云南植烟土壤有机质与养分的关系及主要养分的空间变化

李枝桦+伞金辉+陈兴位+唐鹭+罗华元+聂鑫+张梅+李超++倪明+程倩++董石飞

摘要：为明确云南主要植烟产区土壤有机质含量空间分布变化及与其他土壤养分的关系，利用GPS技术采集196个云南烟区土壤样品，运用地统计学、经典统计方法、灰色关联分析方法及Kriging插值法分析云南烟区植烟土壤有机质含量的总体特征、丰缺评价、空间分布变化规律及与土壤养分的相关关系。结果表明，云南烟区植烟土壤有机质含量涵盖缺乏、偏低、适宜、偏高和丰富所有范围，总体上属适宜水平，平均值为24.21 g/kg，变异系数为38.04%，属中等变异，处于适宜范围内的样本占36.13%；文山植烟土壤有机质含量高于红河、昆明、保山和曲靖烟区；土壤有机质含量随着碱解氮的增加而升高，为正相关关系；土壤养分与有机质含量的关联度从高到低依次排列为碱解氮>速效磷>速效钾>氯离子>有效硼>有效镁>有效钙；烟区土壤有机质、碱解氮、氯离子和速效磷呈现明显的区域差异性，为斑块状分布态势；植烟土壤有机质含量总体上从文山的东部和保山的西南部向中部及南部减少，碱解氮从文山的东部、昆明的西部和保山的西南部向中部及南部逐渐减少，速效磷从昆明的西北部和保山的北部向中部及南部逐渐减少，氯离子从红河、文山的中部和昆明、曲靖的北部向南部逐渐减少。

关键词：植烟土壤；有机质；地统计学；空间分布；灰色关联分析；云南；土壤养分

中图分类号： S158.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）12-0220-04

通信作者：董石飞，农艺师，主要从事烟叶原料研究。E-mail：13888687504@126.com。土壤有机质含量高低直接影响着烟草的生长发育以及产量和品质，是烟草养分的主要来源之一，同时在烟株养分的供应、烟区土壤改良等方面有重要作用[1-2]。适宜的土壤养分是生产优质烤烟的重要基础，其烟区土壤养分丰缺状况和供应强度是优质烤烟生产的重要因子，直接关系到烤烟的产量和品质。目前的研究主要集中于土壤有机质含量和土壤养分简单相关性分析[3-6]，对有机质含量空间变化及与其他土壤养分灰色关联分析的关注较少，相关报道仅限于李强等对曲靖、邵阳植烟土壤有机质含量时空特征进行的研究[7-8]，缺乏对大烟区、大产区和不同生态烟区有机质含量空间变化的研究。云南烟区优良的生态因素使所产烟叶具有高原特色，是典型清香型烟叶的代表产区，因复杂的地形地貌、悬殊的海拔高差、多样的气候类型、丰富的土壤类型及不同的生产水平和施肥历史，云南不同的烟区土壤存在较大的差异，具有高度的空间异质性，是连续的空间变异体。云南不同产区具有不同的生态环境，其特色优质烟叶对于工业公司品牌导向型发展具有重要意义，为此本研究以不同产区主要植烟土壤为研究对象，以云南主要产区为不同单元进行分析，比较不同产区植烟土壤有机质含量的分布，全面综合评价烟区土壤养分状况，旨在明确植烟土壤有机质空间变化规律及土壤有机质与其他养分的关联关系，为云南烟区植烟土壤合理区划及基地生产区域的调整与布局提供理论依据，为云南不同产区制定差异化土壤改良措施及平衡施肥提供有效参考，促进植烟土壤的持续利用和烟叶生产的可持续发展，对于进一步提高云南烟叶品质特色化水平和原料保障能力，同时对提升卷烟产品竞争力有重要意义。

1材料与方法

1.1研究区域

昆明烟区地处云南省东北部，属滇中高原，位于 102°10′～103°40′E、24°23′～26°22′ N，为北纬低纬度亚热带-高原山地季风气候，年平均气温15.0 ℃。

曲靖烟区地处云南省东北部，属滇东高原，东与贵州接壤，位于102°42′～104°50′E，24°19′～27°03′N，为低纬高原亚热带季风气候区，具备南亚热带到北温带6种气候类型，年平均气温14.24 ℃。

红河烟区地处云南东南部，属滇西南高原，正南同越南交界，位于101°47′～104°16′E、22°26′～24°45′N之间，属低纬度亚熱带高原型湿润季风气候区，年平均气温 16.3 ℃。

保山烟区地处云南西部，属滇西南高原，西北、正南同缅甸交界，位于98°05′～100°02′E、24°08′～25°51′N之间，属低纬度高原季风气候区，具备北热带至高原气候7个类型，全区年平均气温14.8 ℃。

