黔南州典型植煙土壤綜合肥力評價

關(guān)鍵詞：煙田；黔南州；土壤肥力；綜合評價

烤煙是我國南方的主要經(jīng)濟作物，對土壤肥力敏感，土壤肥力高低直接影響其產(chǎn)量與品質(zhì)[1]。植煙土壤肥力評價一直受到煙區(qū)的高度關(guān)注[2-5]。針對土壤肥力的研究，早期通過單項肥力指標(biāo)分析的方法不能真實、有效反映區(qū)域土壤肥力特征[6]。近年來，因子分析、聚類分析、主成分分析、模糊數(shù)學(xué)等方法越來越廣泛應(yīng)用于植煙土壤綜合肥力的評價，獲得的土壤肥力綜合指數(shù)（IFI），結(jié)合地統(tǒng)計學(xué)與地理信息系統(tǒng)，能夠合理預(yù)測區(qū)域面積內(nèi)的土壤綜合肥力，是評價植煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)的有效方法[7]。

貴州是我國僅次于云南的重要煙草生產(chǎn)基地，煙草種植是貴州經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。黔南州則是貴州的主要煙草種植區(qū)，以往對其植煙土壤肥力狀況的研究甚少，且多是聚焦少數(shù)、單項的土壤肥力指標(biāo)[8]，忽視了區(qū)域土壤綜合肥力對烤煙生長的復(fù)合效應(yīng)，無法全面反映植煙土壤的綜合肥力[9-10]。為此，本研究以貴州黔南州典型植煙土壤為研究對象，分析土壤肥力指標(biāo)，進行土壤綜合肥力評價，旨在明晰土壤存在的問題，指導(dǎo)采取合理的施肥措施以提升土壤肥力和改良土壤，合理安排烤煙種植區(qū)劃，以實現(xiàn)植煙土壤的可持續(xù)利用，保障優(yōu)質(zhì)煙葉的生產(chǎn)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

黔南州地處貴州省中南部，介于東經(jīng)106°12′～108°18′，北緯25°04′～27°29′之間，土地總面積2.62萬km2，地勢北高南低，海拔介于242～1961m，地貌分為高中山、中山、低中山、低山、丘陵和盆地，巖溶地貌廣泛發(fā)育。氣候多樣，地區(qū)差異和垂直差異明顯，具有高原山區(qū)的氣候特點和變化規(guī)律，年均氣溫13.6～19.6℃，降水量1200mm以上，無霜期約292d，大部分地區(qū)日照度約30%?？緹熤鳟a(chǎn)區(qū)包括福泉市、龍里縣、貴定縣、長順縣、惠水縣、平塘縣和羅甸縣[11]。

1.2典型煙田布設(shè)、土壤樣品采集與測定

2022年，針對黔南州煙葉主產(chǎn)區(qū)，包括惠水縣、貴定縣、長順縣、龍里縣、平塘縣及羅甸縣的沫陽鎮(zhèn)、邊陽鎮(zhèn)，福泉市的黃絲鎮(zhèn)、岔河鎮(zhèn)，總植煙面積11220.92km2，綜合考慮煙田的空間分布、土壤類型、成土母質(zhì)、地形和輪作制度，布設(shè)了193塊典型煙田（具體位置見圖1），其中惠水縣35塊、貴定縣63塊、長順縣27塊、龍里縣13塊、平塘縣47塊、羅甸縣4塊、福泉市4塊?？緹熞圃院褪┓是埃诿繅K典型煙田內(nèi)，按隨機多點原則（10～15個點）采集0～20cm耕層土壤樣品，充分混合后用四分法留取1.5kg裝入密封袋帶回實驗室，剔除非土壤雜物后，經(jīng)自然風(fēng)干和研磨過不同孔徑篩備用。

土壤指標(biāo)測定方法：顆粒組成[USDA制，砂粒（SAN）0.05～2mm，粉粒（SIL）0.002～0.05mm，黏粒（CAL）lt;0.002mm]，吸管法；pH，電位法；有機質(zhì)（OM），重鉻酸鉀外加熱法；堿解氮（AN），堿解擴散法；有效磷（AP），鉬銻抗比色法；速效鉀（AK），火焰光度計法；交換性鈣（ECa）和鎂（EMg），EDTA滴定法；有效硼（AB），姜黃素比色法。各指標(biāo)的具體測定方法參見文獻[12-13]。

