湖南桂阳植烟土壤养分适宜性评价及其分区管理

曹建昌，农加元，王 昕 (1.湖南农业大学烟草研究院，湖南长沙41018;.云南省烟草公司文山州公司广南县分公司，云南文山66000;.浙江中烟工业有限公司，浙江杭州10009)

作为作物生长的媒介，土壤是作物生长发育所需的矿质养分的主要来源。协调的土壤养分是优质烤烟生产的基础［1－3］。土壤肥力是各种土壤养分因素综合协调程度的综合体现，受自然、社会和经济等多种因素影响，因此，土壤肥力特性的研究引起人们的关注［4－5］。植烟土壤肥力适宜性评价是指通过对某一植烟区域内土壤肥力因素的综合评价来确定其对烤烟种植的适宜程度。植烟土壤肥力适宜性评价对于指导植烟农田施肥实践，稳定烟叶品质，促进植烟土壤资源的可持续利用具有重要意义［6－7］。近年来，众多学者运用GIS技术对植烟土壤养分的空间变异特征及土壤适宜性评价进行大量研究。张春华等［8］对平顶山植烟土壤微量元素空间变异特征进行研究。汪旋［9］进行烤烟生态适宜性评价。李强等［10］对曲靖植烟土壤土壤肥力适宜性评价进行研究。但是，对植烟土壤肥力水平及其与土壤质地的关系的研究报道较少。以湖南省桂阳县植烟土壤为研究对象，笔者利用模糊数学理论，并结合地统计学和GIS技术的方法，对该烟区2012年土壤养分状况、肥力适宜性进行评价，同时对空间变异进行分析，旨在为桂阳县植烟土壤的分区管理以及优质烟叶的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况 桂阳烟区地处湖南省中部稍偏西南，属中亚热带季风湿润气候，气候温和，四季分明，雨量集中，前湿后干，且南北差异较大，年日平均气温11～17℃，年平均无霜期281.2 d，年平均降水量1 427.5 mm。桂阳烤烟种植面积达1.33万hm2以上，年收购量为3.5万t以上，是湖南重要的浓香型产区之一。土壤类型主要有红壤、黄壤和水稻土，土壤质地主要有壤土、黏土和紧砂土。

1.2 样品采集 采用GPS定位技术，于2012年选取桂阳县10个植烟乡镇基本烟田进行定位取样。在研究区内，共布置488个取样点。取样点遵循均匀性、代表性的原则，根据基本烟田分布情况进行布置。在田间取样时，用手持式GPS定位，记录采样点的经纬度和高程，以定位点为中心，在半径10 m的圆形区域内多点(10个点)混合取样，取样深度0～20 cm，用四分法取约1 kg土样带回实验室。土样登记编码后，经风干研磨、过筛，测定土壤养分含量。

1.3 测定项目与方法 土壤样品检测指标包括 pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效锌、有效镁和有效硼，测定方法详见参考文献［11］。

养分变异系数=(标准差/平均值)×100%

按＜10%、10% ～100%和＞100%将变异系数分为弱变异、中等变异和强变异［12］。

1.4 植烟土壤养分含量适宜性评价方法 参照中国植烟土壤养分丰缺评价标准(表 1)［13］和相关文献［14－15］，制定土壤养分丰缺评价指标体系，对10个乡镇土壤养分状况进行适宜性评价。

1.5 土壤肥力适宜性指数(Soil fertility index，SFI)计算方法 根据隶属度函数模型指数和方法确定，计算公式为:

式中，Nij和Wij分别表示第i个样品的第j个土壤养分指标的隶属度值和对应的权重系数(0 ＜Nij≤1，0≤Wij≤1)。

根据主成分分析方法，确定各土壤肥力指标的权重。采 用Excel2007和SPSS 19.0等统计学软件进行相关数据分析。

表1 植烟土壤养分含量丰缺评价标准

2 结果与分析

2.1 桂阳植烟土壤养分含量的总体特征 由表2可知，桂阳烟区土壤有机质、有效硼、pH、有效锌和碱解氮含量适宜，适宜比例分别为 50.77%、99.15%、69.68%、90.16% 和77.40%;有效钼、全氮和全钾含量偏高，偏高比例分别为98.26%、91.69%和96.16%;速效钾和全磷含量偏低，偏低比例达到96.69%和100.00%。从变异系数来看，各养分指标的变异系数均为2.60% ～29.86%，为弱变异和中等强度变异，有效硼的变异程度最小，速效钾的变异程度最大。

表2 2012年桂阳县植烟土壤养分含量的描述性分析

2.2 桂阳植烟土壤养分含量的区域特征 由表3可知，各乡镇的有机质、有效硼、有效锌和碱解氮均处于适宜范围内，有机质以板桥乡的含量最高，仁义镇最低，且二者之间达显著差异(P＜0.05);各乡镇有效硼含量间相差很小，在0.387～0.397 mg/kg间;有效锌以华泉乡最高，雷坪乡次之，流峰镇最低，各乡镇间差异不显著;碱解氮含量以十字乡最高，飞仙镇最低，且二者间差异显著(P＜0.05);除桥市乡略偏低外，其他乡镇pH都处于适宜范围内，在各乡镇间达到显著差异(P＜0.05)，其中流峰镇的pH显著高于其他乡镇(P＜0.05);各乡镇的有效钼、全氮和全钾含量偏高，其中有效钼含量在各乡镇间差异很小，均为0.21～0.22 mg/kg;全氮和全钾含量在各乡镇间达显著差异，全氮以十字乡的最高，板桥乡和六桥市乡次之，三者含量间差异不显著，四里乡最低，全钾含量以桥市乡最高，其次是莲塘镇，最低的是四里乡;各乡镇速效钾含量均偏低，以雷坪乡含量最高，最低的是莲塘镇，仅为79.02 mg/kg。2.3 桂阳土壤肥力适宜性评价 根据文献［15－16］的方法，选取对土壤肥力影响较大的有机质、速效钾、有效硼、有效钼、pH、有效锌、碱解氮、全氮、全钾和全磷共10项指标作为评价桂阳县烟区土壤肥力的因子。有机质、pH、碱解氮和全氮的函数类型均为抛物线型，函数表达式为:

