巖溶區(qū)植煙土壤pH、有效鐵錳和交換性鈣的空間異質(zhì)性①
——以重慶市酉陽縣為例

農(nóng)金花，梁增芳，石永蓮，倪九派*（ 西南大學資源環(huán)境學院，重慶 40075； 重慶市萬州水務(wù)局，重慶 4040； 青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 80000）

巖溶區(qū)植煙土壤pH、有效鐵錳和交換性鈣的空間異質(zhì)性①
——以重慶市酉陽縣為例

農(nóng)金花1，梁增芳2，石永蓮3，倪九派1*
（1 西南大學資源環(huán)境學院，重慶 400715；2 重慶市萬州水務(wù)局，重慶 404120；3 青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，西寧 810000）

本研究通過野外調(diào)查，結(jié)合經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學方法，分析了重慶市酉陽植煙區(qū)土壤表層pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca的空間異質(zhì)性及相關(guān)性特征，以為巖溶區(qū)植煙土壤改良和平衡施肥以及特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：酉陽植煙區(qū)土壤總體呈酸性，有效Fe、有效Mn和交換性Ca含量豐富；pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca變異系數(shù)為12.10% ～ 47.86%，屬于中等變異性，在土壤中比較穩(wěn)定，塊金效應(yīng)在5.690% ～7.338%，具有很強的空間相關(guān)性；pH和交換性Ca的空間分布為西高東低，有效Fe空間分布為東高西低，中部往西南方向含量最豐富，有效Mn的空間分布大致為中間低、四周高的趨勢；pH與有效Fe、有效Mn存在顯著的負相關(guān)性，pH與交換性Ca存在顯著的正相關(guān)性?？傊?，研究區(qū)營養(yǎng)元素空間變異性中等，空間相關(guān)性強。

巖溶區(qū)；pH；中微量元素；空間異質(zhì)性

煙草的生長及質(zhì)量受多種因素共同影響，其中土壤營養(yǎng)是最根本的影響因子，土壤養(yǎng)分的供給狀態(tài)直接關(guān)系著煙株的生長發(fā)育［1-2］。作為土壤酸堿度指示因子的pH是土壤重要的基本性質(zhì)之一，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)植被的生長對土壤的酸堿性有一定的適應(yīng)范圍和最適點，土壤酸堿的失衡不利于某些特定農(nóng)作物的生長［3-5］。鐵（Fe）是作物必需的17種營養(yǎng)元素之一，是某些酶和許多傳遞電子蛋白的重要組成，調(diào)節(jié)葉綠體蛋白和葉綠素的合成，而葉綠素、類胡蘿卜素等細胞色素是煙葉重要的香氣前體物質(zhì)［6-10］。所以，缺Fe不僅會影響煙葉品質(zhì)，甚至還會影響煙葉的正常生長代謝。錳（Mn）是煙草生長發(fā)育必需的微量營養(yǎng)元素之一，在煙草的生長發(fā)育及代謝過程中參與重要的生理功能，土壤Mn素含量的高低直接影響煙株的正常成長和煙葉品質(zhì)的形成［11-12］。鈣（Ca）是煙草生長需要量較大的中量元素，在協(xié)調(diào)和平衡煙草對各種礦質(zhì)營養(yǎng)吸收方面起著重要作用［13］。植煙土壤Ca含量及有效性不僅直接影響烤煙的正常生長發(fā)育，而且由于元素間的相互促進和拮抗作用而影響煙草的其他元素營養(yǎng)［14-15］。

由于土壤不是一個均質(zhì)體，而是一個時空連續(xù)的變異體，具有高度的空間異質(zhì)性［16-18］，氣候條件、土壤類型、地形地貌、耕作方式等是影響農(nóng)田土壤營養(yǎng)元素分布的內(nèi)因，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中施肥、耕作方式、作物布局等是影響農(nóng)田土壤營養(yǎng)元素分布的外因，內(nèi)、外因共同影響土壤的空間異質(zhì)性，使得各地區(qū)各年份土壤營養(yǎng)元素的分布狀況各不相同，因此有必要對煙田中營養(yǎng)元素的空間變異性進行研究。目前關(guān)于土壤中營養(yǎng)元素的空間異質(zhì)性的研究日漸增多，但大多都是進行單一營養(yǎng)元素的研究，多種營養(yǎng)元素綜合研究還比較少。

