大理典型植煙縣煙田土壤速效養(yǎng)分時空變異特征

程曉梅 王晉峰 孫楠 蒯雁 范志勇 張久權(quán) 徐明崗 李建華

摘? 要：探明煙田土壤速效養(yǎng)分時空變異特征，為烤煙高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的施肥管理提供科學(xué)依據(jù)。應(yīng)用地統(tǒng)計學(xué)等方法，分析了大理州祥云和彌渡兩個典型植煙縣1982、2012和2022年煙田土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的時空演變特征。1982—2022年祥云土壤堿解氮含量呈先增后降趨勢，彌渡土壤堿解氮含量3個年度間無顯著差異且以III級為主（100～150 mg/kg），空間分布均勻。煙區(qū)土壤有效磷和速效鉀含量均呈不同程度上升趨勢，彌渡北部和祥云中西部高，其他區(qū)域低。近40年土壤速效養(yǎng)分塊金效應(yīng)由<25%上升至50%，表明養(yǎng)分空間變異的影響因素中地形等自然因素影響減弱，施肥等人為因素影響增強。土壤堿解氮含量一直處于中等水平（100～150 mg/kg），磷鉀肥施用導(dǎo)致有效磷和速效鉀含量持續(xù)升高。根據(jù)土壤速效養(yǎng)分豐缺狀況，祥云中北部、西部及彌渡北部區(qū)域煙田應(yīng)“穩(wěn)氮減磷鉀”，其余區(qū)域需注意“穩(wěn)氮控磷鉀”。

關(guān)鍵詞：大理州；煙田；速效養(yǎng)分；時空變異

中圖分類號：S572.01? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1007-5119（2023）02-0015-07

Abstract： The spatial-temporal variation characteristics of soil available nutrients were studied to provide scientific basis for fertilization management of high yield and high quality in tobacco fields. The spatio-temporal evolution characteristics of soil available nitrogen， available phosphorus and available potassium in two typical counties of Xiangyun and Midu in Dali prefecture in 1982， 2012 and 2022 were analyzed by using geostatistics. From 1982 to 2022， the average content of soil available nitrogen in Xiangyun county increased first and then decreased. There was no significant difference in soil available nitrogen between three years in Midu， which was mainly grade III （100-150 mg/kg） and evenly distributed spatially. The contents of soil available phosphorus and available potassium in tobacco-growing areas showed an upward trend to various degrees， which were high in the north of Midu and the central and western parts of Xiangyun， and low in other regions. In recent 40 years， the nugget effect of soil available nutrients increased from <25% to 50%， indicating that the influence of natural factors such as topography on the spatial variation of nutrients was weakened， and human factors such as fertilization was enhanced. The content of soil available nitrogen was at a medium level （100-150 mg/kg）， and the contents of available phosphorus and available potassium increased continuously due to the application of phosphorus and potassium fertilizers. According to the abundance and deficiency of soil available nutrients， for the tobacco fields in north central and west of Xiangyun and north of Midu we should 'stabilize nitrogen and reduce phosphorus and potassium'， and for the rest areas we need to pay attention to 'stabilize nitrogen and control phosphorus and potassium'.

Keywords： Dali Prefecture; tobacco field; soil available nutrients; spatial-temporal variability

烤煙是我國重要的經(jīng)濟作物，云南是我國最大煙葉生產(chǎn)省域[1]。該區(qū)域為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)，由于其豐富的光熱條件和充沛的水資源，生產(chǎn)的煙葉品質(zhì)獨特、氣味純凈，烤煙產(chǎn)業(yè)已然成為該區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的重要支柱[2]。土壤速效養(yǎng)分是烤煙營養(yǎng)元素的直接來源，很大程度上決定了煙葉產(chǎn)量與品質(zhì)[3]。隨著烤煙種植及煙田管理的不斷發(fā)展，煙田土壤養(yǎng)分發(fā)生了很大的變化[4-5]。因此系統(tǒng)了解典型區(qū)域煙田土壤速效養(yǎng)分時空變異特征及分布狀況有利于科學(xué)掌握土壤肥力，實現(xiàn)平衡施肥。

