宜賓地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異及其豐缺狀況分析

張 浩，彭月月，李 斌，李啟權(quán)*，王昌全，李 冰，向金友，易 蔓

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2.中國(guó)煙草總公司四川省公司，成都 610041；3.四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644002）

宜賓地區(qū)土壤養(yǎng)分空間變異及其豐缺狀況分析

張 浩1，彭月月1，李 斌2，李啟權(quán)1*，王昌全1，李 冰1，向金友3，易 蔓3

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，成都 611130；2.中國(guó)煙草總公司四川省公司，成都 610041；3.四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644002）

為探明宜賓地區(qū)主要土壤養(yǎng)分含量狀況，基于野外采集的676份土壤樣品，運(yùn)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和GIS技術(shù)分析了該區(qū)域8種土壤養(yǎng)分指標(biāo)的空間變異特征及其豐缺狀況。結(jié)果表明，宜賓地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀和緩效鉀含量適宜，堿解氮含量豐富，而速效鉀、全磷和有效磷含量缺乏。各養(yǎng)分指標(biāo)塊金效應(yīng)在44.02%～81.93%；其中有效磷和速效鉀的空間自相關(guān)性較弱，主要受隨機(jī)因素影響?？臻g分布上，有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)東南高、中部和北部低；全氮和堿解氮含量由西北、東南向中部區(qū)域下降；全磷呈南高北低趨勢(shì)，有效磷呈斑塊狀分布；緩效鉀由中部向西北和東南部逐漸下降；速效鉀表現(xiàn)為西高東低，全鉀與之相反。本研究結(jié)果為宜賓地區(qū)烤煙平衡施肥及種植規(guī)劃提供了理論依據(jù)。

土壤養(yǎng)分；空間變異；豐缺評(píng)價(jià)；宜賓市

土壤養(yǎng)分含量是衡量煙田土壤肥力的重要標(biāo)志［1-2］，其豐缺狀況不僅直接影響煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)，也是確定各區(qū)域烤煙生產(chǎn)潛力以及合理制定區(qū)域施肥措施的重要依據(jù)和基礎(chǔ)［3-5］。

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展和優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)中養(yǎng)分管理的需要，煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺及其空間變異特征受到了廣泛關(guān)注［6-7］。如武德傳等［8］開(kāi)展了黔南山地植煙土壤養(yǎng)分空間變異及分區(qū)管理研究；李強(qiáng)等［1］對(duì)曲靖市植煙土壤養(yǎng)分空間變異、肥力豐缺及適宜性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)；張倩等［9］研究了攀西植煙土壤有機(jī)質(zhì)和全氮空間變異特征；唐杰等［10］探究了川北植煙土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的空間變異及其影響因素。然而，受氣候、地形、土壤類(lèi)型、種植制度和施肥狀況等因素的影響，不同植煙區(qū)域土壤養(yǎng)分狀況存在顯著的差異［5，11-12］。因此，掌握特定煙區(qū)土壤養(yǎng)分的豐缺狀況，明確其空間變異特征，對(duì)于優(yōu)化煙區(qū)植煙施肥方案，合理指導(dǎo)肥料施用，提高肥料利用率，保障煙區(qū)土壤的可持續(xù)利用和優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)具有重要意義。

宜賓市是四川省重要的烤煙生產(chǎn)基地之一。該地區(qū)處于川中丘陵-盆周山地過(guò)渡帶，地形條件復(fù)雜，土壤類(lèi)型多樣。目前針對(duì)該區(qū)域土壤養(yǎng)分空間變異及豐缺評(píng)價(jià)的研究報(bào)道較少［13-15］。為探明宜賓地區(qū)土壤養(yǎng)分含量狀況，本研究應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)其主要土壤養(yǎng)分的空間變異特征及豐缺狀況進(jìn)行分析，以期為該區(qū)域煙草種植區(qū)劃、土壤改良和養(yǎng)分分區(qū)管理提供基礎(chǔ)信息。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