中國巖溶總面積達137萬km2，約占國土總面積的1/7，是全球巖溶地貌分布最廣、發(fā)育最為典型的國家之一。其中西南地區(qū)巖溶分布面積最大，面積約55萬km2，占全國巖溶面積的40% 以上，主要分布在以貴州為中心的滇黔桂湘鄂川渝地區(qū)。酉陽土家族苗族自治縣（簡稱，酉陽縣）位于重慶市東南，是重慶市幅員面積最大的區(qū)縣。全縣巖溶地貌分布面積達3 087.83 km2，約占全縣國土面積的60%，居重慶市第三。因此，本文采用經(jīng)典統(tǒng)計學和地統(tǒng)計學方法，以重慶市酉陽縣巖溶區(qū)植煙土壤為研究對象，通過對煙區(qū)土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca進行監(jiān)測分析，結(jié)合煙區(qū)土壤的實際情況，對巖溶區(qū)植煙土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca空間分布進行分析研究，可為巖溶區(qū)植煙土壤改良和平衡施肥以及特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

酉陽縣位于重慶直轄市東南的黔江區(qū)，地處渝、鄂、湘、黔四?。ㄊ校┻厖^(qū)的結(jié)合部。地理坐標為28°19′28″ ～ 29°24′20″N，108°18′30″ ～ 109°19′02″E，東西寬98.3 km，南北長119.7 km。全縣地勢中部高，東西兩側(cè)低，東北部一般海拔300 ～ 700 m，西部為低中山區(qū)，一般海拔400 ～ 600 m，中部為中高山區(qū)，海拔600 ～ 1 800 m。全縣最高海拔1 895m，最低海拔260 m。全縣年平均降雨量1 344 mm，年平均氣溫14.9℃，年均日照時長1 131 h，無霜期261天，雨熱同期，四季分明，屬亞熱帶季風氣候，適宜種植煙草。全縣土壤類型以黃壤、石灰土和潮土為主。

酉陽縣土地利用狀況如表1所示。林地占地面積最大，為269 386.40 hm2，占總面積52.21%，其次是耕地，為116 939.01 hm2，占總面積22.67%。2008年酉陽全年收購烤煙 17.54萬擔，為煙農(nóng)創(chuàng)造收入1.23億元，2013年種植烤煙面積6 133.33 hm2，收購煙葉23萬擔，上中等煙葉比例96% 以上。

表1 酉陽縣土地利用現(xiàn)狀Table1 Land use types in Youyang County

1.2 土壤樣品采集

2012年4月對酉陽縣植煙區(qū)利用GPS定位技術(shù)進行采樣。根據(jù)酉陽縣煙草分布情況、地形特征，遵循均勻性和代表性的原則，研究區(qū)內(nèi)共布置350個取樣點，采樣點分布如圖1所示。田間取樣時，記錄采樣點的經(jīng)緯度和高程，取樣深度0 ～ 20 cm，用四分法取約1 kg的土樣帶回實驗室。對土樣進行編碼后，風干、研磨、過2 mm篩，測定pH、有效Fe、有效Mn、交換性Ca。

1.3 測定項目與方法

土壤pH用pH計在土水比1︰2.5下測定。土壤有效Fe含量用ICP-OES法測定；土壤有效Mn采用NH4OAc浸提-KMnO4比色法測定［19-20］；土壤交換性Ca采用醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定［21-22］；實驗重復(fù)3次。

圖1 研究區(qū)土壤采樣點分布Fig. 1 Distribution of soil sampling sites in studied area

1.4 特異值判斷和處理

特異值的存在會導(dǎo)致空間變量連續(xù)表面中斷，半方差函數(shù)發(fā)生畸變，甚至掩蓋空間變量固有的空間結(jié)構(gòu)，影響空間變量分布特征和結(jié)果分析［23］。本文采用域法識別特異值［24］，即樣本平均值M ± 3倍標準差s：M ± 3s，大于M +3s和小于M- 3s的數(shù)據(jù)均視為特異值，分別用正常最大值和最小值代替特異值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)典統(tǒng)計學分析采用SPSS17.0軟件，對數(shù)據(jù)進行描述性、相關(guān)性、回歸分析和K-S正態(tài)分布檢驗。地統(tǒng)計學分析采用GS+軟件，采用半方差函數(shù)分析，并進行Block-Kriging插值。

