旬阳市植烟土壤主要肥力指标特征及适宜性评价

张建东 郭全忠 周飞 杨帅 徐非 雒昆利

摘要：为研究旬阳市植烟土壤主要肥力指标水平、空间分布特征及综合适宜性，采集125 份土壤样本，检测pH、碱解氮、有效磷、有机质和速效钾含量，采用模糊数学隶属函数、主成分分析法、聚类分析法、土壤肥力指标法对土壤主要肥力指标含量、分布特征和适宜性进行评价。结果表明，旬阳市土壤pH 值在5.52～7.23，空间分布整体以中性偏弱碱为主，适宜区主要分布于东部、南部和西部，面积占66.52%；碱解氮含量在6～536 mg/kg，平均值为100.92 mg/kg，空间分布整体偏低，偏低区面积占81.95%，适宜区面积占17.51%，成斑块状主要分布于西部、中南部和东部；有效磷含量在5.87～743.06 mg/kg，平均值为46.01 mg/kg，空间分布整体偏高，偏高区面积占98.4%，适宜区分布于西部和中部，面积占1.48%；有机质含量在1.61～30.16 g/kg，平均值为11.61 g/kg，空间分布整体偏低，含量很低面积占40.58%，适宜区面积占0.27%，主要以斑点状分布；速效钾含量在2～542 mg/kg，平均值为162.72 mg/kg，空间分布以适宜和偏低为主，适宜区分布于北部及东南部，面积占51.14%。旬阳市植烟土壤适宜性等级为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，分别占1.68%、89.07%、9.52%，土壤肥力属于偏上水平，适宜烟草种植；在种植过程中应遵循“控磷，固钾、补氮、补充有机质”的原则，精准合理调整施肥比例，注重腐熟有机肥和氮肥的施用，控制磷肥的使用。

关键词：植烟区；土壤肥力；模糊数学隶属函数；主成分分析法；聚类分析法；空间分布；适宜性；旬阳市

中图分类号：S158 文献标识码：A 文章编号：1002?2481（2023）03?0293?06

土壤肥力安全影响着粮食、水资源、生态环境安全，对社会经济可持续发展有重要影响，土壤养分含量水平和空间分布对农作物生长的数量和质量有决定性的影响。在我国，烟草是一种重要的经济作物，土壤肥力指标的水平对烟草的生长、产量和品质有重要影响，适宜的土壤养分条件是生产优质烟叶的重要基础[1-4]，同时施肥水平对植烟区土壤养分含量状况会产生影响[5]。所以，准确分析植烟区土壤养分含量水平和空间分布状况，精准配方平衡施肥才能保证土壤养分的有效供给，改善烟叶品质，提高烟叶生产整体水平[6]。旬阳市是陕西省烟叶主产区，隶属于长江中上游植烟区，经过多年的种植和发展，烤烟业已成为当地的主导产业之一[7]，但是由于旬阳市多以山地为主，土壤肥力分布不均，精准施肥技术水平较低，导致烤烟业收益较低。

本研究在旬阳市采集植烟区土壤样本，检测土壤中pH 值、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量，采用GIS 方法绘制植烟土壤主要肥力指标空间分布图，运用土壤肥力指标法（Soil fertility index，SFI）对旬阳市植烟区土壤适宜性进行综合评价，为制定科学精准的施肥方案，合理布局烟草种植，有效提高种烟农户收益提供参考。

1材料和方法

1.1 研究区概况

旬阳市位于陕西省安康市北部，介于103°58?～109°48?E、32°29?～33°13?N，总面积3 554 km2，下辖21 个镇。汉江自西向东把旬阳市划分为南北两大自然区，地势呈南北高中间低，海拔185～2 358 m，以山地地貌为主，并伴有丘陵、河谷，沟壑分布。气候属北亚热带季风气候，年均降水量805 mm，年均气温15.9 ℃，温暖湿润，四季分明，冬季最低气温小于0 ℃的日数达39 d，极端最高气温43.1 ℃，日照最少为2 月，仅103.9 h，7 月最多为212.7 h，平均初霜期出现在11 月中旬，终霜期在3 月中旬初，平均无霜期261 d。市内农作物29 类385 个品种，中药材496 种，是国际型优质烤烟基地，烟草种植面积5 500 hm2，特色农副产品狮头柑、樱桃、核桃、柿子、拐枣、花椒、油桐等富有胜名。

