保康縣煙區土壤肥力的變化特征及綜合評價

佀國涵　饒雄飛　郭利　等

摘要：對2012年保康縣煙區采集的450個土壤樣品的養分指標進行分析，結果表明，2012年的煙區土壤的pH、速效磷和速效鉀較2002年分別增加了0.6、30.8 mg/kg和147.9 mg/kg，增幅分別達到了8.6%、287.9%和122.3%；但土壤有機質和堿解氮的含量較2002年分別降低了9.2 g/kg和9.7 mg/kg，降幅分別為26.1%和6.9%。應用主成分分析對保康縣煙區土壤肥力進行了綜合評價，運用等間距法對主成分綜合得分進行分級，結果表明保康縣煙區土壤肥力高、較高、適中和低的土壤面積分別占調查總面積的26.7%、19.5%、26.7%和27.1%，各鄉鎮煙區土壤的肥力綜合得分順序為龍坪鎮>兩峪鄉>重陽鎮>店埡鎮>歇馬鎮>后坪鎮>馬良鎮>高堡鎮。

關鍵詞：保康縣煙區；土壤肥力；綜合評價

中圖分類號：S158 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）22-5379-04

土壤肥力是土壤生產力的基礎，土壤肥力的高低決定了作物的生產潛力[1]。土壤養分含量是評價土壤肥力的重要標志，其豐缺狀況、供應強度和各養分間的協調程度直接影響著煙草的生長發育、產量和品質[2]。土壤肥力評價就是土壤肥力高低的評判和鑒定，但是由于目前關于土壤肥力的概念還缺乏一個統一的、嚴格的定義，因此土壤肥力的評價方法很多，在指標選擇上也存在著很大的差異[3，4]。目前大多數研究仍局限于人為地劃分土壤肥力的等級指標和相對權重系數等，這些方法簡便明確，直觀性強，其評價結果的準確性在很大程度上取決于評價者的專業水平，評價者之間缺乏統一性和可比性，導致結果的應用沒有普遍意義。近年來，研究者們將多元統計分析方法如聚類分析、因子分析、主成分分析和模糊數學等應用于土壤肥力的綜合評價，其中主成分分析法是土壤質量定量評價中應用最為廣泛的數理統計方法[5，6]，它能夠客觀準確的篩選土壤屬性的變異性，避免主觀因素對權重確定的影響，減少評價指標的個數，對指標體系的分析更加簡單有效。本研究通過分析近10年（2002～2012年）保康縣植煙土壤養分的變化特征，并對植煙土壤肥力進行綜合評估，旨在了解保康縣植煙土壤肥力的變化，綜合評估土壤的肥力狀況，為保康縣煙葉健康可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

保康縣地處湖北省西北部，位于北緯31° 21′-32° 06′，東經110° 45′-111° 31′，屬鄂西山地的一部分，是荊山山脈和武當山的余脈，平均海拔910 m；保康縣屬于亞熱帶大陸性季風氣候，四季分明，降水集中，年均氣溫12.0～15.0 ℃，年均降雨量934.0 mm，年均無霜期240 d。保康縣土壤母質以泥質巖類和碳酸鹽類為主，作為湖北省主要產煙縣，保康縣的年均植煙面積超過4 000 hm2，已成為襄陽市最大的煙葉產區。

1.2 土樣采集與指標測定

2012年在保康縣煙區共采集土壤樣品450個，土壤采樣點選擇與2001-2002年湖北省煙區開展的平衡施肥項目相同或相近的田塊。土壤樣品在施用底肥和移栽前采集，每個采樣點采用多點混合法，即每個采樣點設6～8個分樣點采集0～20 cm的表層土壤，混勻后通過四分法棄取，保留混合土樣1.0 kg左右。采集的土樣經風干、剔除雜物后分別磨碎過篩后備用。

土壤樣品的分析參照土壤農化分析方法[7]，土壤pH測定采用水浸提電位法（固液比1∶2.5）；土壤有機質測定采用外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法；堿解氮采用堿解擴散法測定；速效磷用Olsen法測定；速效鉀采用醋酸銨浸提火焰光度法測定。

1.3 其他數據采集

2001-2002年湖北省煙區平衡施肥項目中獲得保康縣449個植煙土壤樣品所對應的土壤肥力數據。

1.4 數據處理

利用Excel 2003和SAS 9.0統計分析軟件對所獲得數據進行描述性統計分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 保康縣植煙土壤養分變化特征

