龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分的空間變異研究

劉 歡，劉 娜，曾文龍，蔣代兵，熊德中*

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002；2. 龍巖市煙草公司，福建 龍巖 364000)

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龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分的空間變異研究

劉 歡1，劉 娜1，曾文龍2，蔣代兵2，熊德中1*

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002；2. 龍巖市煙草公司，福建 龍巖 364000)

為進一步提高煙田養(yǎng)分的管理水平、改善煙葉品質(zhì)，對龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分進行了區(qū)域化研究，采集了龍巖市各縣市(區(qū))的植煙土壤22 138個樣品，分析了植煙土壤主要速效養(yǎng)分空間變異及分布特征。結(jié)果表明：龍巖市各縣市(區(qū))的植煙土壤主要速效養(yǎng)分均表現(xiàn)出一定程度的變異，堿解氮為中等變異，有效磷和速效鉀都屬于強變異。有效磷具有弱空間相關(guān)性，堿解氮和速效鉀具有中等程度的空間相關(guān)性。龍巖市植煙土壤堿解氮、有效磷、速效鉀處于缺乏水平的面積分別占總耕地面積的25.50 %、2.20 %、45.60 %。

植煙土壤；速效養(yǎng)分；空間變異

煙草屬于喜溫特殊葉用經(jīng)濟作物，是我國重要的經(jīng)濟作物之一[1]。土壤營養(yǎng)狀況是影響煙草品質(zhì)的重要因素[2-3]。其中土壤速效養(yǎng)分受自然因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施的共同影響，其含量的高低直接影響土壤的供肥能力和作物的產(chǎn)量[4]。土壤養(yǎng)分具有空間連續(xù)性和變異性分布特征，并主要受到一些成土因素的影響以及土壤管理過程中諸多耕作栽培措施等隨機性因素影響[5]。地統(tǒng)計學(xué)被證明是用來分析土壤養(yǎng)分的空間分布和空間異質(zhì)性特征的最有效的方法之一，利用地統(tǒng)計學(xué)與arcgis相結(jié)合的方法分析土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)和空間變異尺度等空間異質(zhì)性，可以彌補以概率論為基礎(chǔ)的經(jīng)典統(tǒng)計分析方法在結(jié)構(gòu)和過程分析方面的不足，能夠有效地解釋養(yǎng)分的空間分布格局對生態(tài)過程和功能的影響[6]。利用地統(tǒng)計學(xué)變異函數(shù)結(jié)合GIS技術(shù)，使用Kriging插值進行土壤養(yǎng)分的空間分布格局模擬和分析，研究土壤性質(zhì)的空間變異已經(jīng)成為目前相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點之一，并已取得許多重要的研究成果[7-10]。龍巖市種植煙草已有400多年歷史，龍巖煙葉以其優(yōu)良品質(zhì)而享譽海內(nèi)外。但近年來土壤養(yǎng)分失調(diào)，影響了煙草作物對營養(yǎng)元素的吸收，致使煙葉品質(zhì)下降，給發(fā)展特色優(yōu)質(zhì)烤煙帶來了一定的影響。因此，開展龍巖諸縣市(區(qū))煙區(qū)植煙土壤主要速效養(yǎng)分的空間分布特征及豐缺狀況，揭示其變異規(guī)律，對龍巖煙區(qū)植煙土壤主要養(yǎng)分的平衡調(diào)控、合理施肥、提高煙葉品質(zhì)具有重要意義。

圖1 研究區(qū)土壤采樣點分布Fig.1 Soil sampling points in the study area map

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)龍巖市位于北緯24°23′～26°02′，東經(jīng)115°51′～117°45′。龍巖市地勢東高西低，北高南低，全市平均海拔652 m，耕地總面積為154 902.06 hm2。龍巖市是典型的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，無霜期長達(dá)262～317 d，雨量充沛，年平均降雨量1486～1700 mm，年平均氣溫在18與20 ℃之間，適宜生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉。

