廣西百色典型煙草種植區(qū)土壤肥力評(píng)價(jià)

馮誠(chéng)+莫光森

摘要：【目的】為科學(xué)評(píng)價(jià)廣西典型煙草種植區(qū)土壤的肥力質(zhì)量，為進(jìn)行科學(xué)煙草種植提供有效的參考數(shù)據(jù)?！痉椒ā恳詮V西百色煙區(qū)為評(píng)價(jià)單元，通過對(duì)百色煙區(qū)靖西、德保、隆林、樂業(yè)和凌云5個(gè)煙葉主產(chǎn)區(qū)采集100個(gè)土壤樣品，并分析16種土壤肥力因子，結(jié)合土壤肥力豐脊評(píng)價(jià)和主成分分析法評(píng)價(jià)了廣西典型煙草種植區(qū)土壤的肥力質(zhì)量。【結(jié)果】研究區(qū)土壤肥力質(zhì)量較好，有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，適宜煙草的種植，部分種植區(qū)pH和全磷需進(jìn)行合理的改善。不同煙草種植區(qū)之間的肥力既存在一致性，又表現(xiàn)出各自的特征。百色煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)可以分為4個(gè)主成分，反映煙草種植區(qū)88%的土壤信息。第1主成分為營(yíng)養(yǎng)元素綜合因子，貢獻(xiàn)率為32.92%；第2主成分為土壤酸堿度因子，貢獻(xiàn)率為25.61%；第3主成分為有機(jī)質(zhì)和全氮，是具有雙面性的因子，貢獻(xiàn)率為16.84%；第4主成分為微量元素因子，貢獻(xiàn)率為12.63%?！窘Y(jié)論】通過養(yǎng)分豐脊評(píng)價(jià)和主成分分析相結(jié)合，可以較為全面和客觀的反映煙草種植區(qū)土壤的肥力特征。

關(guān)鍵詞：百色煙區(qū)；土壤；肥力；分析

中圖分類號(hào)：S572 S158 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-4374（2016）05-0046-06

Abstract：【Objective】 The study was carried out to determine the fertility characteristics of soil in the typical tobacco cultivation area of Guangxi， and provide useful information for the cultivation of tobacco reasonable. 【Method】 In this study， 16 soil fertility indexes were analyzed from 100 soil samples from Jingxi， Debao， Longlin， Leye and Linyun County in Baise tobacco cultivation area of Guangxi Province. The soil fertility of the selected areas were evaluated by both the soil fertility grade and principal component analysis.【Result】The results shows that the organic matter， nitrogen， potassium， soil available potassium and bio-available magnesium were at the medium levels， suggesting that soil fertility indexes in the selected areas were suitable for the cultivation of tobacco. Nevertheless， the soil was supposed to improve in regarding to the low pH and phosphorus. The soil fertility were various among the selected areas. Four main components were classified and behaved about 88% of the soil information of tobacco planting areas. The first main component was regarded as the nutrient factor， contributed to 32.92%. The second main component was supposed to soil acidity or alkalinity factor， contributed to 25.61%. The third main component was nitrogen and organic matter， which has double edged and contributed to 16.84%. The fourth main component was related to trace element， which contributed to 12.63%.【Conclusion】 These results suggested that the soil fertility of tobacco cultivation area could be evaluated accurately by the combination of soil nutrient grades and principal component analysis.

Key words： Baise tobacco planting area； soil； fertility factor； principal component analysis

土壤是全球生物圈可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)活動(dòng)的生產(chǎn)資料，也是評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)發(fā)展、土地管理和可持續(xù)發(fā)展能力的重要依據(jù)[1～3]。土壤質(zhì)量的好壞直接影響其農(nóng)作物的品種和質(zhì)量[4]。土壤養(yǎng)分是土壤質(zhì)量的最為直觀的表現(xiàn)形式，也是土壤質(zhì)量最為核心的內(nèi)容，與作物安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和人類健康都有極為密切的關(guān)系[5～7]。不同地質(zhì)類型、氣候、地形和土壤母質(zhì)換進(jìn)下土壤的養(yǎng)分表現(xiàn)出不同的特征[8]。同時(shí)，人類施肥強(qiáng)度、耕作強(qiáng)度和耕作方式的不同也導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的變化[9～10]?？傮w來說，土壤養(yǎng)分在自然和人為活動(dòng)的綜合作用下，處于不斷的變化和更新過程中。為了實(shí)現(xiàn)作物的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和環(huán)境友好，應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域土壤肥力的不同制定不同的土壤資源利用方式和科學(xué)的施肥方式。因此，研究不同區(qū)域土壤的肥力狀況，是實(shí)現(xiàn)土壤合理利用和提高農(nóng)作物品質(zhì)的重要前提[11]。

