永州植烟土壤中量元素分布特征与聚类分析

靳志丽，张双双，蒋尊龙，周向平，王锡春，袁 芳

（1湖南省烟草公司永州市公司，永州 425000；2永州市烟草公司蓝山县分公司，湖南蓝山 425800）

土壤养分是评价土壤肥力的重要指标［1］。诸多研究表明，植烟土壤养分供应状况影响烟草生长发育水平，进而影响烟叶的产量和品质［2～4］。中量元素钙、镁、硫是烟草生长发育必需的营养元素，其合理供应在促进营养元素吸收、改善生理代谢、提高烟叶品质方面发挥着重要作用［5～9］，当中量元素供应不足或过多时，烟株正常生长发育受阻，产量和品质降低［5，10］。当前，烟区中量元素的缺乏或不平衡已成为影响烟叶质量进一步提高的重要因素［11］。植烟土壤中量元素分布的空间差异性，不但取决于成土母质与成土过程，而且与烟株生长过程和栽培措施有密切关系［12］，掌握中量元素含量的空间分布特征是开展配方施肥、烟株营养管理、提高烟叶品质的重要前提条件。永州位于湖南省西南部，属于南岭丘陵区焦甜纯甜香型烤烟产区，是全国烤烟种植适宜区和优势区。土壤营养特征的调查和分析是烤烟平衡施肥的基础和关键［6］，全面调查植烟土壤中量元素有效养分丰缺现状并做出客观评价，可为本区烤烟配方施肥、特色优质烟叶区域优化布局提供基础支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料

2015年在永州市所有产烟县（宁远、新田、蓝山、江华、江永、道县、东安），以种烟村为单位采集代表性土壤样品689个，其中宁远193个、新田115个、蓝山80个、江华136个、江永55个、道县80个、东安30个。土壤样品的采集时间选在前茬作物收获后，烟田尚未施用底肥和移栽以前，同时避开降雨。采样地块用GPS定位，采用“S”形或对角线取样法，多点取耕层0～20 cm深度的土壤样品，制成一个约1.0 kg的混合土样。土样登记编号后进行预处理，经风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备用。

1.2 测定方法

土壤有效硫含量用DTPA浸提，原子吸收分光光度法测定；土壤交换性钙、镁含量用乙酸铵交换-ICP法测定。各养分测定参照文献［13］的方法进行。

1.3 植烟土壤中微量有效养分丰缺特征评价标准

参照文献［1］中湖南省植烟土壤的主要养分指标与等级进行评价。

1.4 试验数据分析方法

采用Excel表格和DPS统计软件［14］进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤中量元素描述性统计分析

从表1来看，土壤交换性钙和有效硫均值大于养分临界值，分别处于高和较高的含量水平，交换性镁均值低于养分临界值，处于低含量水平。各指标极差较大，离散程度由大到小依次为有效硫、交换性钙、交换性镁。样本之间中量有效养分含量变异较大，变异系数均在50%以上，因此，应因地制宜，合理补充中量元素肥料。

表1 土壤中量元素统计描述

2.2 永州各产区土壤中量元素分布特征

2.2.1 土壤交换性钙含量特征分析

钙作为细胞代谢的调节物质，对作物生长、发育及增强抗逆能力有重要作用。从表2可见：全市土壤交换性钙含量丰富，92.9%的样本处于中等及以上水平。处于中等和较高的相对适宜范围的样本占比31.7%，各产区这一比例从高到低依次为东安、道县、宁远、江华、蓝山、江永、新田。统计分析表明，各产区土壤交换性钙差异达到了极显著水平，其中新田交换性钙相对较高，与其它产区差异均达到了极显著水平；宁远、道县、江华、东安土壤交换性钙含量相对较低，4产区差异不显著。有效钙／镁大于10，会出现镁营养失调［12］。因此，在钙含量较高的烟田，应减少或避免石灰、白云石粉等土壤改良剂的施用，以免土壤有效钙过高引起对钾、镁、铵态氮等养分的吸收障碍。