1.2 試驗方法

1.2.1 土壤樣品的采集 龍巖市各縣(市、區(qū))煙草公司會同農(nóng)業(yè)部門采集了植煙土壤耕層樣品，龍巖市的植煙土壤耕層樣品的采集原則是均勻布點，采樣方法是綜合運用龍巖市的空間屬性數(shù)據(jù)庫和GPS技術(shù)，結(jié)合龍巖市植煙土壤的耕作實際情況和實際的地形狀況均勻布點，以保證試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。采樣點分布見圖1。

1.2.2 土壤樣品的測試分析方法 土壤樣品的測試分析方法為：有效磷含量采用NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；速效鉀含量采用醋酸銨浸提法，火焰光度法測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理 檢測數(shù)據(jù)采用域法識別特異值，即平均值加減5倍標(biāo)準(zhǔn)差，在此區(qū)間以外的數(shù)據(jù)均定為特異值。對于異常值，由于數(shù)據(jù)量大，并且布點均勻，因此采用的處理方法是直接剔除，經(jīng)過剔除最終得到的采樣點數(shù)量為：新羅區(qū)2447個，武平縣3393個，連城縣3967個，永定區(qū)2952個，長汀縣3042個，上杭縣3973個，漳平市2364個。統(tǒng)計特征值分析主要是用Mcrosoft excel 2013以及Spss20.0軟件的統(tǒng)計描述，并對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗；地統(tǒng)計分析運用ArcGIS10.0軟件，結(jié)合圖表，對龍巖市采集樣點的屬性值進行正態(tài)分布性檢驗，對于不符合要求的樣點數(shù)據(jù)則必須進行l(wèi)og轉(zhuǎn)換或者Box-Cox轉(zhuǎn)換后才可以插值。

2 結(jié)果與分析

2.1 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分統(tǒng)計特征值分析與分級指標(biāo)

龍巖市植煙土壤速效養(yǎng)分包括堿解氮、有效磷和速效鉀，在原始數(shù)據(jù)得到預(yù)處理后，綜合運用Spss20.0以及Excel2013軟件，對處理后的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計特征值分析，統(tǒng)計參數(shù)除了包括最常統(tǒng)計的最小值、最大值和均值以外，還包括偏度、峰度、變異系數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)差，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 植煙土壤主要速效養(yǎng)分統(tǒng)計特征

表2 植煙土壤速效氮磷鉀豐缺分級指標(biāo)

由表1得出，研究區(qū)內(nèi)的主要養(yǎng)分特征值存在不同程度的變異，變化在28.83 %～71.53 %。變異系數(shù)的大小反映了變異程度的強弱，當(dāng)變異系數(shù)低于10 %時，變異程度被視為弱變異程度，當(dāng)變異系數(shù)介于10 %～30 %時，變異程度被視為中等，而當(dāng)變異系數(shù)>30 %時，變異程度則被視為強變異程度[11]。由此看出，龍巖植煙土壤堿解氮為中等變異，有效磷和速效鉀都屬于強變異。

根據(jù)洪曉薇[12]、陳雪蕓[13]和王毅[14]等的研究結(jié)果為依據(jù)，植煙土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的豐缺指標(biāo)見表2。

2.2 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分空間變異特征分析

由表3得出，龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分的變程在12.6～447.6 km，其中有效磷變程最小，為12.6 km，堿解氮變程最大，為447.6 km。C0/C+C0的數(shù)值反映的是空間自相關(guān)程度，根據(jù)區(qū)域化變量分級標(biāo)準(zhǔn)[15]，即當(dāng)C0/C+C0小于25 %時，具有強烈的空間相關(guān)性；當(dāng)C0/C+C0大于75 %時，具有弱空間相關(guān)性；當(dāng)C0/C+C0介于25 %和75 %之間時，具有中等程度的空間相關(guān)性。因此，有效磷具有弱空間相關(guān)性，堿解氮和速效鉀具有中等程度的空間相關(guān)性。