地統(tǒng)計學(xué)與地理信息系統(tǒng)（GIS）的結(jié)合是當(dāng)前研究土壤養(yǎng)分時空分布的主要方法[6-8]，可在不同尺度范圍內(nèi)將土壤屬性與地理數(shù)據(jù)有機結(jié)合，更加高效直觀地反映出研究區(qū)土壤養(yǎng)分變異特征和分布狀況[9]。GIS技術(shù)具有管理空間不均勻分布資源的功能，可以探究土壤養(yǎng)分時空變異，能夠直接反映區(qū)域內(nèi)煙田施肥策略及耕作方式等農(nóng)業(yè)制度的合理性，為區(qū)域煙葉生產(chǎn)中養(yǎng)分的科學(xué)管理提供參考[10]。目前，眾多研究已利用地統(tǒng)計學(xué)分析了不同區(qū)域煙田土壤養(yǎng)分的時空變異特征。鄒靜等[11]以安順市西秀區(qū)煙田土壤為研究對象，結(jié)果顯示土壤堿解氮含量略高，空間分布上無明顯規(guī)律，有效磷含量適宜，速效鉀含量較低，均呈明顯西低東高規(guī)律。譚智勇等[12]對文山州基本煙田進行研究，該區(qū)土壤堿解氮含量整體呈由北向南、由東向西增加趨勢，土壤有效磷空間變化不顯著，土壤有效鉀含量整體上呈由中部向北部及南部增加趨勢。郭迎新等[2]研究了2011—2020年洱海流域煙田土壤養(yǎng)分時空變異特征，表明有效磷含量上升，高值區(qū)以斑塊狀分布在洱海北部、東部和西部，速效鉀含量豐富，高值區(qū)呈片狀分布在洱海北部和東部。綜合來看，我國煙田土壤速效養(yǎng)分存在分布不均衡、空間變異較大等特點，不同植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量時間變異特征及空間分布格局存在較大差異?？h域尺度的研究不僅可以具體地分析當(dāng)?shù)責(zé)熖锿寥浪傩юB(yǎng)分的時空變異特征，而且可以精準結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地形地貌、施肥習(xí)慣等因素為煙草種植提供科學(xué)施肥指導(dǎo)，對當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義[13-14]。有學(xué)者對重慶石柱縣、云南羅平縣、湘西花垣縣等地?zé)熖锿寥浪傩юB(yǎng)分空間變異進行研究并提出區(qū)劃施肥，為縣域煙田因土施肥提供現(xiàn)實參考[15-17]。然而，目前已有的關(guān)于縣域尺度煙田土壤速效養(yǎng)分的研究大多集中于短時期內(nèi)的時空變化，關(guān)于時空分布長期動態(tài)變化的定量研究較少，缺乏對云南省典型植煙區(qū)合理化施肥策略的精確指導(dǎo)。

祥云和彌渡縣地處大理州紅花大金元特色煙葉“黃金走廊”上的核心區(qū)域，生產(chǎn)的烤煙以其獨特的“清、香、甜、潤”而聞名全國，是許多知名品牌卷煙的首選原料，該區(qū)域植煙面積較大，具有典型性。本文探討1982—2022年大理州祥云和彌渡縣2個典型縣域煙田土壤堿解氮、有效磷和速效鉀時空變異特征及分布格局，為大理州乃至云南和全國煙田養(yǎng)分管理及平衡施肥提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

大理白族自治州地處云南省中部偏西（東經(jīng)98°52′～101°03′，北緯24°41′～26°42′），平均海拔2090 m，年均溫15.8 ℃，年均日照時數(shù)2332 h，年均降水量835.7 mm。煙田土壤主要以水稻土、紅壤、紫色土、潮土和黃壤為主。全州常年烤煙種植面積約3.23萬hm2，其中祥云縣和彌渡縣煙田面積大，分別為5600 hm2和3100 hm2。

1.2? 樣品采集與分析

根據(jù)祥云和彌渡縣烤煙種植情況，于2012年和2022年分別采集289個（173和116個）和1126個（700和426個）耕層（0～20 cm）土壤樣品（圖1）。隨著時間變化和技術(shù)發(fā)展，土壤樣點采集更加密集。土樣采集時間選在烤煙前茬作物收獲后未進行翻耕和施肥時，以反映取樣點的真實理化性狀，同時使用GPS定位，記錄經(jīng)緯度等信息。取樣時，每取樣點以對角線法采20個點，土壤均勻混合后四分法留取1 kg，作為1個樣品備用。土樣經(jīng)自然風(fēng)干、研磨、過篩后測定土壤速效養(yǎng)分，堿解氮采用堿解擴散法測定；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用原子吸收分光光度法測定。1982年的數(shù)據(jù)來源于祥云和彌渡縣第二次土壤普查資料，共51個（24和27個）煙田耕層土壤數(shù)據(jù)。