表2 各产区土壤交换性钙含量分布特征

2.2.2 土壤交换性镁含量特征分析

镁对烤烟生长发育、生理代谢及产质量提高具有重要意义［8，15］。缺镁影响烟株发育，造成产量和品质严重降低［12］，适量镁对保持烟叶燃烧性十分重要［5］。全市土壤交换性镁相当缺乏，72.4%的样本镁含量处于极低和低的含量水平，处于中等和较高的相对适宜范围的样本仅占26.4%，各产区这一比例从高到低依次为蓝山、江华、江永、宁远、东安、新田、道县。各产区镁含量缺乏程度从高到低依次为道县、新田、东安、宁远、江永、江华、蓝山，各产区镁缺乏程度接近或远远超过50%，应重视土壤镁含量的补充。统计分析表明，各产区土壤交换性镁差异达到了极显著水平，其中蓝山和江永交换性镁相对较高，与其它产区差异均达到了显著水平，其它产区土壤交换性镁差异不显著（表3）。

表3 各产区土壤交换性镁含量分布特征

2.2.3 土壤有效硫含量特征分析

硫是烟草必需营养元素之一，对烟草的生长发育具有重要影响，国外把硫列为继氮、磷、钾、钙之后的第5种元素［16，17］，但烟叶中硫含量过高对燃烧性造成明显的不良影响［11］。分析结果显示：全市土壤有效硫含量丰富，中等及以上水平样本占比高达90.7%，全市处于中等及较高水平相对适宜范围的样本占比74.9%，各产区这一比例从高到低依次为东安、道县、宁远、江永、江华，新田、蓝山。统计分析表明，各产区土壤有效硫差异达到了极显著水平，其中新田、蓝山有效硫相对较高，与其它产区差异均达到了极显著水平，其它产区有效硫差异不大，没有达到显著或极显著水平（表4）。偏高的土壤硫含量与当地植烟土壤较高的有机质含量和硫酸钾等肥料的大量施用存在一定关联［8］，因此，生产上应重视硫酸钾等硫酸根肥料的合理施用。

表4 各产区土壤有效硫含量分布特征

2.3 各产区土壤中量养分聚类分析

为探讨区域间养分分布的相似性和差异性，依据永州植烟土壤钙、镁、硫有效养分含量进行系统聚类分析，得到79个乡镇植烟土壤中量养分聚类图（图1），以卡方距离1.4进行分类，分为4个类型区域，分别用S1、S2、S3、S4表示。S1钙高、镁高、硫中；S2钙较高、镁低、硫中；S3钙高、镁低、硫较高；S4钙高、镁中、硫高。统计分析表明，S1的镁、S4的硫极显著高于其它组，S3的钙极显著高于S2，其它各组差异不显著（表5）。

图1 土壤中量有效养分聚类分析结果

表5 各聚类类别统计分析

3 结论及施肥建议

聚类分析法将永州烟区植烟土壤中量有效养分划分为S1～S4 4大特征区域，应根据不同区域特征，采用相应的施肥方案。

3.1 4大特征区域土壤交换性钙、有效硫含量丰富，较少缺乏

两元素有效养分处于中等及以上含量水平的样本占比均为90%以上。施肥建议：（1）钙、硫水平较高的烟田慎用含钙、硫的土壤改良剂或肥料。（2）应控制硫酸钾用量，一般225～300 kg／hm2为宜，长期过多施用硫酸钾会导致硫元素的大量积累。（3）偏碱性土壤慎用钙镁磷肥、白云石粉、熟石灰，偏酸性土壤适量使用。

3.2 S2组和S3组类土壤交换性镁含量普遍缺乏，约占全市植烟土壤的72.4%，应重视镁肥使用，合理补充镁肥

方法为：（1）在缺镁烟区烟草专用配方基肥中适量增加硫酸镁肥。（2）根据各烟区交换性镁含量丰缺特征，缺镁严重的烟区基施硫酸镁150 kg／hm2；大田生育期间发现烟株缺镁，用0.5%～1.0%硫酸镁溶液叶面喷施1～2次。S1组合S4组类土壤有效镁处于中等以上水平，一般不需补充镁肥。