2.1.1 土壤肥力指標體系 以全國第二次土壤普查確定的土壤肥力分級標準為基礎，參考襄樊煙區土壤屬性和養分含量評價等級標準[8]，并結合2002年湖北省煙區平衡施肥項目的土壤分析數據以及本次土壤分析的結果，給出各單項肥力指標的分級標準（表1），土壤pH的分級標準參照文獻[9]。

2.1.2 土壤pH的變化特征 由表2可知，2012年保康縣植煙土壤主要呈中性至堿性，其中pH處于6.6～7.5中性和>7.5堿性土壤面積分別占調查總面積的50.5%和24.2%，而pH處于<5.5的酸性土壤和pH處于5.6～6.5弱酸性土壤面積分別僅占調查總面積的6.0%和19.3%。相對于2002年，2012年保康縣植煙土壤的平均pH增加了0.6個單位，增加幅度為8.6%；2012年保康縣植煙土壤pH位于6.6～7.5的中性土壤和>7.5堿性土壤的面積較2002年分別提高了10.2和24.2個百分點。

2.1.3 土壤有機質的變化特征 保康縣植煙土壤有機質樣點分布見表3，結合表1可知，2012年土壤的有機質含量處于<10 g/kg缺水平和10～20 g/kg低水平的植煙面積分別占調查總面積的2.9%和26.4%，而有機質含量處于20～30 g/kg中水平和>30 g/kg高水平的植煙面積分別占調查總面積的38.4%和32.2%。與2002年相比，2012年的植煙土壤平均有機質含量呈下降趨勢，主要表現在10～20 g/kg低水平和20～30 g/kg中水平的植煙面積分別增加了21.3個百分點和12.8個百分點，而>30 g/kg高水平的土壤面積較2002年則降低了36.2個百分點。2012年土壤平均有機質含量較2002年降低了9.2 g/kg，降幅達26.1%。

2.1.4 土壤速效養分的變化特征 由表4～6可知，與2002年相比，2012年保康縣植煙土壤的速效磷和速效鉀均出現不同程度的增加趨勢，其中土壤速效磷和速效鉀含量分別增加了30.8 mg/kg 和147.9 mg/kg，增加幅度分別為287.9%和122.3%；而2012年土壤堿解氮的含量較2002年調查結果則呈降低趨勢，其土壤堿解氮含量降低了9.7 mg/kg，降低幅度為6.9%。

與2002年相比，2012年土壤速效磷>25 mg/kg高水平和速效鉀含量>190 mg/kg高水平的植煙面積均有大幅的提高，其中速效磷>25 mg/kg和速效鉀含量>190 mg/kg的植煙面積較2002年分別增加了56.0和57.1個百分點。2012年土壤堿解氮分布主要反映在50～90 mg/kg低水平和90～140 mg/kg中水平的植煙面積有所增加，而>140 mg/kg高水平和<50 mg/kg缺水平的植煙面積有所降低。

2.2 保康縣煙區土壤肥力指標的相關性分析

保康縣煙區土壤肥力指標的相關系數由表7可知，不同肥力指標間存在著不同程度的相關性，其中有機質與堿解氮、速效磷和速效鉀均呈極顯著正相關；速效鉀與其他4項肥力指標均呈極顯著正相關。由于這些相關性的存在，直接利用土壤肥力指標進行綜合評價，將會產生信息的重疊，導致評價結果出現偏差，因此將進一步運用主成分分析法對土壤肥力進行綜合評價。

2.3 保康縣植煙土壤肥力指標的主成分分析

為了消除指標間數量級差別對綜合評價帶來的不良影響，將原始數據按照公式X*ij=（Xij-Xj）/Sj進行標準化處理[10]。由表8可知，前3個特征根的累積貢獻率達到了96.69%，基本保留了原變量的特征、差異和相互關系。因此，根據累計貢獻率≥90%的原則從眾多的特征根中提取3個主成分是合適的。由表9可知，第1主成分的貢獻率為48.49%，其中有機質、堿解氮的系數明顯大于其他養分指標，說明第1主成分是有機質、堿解氮養分狀況的綜合反映；第2主成分的貢獻率為22.45%，是pH和速效鉀養分狀況的綜合反映；第3主成分的貢獻率18.06%，其中速效磷含量有較大的負系數。

根據土壤肥料指標的得分系數矩陣計算3個主成分得分，主成分得分等于主成分得分系數與相對應的標準變量（X*ij）之積。然后再根據3個主成分的貢獻率和得分，建立土壤肥料綜合得分（F）的數學模型：F=F1×48.49%+F2×22.45%+F3×18.06%，并計算綜合得分。