宜賓市位于四川省南部（27°50′～29°16′N(xiāo)，103°36′～105°20′E），面積約13283 km2，轄內(nèi)10個(gè)縣區(qū)。海拔在236～2009 m，總體呈現(xiàn)西南高、東北低態(tài)勢(shì)，地貌以中低山地和丘陵為主，嶺谷相間（圖1a）。區(qū)內(nèi)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫18.1～19.5 ℃，年降水量1045.3～1427.5 mm，年均無(wú)霜期為334～360 d左右，年均日照時(shí)數(shù)為1100 h。土壤類(lèi)型主要有紫色土、水稻土、黃壤、石灰土、黃棕壤和新積土6個(gè)土類(lèi)，其中以紫色土（43.58%）、水稻土（24.96%）和黃壤（22.25%）為主，共占宜賓市土壤總面積的90.79%。2013年全市共種植烤煙0.79萬(wàn)hm2［16］，煙草種植在該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重要地位。

1.2樣品采集與分析

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，兼顧代表性和隨機(jī)取樣的原則，綜合考慮地形、海拔和土壤類(lèi)型等因素進(jìn)行樣點(diǎn)布設(shè)，采用多點(diǎn)混合法，于2011年在全市共采集表層土壤（0～20 cm）樣品676份（圖1b），其中植煙區(qū)縣樣點(diǎn)348個(gè)；采樣時(shí)詳細(xì)記錄樣點(diǎn)經(jīng)緯度、海拔及土壤類(lèi)型等環(huán)境信息。土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)自然風(fēng)干后研磨過(guò)篩，采用常規(guī)方法［17］測(cè)定各樣品有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量。

圖1　研究區(qū)位置、數(shù)字高程及土壤采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Maps for the location、DEM and sampling sites of the studied areas

1.3數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用域值法識(shí)別異常值，并用正常最大或最小值替換［1］。常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、方差分析和Kolmogorov-Smimov（K-S）檢驗(yàn)在SPSS 20.0軟件中完成。依據(jù)《中國(guó)植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》及相關(guān)文獻(xiàn)［18-19］中的植煙土壤養(yǎng)分含量分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1），對(duì)研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)土壤養(yǎng)分的空間變異特征進(jìn)行分析［12］。首先在軟件GS+7.0中完成半方差模型擬合，再以最優(yōu)半方差模型參數(shù)在ArcGIS10.1軟件的地統(tǒng)計(jì)模塊中進(jìn)行普通克里格插值，得到研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量的空間分布圖。半方差模型的擬合參數(shù)中，變程A可表示空間變量自相關(guān)范圍；塊金效應(yīng)C0/（C0+C）反映土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)程度，當(dāng)比值為＜25%、25%～75%和＞75%時(shí)，分別表示該養(yǎng)分指標(biāo)具有強(qiáng)烈、中等和較弱的空間自相關(guān)性［1］。

表1　植煙土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification for soil nutrients in tobacco fields

2　結(jié)　果

2.1土壤養(yǎng)分總體特征

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（表2），研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、緩效鉀和有效磷平均值分別為22.26 g/kg、1.42 g/kg、18.16 g/kg、262.86 mg/kg和11.53 mg/kg，含量總體處于適宜水平；全磷和速效鉀平均值分別為0.56 g/kg和81.92 mg/kg，含量處于缺乏水平；而堿解氮含量處于豐富水平，平均值為133.47 mg/kg。從變異系數(shù)來(lái)看，有效磷具有極強(qiáng)的變異性，變異系數(shù)高達(dá)143.00%；其余7個(gè)養(yǎng)分指標(biāo)的變異系數(shù)在25.43%～53.29%，均屬于中等程度的空間變異［1］。K-S檢驗(yàn)表明，土壤全氮、堿解氮、全鉀和緩效鉀含量符合正態(tài)分布，有機(jī)質(zhì)、全磷、有效磷和速效鉀含量符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

表2　宜賓土壤養(yǎng)分描述性統(tǒng)計(jì)特征Table 2 Descriptive static characteristics of soil nutrients in Yibin city