1.2 样品采集与检测

在旬阳市植烟区采集土壤样品125 份（图1），采用梅花布点法采集土壤混合样，每个混合样都以一个中心10 m 范围按照S 形取5 个小样组合而成，在各点取0～20 cm 土壤，取得的土壤充分混合按四分法取300～500 g。在实验室按文献[8]的方法检测土壤样品pH 值、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量。

1.3 植烟土壤养分分析

植烟土壤主要肥力指标分级如表1 所示。

参照文献[9-10]制定的中国植烟土壤养分评价标准和相关植烟区土壤肥力指标综合评价研究，确定研究区植烟土壤主要肥力指标丰缺评价体系（表1）。运用ArcGIS 10.5 软件进行地统计学分析，按照确定的评价分类体系，采用反距离权重插值法绘制旬阳市植烟土壤主要肥力指标含量空间分布图[11-12]。

1.4 植烟土壤肥力综合评价

采用土壤肥力指标法（Soil fertility index，SFI）对旬阳市植烟土壤主要肥力指标进行综合评价[9-10]，利用模糊数学隶属函数公式计算各指标的隶属度值[13]，主要有抛物线型（公式（1））和S 型（公式（2））隶属函数。

各主要肥力指标数据的隶属度主成分分析、累计方差贡献率计算在SPSS 中完成[14]，再确定各指标的权重，根据公式（3）对植烟土壤主要肥力指标进行适宜性評分，最后对评分进行聚类分析，以4 个界限（0.8、0.6、0.4、0.2）将其分为5 类不同等级的土壤[1，13]：Ⅰ . 较高（SFI≥0.8）；Ⅱ . 高（0.6≥SFI<0.8）；Ⅲ . 中等（0.4≥SFI<0.6）；Ⅳ . 低（0.2≥SFI<0.4）；Ⅴ . 较低（SFI<0.2）。

2结果与分析

2.1 植烟土壤主要肥力指标含量特征

依据植烟土壤主要肥力指标丰缺评价体系（表1），统计旬阳市植烟区土壤pH 值、碱解氮、有效磷、有机质和速效钾含量和分级特征（表3）。

由表3 可知，土壤pH 值在5.52～7.23，均值6.85，标准差0.39，变异系数5.69%，变化不大。土壤pH 值样本处于适宜水平占56.8%，偏高占43.2%，没有≤5.0、≥7.5 的强酸、强碱性土壤，整体以中性偏弱碱为主，适宜烟草种植。土壤碱解氮含量在6.00～536.00 mg/kg，均值为100.92 mg/kg，标准差为68.51 mg/kg，变异系数为67.88%，中等变异。处于适宜水平样本占24.8%，偏低占68.0%，偏高占7.2%，其中，23.2% 样本含量很低，土壤碱解氮含量整体处于中等偏低水平。土壤有效磷含量在5.87～743.06 mg/kg，均值为46.01 mg/kg，标准差为66.91 mg/kg，变异系数145.45%，变异程度强。处于适宜水平样本占14.4%，低占3.2%，偏高占82.4%，含量很高占56.8%，无含量很低样本，土壤有效磷含量整体处于偏高水平。土壤有机质含量在1.61～30.16 g/kg，均值为11.61 g/kg，标准差为6.30 g/kg，变异系数54.26%，弱变异。处于适宜范围样本占3.2%，96.8% 有机质含量偏低，其中，76.0% 有机质含量很低，土壤有机质含量整体处于缺乏水平。土壤速效钾含量在2.00～542.00 mg/kg，平均值为162.72 mg/kg，标准差为104.47 mg/kg，变异系数64.2%，中等变异。处于适宜范围样本占24.0%，偏低占58.4%，偏高占17.6%，其中，含量很低占21.6%，很高占7.2%，土壤速效钾含量整体处于中等偏低水平。

