臨滄市雙江縣植煙土壤養分特征及生態位適宜度評價

彭麗麗，王文學，冀 浩，鐘慶榮，孔廣超，曾鵬飛，李 崗，盧 葉*

(1. 廣東中煙工業有限責任公司，廣東 廣州 510000；2. 云南省煙草公司臨滄市公司，云南 臨滄 677300；3. 云南瑞升煙草技術(集團)有限公司，云南 昆明 650106)

【研究意義】在土壤的形成過程中，母質與環境之間發生了一系列的物質、能量交換和轉化，形成了層次分明的土壤剖面，出現了肥力特性，其與氣候、母質、生物、地形和時間五大成土因素密切相關[1]。海拔是一個重要的地形因子，海拔梯度上溫度和水分等環境因子劇烈變化[2-3]較大地影響到土壤母質的風化、礦物質的分解和合成，以及物質積累和淋失[1]，從而造成土壤肥力的差異。土壤肥力實際上是土壤生態位的一種表現形式，土壤肥力愈高，基礎土壤生態位愈寬，供給植物水、熱、氣、肥的能力愈強[4]。煙草適應性較強，在多種土壤上都可以生長發育，但優質煙葉對土壤條件的要求比較嚴格[5]。【前人研究進展】目前，土壤肥力評價的方法較多，主要有隸屬函數法[6-8]、主成分分析法[9]、因子分析法[10-11]、聚類分析法[12]、投影尋蹤模型法[13]、灰色關聯分析法[14]和生態位適宜度[15]等。【本研究切入點】生態位適宜度在土壤肥力評價中的應用鮮見[15]，但評價效果較理想，目前在植煙土壤評價中的應用還未見報道。【擬解決的關鍵問題】本文以雙江縣植煙區域不同海拔梯度的土壤化學指標為出發點，通過描述統計和線性回歸分析探討不同海拔梯度的土壤養分特征及變化趨勢，并采用土壤基礎生態位適宜度方法綜合評價烤煙種植土壤肥力，以便為當地烤煙施肥管理提供參考和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域位于云南省西南部的臨滄市雙江縣，地處東經99°35′15″～100°09′33″，北緯23°11′58″～23°48′50″，北回歸線橫穿縣境中部，屬南亞熱帶半濕潤山地季風氣候類型，干濕分明，雨熱同季。其境內地勢高差懸殊較大，土壤呈垂直分布：海拔670～800 m為磚紅壤，800～1300 m為赤紅壤，1300～2100 m為紅壤，2100～2500 m為黃壤，2500～2800 m為黃棕壤，2800～3200 m為棕壤，3200 m以上為亞高山草甸土，零星分布有紫色土和水稻土，烤煙種植區域主要分布在海拔約1200～2100 m，主要植煙土壤類型為赤紅壤和紅壤。

1.2 樣品采集

2012年，在雙江縣勐庫鎮、勐勐鎮、沙河鄉、邦丙鄉、大文鄉、忙糯鄉等6個主要種煙鄉鎮，海拔高度1021～2044 m，采集具有代表性的土壤樣品，共計89個樣品。于植煙整地之前進行采集，樣點分布情況見圖1，具體采樣方法如下：長方形地塊采取之字形、較為方正的地塊采用對角線或棋盤形采集耕層土壤20 cm 深的土樣，在同一采樣單元內每8～10個點的土樣構成一個0.5～2.0 kg的混合土樣。從田間采集的土樣經登記編號后進行預處理，經過風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備用。

1.3 土壤檢測方法

圖1 樣品采集點分布情況Fig.1 The distribution of sample collection points

1.4 數據處理

采用Excel2010和SPSS19.0軟件進行數據處理和分析，ArcGIS10.2進行作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤養分特征描述統計分析

由表1可知，有機質、pH值、速效氮、速效磷和速效鉀非參數檢驗差異不顯著，符合正態分布，而有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素指標非參數檢驗均呈顯著性差異，呈非正態分布。有機質含量和pH值平均值分別為(3.31±1.13) %、5.18±0.26，其變化幅度分別為1.50 %～6.13 %，4.54～5.89，其中有機質變異系數較大(34.3 %)，pH值較小(5.1 %)；速效氮、速效磷、速效鉀等大量元素的平均值分別為(109.58±35.47)、(23.57±18.44)、(135.61+69.66) mg/kg，以上指標的變異系數均較大(32.4 %～78.0 %)，其相應的變化幅度分別為43.00～200.00、3.00～82.00、11.01～394.00 mg/kg；不同海拔植煙土壤中的有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素的中位數分別為1.17(0.90)、0.45(0.30)、10.85(9.21) mg/kg，其變化幅度分別為0.15～9.80、0.01～1.43、0.00～60.94 mg/kg，有效鋅和有效硼的變異系數較小，不足1 %。

2.2 土壤養分空間分布情況

據表2可知，pH值、速效氮、速效磷和有效硼均是Gaussian模型，有機質、速效鋅和水溶性氯符合J-Bessel模型，而速效鉀的最優模型為Stable模型。一般認為，塊金值/基臺值<25 %，表示存在強烈空間相關性；塊金值/基臺值在25 %～75 %，表示存在中等空間相關性；塊金值/基臺值>75 %則空間相關性小[17]。由此說明，有效硼的空間變異性較大，由土壤結構因素決定，有機質、速效氮、速效磷、速效鉀和有效鋅由隨機因素和結構性因素共同決定，pH值和水溶性氯人為施肥等操作影響較大。

表1 土壤養分特征描述統計

注：*表示呈顯著性差異，**表示呈極顯著性差異。

Note：*represents significant difference and **represents super significant difference.

