靖西市植烟土壤肥力适宜性综合评价

李自林 陆亚春 赵磊峰 范东升 韦 忠 周文亮黄利广 黄 阳 黄经鹏 顾新权 年夫照

（1云南农业大学烟草学院，650201，云南昆明；2云南省烟草公司丽江市公司华坪县分公司，674800，云南丽江；3广西壮族自治区烟草公司百色市公司，533000，广西百色）

适宜的土壤条件是获得优质烟草的基础[1]。烟草生长发育需要适宜的土壤养分，土壤肥力的高低直接影响烟叶品质[2]，肥力越高，烟叶品质越佳。pH是衡量土壤肥力的重要指标，与烟草的生长发育密切相关[3]；有机质影响烟草的产量和品质，有机质含量适宜，烟叶质量较佳，可用性好[4]；氮是烟草产量和品质的决定性营养元素[5]；适量磷和锌对烟草的生长发育、农艺性状和烟叶化学成分的形成有着重要影响[6]；烟草是喜钾作物，钾是烟草品质元素[7]；硫能促进烟株体内化合物的合成[8]。烟草是忌氯作物，土壤氯含量≤30mg/kg为宜[9]，氯含量适宜，则烟株的抗旱能力越强，烤后烟叶油分充足，弹性和韧性强。土壤中养分适宜，能促进烟株正常生长发育，提高烟叶的产量和品质。土壤肥力评价方法较多，聚类分析、主成分分析和模糊数学等方法广泛应用于土壤肥力评价。隶属函数确定指标的隶属度值，主成分分析法是常用确定权重方法，基于模糊数学法得出反映土壤肥力高低的综合性指标[10-11]，为优质烤烟生产规划及烟草可持续发展利用提供参考依据[12-13]。

本研究利用模糊数学法评价靖西市植烟土壤肥力，明确烟区土壤养分丰缺及肥力适宜性状况，为烟区烤烟施肥、土壤保育和烟区调整提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

靖西市隶属广西省百色市，海拔250～1400m，年均气温20.5℃左右，年总降水量1636.3mm左右，年日照1400h左右，属亚热带季风气候，以溶蚀高原地貌为主，土壤主要为黄红壤、水稻土。靖西市是广西主要的植烟区，植烟面积约为0.47万km2，占广西植烟面积的52.81%，占百色市的75.81%。

1.2 土壤样品采集

1.2.1 样品采集 2018年4月在烟草种植施用基肥移栽前，按照土壤类型、种植制度和生态环境[14]等，在靖西市10个植烟乡镇（新靖、化峒、同德、武平、渠洋、新甲、禄峒、岳圩、壬庄和地州）确定了206个代表性烟田（表1），在每个代表性烟田内，依据梅花形5点取样法采集耕层（0～20cm）土壤，充分混匀后采用四分法取1kg带回实验室。土样经室内自然风干、去杂后，研磨过不同孔径的筛，用于指标的测定。

表1 土壤样品取样地点与取样数Table 1 Sampling sites and sampling numbers of soil samples

1.2.2 样品空间分布 从土壤样品采集空间分布（图1）可以看出，在烟区的各个乡镇样品采集比较均匀，新靖、地州、壬庄和岳圩采样点比较集中，其余乡镇采样较分散。

图1 样品采集空间分布Fig.1 Spatial distribution of sample collection

1.3 评价指标测定及方法

结合评价地区的生态环境因素、土壤类型和耕作制度等合理选择评价指标[14-15]。选取pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硫、有效锌和水溶性氯8个指标，并按照文献[16]方法测定。

1.4 植烟土壤养分含量适宜性

参考中国土壤养分分级指标准[17-18]，同时结合相关文献[19-21]，得出该区植烟土壤养分含量丰缺适宜性标准体系（表2）。

表2 靖西市植烟土壤养分含量丰缺体系Table 2 Tobacco-planting soil nutrient abundance system in Jingxi

1.5 植烟土壤肥力适宜性评价

1.5.1 评价方法 采用模糊数学法进行土壤肥力综合评价，计算评价地块土壤肥力适宜性指数（soil fertility suitability index，SFI）。

