文山市不同生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性及適宜性

王 政，張曉龍，敖金成*，陳庭慧，余東燦，盧 葉，趙暢榮

（1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧 530001；2.云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，昆明 650106；3.云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

文山市不同生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性及適宜性

王 政1，張曉龍2，敖金成2*，陳庭慧3，余東燦3，盧 葉2，趙暢榮2

（1.廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，南寧 530001；2.云南瑞升煙草技術(shù)（集團(tuán)）有限公司，昆明 650106；3.云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

為了明確文山市不同生態(tài)區(qū)土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性及適宜性，給烤煙種植區(qū)劃及養(yǎng)分調(diào)控提供參考依據(jù)，采用描述性統(tǒng)計(jì)分析、聚類分析、主成分分析和模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)方法對(duì)2011—2015年文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)1100份土壤樣品進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，文山市不同生態(tài)區(qū)土壤pH，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量具有明顯的時(shí)間異質(zhì)性，速效氮和速效鉀含量偏低，有機(jī)質(zhì)和速效磷含量相對(duì)豐富。pH中強(qiáng)度變異，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量強(qiáng)變異，具有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，可聚為3類。平均土壤適宜性指數(shù)（SFI為0.50）偏低。結(jié)果說明，文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)植煙土壤主要養(yǎng)分均質(zhì)性和適宜性較低，整體以西南陡坡區(qū)土壤適宜性相對(duì)較好。

文山市；土壤養(yǎng)分；時(shí)空異質(zhì)性；土壤適宜性指數(shù)

受自然因素和人為因素的影響，土壤是時(shí)空連續(xù)的變異體，具有高度的空間異質(zhì)性[1]。但在特定的研究區(qū)域內(nèi)，由于母質(zhì)差異引起的空間變異將逐漸縮小，而人類干擾活動(dòng)和小尺度生態(tài)環(huán)境對(duì)土壤養(yǎng)分含量的變化有著深遠(yuǎn)影響[2]。因此，研究土壤養(yǎng)分的空間變異性，對(duì)了解土壤的形成過程、結(jié)構(gòu)和功能[2-4]，以及土壤養(yǎng)分資源的科學(xué)管理和合理利用，有針對(duì)性地采取合理施肥技術(shù)，保持和提高土壤肥力，對(duì)促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展等具有十分重要的理論和實(shí)踐意義[5-7]。同時(shí)，研究土壤養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性，也是實(shí)現(xiàn)烤煙種植科學(xué)布局的重要依據(jù)[8-10]。

文山市地處東經(jīng)103°43＇～104°27＇，北緯23°06＇～23°44＇，北回歸線橫穿市境，年平均降雨量1187.8 mm，年平均溫18.4 ℃，年平均晝夜溫差11.7 ℃，位于云南烤煙生產(chǎn)的“黃金走廊”，也是全國(guó)最大的三七種植和加工基地，因而烤煙種植面積與三七種植面積基本呈交替演變態(tài)勢(shì)。另外，文山市地形地貌屬滇東南巖溶山區(qū)，喀斯特巖溶地貌突出，總體地勢(shì)西北高，東南低，西北坡度多在25°以上，地形地貌較復(fù)雜。近年來(lái)，由于三七藥材的大面積種植和土地資源的不合理利用模式，土壤嚴(yán)重退化已成為共識(shí)。在這種特定的生態(tài)環(huán)境和種植模式下，了解文山市土壤理化性狀演化態(tài)勢(shì)，對(duì)開展烤煙種植區(qū)劃和土壤養(yǎng)分調(diào)控具有一定的實(shí)踐意義。之前關(guān)于土壤養(yǎng)分時(shí)空異質(zhì)性研究較多[3,7,11]，對(duì)文山市土壤養(yǎng)分空間異質(zhì)性研究也有一定報(bào)道[12-13]，但關(guān)于文山市土壤主要養(yǎng)分的時(shí)空異質(zhì)性及適宜性評(píng)價(jià)鮮見報(bào)道。本研究以文山市不同生態(tài)區(qū)耕地為研究對(duì)象，采用描述性統(tǒng)計(jì)法、聚類分析、主成分分析和模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法研究了文山市土壤主要養(yǎng)分時(shí)空異質(zhì)性及適宜性特征，以期為區(qū)域烤煙種植區(qū)劃和土壤養(yǎng)分調(diào)控提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

遵循均勻性、代表性原則，于2011—2015年連續(xù)5年對(duì)文山市東南中低峰叢區(qū)、西北中低山丘陵區(qū)、西南陡坡區(qū)、中部中低山區(qū)4個(gè)典型生態(tài)區(qū)的12個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）耕地進(jìn)行定位取樣，共取樣品1100份。土壤樣品的采集選擇在前茬作物收獲后，烤煙移栽起壟施肥前進(jìn)行。取樣時(shí)，以定位點(diǎn)為中心，以半徑10 m的圓形區(qū)域多點(diǎn)（5個(gè)點(diǎn)）混合取樣，取樣深度0～20 cm，按照四分法留取1.0 kg土壤樣品。土壤經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過篩后備用，pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀的測(cè)定參照文獻(xiàn)[14]方法進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0和Excel 2007進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和作圖。