表3 桂阳县各乡镇植烟土壤养分含量

土壤速效钾、有效硼、有效钼、有效锌、全钾和全磷的函数类型均为“S”型，函数表达式为:

式中，x为各土壤肥力指标的实际测量值;x4和x1分别为各指标的上、下临界值;x3和x2分别为各指标的上、下限最优值。参照文献［7－14］，确定各土壤肥力指标的隶属度函数类型和阈值，对基于转化后的隶属度值进行主成分分析，求出土壤肥力指标的权重值(表4)。

表4 土壤养分指标的隶属函数类型、阈值及权重

由表5可知，提取了特征值大于1的3个主成分，累积方差贡献率为89.39%(大于85%)，说明前3个公因子基本包含全部变量的主要信息。因此，选择前3个因子为主因子，具有代表性，也说明表4中各指标的权重值较准确，能够反映桂阳植烟土壤的实际情况。

对植烟土壤肥力适宜性进行分区，分为高度适宜(≥0.9)、中度适宜(0.75 ～0.9)、低度适宜(0.60 ～0.75)和不适宜(≤0.6)4个区。由表6可知，10个乡镇植烟土壤肥力“高度适宜”“低度适宜”“中度适宜”“不适宜”比例分别为43.67%、22.16%、26.02%、8.26%;肥力适宜性指数平均值为0.827 2，处在“中度适宜“范围内，变异系数为15.74%，变异强度中等，整个桂阳植烟区土壤肥力状况良好。在10个植烟乡镇中，飞仙镇的肥力适宜性指数处于“高度适宜”的比例、平均值最大，分别是61.63%和0.8837，莲塘镇最小，分别为16.10%和0.741 2，肥力适宜性由大到小依次为飞仙镇、华泉乡、十字乡、仁义镇、流峰镇、雷坪乡、四里乡、板桥乡、桥市乡、莲塘镇。

表5 因子分析的总方差解释

表6 桂阳县植烟土壤肥力适宜性评价

2.4 桂阳植烟土壤分区及管理 根据适宜性评价指数，把 桂阳植烟土壤分为Ⅰ区(高度适宜)、Ⅱ区(中度适宜)、Ⅲ区(低度适宜)和Ⅳ区(不适宜)四个区。由表7可知，Ⅳ区土壤养分中，pH、碱解氮、全氮极显著(P＜0.01)高于其他等级植烟土壤，有机质、全磷极显著(P＜0.01)高于Ⅰ区和Ⅱ区的植烟土壤，速效钾极显著(P＜0.01)高于Ⅰ区和Ⅲ区植烟土壤，全钾极显著(P＜0.01)高于Ⅱ区和Ⅲ区植烟土壤，表明有机质、pH、碱解氮、全氮、全磷、速效钾含量过高是该区土壤肥力适宜性较差的主要原因，因此在此区域应注意控制有机肥、碱解氮、全氮、全磷、速效钾肥料的施用量，同时浇适量硫酸亚铁或硫酸铝水降低土壤pH;在Ⅰ区的土壤中要控制钾肥的施用量;同时，Ⅱ区土壤中应该控制速效钾和有效钼的施入;在Ⅲ区土壤中，应控制有机肥以及微量元素硼和钼的施用量。

表7 不同肥力等级土壤养分含量单因素方差分析

3 讨论

对2012年桂阳县植烟土壤养分测定，并且进行综合评价，发现桂阳烟区土壤有机质、有效硼、pH、有效锌和碱解氮含量适宜，有效钼、全氮和全钾含量偏高，速效钾和全磷含量偏低;在桂阳10个植烟乡镇中，雷坪乡、板桥乡的有机质和四里乡的有效锌偏高，桥市乡的pH偏低，所有植烟乡镇的速效钾和全磷极低，有效钼、全氮和全钾偏高。所以，应根据具体状况采取相应的施肥等栽培措施提高烟叶产质。

桂阳植烟土壤高度适宜、中度适宜、低度适宜和不适宜4个等级比例分别为 43.67%、26.02%、22.16% 和 8.26%，大部分土壤处于高度适宜和中度适宜范围内，且主要分布在中部和南部，肥力适宜性指数为0.827 2，处于中度适宜的水平;在10个植烟乡镇中，飞仙镇、华泉乡、十字乡和流峰镇土壤肥力适宜性指数较高，植烟状况较好，而莲塘镇和桥市乡土壤肥力适宜性指数较低，对于优质烟叶而言土壤肥力需要提高。因此，“控氮，稳锌和硼，降钾，降钼，提磷”，提高土壤速效钾含量，继续秸秆还田，施用农家肥是提高桂阳烟区优质烟叶产量的重要方法。

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