式中：Nij和Wij分别为第i个土壤样品的第j个土壤养分指标的隶属度值和相应的权重系数。

1.5.2 指标隶属度函数及隶属度值 利用隶属度函数计算指标的隶属度值[22]。评价指标的隶属度函数主要有3种，将指标原始测定数据带入相应的隶属度函数，计算指标的隶属度值（表3）。评价指标的隶属度值介于0.1～1.0之间，值越大，优质烟叶生产适宜性越好。pH、有机质和碱解氮的函数类型为抛物线型，速效磷、速效钾、有效硫和有效锌的函数类型为“S”型。水溶性氯函数类型为反“S”型。“S”型：

表3 各指标所属隶属度函数及其拐点值Table 3 The membership function of each indicator and their turning point values

反“S”型：

抛物线型：

式中，x4和x1分别表示各指标的上、下临界值；x3和x2分别为各指标的上、下限最优值。

1.5.3 指标权重的确定 根据专家建议和已有研究[23-25]、烟区土壤肥力现状和烟草生产情况，确定烟区土壤养分指标的隶属度函数类型、拐点值、指标上下限值和最优上下限值，并代入对应的隶属度函数计算隶属度值[26]。

指标隶属度值介于0.1～1.0，值越大越适宜优质烟叶生产[6-7]，据肥力指标隶属度值，划分指标对优质烟叶生产的适宜性，分值＜0.5为低，分值0.5～0.8为中等，分值≥0.8为适宜。

1.6 土壤肥力适宜性等级

参考广西及百色市植烟土壤肥力评价相关文献[27]及专家意见，结合当地实际生产情况，确定靖西市植烟土壤肥力适宜性等级标准。将烟区土壤肥力分为5个等级（表4）。肥力综合指数表示土壤肥力等级[6]。分值越高，肥力越好，烟叶质量越佳。

表4 植烟土壤肥力适宜性等级Table 4 Tobacco-planting fertility soil fertility suitability grade

1.7 数据处理与统计

利用SPSS 20.0软件确定指标的权重及评价指标的方差分析；利用Excel 2013对数据进行统计、处理、隶属度值的计算。

2 结果与分析

2.1 烟区土壤指标含量特征及指标隶属度

由表5可知，烟区pH为7.17，适宜比例为54.37%；有机质含量为21.04g/kg，适宜比例为27.18%；水溶性氯含量为32.64mg/kg，含量总体偏高；碱解氮含量123.41mg/kg，适宜比例为33.01%；速效磷含量为24.16mg/kg，适宜比例为26.70%；速效钾含量126.51mg/kg，适宜比例为25.24%；有效硫含量为10.09mg/kg，适宜比例为28.64%；有效锌含量2.74mg/kg，适宜比例为34.47%。土壤指标特征pH及有机质、水溶性氯、碱解氮、速效磷、速效钾、有效锌和有效硫含量均呈右偏态。

表5 土壤指标含量特征及其隶属度Table 5 Content and membership of soil indicators

水溶性氯和碱解氮含量对优质烟叶生产最适宜，有机质和有效锌含量对优质烟叶生产适宜程度中等，pH、有效硫和速效钾适宜性低，速效磷含量对优质烟叶生产不适宜。从指标隶属度可知，水溶性氯、碱解氮和有效锌含量呈左偏态，pH及有机质、速效磷、速效钾和有效硫含量呈右偏态。

2.2 土壤肥力指标权重值

主成分分析结果及公因子方差、指标权重如表6所示，土壤pH权重最大，其次是有机质，有效锌的权重最小。

表6 土壤肥力评价指标权重Table 6 Weights of soil fertility evaluation indicators

2.3 土壤肥力综合评价

2.3.1 靖西植烟土壤肥力等级分布特征 由表7可知，该区土壤肥力均在Ⅴ级以上，靖西市肥力适宜性指数值为0.54，肥力适宜性等级中等偏下。10个乡镇中，壬庄的适宜性指数值最高，为0.74，肥力水平较高和高占比为95%；其次为同德乡，指数值为0.67，较高和高肥力占比75%；其次依次为化峒、新靖、渠洋、岳圩、地州、新甲、禄峒和武平，武平肥力最低。

