宜賓地區土壤養分空間變異及其豐缺狀況分析

張 浩，彭月月，李 斌，李啟權*，王昌全，李 冰，向金友，易 蔓

（1.四川農業大學資源學院，成都 611130；2.中國煙草總公司四川省公司，成都 610041；3.四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644002）

宜賓地區土壤養分空間變異及其豐缺狀況分析

張 浩1，彭月月1，李 斌2，李啟權1*，王昌全1，李 冰1，向金友3，易 蔓3

（1.四川農業大學資源學院，成都 611130；2.中國煙草總公司四川省公司，成都 610041；3.四川省煙草公司宜賓市公司，四川 宜賓 644002）

為探明宜賓地區主要土壤養分含量狀況，基于野外采集的676份土壤樣品，運用經典統計方法、地統計學方法和GIS技術分析了該區域8種土壤養分指標的空間變異特征及其豐缺狀況。結果表明，宜賓地區土壤有機質、全氮、全鉀和緩效鉀含量適宜，堿解氮含量豐富，而速效鉀、全磷和有效磷含量缺乏。各養分指標塊金效應在44.02%～81.93%；其中有效磷和速效鉀的空間自相關性較弱，主要受隨機因素影響。空間分布上，有機質含量總體呈現東南高、中部和北部低；全氮和堿解氮含量由西北、東南向中部區域下降；全磷呈南高北低趨勢，有效磷呈斑塊狀分布；緩效鉀由中部向西北和東南部逐漸下降；速效鉀表現為西高東低，全鉀與之相反。本研究結果為宜賓地區烤煙平衡施肥及種植規劃提供了理論依據。

土壤養分；空間變異；豐缺評價；宜賓市

土壤養分含量是衡量煙田土壤肥力的重要標志［1-2］，其豐缺狀況不僅直接影響煙葉的產量和品質，也是確定各區域烤煙生產潛力以及合理制定區域施肥措施的重要依據和基礎［3-5］。

近年來，隨著現代煙草農業的發展和優質煙葉生產中養分管理的需要，煙區土壤養分豐缺及其空間變異特征受到了廣泛關注［6-7］。如武德傳等［8］開展了黔南山地植煙土壤養分空間變異及分區管理研究；李強等［1］對曲靖市植煙土壤養分空間變異、肥力豐缺及適宜性進行了分析評價；張倩等［9］研究了攀西植煙土壤有機質和全氮空間變異特征；唐杰等［10］探究了川北植煙土壤有機質和全氮的空間變異及其影響因素。然而，受氣候、地形、土壤類型、種植制度和施肥狀況等因素的影響，不同植煙區域土壤養分狀況存在顯著的差異［5，11-12］。因此，掌握特定煙區土壤養分的豐缺狀況，明確其空間變異特征，對于優化煙區植煙施肥方案，合理指導肥料施用，提高肥料利用率，保障煙區土壤的可持續利用和優質煙葉生產具有重要意義。

宜賓市是四川省重要的烤煙生產基地之一。該地區處于川中丘陵-盆周山地過渡帶，地形條件復雜，土壤類型多樣。目前針對該區域土壤養分空間變異及豐缺評價的研究報道較少［13-15］。為探明宜賓地區土壤養分含量狀況，本研究應用地統計學和GIS技術相結合的方法對其主要土壤養分的空間變異特征及豐缺狀況進行分析，以期為該區域煙草種植區劃、土壤改良和養分分區管理提供基礎信息。

1　材料與方法

1.1研究區概況

宜賓市位于四川省南部（27°50′～29°16′N，103°36′～105°20′E），面積約13283 km2，轄內10個縣區。海拔在236～2009 m，總體呈現西南高、東北低態勢，地貌以中低山地和丘陵為主，嶺谷相間（圖1a）。區內屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫18.1～19.5 ℃，年降水量1045.3～1427.5 mm，年均無霜期為334～360 d左右，年均日照時數為1100 h。土壤類型主要有紫色土、水稻土、黃壤、石灰土、黃棕壤和新積土6個土類，其中以紫色土（43.58%）、水稻土（24.96%）和黃壤（22.25%）為主，共占宜賓市土壤總面積的90.79%。2013年全市共種植烤煙0.79萬hm2［16］，煙草種植在該區域農業發展中具有重要地位。

