襄阳市植烟区土壤养分特征及肥力综合评价

徐锐，卢红良，王震，郭利，曹丽君，王晓丽

（湖北省烟草公司襄阳市公司，湖北 襄阳 441000）

植烟土壤是烤烟生长发育的基础载体，植烟土壤养分状况和供应能力直接影响到烤烟的生长发育及产量、质量［1］。土壤肥力是土壤养分供应能力的综合体现［2］，植烟土壤肥力综合评价是深入了解植烟土壤肥力状况的重要方法，为平衡施肥、土壤保育和改良等基础性工作提供依据［3］。对植烟土壤肥力进行综合评价的方法较多，主要有指数和法、Fuzzy综合评判法、聚类分析法及地统计学方法［4-8］等，其中Fuzzy综合评判法应用广泛，已应用于对广东、云南、贵州、四川、湖南、河南等省份烟区植烟土壤肥力进行综合评价［1，3，8-13］。

随着植烟年限的增加，植烟土壤发生不同程度的变化。应用主成分分析法和模糊数学法相结合的综合分析方法，对襄阳市植烟土壤肥力状况进行综合评价，了解襄阳市植烟土壤肥力特征，为襄阳市烤烟种植、土壤改良及平衡施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

利用GPS定位技术，在全市3个产区采集土壤样品共计961个，其中保康595个，南漳243个，枣阳123个。取样深度为耕层0～20 cm，根据各田块面积和形状布置取样点，一般每个采样单元设5～20个采样点，取样充分混合后，采用四分法制成1 kg样品，风干、砸碎、过筛、装袋、编号备用。

1.2 样品检测方法

检测指标包括土壤pH、有机质、碱解氮、速效钾及有效磷5项，检测方法见表1［14，15］。

表1 土壤样品检测方法

1.3 土壤肥力综合评价方法

因土壤养分指标单位及量纲不同，需对检测数据进行标准化处理，采用模糊函数方法对各养分指标进行标准化处理［16］，确定隶属度。利用主成分分析法［17］（PCA）计算各养分指标权重，再采用加乘法计算土壤综合肥力指标值（Integrated fertility index，IFI）［18］。

1.3.1 隶属度函数 根据前人研究结果［1-3］，土壤pH、有机质、碱解氮采用抛物线型（1）隶属度函数计算隶属度，速效钾、有效磷采用S型（2）隶属度函数计算隶属度。隶属度函数如下：

参照文献［19，20］，结合襄阳烟区植烟土壤实际情况，确定各项养分指标相应的拐点阈值见表2。

表2 土壤养分因子隶属函数类型及阈值

1.3.2 土壤肥力指标权重确定土壤养分指标权重是土壤肥力综合评价的关键步骤［21］，权重的确定主要有主成分分析法［17］、层次分析法［22］、相关分析法［23］、灰色关联分析法［24］等方法。主成分分析法是较常用的方法，选用该法确定权重。用SPSS 19.0软件对5项土壤养分指标进行主成分分析，获得公因子方差，将公因子方差进行归一化处理，得出各养分指标的权重。

1.3.3 土壤肥力综合评价 利用土壤综合肥力指标值（Integrated fertility index，IFI）来反映植烟土壤综合肥力，计算公式为：

式中Wij和Nij分别表示第i个土壤样品第j种土壤养分指标的权重和隶属度［18］。

依据已有研究结果［1，25］，结合襄阳植烟土壤实际情况，将襄阳市植烟土壤肥力适宜性分为5级，分别为：高，IFI≥0.80；较高，0.60＜IFI＜0.80；中，0.40＜IFI≤0.60；较低，0.20＜IFI≤0.40；低，IFI≤0.20。

1.4 数据处理

利用Excel对基础数据进行统计性分析，应用SPSS 19.0进行方差分析及主成分分析。

2 结果与分析

2.1 pH分布状况

全市土壤pH分布见表3。全市土壤pH平均为5.98～7.17，变异系数为7.87%～10.44%，变异系数较小，表明全市pH变异幅度小。普遍认为，土壤pH在5.50～6.50区间内最适宜烤烟生长［25］，全市处于最适宜（5.50～6.50）范围占比为19.67%，其中枣阳最高，占比达62.60%，明显高于其他两个产区。保康、南漳pH整体偏高，处于弱碱性范围（＞7.00）的占比分别达65.21%、64.20%，应引起足够的重视。