2.2不同土壤類(lèi)型養(yǎng)分含量特征

從表3可以看出，研究區(qū)石灰土有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量相對(duì)最高，紫色土含量最低；除石灰土和紫色土外，各土類(lèi)中有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量差異不顯著；石灰土全磷、鉀素（全鉀、速效鉀和緩效鉀）含量顯著高于其他土類(lèi)；各土壤類(lèi)型間有效磷含量無(wú)顯著差異；新積土緩效鉀含量顯著高于其他土類(lèi)?？偟膩?lái)看，石灰土各土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量相對(duì)較高，紫色土相對(duì)缺乏，這與王暉等［20］的研究結(jié)果相似。不同土壤類(lèi)型間養(yǎng)分含量的差異與其發(fā)育程度、母質(zhì)和土地利用方式等因素有關(guān)［21-23］。

表3　宜賓市不同土壤類(lèi)型養(yǎng)分含量特征Table 3 Characteristics of soil nutrient contents in different soil types of Yibin city

2.3土壤養(yǎng)分的空間結(jié)構(gòu)特征

半方差分析結(jié)果表明（表4），各土壤養(yǎng)分均符合指數(shù)模型，擬合決定系數(shù)均在0.70以上，能較好地反映研究區(qū)各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的空間變異結(jié)構(gòu)特征。從擬合模型參數(shù)來(lái)看，研究區(qū)有效磷和速效鉀的塊金效應(yīng)＞75%，說(shuō)明這2項(xiàng)指標(biāo)的空間自相關(guān)性較弱，主要受隨機(jī)因素（施肥、土地利用方式和種植制度等人為活動(dòng)）影響；其余6種土壤養(yǎng)分指標(biāo)的塊金效應(yīng)在44.02%～67.23%，具有中等程度的空間自相關(guān)性，受結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素共同作用。變程在17.50～219.39 km，這表明各養(yǎng)分指標(biāo)空間自相關(guān)范圍差異較大；其中，全氮和緩效鉀的變程遠(yuǎn)高于其他養(yǎng)分指標(biāo)。

表4　土壤養(yǎng)分含量的半方差模型及擬合參數(shù)Table 4 Semi-variance model of soil nutrient contents and fitting parameters

2.4土壤養(yǎng)分空間分布特征

基于半方差分析結(jié)果，利用普通克里格法進(jìn)行插值，得到研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量的空間分布圖（圖2、圖3和圖4）。根據(jù)土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1）得到土壤養(yǎng)分不同等級(jí)的面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表5），進(jìn)而對(duì)區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分含量豐缺及植煙適宜性的空間差異進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.4.1土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮 研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)總體呈東南高、中部和北部低的趨勢(shì)（圖2a），分別有46.71%、40.24%和13.05%的區(qū)域處于適宜、缺乏和豐富水平（表5）；其中，有機(jī)質(zhì)含量處于缺乏水平的區(qū)域主要分布在翠屏區(qū)、宜賓縣和高縣。

全氮和堿解氮空間分布特征相似，呈現(xiàn)出由西北和東南向中部逐漸降低的趨勢(shì)（圖2b和圖2c）。統(tǒng)計(jì)表明（表5），全氮和堿解氮整體處于適宜及以上水平；其中煙區(qū)所在的南部各區(qū)縣多數(shù)地區(qū)處于豐富和極豐富水平。

圖2　研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量空間分布圖（a-c）Fig. 2 Maps for the spatial distribution of soil organic matter， total nitrogen and alkali-hydrolyzed nitrogen contents in the studied areas （a-c）

表5　不同等級(jí)土壤養(yǎng)分面積統(tǒng)計(jì)表Table 5 Statistics of different levels of soil nutrients areas

2.4.2土壤全磷和有效磷 土壤全磷在空間分布上表現(xiàn)出北低南高的趨勢(shì)，有效磷空間分布趨勢(shì)不明顯，呈斑塊狀分布（圖3a和圖3b）。磷素含量處于適宜以上水平的區(qū)域所占面積較小，各區(qū)縣均呈現(xiàn)出不同程度的磷缺乏現(xiàn)象；其中全磷含量缺乏和極缺乏的區(qū)域占68.14%，主要分布在宜賓市北部區(qū)縣，有效磷含量處于缺乏和極缺乏的面積占84.47%，以江安、長(zhǎng)寧、興文和珙縣最為突出。

圖3　研究區(qū)土壤全磷和有效磷含量空間分布圖（a-b）Fig. 3 Maps for the spatial distribution of soil total phosphorus and available phosphorus contents in the studied areas （a-b）