1.2樣品采集與分析

根據研究區實際情況，兼顧代表性和隨機取樣的原則，綜合考慮地形、海拔和土壤類型等因素進行樣點布設，采用多點混合法，于2011年在全市共采集表層土壤（0～20 cm）樣品676份（圖1b），其中植煙區縣樣點348個；采樣時詳細記錄樣點經緯度、海拔及土壤類型等環境信息。土壤樣品帶回實驗室經自然風干后研磨過篩，采用常規方法［17］測定各樣品有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀和緩效鉀含量。

圖1　研究區位置、數字高程及土壤采樣點分布圖Fig. 1 Maps for the location、DEM and sampling sites of the studied areas

1.3數據處理與分析方法

采用域值法識別異常值，并用正常最大或最小值替換［1］。常規統計分析、相關分析、方差分析和Kolmogorov-Smimov（K-S）檢驗在SPSS 20.0軟件中完成。依據《中國植煙土壤及煙草養分綜合管理》及相關文獻［18-19］中的植煙土壤養分含量分級評價標準（表1），對研究區土壤養分含量進行分析評價。

采用地統計學方法對土壤養分的空間變異特征進行分析［12］。首先在軟件GS+7.0中完成半方差模型擬合，再以最優半方差模型參數在ArcGIS10.1軟件的地統計模塊中進行普通克里格插值，得到研究區土壤養分含量的空間分布圖。半方差模型的擬合參數中，變程A可表示空間變量自相關范圍；塊金效應C0/（C0+C）反映土壤養分的空間自相關程度，當比值為＜25%、25%～75%和＞75%時，分別表示該養分指標具有強烈、中等和較弱的空間自相關性［1］。

表1　植煙土壤養分分級標準Table 1 Classification for soil nutrients in tobacco fields

2　結　果

2.1土壤養分總體特征

統計結果表明（表2），研究區土壤有機質、全氮、全鉀、緩效鉀和有效磷平均值分別為22.26 g/kg、1.42 g/kg、18.16 g/kg、262.86 mg/kg和11.53 mg/kg，含量總體處于適宜水平；全磷和速效鉀平均值分別為0.56 g/kg和81.92 mg/kg，含量處于缺乏水平；而堿解氮含量處于豐富水平，平均值為133.47 mg/kg。從變異系數來看，有效磷具有極強的變異性，變異系數高達143.00%；其余7個養分指標的變異系數在25.43%～53.29%，均屬于中等程度的空間變異［1］。K-S檢驗表明，土壤全氮、堿解氮、全鉀和緩效鉀含量符合正態分布，有機質、全磷、有效磷和速效鉀含量符合對數正態分布。

表2　宜賓土壤養分描述性統計特征Table 2 Descriptive static characteristics of soil nutrients in Yibin city

2.2不同土壤類型養分含量特征

從表3可以看出，研究區石灰土有機質、全氮和堿解氮含量相對最高，紫色土含量最低；除石灰土和紫色土外，各土類中有機質、全氮和堿解氮含量差異不顯著；石灰土全磷、鉀素（全鉀、速效鉀和緩效鉀）含量顯著高于其他土類；各土壤類型間有效磷含量無顯著差異；新積土緩效鉀含量顯著高于其他土類。總的來看，石灰土各土壤養分指標含量相對較高，紫色土相對缺乏，這與王暉等［20］的研究結果相似。不同土壤類型間養分含量的差異與其發育程度、母質和土地利用方式等因素有關［21-23］。

表3　宜賓市不同土壤類型養分含量特征Table 3 Characteristics of soil nutrient contents in different soil types of Yibin city

2.3土壤養分的空間結構特征

半方差分析結果表明（表4），各土壤養分均符合指數模型，擬合決定系數均在0.70以上，能較好地反映研究區各土壤養分指標的空間變異結構特征。從擬合模型參數來看，研究區有效磷和速效鉀的塊金效應＞75%，說明這2項指標的空間自相關性較弱，主要受隨機因素（施肥、土地利用方式和種植制度等人為活動）影響；其余6種土壤養分指標的塊金效應在44.02%～67.23%，具有中等程度的空間自相關性，受結構因素和隨機因素共同作用。變程在17.50～219.39 km，這表明各養分指標空間自相關范圍差異較大；其中，全氮和緩效鉀的變程遠高于其他養分指標。

表4　土壤養分含量的半方差模型及擬合參數Table 4 Semi-variance model of soil nutrient contents and fitting parameters

2.4土壤養分空間分布特征

基于半方差分析結果，利用普通克里格法進行插值，得到研究區土壤養分含量的空間分布圖（圖2、圖3和圖4）。根據土壤養分含量分級標準（表1）得到土壤養分不同等級的面積統計結果（表5），進而對區內土壤養分含量豐缺及植煙適宜性的空間差異進行評價。