1.3? 土壤速效養(yǎng)分分級

依據(jù)《大理州植煙土壤分析與評價》土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準[18]，對煙田土壤速效養(yǎng)分含量進行分級，共分為5個等級，分別為V（低）、IV（較低）、III（中等）、II（較高）、I（高）（表1）。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 17.0進行統(tǒng)計描述和正態(tài)檢驗，Minitab 20進行Box-Cox變換，使之服從正態(tài)分布。

采用ArcGIS 10.6地統(tǒng)計學(xué)軟件中的Geostatistical Analyst模塊的普通Kriging插值法繪制土壤速效養(yǎng)分空間分布圖，運用重分類（Reclassify）計算每個等級面積比例。半方差函數(shù)模型計算和最優(yōu)理論模型擬合使用GS+9.0完成，計算塊金值、基臺值、塊金效應(yīng)、變程、殘差、決定系數(shù)等參數(shù)，模型選取以決定系數(shù)越大、殘差越小為最佳。塊金效應(yīng)即塊金值與基臺值之比，表示空間異質(zhì)性程度或土壤屬性的空間依賴性。當(dāng)比值<25%時，表示變量具有強烈的空間自相關(guān)性，空間變異主要由結(jié)構(gòu)因素引起；當(dāng)比值在25%～75%范圍內(nèi)，表示變量具有中等水平的空間自相關(guān)性，空間變異由結(jié)構(gòu)因素和隨機因素共同作用；當(dāng)比值>75%時，表示變量具有較弱的空間自相關(guān)性，變異主要由隨機因素引起。結(jié)構(gòu)因素包括地形、氣候、土壤母質(zhì)等自然因素，隨機因素主要包括施肥、耕作、種植制度和灌溉等人為活動。

2? 結(jié)? 果

2.1? 土壤速效養(yǎng)分含量統(tǒng)計特征

表2示出，40年間祥云植煙土壤堿解氮含量呈先增后降趨勢，1982—2012年年均增速1.1 mg/kg，2012—2022年年均下降速率為1.2 mg/kg，至2022年降為119.1 mg/kg；空間變異系數(shù)逐漸降低。有效磷在1982—2012年間由V級上升為III級，年均增速為0.5 mg/kg，2012—2022年年均增速有所提高（1.6 mg/kg）；3次取樣有效磷空間變異系數(shù)均屬中等，其中1982年變異性最強。速效鉀含量在1982—2022年間呈上升趨勢，增加了1.3倍；均屬中等變異。

彌渡土壤堿解氮含量在3次取樣間（115.0～129.1 mg/kg）變化不顯著，均處于III級。有效磷含量在1982—2022年呈不斷增加趨勢，1982—2012年年均增加1.1 mg/kg，2012—2022年年均增加1.7 mg/kg。速效鉀含量1982—2022年呈增加趨勢，1982—2012年提升較緩，年均增加3.0 mg/kg，2012—2022年提升較快，年均增加15 mg/kg；其中1982年空間分布呈強變異，2012和2022年均呈中等變異。

2.2? 土壤速效養(yǎng)分半方差函數(shù)分析

表3為3次取樣煙田土壤速效養(yǎng)分最優(yōu)半方差函數(shù)模型及參數(shù)。1982年土壤堿解氮塊金效應(yīng)為15.0%，該時期堿解氮主要受結(jié)構(gòu)因素影響，2012和2022年塊金效應(yīng)為40.9%和50.0%，受結(jié)構(gòu)因素和隨機因素共同影響。1982和2012年有效磷與速效鉀塊金效應(yīng)均小于25%，具有較強的空間自相關(guān)性；2022年土壤有效磷與速效鉀塊金效應(yīng)均為49.9%，屬中等程度空間自相關(guān)?？梢娊?0年土壤有效磷和速效鉀結(jié)構(gòu)性減弱，隨機性增強，烤煙種植過程中施肥等農(nóng)藝措施影響增強。