表7 土壤肥力适宜性等级及指数特征值Table 7 Soil fertility suitability levels and index characteristic values

2.3.2 靖西植烟土壤肥力等级空间分布 由图2可知，壬庄土壤肥力适宜性等级最高，其中壬庄、同德南部肥力较高；渠洋的肥力较高的均集中在东北部；岳圩北部部分区域肥力较高；新靖土壤肥力分布较均匀，整个区域基本为Ⅱ和Ⅲ级；地州中部肥力偏低，四周肥力高；禄峒肥力整体偏低；武平肥力最低，北部区域肥力极低。

图2 土壤肥力适宜性等级空间分布图Fig.2 Spatial distribution of soil fertility suitability levels

3 讨论

靖西市烟区土壤肥力均在Ⅴ级以上，适宜性指数为0.54，肥力中等。靖西市pH适宜和高，有机质适宜和低，水溶性氯偏高，碱解氮适宜和较高，速效磷、速效钾和有效硫均适宜和较低，有效锌适宜和偏高。水溶性氯和碱解氮对优质烟叶生产最适宜，有机质和有效锌对优质烟叶生产适宜程度中等，pH、有效硫和速效钾适宜性低，速效磷对优质烟叶生产不适宜。

靖西市是广西主要的烟草种植区。冯诚等[28]研究得出，百色烟区土壤肥力整体较好，有机质和速效钾为中等水平，pH偏低。卢亮帆等[29]研究得出，靖西市田七种植区土壤pH偏低，有机质和速效钾较适宜。高华军等[30]研究得百色烟区土壤有机质偏低。宋承鉴等[31]研究得广西植烟土壤pH和有机质含量适宜，速效钾含量偏高，速效磷偏低。张一扬等[32]认为靖西市植烟土壤有机质含量均值有随着时间推移而增加的趋势。相较于其他研究，谭智勇等[33]研究得出保山市植烟土壤得pH、活性氯、有效磷、速效钾含量适宜，肥力中等。胡玲等[34]研究表明，云南省大部分植烟土壤肥力均处于中等水平，但氮、钾含量丰富。蔡寒玉等[15]研究丽江植烟土壤pH适宜，有机质和速效磷较丰富，碱解氮及速效钾含量较高，肥力中等以上。李强等[25]研究云南省曲靖植烟土壤得pH、有机质、有效硫和活性氯适宜性高，碱解氮含量偏高，速效钾和有效钙锌含量丰富，有效磷含量中等，植烟土壤肥力适宜烟草种植。本研究与上述他人的研究结论有差异，其原因有：其他研究覆盖空间区域尺度相对较广，本研究集中在靖西市；研究地域不同，所属区域生态气候环境、降雨量、光热条件、土壤类型、耕作种植制度、上茬作物和肥水管理等方面均存在差异；另外，采样年限、样品数量、肥力指标和评价方法等都影响研究结果。在今后土壤肥力评价中，加大研究广度与深度，科学评价烟区土壤肥力，根据靖西市烟区土壤肥力状况，制定合理的施肥方案，培育烟区土壤肥力，从而提高烟叶质量。

4 结论

运用模糊数学法评价靖西市烟区土壤肥力，描述植烟区土壤养分及土壤肥力适宜性现状。在靖西市烟草种植过程中，30.58%烟区减少碱性肥料的施用；33.98%烟区多施有机肥；19.90%烟区减少含氯物料的输入；14.56%烟区土壤减少氮肥施用；20.39%烟区土壤增加磷肥的施用量，10.19%减少磷肥的施用量；13.59%烟区土壤增施钾肥，14.08%减少钾肥；33.01%烟区土壤应增施含硫物料；24.76%烟区土壤需减少含锌物料的施用。在植烟过程中，建议地州、新甲、禄峒、武平、岳圩西部南部减少或控制烟草种植面积；化峒、新靖、岳圩西部南部控制烟草种植面积；壬庄、同德、渠洋与岳圩北部增加烟草种植面积。