1.3土壤評價體系構(gòu)建

1.3.1土壤肥力指標(biāo)權(quán)重及隸屬度計算 使用主成分分析法計算研究區(qū)各養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[14]。通過S型隸屬函數(shù)（式1）、拋物線型隸屬函數(shù)（式2）分別計算各對應(yīng)土壤指標(biāo)的隸屬度值Ni[15]?？紤]到煙草生長中土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮等因子有最佳適宜范圍，低于或高于該范圍均不利于煙草的生長，因而選擇拋物線型隸屬度函數(shù)。土壤有效磷、速效鉀等因子在一定的范圍內(nèi)與煙草產(chǎn)量、質(zhì)量呈正相關(guān)，因而選擇S型隸屬度函數(shù)（表1）[16]。

參照《全國第二次土壤普查技術(shù)規(guī)程》（簡稱“規(guī)程”）的評級指標(biāo)分級[17]，結(jié)合中國植煙土壤養(yǎng)分評價標(biāo)準(zhǔn)[18]，綜合考慮黔南區(qū)烤煙養(yǎng)分需求特征[19-21]，在明確各項評價指標(biāo)閾值后，基于各項指標(biāo)的固定閾值，將評價指標(biāo)劃分為較低、偏低、適宜、偏高和較高5個等級（表1）。其中指標(biāo)AP、AK，僅采用較低、適宜和較高3個等級進行區(qū)間劃分，并依次對應(yīng)隸屬函數(shù)中的閾值區(qū)間：[0，x1），較低；[x1，x4），適宜；≥x4，較高。指標(biāo)pH、OM、AN、ECa、EMg、AB、SAN、SIL、CLA采用較低、偏低、適宜、偏高和較高5個等級進行區(qū)間劃分，并依次對應(yīng)于隸屬函數(shù)中的閾值區(qū)間：[0，x1），較低；[x1，x2），偏低；[x2，x3），適宜；[x3，x4），偏高；≥x4，較高。

1.3.2土壤肥力綜合指數(shù)計算 土壤綜合肥力指數(shù)（IFI）是定量分析土壤參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)[22]，IFI在[0，1]區(qū)間取值，值越大表示土壤綜合肥力越好。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)中的加權(quán)乘法原則，參照公式（3）計算土壤肥力綜合指數(shù)[23]：

式中Wi為第i種養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；Ni為第N個指標(biāo)在i點的隸屬度值。IFI分為5個等級[24]：[0.8，1]，較高；[0.6，0.8），偏高；[0.4，0.6），中等；[0.2，0.4），偏低；[0，0.2），較低。

1.3.3地統(tǒng)計學(xué)空間插值 使用普通克里金插值法對研究區(qū)樣點土壤養(yǎng)分指標(biāo)含量進行空間插值分析，計算區(qū)域面積內(nèi)養(yǎng)分分布情況[25]。

1.4數(shù)據(jù)處理及分析

使用IBMStatisticsSPSS22.0主成分分析計算土壤指標(biāo)權(quán)重，使用Origin2021進行指標(biāo)間相關(guān)性分析，使用ArcGIS10.5進行克里金插值分析。

2結(jié)果

2.1植煙土壤肥力指標(biāo)統(tǒng)計分析及空間分布

黔南州植煙土壤肥力指標(biāo)測定結(jié)果表明（表2），全域植煙土壤指標(biāo)pH、OM、SAN、SIL、CLA和ECa整體處于烤煙生長所需的適宜區(qū)間。

2.1.1常量養(yǎng)分指標(biāo) 各區(qū)縣植煙土壤整體呈酸性，pH變幅區(qū)間為5.45～6.85。其中，福泉土壤pH平均值最小（5.45±0.42），羅甸縣pH最大（6.85±0.16）；各區(qū)縣OM含量整體適宜烤煙生長。其中，福泉平均含量最高[（31.28±2.20）g/kg]，平塘最低[（20.65±7.83）g/kg]。

空間插值結(jié)果顯示，pH處于較低區(qū)間的土壤集中在惠水、平塘縣交界處，占植煙區(qū)域總面積的19.43%；較高區(qū)間內(nèi)的土壤則集中分布在龍里縣全域和羅甸縣東北部，占植煙區(qū)域總面積的27.10%（圖2a）。貴定縣、惠水縣和長順縣部分植煙土壤OM含量處于偏高區(qū)間，占植煙區(qū)域總面積的11.36%。平塘縣南部、龍里縣和貴定縣中部零散區(qū)域內(nèi)土壤OM處于偏低區(qū)間，占植煙區(qū)域總面積的6.77%（圖2b）。