表3 全市及各产区植烟土壤pH分布状况

2.2 速效钾分布状况

速效钾分布状况见表4。全市速效钾平均值为310.58 mg/kg，变异系数为64.20%，表明全市植烟土壤速效钾含量空间变异处于中等水平。南漳速效钾处于高水平（＞190.00 mg/kg）占比最高，达74.07%，速效钾含量比较丰富。枣阳42.28%土壤速效钾处于高水平（＞190.00 mg/kg），33.33%处于极低水平（＜120.00 mg/kg），且均值显著低于其他两个产区，表明枣阳植烟土壤速效钾含量较低。

表4 全市及各产区植烟土壤速效钾分布状况

2.3 有效磷分布状况

全市植烟土壤有效磷含量见表5。全市植烟土壤有效磷含量平均值为57.14 mg/kg，有效磷含量较丰富，其中南漳最高，为77.96 mg/kg，枣阳最低，为34.83 mg/kg，3个产区之间存在显著性差异。变异系数全市达99.42%，属于强变异，其中枣阳最高，保康次之，南漳最低，分别为139.78%、106.85%、69.50%，表明全市植烟土壤有效磷含量存在较大空间变异；处于高水平（＞25.00 mg/kg）占比由南漳、保康、枣阳依次降低，其中南漳处于高水平（＞25.00 mg/kg）占比为83.95%。

2.4 有机质分布状况

有机质分布状况见表6。全市有机质含量平均值为29.16 g/kg，保康、南漳、枣阳分别为28.50、35.66、19.48 g/kg，南漳最高，保康次之，枣阳最低，3个产区间存在显著性差异。变异系数为30.17%～49.84%，属于中等变异，表明全市植烟土壤有机质含量空间变异中等。全市处于高水平（＞40.00 g/kg）占比仅为18.73%，其中南漳最高为，34.98%，保康次之15.97%，枣阳为0。全市处于中等级以下水平的占比达57.23%，由此可以看出，全市植烟土壤有机质含量偏低。

2.5 碱解氮分布状况

全市及各产区植烟土壤碱解氮分布状况见表7。全市碱解氮平均值为122.72 mg/kg，保康、南漳、枣阳3个产区分别为119.86、141.83、98.80 mg/kg，3个产区之间差异达到显著水平。变异系数为23.15%～41.07%，属于中等变异，表明全市植烟土壤碱解氮空间变异小。全市碱解氮含量处于较高及高水平的占比为63.47%，其中南漳56.38%植烟土壤碱解氮含量超过140 mg/kg，碱解氮含量较高。

2.6 植烟土壤肥力综合评价

2.6.1 权重利用主成分分析法，提取各个养分的公因子方差，进行归一化处理，得到各项养分的权重，结果见表8。在5项指标中，pH所占权重最大，为0.291，表明pH对土壤综合肥力影响较大。速效钾、有效磷权重分别为0.161、0.160，所占权重相当。有机质、碱解氮权重分别为0.192、0.196，所占权重接近。

表8 各项养分指标公因子方差及权重

2.6.2 隶属度土壤养分指标单位和量纲有所不同，无法由测定值直接进行相互比较，需利用各指标的隶属度进行标准化处理，图1反映全市各养分指标隶属度平均值。由图1可知，保康烟区各养分指标中土壤pH隶属度最低，为0.315，碱解氮次之，为0.550；南漳与保康较为一致，土壤pH隶属度最低，为0.300，碱解氮次之，为0.366；枣阳与其他2个产区有所不同，碱解氮隶属度最低，为0.532，速效钾次之，为0.573；综合全市来看，土壤pH隶属度最低，为0.466，碱解氮次之，为0.483。