2.4 保康煙區土壤肥力等級的劃分

將計算出的土壤肥力綜合得分，按一定的方法即可劃分土壤肥力等級。常用的劃分方法有等間距法、系統聚類法、灰色關聯聚類法等。本研究采用等間距法，以土壤肥力綜合得分為劃分指標，將土壤肥力劃分為4個等級[11，12]，第I級土壤肥力綜合得分≥0.50，土壤肥力高，包括120個土壤樣品，占樣品總數的26.7%；第II級土壤肥力綜合得分0.00～0.50，土壤肥力較高，包括88個土壤樣品，占樣品總數的19.5%；第III級土壤肥力綜合得分-0.50～0.00， 土壤肥力適中，包括120個土壤樣品，占樣品總數的26.7%；第IV級土壤肥力綜合得分≤-0.50，土壤肥力低，包括122個土壤樣品，占樣品總數的27.1%。

通過對不同鄉鎮的綜合得分進行排序，由表10可知，保康縣各鄉鎮植煙土壤的肥力綜合得分順序為龍坪鎮>兩峪鄉>重陽鎮>店埡鎮>歇馬鎮>后坪鎮>馬良鎮>高堡鎮。不同鄉鎮的肥力水平差異較大，其中龍坪鎮、兩峪鄉、店埡鎮和重陽鎮達到較高肥力水平，馬良鎮、歇馬鎮和后坪鎮的土壤綜合肥力達到適中的肥力水平，而高堡鎮的土壤綜合肥力達到低水平。

3 結論與討論

3.1 討論

經過10年左右的耕作，保康縣煙區土壤的酸堿性發生了很大的變化，2012年保康縣煙區土壤的酸堿度基本處于中性至堿性范圍內，其中位于6.6～7.5中性土壤和>7.5堿性土壤的面積分別較2002年提高了10.2和24.2個百分點，土壤的平均pH增加了0.6個單位，這可能與煙農長期有施用生石灰的習慣有關。長期施用石灰使保康縣最適宜煙葉生長的弱酸性土壤（pH 5.5～6.5）面積降低了37.7個百分點，土壤堿化已是目前保康縣煙葉可持續發展所面臨的緊迫問題。

保康縣煙區土壤的有機質含量中等偏低，僅有32.2%的土壤處于高水平，與2002年相比，土壤有機質含量處于高水平的土壤面積降低了36.2個百分點，土壤平均有機質含量降低了9.2 g/kg，可見經過10年左右的耕作，保康縣土壤有機質含量出現明顯的降低趨勢。目前，農村農家肥來源逐漸減少，煙農在煙草種植中少施甚至不施有機肥，這可能是本區域土壤有機質含量快速降低的主要原因，因此為了進一步培肥土壤，改善煙葉的品質，應鼓勵煙農種植綠肥，增施有機肥或農家肥。

保康縣煙區土壤中速效磷和速效鉀的含量較高，其中土壤速效磷>25 mg/kg高水平和速效鉀含量>190 mg/kg高水平的植煙面積分別達到了59.3%和67.3%，其在過去的10年間，土壤的速效磷和速效鉀含量呈迅速增加的趨勢，其中土壤速效磷和速效鉀含量較2002年分別增加了30.8 mg/kg和147.9 mg/kg，增加幅度分別為287.9%和122.3%。對于土壤速效磷和速效鉀的變化，大部分研究認為施用磷肥和鉀肥使土壤速效磷和速效鉀含量明顯提高[13]，而且在保康縣的煙葉生產中也重視磷肥和鉀肥的施用，煙草種植中N∶P2O5比例一般在1∶1～1∶1.5，N∶K2O的比例一般在1∶3，其施用比例遠高于普通農田，這可能是近10年來本區域植煙土壤速效磷和速效鉀含量呈迅速增加趨勢的主要原因。土壤堿解氮含量處于中等偏上水平，且其土壤堿解氮的含量較2002年有所降低的趨勢，其中土壤堿解氮含量降低了9.7 mg/kg，降低幅度為6.9%。氮素是對烤煙產量與質量影響最為敏感的養分[14]，施氮肥過多會造成煙葉貪青晚熟，品質變差，因此煙農在煙葉種植中嚴格控制氮肥的施用量，從而使得本區域植煙土壤中堿解氮含量呈降低趨勢。