2.3? 土壤速效養(yǎng)分空間分布格局

由圖2可見，1982—2022年祥云縣土壤堿解氮含量以III級為主，呈大片狀分布于全區(qū)，下莊鎮(zhèn)、普棚鎮(zhèn)及鹿鳴鄉(xiāng)部分區(qū)域堿解氮含量隨時間推移上升趨勢明顯。彌渡縣土壤堿解氮含量1982年以III級為主（58.6%）；2012年和2022年III級面積進一步擴大，占比為75%以上。

由圖3可見，祥云縣土壤有效磷含量1982年以IV（45.8%）和V級（45.6%）為主；2012年III級以上等級占比增加至85.1%，空間分布相對均勻；2022年III級及以上等級占比增加至94.7%，其中祥城鎮(zhèn)、下莊鎮(zhèn)、禾甸鎮(zhèn)和普棚鎮(zhèn)大部分區(qū)域I級和II級面積明顯增加。彌渡有效磷含量1982年以V級為主，空間分布均勻；2012年以III級（69.7%）為主，II級次之（19.4%）；2022年III級及以上等級面積占比增加至92.1%，其中彌渡北部部分區(qū)域有效磷含量超過80 mg/kg。

由圖4可見，祥云速效鉀含量1982年以IV級（73.6%）為主；2012年III級及以上等級占比為57.8%；2022年IV等級面積明顯下降，III級及以上等級占比增加至94.1%，其中I和II等級占比62.8%，主要分布在祥城鎮(zhèn)、禾甸鎮(zhèn)、下莊鎮(zhèn)和云南驛鎮(zhèn)等大部分區(qū)域。彌渡速效鉀含量1982年以IV級為主（37.1%），V級次之（33.8%），III級及以上等級主要分布于米甸鎮(zhèn)和牛街彝族鄉(xiāng)等區(qū)域；2012年速效鉀含量大幅提升，III級面積占比42.7%；2022年I級和II級面積占比高達85.0%，呈片狀分布于全區(qū)，III級及以下等級面積占比僅為15.0%，零星分布于新街鎮(zhèn)及牛街鄉(xiāng)等部分區(qū)域。

總體來看，大理兩個縣域煙田堿解氮、有效磷和速效鉀含量的時空變異明顯。40年間彌渡北部及祥云中部堿解氮含量上升，空間分布更加均勻。有效磷和速效鉀的空間分布趨勢相似，呈彌渡北部和祥云中西部高其他區(qū)域低的分布格局。

3? 討? 論

本研究表明，1982—2022年間，祥云和彌渡縣煙田土壤堿解氮含量整體處于III級，屬中等范圍。祥云縣堿解氮呈先升后降趨勢，這是由于20世紀90年代化學(xué)氮肥用量逐年增多[19]所致。2012年之后，隨著煙草的規(guī)?；N植，為保證煙草產(chǎn)量和質(zhì)量，煙草公司制定了“控氮、穩(wěn)磷、增鉀”原則，因此堿解氮含量又有所下降，但氮素含量整體相對適宜。而彌渡縣3次取樣堿解氮含量變化不顯著（115.0～129.1 mg/kg），這可能與該縣植煙區(qū)煙農(nóng)的施肥習(xí)慣及有機肥的合理配施等有關(guān)。據(jù)調(diào)查，祥云縣煙區(qū)農(nóng)戶習(xí)慣施氮量（90 kg/hm2）高于彌渡（60 kg/hm2）。彌渡北部及祥云中部等低氮區(qū)域土壤堿解氮含量逐漸增加至中等水平，中等肥力區(qū)域保持相對穩(wěn)定，這與大理重視煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展，合理的施肥指導(dǎo)政策緊密相關(guān)。1982年堿解氮以強自相關(guān)為主，2012年以來自相關(guān)減弱，說明烤煙種植過程中受人為管理影響增強。近年來煙田推行使用含氮復(fù)合肥和有機肥以及煙田管理水平的提高，土壤肥力變得更加均勻。針對祥云和彌渡煙田現(xiàn)狀，大部分區(qū)域應(yīng)以“穩(wěn)氮”為主，祥云米甸鎮(zhèn)及彌渡牛街鄉(xiāng)部分低氮區(qū)應(yīng)適當(dāng)增施氮肥，確保煙葉的正常生長發(fā)育。