由圖2可知，雙江縣植煙區域土壤的養分空間分布情況為：有機質和有效鋅含量整體適宜；速效氮含量大部分地區適宜，僅西北部和南部地區分別偏低；有效硼和水溶性氯分別在南部、北部地區，以及中部地區偏低，其它地方均較適宜；pH值、速效磷和速效鉀大部分地區偏低，速效磷、速效鉀分別在東部和西南地區較適宜。

2.3 植煙區域土壤基礎生態位適宜度評價

2.3.1 數據標準化 烤煙生產提倡優質適產，土壤肥力要求適中，土壤pH值和各養分指標的最優值均在某區間，根據曲線函數將數據進行無量綱化處理[18]，標準化后值在[0,1]之間。根據各土壤養分指標與煙葉品質的關系，各指標標準化函數可分為拋物型和S型函數，具體的函數類型和指標范圍[19-29]詳見表3，其公式如下所示：

拋物型函數：

S型函數：

(2)

式中，x1、x2、x3、x4分別代表指標下限、上限、最優值下限、最優值上限，要求x1

表2 土壤養分半方差函數特征參數

圖2 雙江縣植煙區域土壤養分的空間分布情況Fig.2 The spatial distribution of soil nutrient in Shuangjiang planting tobacco area

2.3.2 熵權法求權重 “熵權”理論是一種客觀賦權方法，它借用信息論中熵的概念。它主要是根據各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定其權數[30]。假設在m項指標、n個被評價對象的評價體系中，根據熵權法理論，由式(3)計算得第j項指標的熵值，由式(4)計算得j項指標的熵權(權重)[31]。

(3)

(4)

根據公式(3)、(4)，計算得到各土壤指標的權重，結果詳見表4。土壤8項指標權重大小依次是速效氮(0.267)>速效鉀(0.127)>有效接上(0.126)>pH值、速效磷(0.118)>有機質(0.088)>有效硼(0.078)>水溶性氯(0.073)，這與烤煙生產實際基本吻合。

表3 函數類型及指標閾值

表4 土壤肥力指標權重

圖3 不同海拔土壤基礎生態位適宜度分布情況Fig.3 Distribution of SBNF at different altitudes

2.3.3 土壤基礎生態位適宜度評價 89個土壤樣品經過標準化后構成89維生態向量，作為8項土壤評價指標的現實基礎生態位，以及8個土壤因子的最適區間值，形成土壤最適基礎生態位。參照聶艷等[15]的研究結果，計算土壤基礎生態適宜度。

(5)

由圖3可知，雙江縣植煙區域土壤基礎生態位適宜度接近50 %的樣品低于平均值(0.578)，整體生態位適宜度在中等水平。隨著海拔高度的上升，土壤基礎生態位適宜度是緩慢下降的，但兩者間的相關性不顯著(P>0.05)。通過系統聚類分析，雙江縣植煙區域土壤肥力可分為5個等級，主要集中在III類至V類，分別占27.0 %、39.3 %、21.4 %，II類的比例較低，10.1 %，I類僅2.2 %。I類土壤主要分布在1200～1400 m，II類和III類在1000～1200 m和>1400 m的海拔地區，IV類和V類在所有海拔梯度上(1000～2050 m)均有分布。

3 討 論

在一定海拔范圍內，雙江縣植煙區域土壤的有效鋅與海拔高度呈顯著性負相關，有機質、速效氮、速效磷、速效鉀和有效硼呈顯著性正相關；其中位數或平均值分別為1.17(0.90)mg/kg、(3.31±1.13) % 、(109.58±35.47) mg/kg、(23.57±18.44) mg/kg、(135.61+69.66) mg/kg、0.45(0.30) mg/kg。pH值和水溶性氯與海拔高度呈負相關，但相關性不顯著，pH平均值為5.18±0.26，水溶性氯中位數為10.85(9.21) mg/kg。呂貽忠[32]、黨坤良[33]、薛沛沛[14]、張春[34]等研究表明有機質、速效氮、速效磷、速效鉀、有效硼與海拔呈高度相關，本研究與之相符。付彭輝[35]等研究發現有效鋅與海拔高度呈顯著正相關，本研究結果與之相反。這可能與研究的海拔高度及生態環境差異有關。雙江縣植煙區域土壤有機質含量普遍較高(平均值3.31 %)，有效鋅易與有機化合物絡合，形成較復雜的絡合物被固定[1]，從而降低鋅的有效性。

雙江縣植煙區域土壤基礎生態位適宜度平均值為0.578±0.098，生態位適宜度屬中等水平。雙江縣植煙土壤肥力可分5個等級，主要集中在III、IV、V類中低等級，占87.7 %，較高肥力等級的土壤較少，且主要集中在1000～1400 m；隨著海拔高度的升高，土壤基礎生態位適宜度有下降的趨勢。在不同海拔梯度間均有各等級肥力土壤的分布，這可能是由于雙江縣不同鄉鎮所處的小尺度環境(地形、氣候、人為因素)有差異，造成土壤肥力的不同。結合烤煙土壤養分指標閾值分析表明，雙江縣植煙區域土壤的有機質和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低，這與楊美仙[36]等研究相符。因此，在雙江縣烤煙生產實際中，應注意控制氮肥的施用，同時建議適當增施氯肥和硼肥。

表5 雙江植煙區域土壤肥力評價結果

4 結 論

雙江縣植煙區域土壤的有機質和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低；雙江縣土壤基礎生態位適宜度和土壤肥力均屬中等水平。

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