2.4.3土壤鉀素 土壤全鉀空間分布表現(xiàn)為東高西低，速效鉀含量在西南部較高而在中部及東北部相對(duì)較低，緩效鉀則呈現(xiàn)出由中部向西北和東南方向逐漸降低的趨勢(shì)（圖4a、圖4b和圖4c）。全鉀和緩效鉀處于適宜和豐富水平的區(qū)域所占面積較大，處于缺乏水平的面積僅分別占8.37%和18.50%，分別分布于宜賓縣、高縣和江安縣的部分地區(qū)與研究區(qū)西北及東南部分區(qū)域。土壤速效鉀在各區(qū)縣則表現(xiàn)出不同程度的缺乏現(xiàn)象，處于極缺乏和缺乏水平的面積占56.87%，其中屏山、興文和筠連等主要植煙縣速效鉀缺乏的區(qū)域面積也占有較大比例，反映出這些區(qū)域土壤鉀素供給不足的問(wèn)題。

圖4　研究區(qū)土壤鉀素含量空間分布圖（a-c）Fig. 4 Maps for the spatial distribution of soil total potassium， available potassium and slowly available potassium nitrogen contents in the studied areas （a-c）

3　討　論

不同區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間變異特征差異顯著，結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素均會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生不同程度的影響［9-10，16］。宜賓地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮的空間分布與區(qū)域地形、土壤類(lèi)型分布及水熱條件有關(guān)［24］。南部高值區(qū)土壤類(lèi)型以石灰土、黃壤和黃棕壤為主，土地利用方式以林草地為主，碳氮源豐富，且該區(qū)域海拔較高，氣溫相對(duì)較低，有利于其積累［25-26］。而中部低值區(qū)則以紫色土為主，氣溫相對(duì)較高，土地利用方式主要為耕地，利用程度高，因而有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量較低［22］。

有效磷和速效鉀養(yǎng)分總體處于缺乏水平，且兩者塊金效應(yīng)＞75%，空間自相關(guān)性弱，主要受隨機(jī)因素（施肥、土地利用方式和種植制度等人為活動(dòng)）影響，這與王珊等［13］的研究結(jié)果一致。造成這一結(jié)果的主要原因，一方面是由于研究區(qū)施肥長(zhǎng)期“重氮、輕磷、忽鉀”，使得該區(qū)土壤普遍缺乏有效磷和速效鉀養(yǎng)分［13，16］；另一方面，研究區(qū)地處川中丘陵-盆周山地過(guò)渡帶，受氣候、地形條件和土壤類(lèi)型等因素的影響，土壤對(duì)磷素的吸附能力較弱，且土壤中鉀素易隨降水流失［13-15］。此外，煙草和蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物對(duì)磷、鉀的吸收量較大，長(zhǎng)期的煙草和蔬菜種植勢(shì)必導(dǎo)致土壤中有效磷和速效鉀含量急劇下降［13］。

因此，宜賓地區(qū)植煙養(yǎng)分管理應(yīng)注意“增碳、控氮、補(bǔ)磷、提鉀”。針對(duì)研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)缺乏的低海拔區(qū)域，如宜賓、翠屏和高縣，可以通過(guò)增施有機(jī)肥、秸稈還田和種植綠肥等方法提高其含量。而針對(duì)堿解氮極豐富的區(qū)域，如興文、筠連等植煙區(qū)縣，需控制氮肥用量，避免因供氮過(guò)量而影響煙葉品質(zhì)或造成環(huán)境污染。對(duì)于缺磷素含量缺乏的區(qū)域，則可采用磷肥深層和分層施入的方式來(lái)改善土壤供磷能力和提高磷肥利用率。在土壤缺鉀的區(qū)域，如宜賓、翠屏、江安和興文縣，可在探討烤煙對(duì)鉀肥吸收利用機(jī)理的基礎(chǔ)上，適量增施鉀肥，調(diào)整施用方式，提高鉀肥利用率，以保證煙株生長(zhǎng)過(guò)程中鉀素的供應(yīng)。