1982—2022年大理州2個典型縣域煙田土壤有效磷含量均呈上升趨勢。由于第二次土壤普查發(fā)現(xiàn)大面積農(nóng)田土壤磷含量較低，增施磷肥對作物增產(chǎn)明顯，農(nóng)民加大了磷肥施用量[20]，而烤煙對磷肥的當(dāng)季利用率僅為15%～18%，導(dǎo)致土壤中磷素大量累積，煙田磷含量不斷提升。祥云中西部和彌渡北部有效磷含量高于其他區(qū)域，因祥云中西部和彌渡北部地勢較平緩，多為壩地，有相對優(yōu)越的灌溉設(shè)施及管理條件，植煙面積大，促使煙田肥料的投入量高于其他區(qū)域，而且地勢平緩，磷不易隨水分流失。土壤有效磷水平過高，會導(dǎo)致煙葉葉片厚而粗糙，油分少彈性小，粗筋暴梗，并引發(fā)環(huán)境污染[21-22]。針對大理州煙田土壤現(xiàn)狀，應(yīng)以“減磷”為主，尤其對祥云中北部、西部及彌渡北部高磷區(qū)應(yīng)實施減磷措施，其他中磷區(qū)應(yīng)控制磷肥施用，而彌渡牛街鄉(xiāng)南部區(qū)域則可適當(dāng)增施磷肥。

大理2個典型縣域煙田土壤速效鉀含量均呈顯著上升趨勢。煙葉鉀含量是衡量煙葉品質(zhì)的一個重要指標(biāo)，能提高烤煙的燃燒性，減少煙葉中有害物質(zhì)如焦油等含量，提升煙葉香氣、吃味、色澤等[23]。土壤鉀素的供應(yīng)狀況直接影響著煙葉含鉀量[24]。20世紀80年代，隨著社會進步和化肥種類的完善，烤煙生產(chǎn)注重多養(yǎng)分協(xié)調(diào)，硫酸鉀、硝酸鉀等鉀肥施用量逐年增加[19]。為追求高品質(zhì)高效益，大理煙草公司制定“增鉀”原則，部分煙區(qū)存在超標(biāo)準施鉀現(xiàn)象[2，25]，導(dǎo)致煙區(qū)土壤速效鉀含量不斷增加。鉀肥長期大量施用導(dǎo)致當(dāng)季利用率下降[26]，土壤鉀素積累增加。研究區(qū)土壤速效鉀的空間分布表現(xiàn)為彌渡北部和祥云中西部高其他區(qū)域低的分布格局。祥云彌渡為云南老牌煙區(qū)，植煙年限較長，各區(qū)域農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中采用不同的施肥習(xí)慣，且祥云中西部和彌渡北部多為壩地，有機肥推廣施用較易，投入較多，且該區(qū)域地勢平緩，鉀流失少，土壤殘留高，因此鉀素含量高。針對鉀含量較高的祥云中西部、北部和彌渡北部、中南部等區(qū)域宜實施“減鉀”措施，確?？緹熒a(chǎn)投入減量不減收，其他區(qū)域宜實施“穩(wěn)鉀”措施。

總體來看，隨機性因素如施肥等成為該區(qū)當(dāng)前土壤速效氮磷鉀的主要影響因素。從當(dāng)前煙田土壤速效養(yǎng)分來看，氮含量相對適宜，部分區(qū)域磷鉀豐富，持續(xù)采取“控氮提鉀”措施會造成土壤養(yǎng)分失衡[26]，應(yīng)根據(jù)土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分狀況，及時調(diào)整施肥策略。

4? 結(jié)? 論

1982—2022年40年間，祥云土壤堿解氮含量呈現(xiàn)先增后降趨勢，彌渡3次采樣土壤堿解氮含量無顯著差異且均以III級為主（100～150 mg/kg）；兩縣土壤有效磷和速效鉀含量均表現(xiàn)為不同程度上升趨勢，有效磷含量高于20 mg/kg 和速效鉀含量高于150 mg/kg的面積增加至90%以上，空間上呈彌渡北部和祥云中西部高其他區(qū)域低的分布特點。當(dāng)前煙田土壤速效養(yǎng)分氮含量相對適宜，部分區(qū)域磷鉀豐富，祥云中北部、西部及彌渡北部區(qū)域應(yīng)“穩(wěn)氮減磷鉀”，其他區(qū)域需注意“穩(wěn)氮控磷鉀”。

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