文山烟区地处云南省东南部，属滇东西南高原，东与广西接壤，南与越南接界，位于103°35′～106°12′E、22°40′～24°48′N 之间，北回归线横贯全境，为低纬高原亚热带季风气候区，具备南亚热带到北温带6种气候类型，年平均气温 19.24 ℃。

1.2土壤样品采集

在红河、昆明、文山、保山、曲靖烟区5市州34个县120个乡镇，总共采集196个土壤样品。土样采集时间避开雨季选在烤烟尚未施用底肥和移栽前，以反映取样点的真实理化性状，采用GPS定位系统确定样品经纬度，同时按梅花形或蛇形方式取耕层20 cm深度的混合土样，每个土样取3 kg，土样登记编号后风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备分析测定用，测定项目包括土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效镁、有效钙、氯离子和有效硼的含量，检测方法见参考文献[9-12]。

土壤有机质含量分为缺乏（<10 g/kg）、偏低（10.00～20.00 g/kg）、适宜（20.01～30.00 g/kg）、偏高（30.01～40.00 g/kg）和丰富（>40.00 g/kg）5级，根据各级样本数分布频率进行分析[6，13]。

1.3统计分析方法

运用SPSS 18.0对原始数据进行处理及分析，绘制“叶茎图”，剔除土壤养分异常离群值，用K-S法检测数据正态性[14-15]；用ArcGIS 9软件制作植烟土壤有机质含量的空间分布图[16-18]；采用Excel、SPSS 19.0软件对试验数据进行相关、聚类统计及灰色关联度分析[19]。endprint

2结果与分析

2.1云南植烟土壤有机质含量总体分布特征

由表1可知，云南烟区植烟土壤有机质含量总体上属适宜水平，平均值为24.21 g/kg，变异系数为38.04%，属中等变异。植烟土壤有机质含量处于适宜范围内的样本占 36.13%，处于缺乏状态的植烟土壤样本为2.62%，偏低的植烟土壤样本为34.03%，偏高的植烟土壤样本为19.37%，而丰富的植烟土壤样本为7.85%。表2.2云南不同植烟区域有机质含量分布特征

云南5个主要烟区植烟土壤有机质含量均处于适宜范围，均值按从高到低依次为文山>保山>昆明>红河>曲靖。红河、文山和曲靖烟区植烟土壤有机质适宜样本数量高于整个烟区的平均值。不同烟区土壤有机质含量变异系数从高到低依次为保山>昆明>曲靖>文山>红河，云南5个主要烟区植烟土壤有机质均为中等强度变异（表1）。

对5个主要烟区植烟土壤有机质含量进行单因素方差分析（AVONA），Levene方差齐性检验结果表明，Levene统计量对应的P值为0.045（表2），显著性未达到最小值0.05，证明方差是齐性的，适用于单因素方差分析；ANOVA分析结果表明，P=0.002，小于0.05，说明云南不同植烟区域有机质含量分布差异达到显著性水平（表3）。经多重比较（表4），曲靖和红河、昆明、保山烟区之间有机质含量差异显著，文山和曲靖烟区之间有机质含量差异不显著。

2.4云南烟区植烟土壤有机质与其他土壤养分的灰色关联度分析

以土壤有机质含量作为母序列，以碱解氮、速效磷、速效钾、有效镁、有效钙、氯离子、有效硼7个因子作为子序列，数据经标准化处理后，进行灰色关联度分析。由表6可知，土壤有机质含量与其余7个土壤养分的灰色关联系数以碱解氮最大，有效钙最小，说明碱解氮对土壤有机质含量影响最大，有效钙影响最小；关联系数从高到低依次排列为碱解氮>速效磷>速效钾>氯离子>有效硼>有效镁>有效钙。表6植烟土壤有机质与其他土壤养分的灰色关联度分析

项目碱解氮速效磷速效钾有效镁有效钙氯离子有效硼关联系数0.797 50.697 80.581 30.523 90.514 30.578 20.534 1

2.5云南不同烟区植烟土壤有机质含量、碱解氮、速效磷及氯离子空间分布特征

土壤养分的空间分布特征是土壤空间异质性的体现。运用ArcGIS9软件，数据对数转化依据半方差函数模型，利用普通Kriging最优内插法，绘制云南不同烟区植烟土壤主要养分（有机质含量、碱解氮、速效磷及氯离子）空间分布图（图1至图4）。

云南不同烟区土壤有机质含量呈现明显的区域差异性，总体上呈从文山的东部和保山的西南部向中部及南部方向减少的趋势。植烟土壤有机质含量20.01～30.0 g/kg为主要分布区域，普遍分布于云南不同烟区；其次是有机质含量在 30.01～40.00 g/kg的分布区域，主要分布于曲靖、文山的东部、昆明的东北部及保山的西部；植烟土壤有机质含量 40.00 g/kg 以上的高值区以插花状分布在文山的东部和保山的西南部（图1）。