2.4.1土壤有機質、全氮和堿解氮 研究區土壤有機質總體呈東南高、中部和北部低的趨勢（圖2a），分別有46.71%、40.24%和13.05%的區域處于適宜、缺乏和豐富水平（表5）；其中，有機質含量處于缺乏水平的區域主要分布在翠屏區、宜賓縣和高縣。

全氮和堿解氮空間分布特征相似，呈現出由西北和東南向中部逐漸降低的趨勢（圖2b和圖2c）。統計表明（表5），全氮和堿解氮整體處于適宜及以上水平；其中煙區所在的南部各區縣多數地區處于豐富和極豐富水平。

圖2　研究區土壤有機質、全氮和堿解氮含量空間分布圖（a-c）Fig. 2 Maps for the spatial distribution of soil organic matter， total nitrogen and alkali-hydrolyzed nitrogen contents in the studied areas （a-c）

表5　不同等級土壤養分面積統計表Table 5 Statistics of different levels of soil nutrients areas

2.4.2土壤全磷和有效磷 土壤全磷在空間分布上表現出北低南高的趨勢，有效磷空間分布趨勢不明顯，呈斑塊狀分布（圖3a和圖3b）。磷素含量處于適宜以上水平的區域所占面積較小，各區縣均呈現出不同程度的磷缺乏現象；其中全磷含量缺乏和極缺乏的區域占68.14%，主要分布在宜賓市北部區縣，有效磷含量處于缺乏和極缺乏的面積占84.47%，以江安、長寧、興文和珙縣最為突出。

圖3　研究區土壤全磷和有效磷含量空間分布圖（a-b）Fig. 3 Maps for the spatial distribution of soil total phosphorus and available phosphorus contents in the studied areas （a-b）

2.4.3土壤鉀素 土壤全鉀空間分布表現為東高西低，速效鉀含量在西南部較高而在中部及東北部相對較低，緩效鉀則呈現出由中部向西北和東南方向逐漸降低的趨勢（圖4a、圖4b和圖4c）。全鉀和緩效鉀處于適宜和豐富水平的區域所占面積較大，處于缺乏水平的面積僅分別占8.37%和18.50%，分別分布于宜賓縣、高縣和江安縣的部分地區與研究區西北及東南部分區域。土壤速效鉀在各區縣則表現出不同程度的缺乏現象，處于極缺乏和缺乏水平的面積占56.87%，其中屏山、興文和筠連等主要植煙縣速效鉀缺乏的區域面積也占有較大比例，反映出這些區域土壤鉀素供給不足的問題。

圖4　研究區土壤鉀素含量空間分布圖（a-c）Fig. 4 Maps for the spatial distribution of soil total potassium， available potassium and slowly available potassium nitrogen contents in the studied areas （a-c）

3　討　論

不同區域土壤養分的空間變異特征差異顯著，結構因素和隨機因素均會對土壤養分產生不同程度的影響［9-10，16］。宜賓地區土壤有機質、全氮和堿解氮的空間分布與區域地形、土壤類型分布及水熱條件有關［24］。南部高值區土壤類型以石灰土、黃壤和黃棕壤為主，土地利用方式以林草地為主，碳氮源豐富，且該區域海拔較高，氣溫相對較低，有利于其積累［25-26］。而中部低值區則以紫色土為主，氣溫相對較高，土地利用方式主要為耕地，利用程度高，因而有機質、全氮和堿解氮含量較低［22］。

有效磷和速效鉀養分總體處于缺乏水平，且兩者塊金效應＞75%，空間自相關性弱，主要受隨機因素（施肥、土地利用方式和種植制度等人為活動）影響，這與王珊等［13］的研究結果一致。造成這一結果的主要原因，一方面是由于研究區施肥長期“重氮、輕磷、忽鉀”，使得該區土壤普遍缺乏有效磷和速效鉀養分［13，16］；另一方面，研究區地處川中丘陵-盆周山地過渡帶，受氣候、地形條件和土壤類型等因素的影響，土壤對磷素的吸附能力較弱，且土壤中鉀素易隨降水流失［13-15］。此外，煙草和蔬菜等經濟作物對磷、鉀的吸收量較大，長期的煙草和蔬菜種植勢必導致土壤中有效磷和速效鉀含量急劇下降［13］。