2.1.2速效養(yǎng)分指標(biāo) 各區(qū)縣植煙土壤AN含量整體處于偏高區(qū)間，而AP、AK含量的空間分布存在較大變異。福泉南部植煙區(qū)AP含量平均值為（14.88±5.77）mg/kg，處于含量較低區(qū)間內(nèi)[26]，平塘、羅甸北部植煙區(qū)AP含量平均值[平塘（36.68±31.98）mg/kg；羅甸（128.49±147.11）mg/kg]則處于較高區(qū)間。土壤AK在植煙區(qū)域范圍內(nèi)整體呈北高南低的兩極化分布。其中，羅甸縣北部植煙區(qū)AK含量平均值為（77.16±25.18）mg/kg，處于較低區(qū)間。此外，長順、惠水縣中部及南部、平塘縣南部區(qū)域同樣處于較低區(qū)間。貴定、龍里和平塘縣北部區(qū)域AK含量則處于較高區(qū)間。

空間插值結(jié)果顯示，土壤AN含量偏高區(qū)間的土地面積占植煙區(qū)域總面積的68.09%，主要分布在南部平塘縣、長順縣、惠水縣東部和羅甸縣北部植煙區(qū)，中部龍里縣和貴定縣含量整體處于適宜區(qū)間（圖2c）。土壤AP呈現(xiàn)出由福泉市南部植煙區(qū)延伸至長順縣西南部的較低區(qū)間分布帶，該分布帶面積占植煙區(qū)域總面積的47.29%（圖2d）。此外，區(qū)域南部長順縣、惠水縣和平塘縣南部以及羅甸縣北部植煙區(qū)范圍內(nèi)土壤AK含量處于較低區(qū)間，占植煙區(qū)域總面積的42.03%；北部龍里、貴定縣域內(nèi)的土壤AK含量處于較高區(qū)間，占植煙區(qū)域總面積的42.97%（圖2e）。

2.1.3中、微量元素指標(biāo) 在中量元素方面，各區(qū)縣的植煙土壤ECa含量平均值整體處于適宜區(qū)間，EMg含量整體處于偏高區(qū)間，但變異程度均較大。長順縣和羅甸縣北部植煙區(qū)的ECa含量處于較低區(qū)間，而福泉南部植煙區(qū)ECa含量平均值則處于偏高區(qū)間；惠水縣的EMg含量處于偏低區(qū)間，平均值為（238.96±281.55）mg/kg，而羅甸縣北部植煙區(qū)的EMg含量則處于較高區(qū)間。在微量元素方面，各區(qū)縣土壤中的AB含量平均值均處于較低區(qū)間，表明有效硼不足是黔南州7個區(qū)縣植煙土壤中普遍存在的問題。

空間插值結(jié)果表明（圖2f、g），區(qū)域土壤ECa含量整體處于適宜區(qū)間，但在平塘縣南部、長順縣北部和羅甸縣北部植煙區(qū)域內(nèi)，ECa含量處于偏低區(qū)間，這些區(qū)域占植煙區(qū)域總面積的21.59%。惠水縣、平塘縣及貴定縣中部區(qū)域的EMg含量處于偏低或較低區(qū)間，這些低含量區(qū)域占植煙區(qū)域總面積的32.28%。全域土壤的AB含量則普遍低于0.2mg/kg（圖2h）。

2.1.4物理指標(biāo) 惠水縣、貴定縣的植煙土壤SAN含量處于偏高區(qū)間，其中貴定縣SAN含量高達49.14%±14.60%。平塘縣的SAN含量處于適宜區(qū)間，福泉市南部植煙區(qū)SAN含量僅為27.00%±0.15%，處于偏低區(qū)間。各植煙區(qū)縣土壤SIL、CLA含量變幅較大。具體而言，惠水縣、長順縣土壤SIL平均含量處于適宜區(qū)間，貴定縣SIL平均含量處于偏低區(qū)間，龍里縣、平塘縣和福泉縣南部植煙區(qū)處于偏高區(qū)間，羅甸縣北部植煙區(qū)SIL含量則處于較高區(qū)間。此外，福泉市南部植煙區(qū)CLA含量占比最高，為33.00%±10.80%，處于偏高區(qū)間，而長順縣最低，為26.52%±9.80%，處于適宜區(qū)間。