在地統(tǒng)計學中，塊金值（C0）、基臺值（C+C0）、塊金效應(yīng)、變程（A0）、分維數(shù)（D）和決定系數(shù)等是半方差函數(shù)的重要參數(shù)，可以用來表示區(qū)域化變量在一定尺度上的空間變異和相關(guān)程度，是研究土壤特性空間變異性的關(guān)鍵，同時也是進行精確Kriging插值的基礎(chǔ)。塊金值是半方差函數(shù)在原點處的數(shù)值，表示由實驗誤差和小于最小取樣尺度引起的隨機變異［25］；基臺值通常表示系統(tǒng)內(nèi)的總變異，包括結(jié)構(gòu)性變異和隨機性變異，基臺值越高，表示系統(tǒng)總的空間異質(zhì)性越高。塊金效應(yīng)是塊金值與基臺值之比 C0/（C+C0），反映土壤養(yǎng)分的空間依賴性，可表明系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性的程度。當塊金效應(yīng)＜25% 時，空間相關(guān)性強；當塊金效應(yīng)在25% ～ 75% 時，空間相關(guān)性中等；當塊金效應(yīng)＞75% 時，空間相關(guān)性弱［26-27］。影響土壤性質(zhì)空間變異的因素可分為結(jié)構(gòu)性因子和隨機性因子，結(jié)構(gòu)性因子有土壤母質(zhì)、地形、氣候、植被等，隨機性因子主要是指人為活動如施肥、耕作、作物布局等。結(jié)構(gòu)性因子使土壤性質(zhì)具有較強的空間相關(guān)性，而隨機性因子會降低其空間相關(guān)性［28］。變程是指變異函數(shù)在有限步長上達到基臺值時對應(yīng)的步長，也叫做自相關(guān)距離。分維數(shù)表示變異函數(shù)曲線的曲率，不同變量分維數(shù)之間的比較，可以確定空間異質(zhì)性的程度，分維數(shù)值越大，說明有隨機性因素引起的空間異質(zhì)性程度越高。

對于區(qū)域化變量，半方差函數(shù)不僅與步長有關(guān)，還與方向有關(guān)。半方差函數(shù)在各個方向上區(qū)域化變量的變異性不同稱為各向異性。各向同性是相對的，而各向異性是絕對的［29］。各向異性半方差函數(shù)分析時角度容差設(shè)為45°，角度以正北-南方向為0°，按順時針方向旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)角度為180°。如45°方向為東北-西南方向，90°方向為正東-西方向。在各向異性分析中，若某一方向的主軸變程和亞軸變程之間的差距越大，則區(qū)域化變量在該方向的變異越明顯［30］。

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性分析

由表2可知，在研究區(qū)域內(nèi)，土壤pH為4.93 ～8.03，總體呈酸性。有研究認為pH 5.5 ～ 6.5最適于煙草生長［11，31］，變幅1.0左右較為理想，因此該地比較適合煙草生長；pH＞7.5的地方需改酸。有效Fe的均值為43.92 mg/kg，與徐小遜等［32］研究的結(jié)果相近；根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標準，研究區(qū)土壤有效Fe平均含量遠超過土壤有效Fe一級含量的標準（20 mg/kg），93.06% 的樣點＞20 mg/kg，屬于極豐富水平，其余6.94% 的樣點屬于豐富水平（10 ～ 20 mg/kg）。有效Mn的均值為54.70 mg/kg，與湘西煙區(qū)一致［33］；根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標準，有效Mn的平均含量也遠超過土壤有效Mn一級含量的標準（30 mg/kg），81.94% 的樣點有效Mn含量＞30 mg/kg，達到了極豐富水平，12.5% 的樣點有效 Mn含量在20 ～ 30 mg/kg，屬于豐富水平，僅5.56% 的樣品有效Mn含量在10 ～ 20 mg/kg，屬于適量水平。交換性Ca的均值為6.75 cmol/kg，低于湖南煙區(qū)（8.87 cmol/kg），高于貴州煙區(qū)（5.13 cmol/kg）［34］；根據(jù)全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分分級標準，交換性Ca的平均含量高于土壤交換性Ca一級含量的標準（4 cmol/kg），90.28%的樣點交換性Ca含量≥4 cmol/kg，達到了豐富水平，8.33% 的樣點交換性Ca含量在2 ～ 4 cmol/kg，屬于適宜水平，僅1.39% 的樣點的交換性Ca含量≤2 cmol/kg，屬于缺乏水平，施肥時需注意添加鈣肥。植煙土壤表層中有效Fe含量小于有效Mn含量，pH和交換性Ca的均值略大于中值且相差不大，而有效Fe和有效Mn的均值和中值相差較大，均值大于中值，說明了有效Fe和有效Mn可能受異常值的影響［35］。