目前，評(píng)價(jià)土壤肥力的方法主要有平均值法、加權(quán)平均法、內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)法、基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的主成分分析法和聚類分析法等[12～16]。土壤肥力是土壤中眾多因子的共同反映，土壤的物理、化學(xué)和生物指標(biāo)都可能是最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)，由于土壤屬性的時(shí)空不均一性、數(shù)據(jù)的不易獲取性和指標(biāo)之間的關(guān)系性等因素的制約，無法獲取所有指標(biāo)的數(shù)據(jù)，只能從眾多候選指標(biāo)中選擇有代表性的指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[17]。主成分分析法可以對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維處理，提取主要的指標(biāo)，并賦予不同指標(biāo)的權(quán)重，被廣泛用于對(duì)多指標(biāo)體系的土壤肥力評(píng)價(jià)[18～20]。雖然主成分分析已在土壤肥力評(píng)價(jià)上廣泛應(yīng)用，但這些研究主要基于對(duì)所調(diào)查的肥力因子進(jìn)行分析，沒有考慮不同區(qū)域土壤的豐脊特征。因此，本次研究采用將土壤養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)與主成分分析法相結(jié)合的手段來評(píng)價(jià)土壤養(yǎng)分的豐脊特征和土壤質(zhì)量。

中國(guó)是世界上最大的煙草生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，廣西是中國(guó)重要的煙草生產(chǎn)基地，煙草的種植給廣西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了重大貢獻(xiàn)。目前，已有一些研究對(duì)三明煙區(qū)和三門峽煙區(qū)土壤的肥力狀況進(jìn)行研究[21，22]，但是這些研究只是對(duì)少數(shù)的肥力指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，且未有針對(duì)廣西煙區(qū)的調(diào)查研究。本次研究選擇廣西百色煙區(qū)為研究區(qū)域，調(diào)查了5個(gè)煙草種植區(qū)100個(gè)土壤樣品的理化性質(zhì)，結(jié)合養(yǎng)分豐脊評(píng)價(jià)方法和主成分分析方法，對(duì)百色煙區(qū)土壤肥力特征進(jìn)行研究，以期為科學(xué)種植煙草提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域?yàn)閺V西百色市，市域坐標(biāo)為22°51'～25°07'N，104°28'～107°54'E，西接云南，北靠貴州，東臨南寧，南壤越南。百色位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，光照充足，雨水充沛，年平均氣溫為19.0℃～22.1℃，年均降雨量為1113～1713mm，全年無霜期達(dá)330d以上，是我國(guó)重要的煙草種植區(qū)。

1.2 樣品采集與測(cè)試分析

本次研究對(duì)百色煙區(qū)的靖西、德保、隆林、樂業(yè)和凌云5個(gè)煙葉主產(chǎn)區(qū)土壤進(jìn)行系統(tǒng)采集（圖1），選取集中連片的區(qū)域進(jìn)行采集，每15公頃采集一個(gè)表層土壤（0～20cm）樣品，每個(gè)土壤由10～15個(gè)子樣品混合而成。共采集土壤樣品100個(gè)，其中靖西25個(gè)、德保12個(gè)、隆林13個(gè)、樂業(yè)25個(gè)、凌云25個(gè)。樣品采集后用密封袋保存以防污染。將樣品在室溫下風(fēng)干并研磨過1mm篩，以備后續(xù)測(cè)試。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤的理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試分析。pH按照1：1的固液比配比后，利用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定；有機(jī)質(zhì)根據(jù)外加熱法進(jìn)行測(cè)定；全氮采用半微量開氏法測(cè)定；全磷運(yùn)用NaOH熔融鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融火焰光度法；堿態(tài)氮采用流動(dòng)分析儀測(cè)定；速效磷采用Olsen法；速效鉀采用NH4OAc浸提火焰光度法；緩效鉀采用熱HNO3浸提火焰光度法；交換性鈣和鎂采用EDTA容量法；有效硫采用磷酸鹽-乙酸溶液浸出法；有效鐵、錳、銅和鋅采用EDPA浸提原子吸收法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理后，運(yùn)用SPSS22.0軟件的描述性統(tǒng)計(jì)（descriptive statistics）計(jì)算樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，并采用SPSS22.0軟件的因子分析（factor analysis）對(duì)土壤肥力進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 百色煙區(qū)土壤的肥力特征