云南不同烟区土壤碱解氮含量呈现区域差异性，总体上呈从文山的东部、昆明的西部和保山的西南部向中部及南部方向逐渐减少的趋势。植烟土壤碱解氮含量90.1～120.0、120.1～150.0 mg/kg为主要分布区域，其中90.1～120.0 mg/kg 的碱解氮含量分布于曲靖的北部、保山的东部，120.1～150.0 mg/kg的碱解氮含量主要分布在曲靖、文山的东部、昆明的东部及保山的中西部；植烟土壤碱解氮含量150.0 mg/kg以上的高值区以斑块状状分布在文山的东部和保山的西南部（图2）。

云南不同烟区土壤速效磷含量呈斑块状分布态势，总体上为从昆明的西北部和保山的北部向中部及南部方向逐渐减少的趋势。植烟土壤速效磷含量20.1～30.0 mg/kg为主要分布区域，主要分布于曲靖、文山、保山的大部份区域以及红河的西北部部分地区；其次为速效磷含量小于10.0 mg/kg的低值区，分布于曲靖的东北部、红河、保山的少部分地区；30.1～40.0 mg/kg的速效磷含量主要以插花状分布于5个市（州）；植烟土壤速效磷含量的高值区主要分布在昆明烟区，少部分以斑块状状分别位于其余4个市（州），其含量在 40.0 mg/kg 以上（图3）。

云南不同烟区土壤氯离子含量呈现区域差异性，总体上为从红河、文山的中部和昆明、曲靖的北部向南部方向逐渐减少的趋势。植烟土壤氯离子含量以15.1～20.0 mg/kg为主要分布区域，各市（州）烟区植烟土壤均有分布；其次为氯离子含量20.1～25.0 mg/kg的分布区域，主要以斑块状分布于曲靖的北部、红河、文山的中部；10.0～15.0 mg/kg的氯离子含量主要以插花状分布于曲靖、文山、保山、昆明4个市（州）；植烟土壤氯离子含量的低值区（小于10.0 mg/kg）只分布在保山烟区的西南部，而植烟土壤氯离子含量25.0 mg/kg以上的高值區仅位于文山的东南部（图4）。

3讨论与结论

云南烟区植烟土壤有机质量变幅较大，涵盖缺乏、偏低、适宜、偏高和丰富所有范围，总体属适宜水平，为中等变异。研究结果可能与云南独特的生态条件、地形地貌及植烟海拔跨度范围大有关，表明针对不同的烤烟基地应分区域制定差异化土壤改良和施肥方案，对植烟土壤有机质含量处于偏低及下（36.65%）的区域应采取以下措施：增施有机肥；推广秸秆还田技术应喷施腐化剂以高效利用资源；实施烤烟-农作物间套轮作技术；因地制宜种植绿肥促进用地与养地相结合。针对有机质含量“偏高”的植烟土壤（19.37%），应扎实落实测土配方施肥技术，适当施用有机肥，勿过量施用或施用于烤烟前茬作物。土壤有机质含量过高，土温、产量也随土壤有机质含量的升高而降低，同时土壤中的有害细菌会增加，本研究中“丰富”的植烟土壤有7.85%，在下一步的研究中应明确植烟土壤有机质含量与烤烟产量的阈值，以期系统促进植烟土壤的持续利用和烟叶生产的可持续发展。endprint

云南植烟土壤有机质含量与碱解氮含量之间为极显著的正相关关系，表明植烟土壤有机质含量随着土壤碱解氮的增加而升高。

土壤养分碱解氮、速效磷、速效钾、有效镁、有效钙、氯离子和有效硼7因子中对有机质含量影响最大的是碱解氮，与相关性分析结果一致；关联系数从高到低依次排列为碱解氮>速效磷>速效钾>氯离子>有效硼>有效镁>有效钙。

结合地理信息系统，利用ArcGIS 9软件运用Kriging插值方法绘制云南烟区土壤有机质、碱解氮、速效磷和氯离子的空间分布图，结果表明，云南不同烟区土壤有机质、碱解氮、氯离子、速效磷呈现明显的区域分布差异性；植烟土壤有机质含量总体上呈从文山的东部和保山的西南部向中部及南部方向减少的趋势，碱解氮呈从文山的东部、昆明的西部和保山的西南部向中部及南部方向逐渐减少的趋势，速效磷呈从昆明的西北部和保山的北部向中部及南部方向逐渐减少的趋势，氯离子呈从红河、文山的中部和昆明、曲靖的北部向南部方向逐渐减少的趋势。通过绘制并分析云南烟区有机质和部分养分的空间分布特征，对合理区划和布局植烟基地提供依据，同时对于分产区制定差异化土壤改良及因地施肥有重要的指导意义。

致谢：本试验的完成得到了复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室卢宝荣教授的悉心指导，在此表示衷心感谢！

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