變異系數(shù) CV是表示觀察值變異程度或離散程度的統(tǒng)計量。CV≤10% 為弱變異性，10%＜CV≤100%為中等變異性，CV＞100% 為強變異性［2］。pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca在空間上均表現(xiàn)為中等變異；pH變異系數(shù)最低，僅為為12.10%，表明土壤酸度相對穩(wěn)定，通常情況下受施肥、耕作等隨機性因子影響程度很??；有效Fe、有效Mn和交換性Ca的變異系數(shù)不大且相近，說明其在土壤中比較穩(wěn)定，主要受土壤母質(zhì)、地形、氣候、植被等結(jié)構(gòu)性因子影響，受施肥、耕作等隨機性因子影響比較小。

利用K-S檢驗法對土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca的統(tǒng)計分布進行非參數(shù)檢驗，其顯著性概率 PK-S（正態(tài)分布檢驗概率）均大于 0.05，表明在0.05 檢驗水平下，土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca測定的數(shù)據(jù)均符合或近似符合正態(tài)分布的要求。因此，所測數(shù)據(jù)滿足地統(tǒng)計學分析要求。

表2 描述性統(tǒng)計Table2 Descriptive statistics of soil properties

2.2 空間變異性分析

鑒于經(jīng)典統(tǒng)計分析僅分析了土壤養(yǎng)分變化的總體狀況，不能準確反映其變化的局部特征，以及隨機性、結(jié)構(gòu)性、獨立性和相關(guān)性的具體情況，因此采用地統(tǒng)計學方法進行了進一步分析。

2.2.1 各向同性半方差函數(shù)分析 用半方差函數(shù)的各種模型對所測的數(shù)據(jù)進行了分析，得出了各自最優(yōu)擬合模型，結(jié)果見表3。研究區(qū)土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca的C0/（C+C0）均＜25%，表明其均具有很強的空間相關(guān)性，主要受土壤母質(zhì)、地形、氣候、植被等結(jié)構(gòu)性因素的影響。研究區(qū)土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca的變程A0都比較小，說明它們的自相關(guān)距離小，分布不均一，在小范圍內(nèi)的變異強烈，整體分布比較復(fù)雜。有效Mn的分維數(shù)D值最大，說明其由隨機性因素引起的空間異質(zhì)性程度比pH、有效Fe和交換性Ca高。

表3 各向同性半方差函數(shù)理論模型及有關(guān)參數(shù)Table3 Theoretical models and corresponding parameters for isotropic semivariogram

2.2.2 各向異性半方差函數(shù)分析 由表4可以看出，各向異性分析中，pH和有效Mn的最佳擬合模型為指數(shù)模型，而有效Fe和交換性Ca的最佳擬合模型為高斯模型。從結(jié)構(gòu)性因素來看，有效Mn的C0/（C+C0）＜25%，具有很強的空間相關(guān)性，說明其空間變異主要受土壤母質(zhì)、地形、氣候、植被等結(jié)構(gòu)性因素影響；而pH、有效Fe和交換性Ca的C0/ （C+C0）在25% ～ 75%，空間相關(guān)性中等，說明其空間變異受結(jié)構(gòu)性因素（土壤母質(zhì)、地形和氣候等）和隨機性因素（耕作制度、施肥和管理水平等）共同影響。A1為主軸變成，A2為亞軸變程，各向異性比A1/A2＞1時，空間變量具有各向異性；各向異性比A1/A2=1時，空間變量具有各向同性。pH、有效Mn和交換性 Ca的各向異性比均＞1，表明其具有各向異性，它們的空間相關(guān)性最大滯后距離為8.39、8.51、8.6 km。有效 Fe的各向異性比為 1，表明有效 Fe含量在各個方向上的變異不明顯。pH和有效Mn較好的半方差函數(shù)理論模型為指數(shù)模型，有效Fe和交換性 Ca的半方差函數(shù)理論模型分別為球狀模型和高斯模型。