1.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

根據(jù)文獻(xiàn)[9,15-18]和生產(chǎn)實(shí)際，確定土壤指標(biāo)的隸屬函數(shù)，以及各指標(biāo)的拐點(diǎn)和閾值（表1）。植煙土壤養(yǎng)分pH、有機(jī)質(zhì)和速效氮符合拋物型函數(shù)，速效磷和速效鉀屬于S型隸屬函數(shù)，公式如下所示：

拋物型隸屬函數(shù)：

S型隸屬函數(shù)：

公式中x1、x3、x4、x2分別代表下限值、最優(yōu)值下限、最優(yōu)值上限、上限，各指標(biāo)的拐點(diǎn)和閾值。

表1 土壤適宜性評(píng)價(jià)隸屬函數(shù)的拐點(diǎn)和閾值Table 1 The inflection points and threshold values of membership function of soil suitability

采用主成分分析方法，選取積累方差貢獻(xiàn)率大于72.86%的主成分，共篩選到pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮3個(gè)主成分，根據(jù)各指標(biāo)公共因子方差，確定各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[16]。并根據(jù)加乘法則，計(jì)算出土壤適宜性綜合指標(biāo)（SFI）。計(jì)算公式如下所示：

采用SPSS17.0進(jìn)行土壤指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析，式中，Nij和Wij分別表示第i個(gè)生態(tài)環(huán)境，第j個(gè)土壤指標(biāo)的隸屬度值和權(quán)重系數(shù)。

2 結(jié) 果

2.1 不同生態(tài)區(qū)土壤主要養(yǎng)分的時(shí)間異質(zhì)性

2.1.1 pH和有機(jī)質(zhì)年際變化 文山市不同生態(tài)區(qū)土壤pH具有明顯的時(shí)間異質(zhì)性（圖1）。從pH年際變化可以看出，除西北中低山丘陵區(qū)土壤pH呈“降-升-降”趨勢(shì)，且變幅較大外，其余3個(gè)生態(tài)區(qū)pH均呈先升后降的態(tài)勢(shì)。東南中低峰叢區(qū)pH 6.5~6.9，偏離優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)pH要求范圍，西南陡坡區(qū)pH 5.8～6.3，屬于優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)pH要求范圍。文山市不同生態(tài)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量具有明顯的時(shí)間異質(zhì)性（圖2）。從圖2可知，4個(gè)生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量基本處于中等偏上水平，以西南陡坡區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量年際動(dòng)態(tài)幅度較小，且含量較豐富（30.6～33.4 g/kg），中部中低山區(qū)（22.51～31.87 g/kg）和西北中低山丘陵區(qū)（18.81～27.18 g/kg）總體呈先降后升趨勢(shì)，東南中低峰土壤有機(jī)質(zhì)含量則呈現(xiàn)“降-升-降”態(tài)勢(shì)。

圖1 土壤pH年際動(dòng)態(tài)特征Fig.1 The dynamic characteristics of soil pH values

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)含量年際動(dòng)態(tài)特征Fig. 2 The dynamic characteristics of organic matter contents

2.1.2 不同生態(tài)區(qū)速效養(yǎng)分年際變化 文山市不同生態(tài)區(qū)土壤速效氮、速效磷、速效鉀含量年際間存在明顯的時(shí)間異質(zhì)性（圖3～5）。參照敖金成等[4]土壤速效養(yǎng)分評(píng)價(jià)方法，文山市不同生態(tài)區(qū)土壤速效氮和速效鉀含量普遍偏低，速效磷含量相對(duì)豐富，養(yǎng)分調(diào)控時(shí)應(yīng)采取“增氮穩(wěn)磷增鉀”措施。

圖3中，西北中低山丘陵區(qū)、西南陡坡區(qū)、中部中低山區(qū)土壤速效氮含量年際間均呈“升-降-升”態(tài)勢(shì)，東南中低峰叢區(qū)整體呈“降-升-降-升”循環(huán)趨勢(shì)。東南中低峰叢區(qū)和中部中低山區(qū)2011—2015年間土壤速效氮含量均較低（＜150 mg/kg），且多 年接近臨界點(diǎn)（≤100 mg/kg），西北中低山丘陵區(qū)整體處于中等偏上水平。