土壤是植物健康生長(zhǎng)的基質(zhì)，其土壤肥力的豐脊特征直接影響著植物的健康狀況。土壤為植物生長(zhǎng)提供了必要的物質(zhì)養(yǎng)分和機(jī)械支撐，而土壤的養(yǎng)分特征主要受土壤的理化性質(zhì)如pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效鉀、速效氮、速效磷和微量元素等的影響[8]。pH是指示土壤酸堿度的指標(biāo)，pH太低對(duì)煙草的生長(zhǎng)和煙葉的品質(zhì)都會(huì)造成較為不利的影響，一般煙草可以在4.0～8.5的pH范圍內(nèi)生長(zhǎng)，而最佳的pH范圍為5.5～6.5之間[21]。通過對(duì)百色煙區(qū)土壤pH值的分析可知（表1），百色煙區(qū)的pH分布范圍為4.82～5.08，說明百色煙區(qū)的土壤pH偏低，因此有必要對(duì)土壤進(jìn)行合理的改良，以實(shí)現(xiàn)種植煙草的最佳環(huán)境。

土壤有機(jī)質(zhì)的含量直接決定土壤的物理化學(xué)性質(zhì)和肥力水平，為植物的生長(zhǎng)提供重要的營(yíng)養(yǎng)。然而，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)過于旺盛，使得煙葉不易于變黃，引起成熟周期變長(zhǎng)，并導(dǎo)致烤后煙葉暗淡，影響煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)[21]。因此，煙草種植區(qū)土壤的有機(jī)質(zhì)應(yīng)保持在合理的范圍。將百色煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量（2.48%～2.82%，表1）與國(guó)家養(yǎng)分劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2）比較可知，百色煙區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)屬于中等水平，適宜煙葉的種植。

氮、磷和鉀是煙葉生長(zhǎng)所必須的大量元素，對(duì)煙葉的生長(zhǎng)、產(chǎn)量與品質(zhì)有著極其重要的作用[16]。當(dāng)土壤磷含量不足時(shí)，煙苗可能出現(xiàn)蹲苗的現(xiàn)象，直接影響煙葉的健康生長(zhǎng)。氮雖然是煙葉生長(zhǎng)所必須的大量元素，當(dāng)其含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煙葉生長(zhǎng)過于旺盛，對(duì)煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)造成影響。鉀可以有效提高煙葉的產(chǎn)量，提高煙葉的質(zhì)量，并且可以增強(qiáng)煙草的抗逆力[11]。當(dāng)煙草缺鉀時(shí)，煙葉尖邊緣開始黃化并出現(xiàn)褐斑，甚至壞死。同時(shí)缺鉀也會(huì)引起煙葉青色部位繼續(xù)生長(zhǎng)而使得葉面出現(xiàn)畸形，嚴(yán)重影響煙葉的質(zhì)量。將百色煙區(qū)土壤中氮、磷、鉀、速效磷和速效鉀與國(guó)家土壤養(yǎng)分分級(jí)指標(biāo)比較可知，百色煙區(qū)全氮屬于中等水平，全磷屬于缺乏水平，速效磷含量較為豐富，全鉀處于中等至豐富水平，而速效鉀屬于中等水平。通過以上對(duì)比可知，總體而言百色煙區(qū)的土壤營(yíng)養(yǎng)元素含量較為合理，是種植煙草的合適區(qū)域。

煙葉除需要氮、磷和鉀等養(yǎng)分組成外，還需要吸收極少量的鐵、錳、銅和鋅等作為養(yǎng)料。而植物中所需的這些微量元素主要通過吸收土壤中有效態(tài)的微量元素獲取。通過對(duì)百色煙區(qū)不同采樣區(qū)對(duì)比可知，百色煙區(qū)不同采樣區(qū)土壤的微量元素含量雖然高低不等，但總體處于一個(gè)含量水平。將百色煙區(qū)土壤中有效態(tài)微量元素含量與國(guó)家土壤微量元素分級(jí)指標(biāo)（表3）對(duì)比可知，有效鐵為過量水平，有效錳為缺乏至適量水平，有效鋅為高量水平，有效銅總體處于過量水平。

通過以上分析可知，百色煙區(qū)有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，速效磷、有效鐵和有效鋅屬于過量水平，而pH和全磷屬于缺乏水平。因此，應(yīng)合理的補(bǔ)充磷肥和堿性土壤改良劑。