表4 各向異性半方差函數(shù)理論模型及有關(guān)參數(shù)Table4 Theoretical models and corresponding parameters for anisotropic semivariogram

2.3 空間分布分析

空間變量的異質(zhì)性是地統(tǒng)計分析的前提條件，空間變量的非均勻空間分布才需要空間插值，空間相關(guān)性則是空間插值研究的基礎(chǔ)［36］。由上文分析可知，pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca均具有空間相關(guān)性，滿足Kriging差值條件，插值結(jié)果如圖2所示。

總體來看，研究區(qū)pH空間分布具有明顯的差異性，大致呈中部偏西高、四周低、西高東低的分布趨勢，由西南向東北方向遞減，東西方向的變異大于南北方向的變異，低經(jīng)度區(qū)的西南和正西方向的中部偏西的區(qū)域土壤pH大于7，呈團狀分布，施肥時應(yīng)施酸性肥料，降低土壤堿性，使土壤pH在5.5 ～ 6.5。

有效Fe的分布在東西方向上差異比較大，中間靠西南方向呈團狀分布的區(qū)域有效Fe含量最高，在46.9 mg/kg以上，西南方向呈帶狀分布的區(qū)域含量也較高，在46.9 ～ 50.0 mg/kg，西邊由北向南呈帶狀分布的區(qū)域含量最低，在34.7 ～ 39.3 mg/kg；總體分布是中間高、四周低、東高西低，與pH的分布大致呈現(xiàn)相反的趨勢，這與酉陽縣西北高、東南低的地勢有關(guān)；以45.4 mg/kg為界將東西對半分，大概在109.5°E以東有效Fe含量比較高，且分布比較均勻，這是因為酉陽縣毛蓋壩以東為酉陽第一平壩，地勢比較平坦，是糧食主產(chǎn)區(qū)，受施肥、耕作等人為活動影響，所以有效Fe空間變異比較小。

有效 Mn的空間分布差異不是很明顯，含量在67 mg/kg以下的區(qū)域占大部分，只有西南呈三角狀的小區(qū)域含量在67 mg/kg以上，而且超過74 mg/kg的區(qū)域占很小一部分，東北和西北區(qū)域的含量在 54 ～67 mg/kg，由西南、西北和東北隔開的自北向西和向東南延伸呈三叉狀的區(qū)域含量在41 ～ 54 mg/kg，中間靠西呈小團狀分布的區(qū)域有效 Mn含量最低，為41 mg/kg以下，但所占的面積很?。豢傮w來看，有效Mn的空間分布是四周高、中間低，與pH的空間分布呈現(xiàn)相反趨勢。

圖2 土壤pH、有效Fe（mg/kg）、有效Mn（mg/kg）和交換性Ca（cmol/kg）空間分布圖Fig. 2 Spatial distributions of pH， Fe， Mn and Ca in soil

交換性Ca的空間分布與pH的空間分布相似，在東西方向上恰好與有效Fe的分布相反，呈西高東低分布，以6.06 cmol/kg為分界將東西對半分布；西北方向交換性Ca的含量最高，呈橢圓狀分布，四周含量逐漸降低；正南方向交換性Ca的含量也比較高，在7.04 ～ 7.78 cmol/kg；交換性Ca的空間分布總體上是由西北向東南逐漸降低，這主要受酉陽縣地勢的影響，其地勢由西北向東南傾斜；大概在109.3°E以東交換性Ca的含量比較低，且分布比較均勻，在5.32 ～6.06 cmol/kg，這是因為毛蓋壩以東為酉陽第一長壩，地勢比較平坦，是糧食主產(chǎn)區(qū)。