空間插值結(jié)果表明（圖2i、j），區(qū)域SAN和SIL含量在空間分布上表現(xiàn)出相互對立的區(qū)域分布特征。羅甸縣北部植煙區(qū)的土壤SAN含量整體處于較低區(qū)間，而SIL含量則整體處于較高區(qū)間；貴定縣全縣土壤SAN含量整體處于偏高區(qū)間，SIL含量則處于較低區(qū)間。黔南州植煙區(qū)域土壤CLA含量整體上處于偏低或較低區(qū)間，面積占植煙區(qū)域總面積的72.16%（圖2k）。

2.2植煙土壤肥力綜合評價

2.2.1評價指標(biāo)相關(guān)性分析 黔南植煙土壤肥力指標(biāo)間的相關(guān)分析結(jié)果表明（表3），各指標(biāo)間的相關(guān)性較低，CLA與OM、AK、EMg顯著正相關(guān)（plt;0.05），與SAN、SIL顯著負相關(guān)（plt;0.05），但相關(guān)系數(shù)均lt;0.50。SIL與SAN之間顯著負相關(guān)（–0.72，plt;0.05）。作為評價因子，各養(yǎng)分指標(biāo)間重疊性較差，故將全部的土壤肥力指標(biāo)納入土壤肥力綜合評價體系。

2.2.2指標(biāo)權(quán)重和IFI綜合肥力結(jié)果 對植煙土壤綜合肥力評價體系下11項指標(biāo)進行偏相關(guān)度KMO檢驗和Bartlett檢驗，結(jié)果表明KMO=0.683gt;0.60，適合進行主成分分析確定指標(biāo)權(quán)重。主成分分析計算結(jié)果顯示，土壤肥力指標(biāo)權(quán)重的排列順序為OM（0.103）gt;AN（0.101）gt;AK（0.095）gt;AB（0.093）gt;EMg（0.091）gt;ECa（0.090）gt;pH（0.090）gt;CLA（0.087）gt;AP（0.087）gt;SIL（0.084）gt;SAN（0.079），養(yǎng)分指標(biāo)中OM、AN權(quán)重值均大于0.10，物理指標(biāo)（顆粒組成）權(quán)重均小于0.10。

黔南州各區(qū)縣植煙區(qū)土壤綜合肥力（IFI）計算結(jié)果顯示（圖3a），全州IFI平均值為0.57，整體為中等水平。各區(qū)縣IFI為福泉（0.66）gt;龍里（0.62）gt;貴定（0.59）gt;平塘（0.58）gt;長順（0.53）gt;惠水（0.52）gt;羅甸（0.41）。各區(qū)縣IFIgt;0.75的樣點占比由高至低分別為30.77%（龍里）、25.00%（福泉）、14.29%（貴定）、10.64%（平塘）、5.71%（惠水）、3.70%（長順）、0%（羅甸縣）。空間插值結(jié)果顯示（圖3b），黔南州下轄區(qū)縣植煙土壤綜合肥力（IFI）整體處于中等區(qū)間。其中龍里、貴定和平塘縣北部區(qū)域IFI處于綜合肥力偏高區(qū)間，占植煙區(qū)域總面積的23.52%，表現(xiàn)出良好的綜合肥力特征。中部長順縣、惠水縣全域土壤IFI處于綜合肥力中等區(qū)間。羅甸縣北部植煙區(qū)的部分區(qū)域IFI處于綜合肥力偏低區(qū)間，土壤綜合肥力整體較差，占全域土地面積的4.12%。

3討論

相較傳統(tǒng)土壤肥力評價，采用主成分分析、隸屬函數(shù)及模糊數(shù)學(xué)的土壤肥力綜合評價體系能更全面、系統(tǒng)地對研究區(qū)域土壤肥力進行定量分析[27]。袁玉波等[28]、張恒等[29]、韓忠明等[10]、劉曉昂等[11]對黔南州植煙土壤的研究，主要是對單一指標(biāo)逐個進行分析和評價，沒有涉及綜合肥力。與其相比，本研究在11項土壤指標(biāo)分析基礎(chǔ)上，使用隸屬函數(shù)對指標(biāo)進行無量綱化處理后，通過主成分分析賦予指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建了土壤綜合肥力評價體系，計算得出了土壤綜合肥力指數(shù)IFI，整體計算過程可用信息量大，計算結(jié)果可靠性強，在單獨養(yǎng)分指標(biāo)定性描述的基礎(chǔ)上，定量表征全州植煙土壤的整體肥力狀況。