圖4中，東南中低峰叢區(qū)土壤速效磷含量年際間呈“降-升-降-升”交替趨勢(shì)，且多年處于豐富水平（≥40 mg/kg）。西北中低山丘陵區(qū)土壤速效磷含量年際間變輻較小，且多年均處于低水平（＞10～≤20 mg/kg）。西南陡坡區(qū)和中部中低山區(qū)土壤速效磷含量年際間呈緩慢升高態(tài)勢(shì)，且含量均處于中等偏上水平（＞20～≤40 mg/kg）。

圖5中，4個(gè)生態(tài)區(qū)土壤速效鉀含量整體較低。除中部中低山區(qū)土壤速效鉀含量多年處于中等水平（＞150～≤220 mg/kg），且年際間變輻較小外，其余3個(gè)生態(tài)區(qū)土壤速效鉀含量均處于較低水平（＞100～≤150 mg/kg）或臨界點(diǎn)水平（≤100 mg/kg）。東南中低峰叢區(qū)和西北中低山丘陵區(qū)土壤速效鉀含量年際間呈“降-升-降”態(tài)勢(shì)，西南陡坡區(qū)土壤速效鉀含量年際間呈“升-降-升”態(tài)勢(shì)。

圖3 土壤速效氮含量年際動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 The dynamic characteristics of available N contents

圖4 土壤速效磷含量年際動(dòng)態(tài)變化Fig. 4 The dynamic characteristics of available P contents

圖5 土壤速效鉀含量年際動(dòng)態(tài)變化Fig. 5 The dynamic characteristics of available K contents

2.2 不同生態(tài)區(qū)土壤主要養(yǎng)分空間異質(zhì)性及適宜性評(píng)價(jià)

2.2.1 土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)分析及聚類特征 不同生態(tài)區(qū)土壤pH，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量的變異強(qiáng)度評(píng)價(jià)參照薛正平等[17]的三級(jí)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行。從表2知，4個(gè)生態(tài)區(qū)pH屬于中等變異，區(qū)域間存在極顯著差異（P＜0.01），有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量區(qū)域間強(qiáng)變異，且區(qū)域間差異顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01），以區(qū)域間速效磷變異強(qiáng)度最大（CV≥64%），速效鉀次之（CV≥48%）。聚類結(jié)果也表明（圖6），文山市4個(gè)生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤主要養(yǎng)分可聚為3類，即西北中低山丘陵區(qū)和西南陡坡區(qū)聚為第Ⅰ類，表現(xiàn)在速效氮含量均較高，東南中低峰叢區(qū)聚為第Ⅱ類，表現(xiàn)在速效磷含量較高，速效氮含量較低，中部中低山區(qū)聚為第Ⅲ類，表現(xiàn)在速效鉀含量較高。以上結(jié)果說明，文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)間土壤主要養(yǎng)分存在明顯的空間異質(zhì)性，各生態(tài)區(qū)主要養(yǎng)分的均質(zhì)性較低，整體以西南陡坡區(qū)均質(zhì)性稍好。

表2 土壤主要養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)Table 2 Descriptive statistics of soil nutrients

圖6 不同生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤主要養(yǎng)分聚類結(jié)果Fig. 6 Cluster results of main soil nutrients in different ecological regions in Wenshan city

2.2.2 不同生態(tài)區(qū)土壤適宜性評(píng)價(jià) 土壤適宜指數(shù)（SFI）分布情況顯示（圖7），文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)土壤適宜指數(shù)在0.48～0.52，平均SFI值為0.50，4個(gè)生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤SFI值均小于0.60，說明絕大數(shù)植煙土壤主要養(yǎng)分屬含量中等偏下水平，適宜性指數(shù)較低?？緹煼N植區(qū)劃時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)土壤改良、測(cè)土配方施肥等措施，以提高區(qū)域養(yǎng)分的均質(zhì)性，保障耕地的可持續(xù)性利用。

圖7 文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)土壤適宜性指數(shù)（SFI）分布Fig. 7 The distribution of soil feasibility index(SFI) in different ecological regions of Wenshan city

3 討 論

文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)土壤pH值，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀含量存在明顯的時(shí)空異質(zhì)性，均質(zhì)性較差，且土壤適宜性指數(shù)整體偏低。

王政權(quán)等[20]研究森林土壤物理性質(zhì)的空間異質(zhì)性時(shí)指出，氣候、母巖、地形、植被的不同，形成了各種土壤類型，其土壤性質(zhì)存在明顯差異，即使在同一土壤類型區(qū)，土壤的某些性質(zhì)在空間上也具有很大的差異。本研究中，文山市不同生態(tài)區(qū)土壤pH，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量年際間存在明顯的時(shí)間異質(zhì)性，其中，pH（5.8～6.3）相對(duì)適宜，有機(jī)質(zhì)含量均處于中等偏上水平，明顯高于我國(guó)植煙土壤有機(jī)質(zhì)平均含量（15 mg/kg）[21]，與王杉杉等[22]對(duì)云南“黃金走廊”土壤腐殖質(zhì)組成及含量研究結(jié)論一致。從多年速效養(yǎng)分含量來(lái)看，文山市4個(gè)生態(tài)區(qū)土壤普遍存在氮素和鉀素含量偏低，磷素含量相對(duì)豐富，養(yǎng)分調(diào)控時(shí)應(yīng)采取“增氮穩(wěn)磷增鉀”措施。