2.4 相關(guān)及回歸分析

2.4.1 相關(guān)性分析 對研究區(qū)土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca存在顯著或極顯著的相關(guān)性（表5）。土壤pH和有效Fe、有效Mn存在極顯著的負相關(guān)性，而與交換性Ca存在極顯著的正相關(guān)性，與空間分布分析的結(jié)果一致；有效Fe與有效Mn存在顯著的正相關(guān)性，而與交換性Ca存在顯著的負相關(guān)性；有效Mn與交換性Ca存在顯著的負相關(guān)性。由相關(guān)性可知，土壤pH與有效Fe、有效Mn和交換性Ca存在一定的相關(guān)性，并且影響著有效Fe、有效Mn和交換性Ca的含量。

表5 相關(guān)性分析結(jié)果Table5 Correlations between soil properties

2.4.2 回歸分析 根據(jù)pH與有效Fe的空間分布和相關(guān)性分析結(jié)果，pH與有效Fe存在極顯著的相關(guān)性。因此以研究區(qū)土壤pH為自變量x，以土壤有效Fe含量為因變量y1，進行一元線性回歸分析（圖3），建立關(guān)系方程：y1=103.401-9.407x，單側(cè)檢驗顯著性Sig≈0.000，說明y1與x有顯著線性關(guān)系。方程的決定系數(shù)較小，R2= 0.153，這是由于影響土壤中有效Fe含量和分布的因素除了pH，還有有機質(zhì)、土壤黏粒等其他因素，而且pH可能不是主要的影響因素。

結(jié)合pH與有效Fe的空間分布、相關(guān)性分析與回歸分析，pH與有效Fe存在極顯著的負相關(guān)性，土壤有效Fe含量隨著pH的升高而降低，這是由于土壤酸堿度（pH）直接關(guān)系著鐵化物的溶解度，是影響土壤有效Fe含量的重要因素。隨著pH降低，F(xiàn)e的溶解度增大，有效性也隨之提高，即有效Fe含量增大，這可能是因為土壤中有效 Fe主要以難溶性化合物Fe（OH）3的形態(tài)存在，每增加一個pH單位，溶液中Fe的濃度會降低1 000倍，F(xiàn)e的溶度減小，所以缺Fe現(xiàn)象一般都在堿性土壤中發(fā)生。pH升高不僅會增加 Fe（OH）3的沉淀，而且還會影響其他的鐵溶解途徑，比如降低了Fe的還原電位，削弱了螯合鐵的穩(wěn)定性等等，都是使溶解性Fe減少的重要因素［30］。

圖3 pH與有效Fe的線性回歸分析Fig. 3 Linear regression of pH and Fe

據(jù) pH與有效 Mn的空間分布和相關(guān)性分析結(jié)果，pH與有效Mn存在極顯著的相關(guān)性。因此以研究區(qū)土壤pH為自變量x，以土壤有效Mn含量為因變量y2，進行一元線性回歸分析（圖4），建立關(guān)系方程：y2=192.373-21.347x，單側(cè)檢驗顯著性Sig≈0.000，說明 y2與 x有顯著線性關(guān)系。方程的決定系數(shù) R2= 0.353，擬合度比有效Fe與pH的擬合度好。

圖4 pH與有效Mn的線性回歸分析Fig. 4 Linear regression of pH and Mn

經(jīng)過空間分布、相關(guān)性分析和回歸分析，結(jié)果表明土壤pH與有效Mn存在極顯著的負相關(guān)性，土壤有效Mn含量隨著pH升高而降低，因為土壤pH是制約土壤中Mn素化學行為與可給性的重要因素。pH降低使可溶性Mn含量增加，pH升高使還原態(tài)Mn含量增加，可溶性 Mn含量就會減少，因而土壤中Mn的有效量一般隨pH升高而下降［37-38］。土壤有效Mn含量還會受土壤有機質(zhì)、質(zhì)地、濕度、土壤的淋溶作用等因素的影響。

根據(jù)pH與交換性Ca的空間分布和相關(guān)性分析結(jié)果，pH與交換性Ca存在極顯著的相關(guān)性。因此以研究區(qū)土壤pH為自變量x，以土壤交換性Ca含量為因變量y3，進行一元線性回歸分析（圖5），建立關(guān)系方程：y3=3.576+1.634x，單側(cè)檢驗顯著性Sig≈0.000，說明 y3與 x有顯著線性關(guān)系。方程的決定系數(shù) R2= 0.217，擬合較弱，說明pH可能不是影響交換性Ca含量和分布的主要因素，還有土壤質(zhì)地、膠體等其他因素。