2.2 植烟土壤主要肥力指标空间分布特征

用ArcGIS 10.5 软件绘制旬阳市植烟土壤主要肥力指标含量空间分布图，对土壤pH 值、碱解氮、有效磷、有机质和速效钾空间分布特征进行分析（图2）。

土壤pH 值分布较为均匀，整体以中性偏弱碱为主，适宜区主要分布于东部、南部和西部，面积占66.52%，偏高区主要分布于西北部和中部，面积占33.48%。土壤碱解氮含量空间分布整体偏低，偏低区面积占81.95%，其中10.85% 面积含量很低，主要分布于中北部红军镇、双河镇、关口镇、构元镇；适宜区面积占17.51%，成斑块状主要分布于西部、中南部和东部；偏高区呈点状分布于赵湾镇、白柳镇、吕河镇、棕溪镇、城关镇，面积占0.54%。最小值6 mg/kg 位于双河镇，最大值536 mg/kg 位于神河镇。土壤有效磷含量空间分布整体偏高，偏高区面积占98.4%，其中含量很高面积占82.86%；适宜区分布于西部和中部，面积占1.48%；偏低区面积很小，占0.12%，也分布于西部和北部。有效磷最小值（5.87 mg/kg）位于石门镇，有效磷最大值（743.06 mg/kg）位于铜钱关镇。土壤有机质含量空间分布整体偏低，偏低区面积占99.73%，其中40.58% 面积很低；适宜区面积占0.27%，主要以斑点状分布于甘溪镇、蜀河镇、仙河镇和棕溪镇。有机质最小值（1.61 g/kg）位于棕溪镇，有机质最大值（30.16 g/kg）位于蜀河镇。土壤速效钾含量空间分布以适宜和偏低为主，适宜区分布于北部及东南部，面积占51.14%；偏低区分布于南部，面积占42.92%，其中很低区占1.58%；偏高区以斑块状分布于北部和东南部，面积占5.95%，其中很高区占0.94%。速效钾最小值（2 mg/kg）位于棕溪镇，速效钾最大值（542 mg/kg）位于城关镇。

2.3 植烟土壤肥力综合评价

采用SFI 对旬阳市植烟土壤进行综合评价，评价因子为土壤pH、碱解氮、有效磷、有机质和速效钾。对照表2 确定各肥力指标阈值隶属度函数类型：土壤pH、碱解氮、有机质使用抛物线型隶属度函数，土壤有效磷、速效钾使用S 型隶属度函数。

在SPSS 中对各肥力指标隶属度进行主成分分析，如表4 所示，前4 主成分包含了原始数据88.341% 的信息。根据主成分分析结果，计算旬阳市植烟土壤主要肥力指标的权重（表5），土壤主要肥力指标权重由高到低排序为：pH、有效磷、速效钾、有机质、碱解氮。

根据表5 各土壤主要肥力指标权重，运用公式（3）计算旬阳市土壤适宜性，并进行空间插值分析。SFI 均值0.67，标准差0.07，变异系数10.61%，呈弱变异，说明旬阳市土壤整体质量差距不大。如图3所示，全市植烟土壤适宜性等级为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级，分别占1.68%、89.07% 和9.52%，无Ⅳ和Ⅴ级分布，土壤肥力属于偏上水平，适宜烟草种植。Ⅱ级主要分布于中部、西部，Ⅰ级主要分布于仁河口镇、小河镇、赵湾镇、城关镇、双河镇、仙河镇、棕溪镇、神河镇。

3结论与讨论

本研究表明，旬阳市土壤pH 整体以中性偏弱碱为主，偏高区分布于西北部和中部，面积占33.48%。偏高区可采取添加少量生理酸性肥料、深耕晒垡、秸秆还田等措施来增加土壤腐植酸含量，降低土壤pH 值[15-16]。土壤碱解氮含量整体偏低，10.85% 面积含量很低，主要分布于中北部红军镇、双河镇、关口镇、构元镇。在偏低区烤烟种植当季应注重施加氮肥，以补充土壤碱解氮含量。有效磷含量整体偏高，含量很高面积占82.86%。土壤有效磷过高会影响烟叶香味[17-18]，应控制磷肥的施用量。有机质含量整體偏低，40.58% 面积含量很低。在偏低区可施加腐熟有机肥，以增加土壤有机质和腐植酸含量，进而促进土壤团粒结构的形成，吸附矿质养分元素，提高有机质含量。速效钾含量以适宜和偏低为主，偏低区分布于南部，面积占42.92%。在偏低区可适当增施钾肥，补充水淋流失的钾素。另外，本研究针对植烟土壤，且采样土壤也均为植烟地块，但使用ArcGIS 插值时没有考虑各地具体的种植作物，使得本研究所得结论可能会与实际生产状况有所出入。

全市植烟土壤适宜性等级为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级，分别占1.68%、89.07% 和9.52%，无Ⅳ 和Ⅴ 级分布，土壤肥力属于偏上水平，适宜烟草种植。Ⅱ级主要分布于中部、西部，Ⅰ级主要分布于仁河口镇、小河镇、赵湾镇、城关镇、双河镇、仙河镇、棕溪镇、神河镇。按照旬阳市土壤肥力现状来看，应该遵循“控磷，固钾、补氮、补充有机质”的原则，精准合理调整施肥比例，注重腐熟有机肥和氮肥的施用，控制磷肥的使用[19-22]，改善土壤肥力状况，提高烟叶品质，增加植烟农户收益。

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