本研究較全面地分析了宜賓地區(qū)土壤養(yǎng)分的豐缺狀況及空間變異特征，對(duì)區(qū)域土壤改良、養(yǎng)分管理以及煙草種植區(qū)劃具有指導(dǎo)意義。對(duì)于該區(qū)域土壤養(yǎng)分空間變異特征影響因素的系統(tǒng)分析，則有待于進(jìn)一步研究。

4　結(jié)　論

宜賓地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀和緩效鉀含量總體處于適宜水平；堿解氮豐富；全磷、有效磷和速效鉀缺乏，分別有68.14%、84.47%和56.87%的面積處于缺乏水平。不同土類(lèi)間養(yǎng)分含量差異明顯，石灰土養(yǎng)分含量相對(duì)較高，紫色土相對(duì)最低。研究區(qū)土壤有效磷和速效鉀塊金效應(yīng)分別為 77.13% 和81.93%，其空間自相關(guān)性較弱，主要受隨機(jī)因素影響；而其余土壤養(yǎng)分指標(biāo)塊金效應(yīng)在44.02%～67.23%，具有中等的空間自相關(guān)性，主要由結(jié)構(gòu)因素和隨機(jī)因素共同作用?？臻g分布上，土壤有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)東南高西北低、全氮和堿解氮呈現(xiàn)由西北和東南向中部降低的趨勢(shì)；全磷呈現(xiàn)南高北低的分布特征，而有效磷呈斑塊狀分布；全鉀表現(xiàn)為東高西低，速效鉀含量在西南部較高而在中部及東北部相對(duì)較低，緩效鉀則呈現(xiàn)出由中部向西北和東南逐漸降低的趨勢(shì)。針對(duì)這一結(jié)果，植煙過(guò)程中應(yīng)結(jié)合各養(yǎng)分的空間分布特征，采取“增碳、控氮、補(bǔ)磷、提鉀”的方法進(jìn)行養(yǎng)分管理，以提高植煙區(qū)土壤養(yǎng)分的均衡供應(yīng)能力。

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Spatial Variability and the Status of Abundance or Deficiency of Soil Nutrients in Yibin City

ZHANG Hao1， PENG Yueyue1， LI Bin2， LI Qiquan1*， WANG Changquan1， LI Bing1， XIANG Jinyou3， YI Man3
（1. College of Resources of Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， China； 2. China National Tobacco Company of Sichuan province， Chengdu 610041， China； 3. Yibin Branch of Sichuan Provincial Tobacco Company， Yibin， Sichuan 644002， China）

In order to investigate the spatial distribution of main nutrients in tobacco planting soils， 676 soil samples were collected in Yibin City. The GIS technology was used in combination with classical statistics and geostatistics to analyze the spatial variation of 8 soil nutrients. The results indicated that the contents of soil organic matter （SOM）， total nitrogen （TN）， total potassium （TK）， and slowly available potassium were all at appropriate levels， and alkali-hydrolyzed nitrogen （AN） reached a rich level while available potassium （AK）， total phosphorus （TP） and available phosphorus （AP） were insufficient. The ratio of nugget to sill was between 44.02% and 81.93% for all the indexes selected. The ratio for AP and AK was substantially higher than that of the others， indicating a weaker spatial autocorrelation and the spatial variation of the two indexes was dominated by random factors. The spatial distribution pattern of SOM showed a trend with higher values in southeast and lower in central and north. The TN and AN contents declined from the northwest and southeast to the central area in this study. The TP content decreased from the south to north while the high AP value areas were mainly scattered plaques in the studied areas. Slowly available potassium showed a decreasing trend from the central to northwest and southeast， while AK had a higher content in west but lower in east， which is in contrast with TK. The results provide a theoretical basis for balanced fertilization and planting planning of tobacco planting areas in Yibin City.

soil nutrient； spatial variability； abundance or deficiency assessment； Yibin

S572.062

1007-5119（2016）04-0030-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.006

中國(guó)煙草總公司四川省公司科技項(xiàng)目“基于3S技術(shù)的四川煙區(qū)生態(tài)環(huán)境要素時(shí)空特征提取及應(yīng)用”（SCYC201402006）

張 浩（1992-），男，研究生，主要從事土壤養(yǎng)分時(shí)空變異研究。E-mail：zhangh930@163.com。*通信作者，E-mail：liqq@lreis.ac.cn

2015-12-22

2016-07-04