從文山市2015年4個(gè)生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)分析看，區(qū)域間pH屬中等變異（10%≤CV≤30%），且差異極顯著（P＜0.01），反映了區(qū)域土壤pH的異質(zhì)性，與高美榮等[23]對(duì)紫色土坡地尺度土壤養(yǎng)分的空間變異特性結(jié)果一致。有機(jī)質(zhì)（CV為31.45%～34.7%）、速效氮（CV為35.6%～56.5%）、速效磷（CV為64.1%～118.3%）、速效鉀含量（CV為48.15%～58.2%）區(qū)域間強(qiáng)變異，且區(qū)域間存在顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）差異，說明文山市不同生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤主要養(yǎng)分均質(zhì)性較差，異質(zhì)性較強(qiáng)，養(yǎng)分管理上應(yīng)遵循分類指導(dǎo)，并適量補(bǔ)充土壤速效養(yǎng)分含量。結(jié)合文山市地勢(shì)（西北高，東南低）的區(qū)域特征和聚類分析結(jié)果可以看出，西北中低山丘陵區(qū)和西南陡坡區(qū)地勢(shì)相對(duì)高的區(qū)域，土壤主要養(yǎng)分區(qū)域特征較為相似，而東南中低峰叢區(qū)和中部中低山區(qū)異質(zhì)性較強(qiáng)，這可能與壩區(qū)土地的復(fù)種指數(shù)大，人為擾動(dòng)相對(duì)頻繁有關(guān)。

在一定農(nóng)業(yè)生態(tài)條件下，土壤養(yǎng)分在時(shí)間和空間上的供應(yīng)狀況是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量水平最為重要的因素之一[24-25]，而適宜的植煙土壤是提高煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的重要基礎(chǔ)和保障[26-27]，土壤中任何一種養(yǎng)分的缺乏或過量，直接影響著煙株的生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉品質(zhì)的提高[28-29]。試驗(yàn)中，文山市土壤適宜指數(shù)（SFI）在0.48～0.52，平均SFI值為0.50，說明文山市4個(gè)生態(tài)產(chǎn)區(qū)土壤適宜性指數(shù)偏低，區(qū)域絕大多數(shù)地塊烤煙種植適宜性較差，種植區(qū)劃時(shí)應(yīng)加強(qiáng)土壤養(yǎng)分調(diào)控水平，以滿足優(yōu)質(zhì)煙葉生長(zhǎng)的養(yǎng)分需求。

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Spatial-temporal Heterogeneity and Suitability of Soil Nutrients in Different Ecological Regions of Wenshan City

WANG Zheng1, ZHANG Xiaolong2, AO Jincheng2*, CHEN Tinghui3, YU Dongcan3, LU Ye2, ZHAO Changrong2

(1. China Tobacco Guangxi Industrial Co., Ltd., Nanning 530001, China; 2. Yunnan Reascend Tobacco Technology (Group) Co., Ltd., Kunming 650106, China; 3. Wenshan Tobacco Company of Yunnan Province, Wenshan 663000, China)

To study the temporal and spatial heterogeneity, suitability of soil nutrients in distinct ecological regions of Wenshan city and to provide references for tobacco planting plan and nutrient control, 1100 soil samples collected from indifferent ecological regions of Wenshan city in 2011-2015 were analyzed by classic statistics, cluster analysis, principal component analysis, fuzzy mathematics methods. The results showed that in different ecological regions of Wenshan city, soil pH value, contents of organic matter, available N, available P and available K had obvious temporal heterogeneity. The available N, available K contents were low, while the organic matter and available P content were relatively rich. The variation intensity of soil pH was moderate, contents of organic matter, available N, available P and available K showed strong variation. Obvious spatial heterogeneity was observed, and the regions could be grouped into three categories. The average of soil feasibility index (SFI) 0.50 was low. These results suggested that the homogeneity and suitability of different ecological regions of Wenshan city are relatively low, with the suitability of the southwest steep slope region being relatively good.

Wenshan city; soil nutrient; temporal and spatial heterogeneity; soil feasibility index

S572.061

1007-5119（2016）06-0037-06

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.06.007

廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目“提升‘真龍’品牌文山煙葉質(zhì)量的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”（GXZYCX2016B019）

王 政（1978-）男，碩士，農(nóng)藝師，主要從事優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)技術(shù)研究及管理。E-mail：16627843@qq.com *通信作者，E-mail：kingcheng18@aliyun.com

2016-04-12

2016-09-05