因此，宜賓地區植煙養分管理應注意“增碳、控氮、補磷、提鉀”。針對研究區土壤有機質缺乏的低海拔區域，如宜賓、翠屏和高縣，可以通過增施有機肥、秸稈還田和種植綠肥等方法提高其含量。而針對堿解氮極豐富的區域，如興文、筠連等植煙區縣，需控制氮肥用量，避免因供氮過量而影響煙葉品質或造成環境污染。對于缺磷素含量缺乏的區域，則可采用磷肥深層和分層施入的方式來改善土壤供磷能力和提高磷肥利用率。在土壤缺鉀的區域，如宜賓、翠屏、江安和興文縣，可在探討烤煙對鉀肥吸收利用機理的基礎上，適量增施鉀肥，調整施用方式，提高鉀肥利用率，以保證煙株生長過程中鉀素的供應。

本研究較全面地分析了宜賓地區土壤養分的豐缺狀況及空間變異特征，對區域土壤改良、養分管理以及煙草種植區劃具有指導意義。對于該區域土壤養分空間變異特征影響因素的系統分析，則有待于進一步研究。

4　結　論

宜賓地區土壤有機質、全氮、全鉀和緩效鉀含量總體處于適宜水平；堿解氮豐富；全磷、有效磷和速效鉀缺乏，分別有68.14%、84.47%和56.87%的面積處于缺乏水平。不同土類間養分含量差異明顯，石灰土養分含量相對較高，紫色土相對最低。研究區土壤有效磷和速效鉀塊金效應分別為 77.13% 和81.93%，其空間自相關性較弱，主要受隨機因素影響；而其余土壤養分指標塊金效應在44.02%～67.23%，具有中等的空間自相關性，主要由結構因素和隨機因素共同作用。空間分布上，土壤有機質呈現東南高西北低、全氮和堿解氮呈現由西北和東南向中部降低的趨勢；全磷呈現南高北低的分布特征，而有效磷呈斑塊狀分布；全鉀表現為東高西低，速效鉀含量在西南部較高而在中部及東北部相對較低，緩效鉀則呈現出由中部向西北和東南逐漸降低的趨勢。針對這一結果，植煙過程中應結合各養分的空間分布特征，采取“增碳、控氮、補磷、提鉀”的方法進行養分管理，以提高植煙區土壤養分的均衡供應能力。

［1］ 李強，周冀衡，張一揚，等. 基于地統計學的曲靖植煙土壤主要養分豐缺評價［J］. 煙草科技，2012（11）：69-73.

［2］ 陳建軍，鄒勇，李福君，等. 粵北始興煙區植煙土壤養分狀況分析［J］. 中國煙草學報，2012，18（6）：60-64.

［3］ Ju Xiaotang， Chao F C， Li Chunjian， et al. Yield and Nicotine Content of Flue-Cured Tobacco as Affected by Soil Nitrogen Mineralization［J］. Pedosphere， 2008， 18: 227-235.

［4］ 尚斌，李德成，徐宜民，等. 武陵山烤煙產區土壤有機質與pH特征研究［J］. 土壤通報，2015，46（3）：590-596.

［5］ 何俊瑜，陳博，陳秀蘭，等. 貴州銅仁地區主要煙區植煙土壤養分狀況［J］. 土壤，2012，44（6）：953-959.

［6］ 徐大兵，鄧建強，劉冬碧，等. 整治區植煙土壤養分空間變異及肥力適宜性等級評價［J］. 應用生態學報，2014，25（3）：790-796.

［7］ 鄒娟，魯劍巍，周先竹，等. 湖北省主要植煙區土壤肥力狀況及分析［J］. 長江流域資源與環境，2015，20（3）：504-509.

［8］ 武德傳，羅紅香，宋澤民，等. 黔南山地植煙土壤主要養分空間變異和管理分區［J］. 應用生態學報，2014，25 （6）：1701-1707.

［9］ 張倩，王昌全，李冰，等. 攀西植煙土壤有機質和全氮空間變異性研究［J］. 核農學報，2013，27（4）：0501-0508.

［10］ 唐杰，王昌全，李啟權，等. 川北植煙土壤有機質和全氮空間變異研究［J］. 中國煙草學報，2014，20（5）：42-48.

［11］ 畢慶文，王海明，陳國華，等. 鄂西南植煙土壤養分狀況分析［J］. 中國煙草科學，2007，28（6）：22-26.

［12］ 李衛，周冀衡，張一揚，等. 云南曲靖煙區土壤肥力狀況綜合評價［J］. 中國煙草學報，2010，16（2）：62-65.

［13］ 王珊，廖桂堂，熊鴻焰，等. 川南丘陵區近30年來土壤養分時空變化［J］. 水土保持通報，2015，35（5）：289-295.