土壤養(yǎng)分的空間變異特征是由決定系數(shù)(R2)反映出的，決定系數(shù)較小，模型的擬合度較低，空間變異結(jié)構(gòu)較差。堿解氮、有效磷和速效鉀都應(yīng)用的是指數(shù)模型，有效磷的決定系數(shù)為0.616，其空間變異結(jié)構(gòu)相對較差。

2.3 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分最優(yōu)克里格插值方法確定

本研究主要采用3種克里格插值方法，即普通克里格方法、泛克里格方法和析取克里格方法，通過克里格方法的交叉驗證參數(shù)，選擇最優(yōu)克里格插值方法。最優(yōu)克里格插值方法選取標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)均方根最接近于1，標(biāo)準(zhǔn)平均值最接近于0，平均標(biāo)準(zhǔn)誤差最接近于均方根[16]。龍巖市植煙土壤主要養(yǎng)分插值結(jié)果經(jīng)過對比分析，篩選出最優(yōu)的克里格插值方法，結(jié)果為：選取普通克里格方法為最優(yōu)插值方法的是堿解氮和有效磷；選取泛克里格插值方法為最優(yōu)插值方法的是速效鉀。按照最優(yōu)插值方法，經(jīng)過插值，得到各縣市(區(qū))主要速效養(yǎng)分含量的平均值狀況見表4。

結(jié)合表4的平均值大小以及豐缺指標(biāo)，得出龍巖市植煙土壤堿解氮含量整體處于潛在缺乏狀態(tài)，其中漳平市處于缺乏狀態(tài)，永定和新羅處于中等水平。龍巖市植煙土壤有效磷含量，整體處于中等水平，其中新羅區(qū)處于潛在缺乏狀態(tài)。龍巖市植煙土壤速效鉀含量，整體處于潛在缺乏狀態(tài)，其中，連城、武平以及上杭地區(qū)處于缺乏狀態(tài)。

2.4 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分的豐缺面積統(tǒng)計

龍巖市植煙土壤的速效養(yǎng)分的豐缺面積統(tǒng)計是以其養(yǎng)分含量的豐缺指標(biāo)為依據(jù)，以龍巖市各縣市(區(qū))的實際耕地面積為控制面積，匯總各縣市主要養(yǎng)分含量的豐缺面積，見表5。

表3 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分理論半方差函數(shù)模型及相關(guān)參數(shù)

表4 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分插值平均值

表5 龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分含量的豐缺面積

由表5得出，堿解氮缺乏和潛在缺乏面積較大，只有小部分地區(qū)含量豐富。大部分地區(qū)的有效磷含量處于中等水平以上，占中等面積的75.6 %，缺乏面積極少。速效鉀普遍存在缺乏和潛在缺乏狀態(tài)，占總面積的93.9 %。因此，部分地區(qū)需要增施氮肥，在大部分地區(qū)要少施磷肥，增施鉀肥。

3 結(jié) 論

龍巖市植煙土壤主要速效養(yǎng)分的變異系數(shù)變化范圍為10.64 %～71.53 %。按變異系數(shù)劃分，堿解氮、有效磷和速效鉀均是中等程度變異，其中堿解氮值變異系數(shù)最小，為28.83 %，速效鉀的變異系數(shù)最大，為71.53 %。用地統(tǒng)計學(xué)分析土壤養(yǎng)分空間結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：有效磷具有弱空間相關(guān)性，堿解氮和速效鉀具有中等程度的空間相關(guān)性。龍巖市植煙土壤堿解氮含量缺乏和潛在缺乏面積占耕地總面積的25.50 %、40.50 %，有效磷含量缺乏面積和潛在缺乏面積分別占總耕地面積的2.20 %、22.20 %，中等含量和豐富面積較大，分別占耕地總面積的45.30 %、30.30 %。土壤速效鉀含量普遍存在缺乏和潛在缺乏，其面積分別占總耕地面積的45.60 %、48.30 %，中等面積和豐富面積分別為4.20 %、1.90 %。

[1]呂小娜,龐 夙,李廷軒,等.四川省涼山州新植煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況分析及綜合評價[J].土壤通報,2013,44(3):691-697.