2.2 土壤肥力狀況的主成分分析

由于百色煙區(qū)不同縣土壤中不同因子的肥力水平表現(xiàn)出不同的特征，僅僅從某一方面的指標(biāo)來反映和評(píng)價(jià)百色煙區(qū)土壤的養(yǎng)分水平是不合理的。同時(shí)，由于影響土壤養(yǎng)分的因子眾多，不同因子之間也存在一定的相關(guān)性，使得反映土壤肥力狀況的許多因子之間存在一定的重疊[14]。因此，進(jìn)行土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)，應(yīng)從各種反映土壤肥力的土壤屬性中選擇出對(duì)土壤肥力質(zhì)量較為敏感的指標(biāo)組成盡可能小的數(shù)據(jù)庫(kù)集[13]。最小的數(shù)據(jù)庫(kù)集的確定方法主要有主成分分析法、聚類分析法和專家打分法等，其中主成分分析法是應(yīng)用最為廣泛的方法。主成分分析法可以在復(fù)雜的大量的指標(biāo)中選取出幾個(gè)不相關(guān)的綜合指標(biāo)，從而可以反映出原來全部指標(biāo)所能提供的大部分特征。因此，本次研究選擇土壤中的pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、緩效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效鋅和有效銅共16種因子（依次用A1、A2、A3、…、A16表示），利用主成分分析對(duì)百色煙區(qū)土壤肥力進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出可以表征大多數(shù)變異的具有獨(dú)立性、代表性和敏感性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

為了避免變量量綱和數(shù)量級(jí)不一致對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，保證計(jì)算結(jié)果的精確性、客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，應(yīng)對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，可以得到各個(gè)因子之間的相關(guān)關(guān)系。百色煙區(qū)土壤中各因子之間的相關(guān)關(guān)系見表4，可知土壤肥力的多個(gè)指標(biāo)之間存在著較好的相關(guān)性，說明這個(gè)土壤肥力評(píng)價(jià)的因子存在著一定的重疊。因此，利用主成分成分法得到土壤肥力的最小指標(biāo)集對(duì)評(píng)價(jià)土壤肥力具有重要的作用。

基于SPSS的主成分分析，可以得到矩陣的特征值、特征向量、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率（表5）。根據(jù)特征值需≥1的要求，可以提出4個(gè)主成分。由表5可知，第1主成分占總方差貢獻(xiàn)率的32.92%，第2主成分占總方差貢獻(xiàn)率的25.61%，第3主成分占總方差貢獻(xiàn)率的16.84%，第4主成分占總方差貢獻(xiàn)率的12.63%，四者之和為88.00%，即說明這4個(gè)主成分可以把土壤全部肥力指標(biāo)提供信息的88%反映出來。

由表5可知，在第1主成分上，堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀和緩效鉀有較大的正值，該主成分反映了土壤供給煙葉營(yíng)養(yǎng)元素的豐脊特征。在第2主成分上，pH、交換性鈣、有效硫、有效鐵和有效錳有較大的正值，該組反映了土壤酸堿度特征。在第3主成分上，全氮和有機(jī)質(zhì)有較大的正值，有機(jī)質(zhì)和全氮含量過高或過低都不利于煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)。第4主成分上有效鋅和有效銅有較大的正值，代表了微量元素的特征。

3 結(jié)論

（1）百色煙區(qū)土壤肥力整體較好，有機(jī)質(zhì)、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，速效磷、有效鐵和有效鋅屬于過量水平，而pH和全磷屬于缺乏水平。不同煙草種植區(qū)之間的肥力存在一定的差異，但總體處于同一水平。

（2）16個(gè)土壤肥力因子可以劃分為4個(gè)主成分，反映了百色煙區(qū)土壤88%的信息，其中第1主成分為營(yíng)養(yǎng)元素綜合因子，貢獻(xiàn)率為32.92%；第2主成分為土壤酸堿度因子，貢獻(xiàn)率為25.61%；第3主成分為有機(jī)質(zhì)和全氮，是具有雙面性的因子，貢獻(xiàn)率為16.84%；第4主成分為微量元素因子，貢獻(xiàn)率為12.63%。

（3）基于土壤肥力豐脊評(píng)價(jià)和主成分分析相結(jié)合，既可以細(xì)致辨別土壤的肥力限制因子，給出合理的施肥和改良舉措，又可以從復(fù)雜的土壤肥力因子中找出規(guī)律，宏觀的分析不同地區(qū)土壤肥力的質(zhì)量。因此，將這兩種方法結(jié)合，可以客觀和細(xì)致的反映出土壤的肥力質(zhì)量。

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