圖5 pH與交換性Ca的線性回歸分析Fig. 5 Linear regression of pH and Ca

土壤中交換性Ca含量和pH及鹽基飽和度有關(guān)，其一般隨著土壤鹽基飽和度的升高而增加。土壤的鹽基飽和度又受pH的影響，在中性或堿性土壤中pH較高，鹽基飽和度也較高，一般都在 60% 以上。而酸性較強的土壤，鹽基飽和度一般低于60%。膠體種類也會影響pH和鹽基飽和度的關(guān)系。所以，pH與鹽基飽和度是從多方面來影響土壤交換性Ca的。首先，土壤中pH和鹽基飽和度低，其交換性Ca的含量一般也較低；其次，土壤 pH與鹽基飽和度都會影響土壤交換性Ca的有效性，通常交換性Ca的解離度隨著 pH升高而增加，也隨著飽和度的增高而增加［38］。因此土壤中的pH低和鹽基飽和度低，其交換性Ca的有效性也很小。

3 結(jié)論

1） 酉陽植煙區(qū)土壤總體呈酸性，適宜煙葉的種植；研究區(qū)土壤有效Fe含量和有效Mn含量都達到極豐富水平，交換性Ca含量達到豐富水平。

2） 土壤pH、有效Fe、有效Mn和交換性Ca都屬于中等變異，具有很強的空間相關(guān)性；pH、有效Mn和交換性Ca各向變異明顯，有效Fe各向變異不明顯。

3） 土壤pH和交換性Ca的空間分布隨酉陽縣地形變化而變化，由西北向東南方向遞減，東西方向差異大；有效Fe的空間分布東高西低，東西方向差異明顯；有效Mn的空間分布為四周高于中間，空間差異較小。

4） 土壤pH與有效Fe、有效Mn存在顯著的負相關(guān)性，有效Fe、有效Mn隨著pH升高而降低，pH與交換性Ca存在顯著的正相關(guān)性，交換性Ca隨著pH升高而增加。

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Spatial Heterogeneity of Soil pH， Available Fe， Available Mn and Exchangeable Ca in Tobacco-growing Soils in Karst Area：A Case Study of Youyang County， Chongqing

NONG Jinhua1， LIANG Zengfang2， SHI Yonglian3， NI Jiupai1*
（1 College of Resources and Environment， Southwest University， Chongqing 400715， China； 2 Water Supplies Bureau of Wanzhou， Wanzhou， Chongqing 404120， China； 3 Environmental Hydrogeology and Engineering Geology， Institute of Geological Survey， Xining 810000， China）

To provide a theoretical basis for tobacco-planting soil improvement， balanced fertilization and developing high-quality tobacco in Karst area， this study analyzed the spatial heterogeneity and correlation characteristics of surface soil pH，available Fe， available Mn and exchangeable Ca of tobacco-planting area in Youyang County of Chongqing by the combined methods of field surveys， classical statistical and geostatistical methods. The results showed that soil pH was generally acidic and available Fe， available Mn and exchangeable Ca were rich in the tobacco-planting area. pH， available Fe， available Mn and exchangeable Ca belonged to middle variation and were relatively stable in soil with variation coefficient between 5.690%-7.338%. The nugget effects of them were between 5.690%-7.338%， with strong spatial correlation. In the spatial distribution， pH and exchangeable Ca were high in the west and low in the east， available Fe was high in the east and low in the west， richest from the central to the southwest. Available Mn generally was low in the middle， but high around the periphery. pH had significant negative correlations with available iron and Mn， had significant positive correlation with exchangeable Ca. Overall， the nutrient elements belonged to middle spatial variability and had strong spatial correlation in the study area.

Karst area； pH； Medium trace element； Spatial heterogeneity

S158

10.13758/j.cnki.tr.2016.04.022

國家自然科學基金項目（41371275）和中央高?；鹂蒲袠I(yè)務(wù)費專項（XDJK2013A016）資助。

（nijiupai@163.com）

農(nóng)金花（1990—），女，廣西百色人，碩士研究生，主要從事水土保持、流域水文與水資源研究。E-mail： 519824561@qq.com