[2]陳 云.廣元土壤養(yǎng)分狀況與烤煙生長和化學(xué)成分的關(guān)系[D].四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[3]招啟柏,馮柱安,周興華,等.祿豐基地烤煙生態(tài)環(huán)境和煙葉質(zhì)量分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2012,33(1):98-13.

[4]呂國紅,張玉書,紀(jì) 磺,等.虹寧省農(nóng)田土壤速效養(yǎng)分的空問分布[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(6):121-125.

[5]張秋菊,江厚龍,劉國順,等.植煙土壤養(yǎng)分的空間變異性研究[J].2011,45(1):116-122.

[6]陳海生,劉大雙,劉國順,等.河南襄城植煙區(qū)土壤中量元素含量的空間異質(zhì)性[J].土壤通報,2010,41(3):582-589.

[7]CHUAI Xiao-Wei, HUANG Xian-Jin, WANG Wan-Jing,et al. Spatial Variability of Soil Organic Carbon and Related Factors in Jiangsu Province, China[J]. Pedosphere, 2012,22(3):404-414.

[8]ZHANG Xing-Yi, SUI Yue-Yu, ZHANG Xu-Dong, et al. Spatial Variability of Nutrient Properties in Black Soil of Northeast China[J].Pedosphere, 2007,17(1): 19-29.

[9]李 強,周冀衡,張一揚,等.基于地統(tǒng)計學(xué)的曲靖植煙土壤主要養(yǎng)分豐缺評價[J].煙草科技，2012(11):69-73.

[10]趙明松,張甘霖,李德成,等.蘇中平原南部土壤有機質(zhì)空間變異特征研究[J].地理科學(xué),2013,33(1):83-88.

[11]薛正平,楊星衛(wèi),段項鎖,等.土壤養(yǎng)分空間變異及合理取樣數(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,7(4):6-9．

[12]洪曉微.福建優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的氮素營養(yǎng)研究[D].福建農(nóng)林大學(xué),2006.

[13]陳雪蕓.福建優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的磷素營養(yǎng)研究[D].福建農(nóng)林大學(xué),2007.

[14]王 毅,王躍進,楊德廉,等.土壤供鉀水平對烤煙生長及鉀素營養(yǎng)的影響[J].中國煙草科學(xué),2009,30(6):42-45.

[15]王寶峰,劉國順,葉協(xié)鋒,等.坡地植煙土壤速效養(yǎng)分空間分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012(1):217-222.

[16]湯國安,楊 昕. ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程(第二版)[M].北京：科學(xué)出版社,2012:449-452.

(責(zé)任編輯 李山云)

Spatial Analysis of Mainly Available Nutrients for Tobacco-planting Soil in Longyan City

LIU Huan1, LIU Na1, ZENG Wen-long2, JIANG Dai-bing2, XIONG De-zhong1*

(1. College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fujian Fuzhou 350002, China; 2. Longyan Tobacco Company, Fujian Longyan 364000, China)

In order to further improve the management of tobacco field and the quality of tobacco, the regional study was carried out in Longyan city of planting tobacco soil, 22 138 soil samples were collected and analyzed, the planting tobacco spatial variability of main soil available nutrients and distribution characteristics were studied. The results showed that main soil available nutrients of planting tobacco in Longyan city showed some degree of variation, the spatial variability of available N was medium, available P and available K were strong variation.The spatial correlation of available P was low, available N and available K had moderate spatial correlation. Longyan city of planting tobacco soil available N,available P and available K in the area of the lack of level was 25.50 %, 2.20 %, 45.60 % of the total cultivated area, respectively.

Tobacco soil；Available nutrients；Spatial variability

1001-4829(2016)08-1932-04

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.032

2015-08-11

龍巖市煙草公司(2013.02)

劉 歡(1991-)，男，湖南永州人，碩士研究生，研究方向為植物營養(yǎng)與施肥，E-mail:1223065716@qq.com，*為通訊作者：熊德中，教授，研究方向為植物營養(yǎng)與施肥。

S158.9

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