本研究結(jié)果表明，黔南州7個區(qū)縣植煙區(qū)域土壤的主要肥力指標(biāo)整體處于適宜或偏高狀態(tài)，但微量元素較低。有機質(zhì)含量是決定農(nóng)田土壤生產(chǎn)功能優(yōu)劣的關(guān)鍵，過高或過低均會影響煙葉的質(zhì)量和品質(zhì)[29]，本研究中7個區(qū)縣有機質(zhì)整體適宜烤煙生長。適宜烤煙生長的土壤pH范圍在4.0～8.5，最適宜范圍在5.5～6.5[30]，過酸或過堿的土壤環(huán)境均會阻礙煙葉的正常生長發(fā)育，受強降雨影響，黔南州植煙土壤pH呈弱酸性[31]，變幅處于烤煙生長適宜區(qū)間。土壤速效養(yǎng)分直接影響生育期烤煙各部位的發(fā)育，黔南州7個區(qū)縣植煙土壤堿解氮含量整體處于偏高區(qū)間，可能原因是氮肥投入量過高[32]。土壤含氮量過高易導(dǎo)致煙葉肥厚，貪青晚熟，烤后品質(zhì)低下[33]。此外，平塘縣全域有效磷含量較高，土壤磷素過高則易造成煙株早花，葉脈突出，葉片組織粗糙，烤后煙葉油分低[10]。另外，土壤中堿解氮和有效磷含量偏高，也存在由于氮磷流失引發(fā)的面源污染風(fēng)險。因此，應(yīng)在煙葉生產(chǎn)中適量減少全域氮肥的投入，并降低平塘縣的磷肥投入。羅甸植煙區(qū)土壤速效鉀低于烤煙的需鉀較低閾值。烤煙是典型的喜鉀作物，需鉀量大[34]，增施鉀肥可增加煙葉中的含鉀量，提升煙葉品質(zhì)。因此，針對該區(qū)域缺鉀煙田，應(yīng)適量補施鉀肥。黔南州植煙土壤有效硼虧缺嚴(yán)重，平均含量為0.11mg/kg，遠低于烤煙正常生長需要的硼最低閾值（0.3mg/kg）。硼是煙葉燃燒后的灰分元素之一，煙葉生長過程中對硼的吸收量雖然較低，但其對煙株正常生長發(fā)育、產(chǎn)值影響至關(guān)重要[35]。由于硼在根際及韌皮部的移動性較低，因此葉面噴施能有效提高煙葉對硼的吸收[36]，故黔南州各植煙區(qū)縣應(yīng)在大田期依據(jù)烤煙長勢適時進行硼肥葉面噴施。

植煙土壤IFI計算結(jié)果表明，黔南州7個植煙區(qū)縣IFI整體處于中等區(qū)間。受氣候、地形和養(yǎng)分管理等環(huán)境因素影響，土壤養(yǎng)分豐缺與地理區(qū)位具明顯相關(guān)性[37-38]。黔南州植煙區(qū)北高南低，受坡度、坡位等地形因子的影響，北部丘陵山區(qū)接受光照和分配太陽輻射量高，植物地下生物量整體優(yōu)于南部區(qū)縣[39]；同時黔南州雨季降水量大，北部丘陵山區(qū)持水能力較弱，植被受積澇危害程度低，地下部根系生長旺盛，提供了有助于土壤養(yǎng)分提升的良好根際條件[40]，因此北部福泉市植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量整體優(yōu)于南部羅甸縣植煙區(qū)。此外，羅甸縣的部分土地，作為黔南州耕地后備資源的主要用地，近5年在原有各類型土地利用的基礎(chǔ)上進行了耕地改造[41]，有原來的下部生土上移的現(xiàn)象，導(dǎo)致土壤肥力整體低于北部熟化農(nóng)田土壤肥力，故針對羅甸植煙土壤，應(yīng)適當(dāng)加大有機-無機肥料的配施，以快速提升新墾農(nóng)田耕層的土壤肥力。

4結(jié)論

本研究表明，黔南州7個區(qū)縣植煙土壤pH、OM、ECa、SAN、SIL、CLA含量整體處于烤煙生長的適宜區(qū)間，AN和EMg含量則處于偏高區(qū)間，AP和AK含量的空間分布區(qū)域差異性較大，羅甸縣北部植煙區(qū)AK含量處于較低區(qū)間，有待增施鉀肥，各區(qū)縣土壤有效硼整體虧缺嚴(yán)重，有待增施硼肥。各區(qū)縣土壤IFI整體處于中等區(qū)間，但羅甸縣等低肥力煙田適當(dāng)增施有機-無機肥料。