图1 土壤养分指标隶属度雷达

2.6.3 土壤综合肥力指标值全市植烟土壤综合肥力指标见表9。全市植烟土壤综合肥力指标平均值为0.58，属于中等肥力范围。经方差分析表明，各产区综合肥力指标值达到显著性差异。变异系数为31.28%，属于中等变异，表明全市植烟土壤综合肥力变异空间较小，分布比较均衡。全市植烟土壤综合肥力处于中等以上水平（IFI≥0.40）达80.85%，17.38%植烟土壤处于较低水平，1.77%处于低水平。全市综合肥力水平较高的为枣阳，87.80%植烟土壤综合肥力处于中等水平以上，64.22%处于较高水平以上。南漳综合肥力水平稍差，处于高水平的占比仅为7.82%，处于中等及中等水平以下的占比达64.61%。由此可见，襄阳市植烟土壤综合肥力区域之间有差异。整体而言，大部分处于中等及以上水平，较适宜种植烤烟。

表9 全市及各产区植烟土壤肥力综合评价

3 小结与讨论

通过对植烟土壤各项养分指标及综合肥力分析，了解植烟土壤质量，为烟叶种植及土壤保育等提供依据。

通常认为，植烟土壤pH呈中性或弱酸性更有利于烤烟生长发育［3］。本研究调查分析表明，襄阳市植烟土壤pH处于适宜范围的占比为41.73%，植烟土壤pH高于7.0的占比达57.44%，处于偏碱性范围占比较高，土壤呈碱化趋势。全市植烟土壤偏碱性占比较高状况，应引起足够的重视，可通过改变耕作习惯、施用酸性肥料等措施，改善土壤pH状况。全市植烟土壤主要养分指标中，速效钾、有效磷含量整体较丰富，处于高水平范围占比分别达60.87%、66.29%，但空间变异较大，表明不同田块之间含量有较大差异。因此在施肥上要差异化、针对性施用钾肥或磷肥，平衡不同田块差异。有机质含量整体偏低，处于高水平范围占比仅为18.73%。闫铁军等［26］指出，2010年襄阳烟区有机质含量丰富。可见，2010—2019年襄阳烟区植烟土壤有机质含量呈降低趋势。因此，在有机质偏低田块应通过增施生物有机肥、发酵饼肥、秸秆还田、绿肥种植等措施，提高有机质含量。全市植烟土壤碱解氮含量处于高水平范围的占比为34.96%，其中南漳植烟土壤碱解氮含量处于高水平占比达56.38%，针对碱解氮含量较高的田块，应及时采取适当的控氮措施，减少氮肥施用量，平衡施肥。

通过对各项养分指标隶属度分析可知，全市植烟土壤pH隶属度低，表明土壤pH为土壤肥力的主要限制因子。但各个产区之间限制因子略有差异，保康、南漳主要限制因子为土壤pH，由该地区土壤pH呈碱性的占比较大引起；枣阳主要限制因子为碱解氮，是由于碱解氮含量偏低引起的。通过对各项养分指标权重分析可知，土壤pH在土壤肥力综合指标中所占权重大，这与王宏伟等［3］研究的结果一致，表明土壤pH在襄阳市植烟土壤综合肥力中起关键性作用，这与隶属度反映的结果一致，实际生产中应采取综合措施控制土壤pH范围。通过全市植烟土壤综合肥力分析可知，襄阳市植烟土壤综合肥力指标值平均为0.58，变异系数为31.28%，空间变异小，综合肥力处于中等及以上水平占比达80.85%，表明襄阳市大部分植烟土壤较适宜优质烤烟种植。闫铁军等［26］2010年应用主成分分析和等间距聚类分析的方法，对全市262个土壤样品的9项土壤养分指标进行综合肥力分析，结果表明，50.77%植烟土壤肥力处于高和较高范围，整体土壤肥力水平较高。其评价方法与本研究不同，本研究应用主成分分析法和模糊数学法相结合的综合分析方法。

同时，也应看出，在有效磷、碱解氮、有机质3项养分指标上，南漳产区均显著高于其他2个产区，在速效钾上南漳与保康相当，显著高于枣阳。但在土壤综合肥力上，南漳显著低于其他2个产区。由此表明，部分养分指标高出适宜范围，反而会引起综合肥力的下降。

另外，全市只有11.76%植烟土壤综合肥力处于高水平，仍有19.15%区域综合肥力较低。建议在烟叶生产中，进一步加大土壤保育力度，继续深入开展测土配方施肥措施，平衡土壤各养分指标含量，切实改善土壤质量，持续增强植烟土壤供肥能力。