通過主成分分析和等間距法將450個土壤樣品分為了4類，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力低的樣品占樣本總數的27.1%，說明保康縣煙區整體土壤肥力中等水平。通過對保康縣不同鄉鎮土壤肥力進行了綜合評價，其中龍坪鎮、兩峪鄉、店埡鎮和重陽鎮達到較高肥力水平，馬良鎮、歇馬鎮和后坪鎮的土壤綜合肥力達到適中的肥力水平，而高堡鎮的土壤綜合肥力達到低水平。土壤肥力綜合評價的結果僅代表一種潛在的生產能力，在實際生產中，還應結合煙草品種、栽培制度、需肥規律以及土壤養分的有效性等統籌考慮。

3.2 結論

1）2012年保康煙區土壤的pH均值為7.0，土壤全氮、速效磷和速效鉀的含量處較高水平，但有機質、堿解氮的含量處于中等水平。

2）相對于2002年，2012年保康縣植煙土壤的pH、速效磷和速效鉀含量均出現明顯的升高趨勢，而土壤堿解氮和有機質含量則出現降低趨勢。

3）通過主成分分析和等間距法綜合評價了2012年保康縣煙區土壤的肥力狀況，保康縣煙區整體土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力較低的樣品占樣本總數的27.1%。

4）通過綜合評價得出2012年保康縣不同鄉鎮的土壤肥力狀況，其綜合肥力為龍坪鎮>兩峪鄉>重陽鎮>店埡鎮>歇馬鎮>后坪鎮>馬良鎮>高堡鎮。

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通過主成分分析和等間距法將450個土壤樣品分為了4類，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力低的樣品占樣本總數的27.1%，說明保康縣煙區整體土壤肥力中等水平。通過對保康縣不同鄉鎮土壤肥力進行了綜合評價，其中龍坪鎮、兩峪鄉、店埡鎮和重陽鎮達到較高肥力水平，馬良鎮、歇馬鎮和后坪鎮的土壤綜合肥力達到適中的肥力水平，而高堡鎮的土壤綜合肥力達到低水平。土壤肥力綜合評價的結果僅代表一種潛在的生產能力，在實際生產中，還應結合煙草品種、栽培制度、需肥規律以及土壤養分的有效性等統籌考慮。

3.2 結論

1）2012年保康煙區土壤的pH均值為7.0，土壤全氮、速效磷和速效鉀的含量處較高水平，但有機質、堿解氮的含量處于中等水平。

2）相對于2002年，2012年保康縣植煙土壤的pH、速效磷和速效鉀含量均出現明顯的升高趨勢，而土壤堿解氮和有機質含量則出現降低趨勢。

3）通過主成分分析和等間距法綜合評價了2012年保康縣煙區土壤的肥力狀況，保康縣煙區整體土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力較低的樣品占樣本總數的27.1%。

4）通過綜合評價得出2012年保康縣不同鄉鎮的土壤肥力狀況，其綜合肥力為龍坪鎮>兩峪鄉>重陽鎮>店埡鎮>歇馬鎮>后坪鎮>馬良鎮>高堡鎮。

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通過主成分分析和等間距法將450個土壤樣品分為了4類，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力低的樣品占樣本總數的27.1%，說明保康縣煙區整體土壤肥力中等水平。通過對保康縣不同鄉鎮土壤肥力進行了綜合評價，其中龍坪鎮、兩峪鄉、店埡鎮和重陽鎮達到較高肥力水平，馬良鎮、歇馬鎮和后坪鎮的土壤綜合肥力達到適中的肥力水平，而高堡鎮的土壤綜合肥力達到低水平。土壤肥力綜合評價的結果僅代表一種潛在的生產能力，在實際生產中，還應結合煙草品種、栽培制度、需肥規律以及土壤養分的有效性等統籌考慮。

3.2 結論

1）2012年保康煙區土壤的pH均值為7.0，土壤全氮、速效磷和速效鉀的含量處較高水平，但有機質、堿解氮的含量處于中等水平。

2）相對于2002年，2012年保康縣植煙土壤的pH、速效磷和速效鉀含量均出現明顯的升高趨勢，而土壤堿解氮和有機質含量則出現降低趨勢。

3）通過主成分分析和等間距法綜合評價了2012年保康縣煙區土壤的肥力狀況，保康縣煙區整體土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和較高的樣品僅占樣本總數的46.2%，肥力較低的樣品占樣本總數的27.1%。

4）通過綜合評價得出2012年保康縣不同鄉鎮的土壤肥力狀況，其綜合肥力為龍坪鎮>兩峪鄉>重陽鎮>店埡鎮>歇馬鎮>后坪鎮>馬良鎮>高堡鎮。

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