIS和地理加權回歸的砂田土壤陽離子交換量空間預測[J]. 土壤，2020，52（2）：421-426.

[5]陳忠柳，舒英格，周鵬鵬. 喀斯特山區不同生態恢復模式土壤鹽基離子的交換及分布特征[J]. 水土保持學報，2020，34（4）：304-311，319.

[6]劉 莉，謝德體，李忠意，等. 酸性紫色土的陽離子交換特征及其對酸緩沖容量的影響[J]. 土壤學報，2020，57（4）：887-897.

[7]李海鷹，姜小三，潘劍君，等. 土壤陽離子交換量分布規律的研究——以江蘇省溧水縣為例[J]. 土壤，2007，39（3）：443-447.

[8]白志強，張世熔，鐘欽梅，等. 四川盆地西緣土壤陽離子交換量的特征及影響因素[J]. 土壤，2020，52（3）：581-587.

[9]付瑞瀅. 貴州省銅仁市玉米生長的氣象條件分析[J]. 北京農業，2015（6）：179-180.

[10]普繼瓊，廖 萍，吳建芳. 紅塔區農產品產地土壤中陽離子交換量與有機質含量和pH值的測定及相關性分析[J]. 云南農業科技，2020（4）：13-14.