［14］ 趙智. 宜賓市土壤磷素的空間變異特征及影響因素研究［D］. 雅安：四川農業大學，2011.

［15］ 黃文忠. 宜賓市土壤鉀素的空間變異特征及影響因素研究［D］. 雅安：四川農業大學，2010.

［16］ 宜賓市人民政府. 宜賓年鑒2014［M］. 成都：電子科技大學出版社，2015.

［17］ 魯如坤. 土壤農業化學分析方法［M］. 北京：中國農業科技出版社，2000：108-109.

［18］ 陳江華，李志宏，劉建利，等. 全國主要煙區土壤養分豐缺狀況評價［J］. 中國煙草學報，2004，11（3）：14-18.

［19］ 龐夙，陶曉秋，黃玫，等. 四川省植煙區土壤肥力評價［J］. 中國煙草科學，2013，34（1）：40-44.

［20］ 王暉，邢小軍，許自成. 攀西煙區紫色土pH值與土壤養分的相關分析［J］. 中國土壤與肥料，2008（6）：19-22.

［21］ 宋想斌，方向京，李貴祥，等. 壤中流對紫色土坡面養分流失影響研究進展［J］. 云南農業大學學報：自然科學，2015（2）：311-316.

［22］ Wang H J， Shi X Z， Yu D S， et al. Factors determining soil nutrient distribution in a small-scaled watershed in the purple soil region of Sichuan Province， China［J］. Soil & Tillage Research， 2009， 105: 300-306.

［23］ 尹梅，洪麗芳，付利波，等. 曲靖市坡耕地土壤養分的空間變異性及其與利用方式的關系［J］. 土壤通報，2013（1）：35-41.

［24］ 李婷，張世熔，劉潯，等. 沱江流域中游土壤有機質的空間變異特點及其影響因素［J］. 土壤學報，2011，48 （4）：863-868.

［25］ 李衛，張樹鋒，向成高，等. 云南文山煙區土壤有機質的時空分布特征［J］. 中國煙草科學，2014，35（6）：44-47.

［26］ 尚斌，鄒焱，徐宜民，等. 貴州中部山區植煙土壤有機質含量與海拔和成土母質之間的關系［J］. 土壤，2014，46（3）：446-451.

Spatial Variability and the Status of Abundance or Deficiency of Soil Nutrients in Yibin City

ZHANG Hao1， PENG Yueyue1， LI Bin2， LI Qiquan1*， WANG Changquan1， LI Bing1， XIANG Jinyou3， YI Man3
（1. College of Resources of Sichuan Agricultural University， Chengdu 611130， China； 2. China National Tobacco Company of Sichuan province， Chengdu 610041， China； 3. Yibin Branch of Sichuan Provincial Tobacco Company， Yibin， Sichuan 644002， China）

In order to investigate the spatial distribution of main nutrients in tobacco planting soils， 676 soil samples were collected in Yibin City. The GIS technology was used in combination with classical statistics and geostatistics to analyze the spatial variation of 8 soil nutrients. The results indicated that the contents of soil organic matter （SOM）， total nitrogen （TN）， total potassium （TK）， and slowly available potassium were all at appropriate levels， and alkali-hydrolyzed nitrogen （AN） reached a rich level while available potassium （AK）， total phosphorus （TP） and available phosphorus （AP） were insufficient. The ratio of nugget to sill was between 44.02% and 81.93% for all the indexes selected. The ratio for AP and AK was substantially higher than that of the others， indicating a weaker spatial autocorrelation and the spatial variation of the two indexes was dominated by random factors. The spatial distribution pattern of SOM showed a trend with higher values in southeast and lower in central and north. The TN and AN contents declined from the northwest and southeast to the central area in this study. The TP content decreased from the south to north while the high AP value areas were mainly scattered plaques in the studied areas. Slowly available potassium showed a decreasing trend from the central to northwest and southeast， while AK had a higher content in west but lower in east， which is in contrast with TK. The results provide a theoretical basis for balanced fertilization and planting planning of tobacco planting areas in Yibin City.

soil nutrient； spatial variability； abundance or deficiency assessment； Yibin

S572.062

1007-5119（2016）04-0030-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2016.04.006

中國煙草總公司四川省公司科技項目“基于3S技術的四川煙區生態環境要素時空特征提取及應用”（SCYC201402006）

張 浩（1992-），男，研究生，主要從事土壤養分時空變異研究。E-mail：zhangh930@163.com。*通信作者，E-mail：liqq@lreis.ac.cn

2015-12-22

2016-07-04