永州植煙土壤幾種主要化學性狀特征及聚類分析

靳志麗 陳夢思 邵蘭軍 喻杰 周向平 王錫春 袁芳

摘要：為掌握煙區土壤化學性狀特征，2015年對永州市79個種煙鄉鎮689個植煙土壤取樣調查和統計分析。結果表明，煙區土壤pH偏高，土壤有機質和陽離子交換量（CEC）豐富，分別有92.6%的土壤有機質和91.6%的CEC處于中等級別以上水平，植煙土壤肥力水平較高。土壤pH、有機質和CEC均存在正相關關系。通過聚類分析將煙區劃分為2大特征區域，因地制宜，合理施肥及土壤保育。

關鍵詞：植煙土壤；化學性狀；pH；有機質；CEC；聚類分析

中圖分類號：S572文獻標志碼：A論文編號：cjas20190900202

Yongzhou Tobacco-growing Soil： Main Chemical Characteristics and Cluster Analysis Jin Zhili1， Chen Mengsi2， Shao Lanjun3， Yu Jie1， Zhou Xiangping1， Wang Xichun1， Yuan Fang1

（1Yongzhou Company of Hunan Tobacco Company， Yongzhou 425000， Hunan， China；

2China Tobacco Company， Beijing 100055， China；

3China Tobacco Guangdong Industrial Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， Guangdong， China）

Abstract： To understand the chemical characteristics of tobacco-growing soil in Yongzhou， 689 tobaccogrowing soil samples from 79 tobacco-planting towns in Yongzhou of Hunan were investigated and analyzed in 2015. The results showed that the collected soil samples had the characteristics of high pH and were abundant in content of soil organic matter and cation exchange capacity， and up to 92.6% and 91.6% of the soil samples were above medium level respectively in organic matter and CEC. Tobacco-growing soil had high soil fertility， and there was a positive correlation between the soil pH， organic matter and cation exchange capacity. The results of cluster analysis suggested that tobacco planting area in Yongzhou could be divided into two different characteristic regions， and measures of rational fertilization and soil conservation accorded with local conditions should be considered.

Keywords： Tobacco-planting Soil； Chemical Characteristics； pH； Organic Matter； Cation Exchange Capacity； Cluster Analysis

0引言

煙草生長適應性強，多種土壤上都可以生長發育，但優質煙葉生產對土壤條件要求比較嚴格[1-2]。土壤化學性狀是土壤重要屬性之一，其中土壤酸堿度是土壤化學性質的重要參數[3]，也是土壤肥力的重要指標之一[4-5]，對礦物質風化、鹽基淋溶、養分有效性、微生物數量和活性均產生影響[6]；土壤有機質是土壤質量和肥力水平的重要指標[7]，能增強土壤保水保肥能力[4]；CEC是表征土壤化學性質、評價土壤保肥能力的重要指標[8]，是改良土壤和合理施肥的重要依據[3，9]。近年來，多位學者對土壤pH、有機質、CEC的空間變異、影響因素及其與土壤其他性狀的相互關系進行研究[1，3，10-12]。闕勁松等[1]研究表明，植煙土壤pH隨海拔升高呈現“M”型變化趨勢，而有機質則呈現“W”型變化趨勢；植煙土壤pH與有機質呈負相關關系。林清火等[3]研究表明，添加生物質炭土壤調理劑，具有同步提高酸性土壤pH和CEC的能力，且其二者之間達到極顯著相關。李強等[10]研究表明，植煙土壤pH空間結構為指數模型，空間變異主要由土壤化學因素決定。郭乃嘉等[11]研究表明，有機質水平在黑土區受環境因子影響為主，在水稻土區受人為因子主導。

永州位于湖南省西南部，屬于南嶺丘陵區焦甜純甜香型烤煙產區，是全國烤煙種植適宜區和優勢區。目前對永州煙區土壤主要化學性狀特征缺乏系統調查和全面分析研究。本文在對永州煙區土壤養分豐缺現狀全面調查的基礎上，對土壤幾種主要化學性狀空間分布特征進行系統分析和區域分類，以期為本區烤煙合理施肥、用地養地和特色優質煙葉區域優化布局提供科學依據。

1材料與方法

1.1調查時間、地點

調查試驗于2015年1—2月在永州市各煙區進行樣品采集，3—11月在湖南省土壤肥料研究所進行土壤樣品前處理和室內分析檢測工作。

1.2試驗材料

2015年在永州市所有產煙縣（寧遠、新田、藍山、江華、江永、道縣、東安），以種煙村為單位采集代表性土壤樣品689個，其中寧遠193個、新田115個、藍山80個、江華136個、江永55個、道縣80個、東安30個。

土壤樣品的采集時間選在前茬作物收獲后，煙田尚未施用底肥和移栽以前完成，同時避開降雨。在采樣地塊，GPS定位，采用“S”形或對角線取樣法，多點取耕層0～20 cm深度的土壤樣品，制成1個約1.0 kg的混合土樣。土樣登記編號后進行預處理，經風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶備用。

1.3項目測定方法

土壤pH用pH計測定（水土比為1：2.5）；有機質含量采用重鉻酸鉀滴定法測定；CEC采用乙二胺四乙酸二鈉、乙酸銨混合液提取法測定。各養分具體測定方法按文獻[13]的方法進行。

1.4植煙土壤養分豐缺狀況評價標準

參照湖南省土壤肥料研究所提出的《湖南省第二次植煙土壤普查土壤養分分級標準》。

1.5統計分析

采用DPS統計軟件[14]和Excel表格進行數據統計分析。

2結果與分析

2.1土壤主要化學性狀總體評價

表1中有機質、pH、CEC均值均大于臨界值。各指標數據極差較大，離散程度由大到小依次為有機質、CEC、pH，土壤有機質和CEC數據變異較大，分布范圍分別為4.30～91.60 g/kg和5.10～41.70 cmol/kg，從變異系數來看，各指標均呈中等變異性，其中pH變異系數較小，數據集中度較高。

2.2永州各產區土壤主要化學性狀分布特征分析

2.2.1土壤pH狀況分析表2全市土壤均值為pH 6.95，61.4%的樣本大于pH 7，表明全市植煙土壤pH偏高，pH 5.5～7適宜范圍的樣本僅占25.7%，各產區這一比例從高到低依次為道縣、江華、藍山、寧遠、東安、新田、江永。統計分析表明，各產區土壤pH差異達到了極顯著水平，其中新田pH相對較高，與其他產區差異均達到了顯著水平，寧遠、江華、道縣、東安pH相對其他產區有所下降。

2.2.2土壤有機質狀況分析土壤有機質是最重要的土壤肥力因素，直接或間接影響土壤諸多屬性，過高或過低均不利于優質烤煙的形成[11，15]。表3全市土壤有機質均值為42.3 g/kg，92.6%的樣本處于中等及以上含量，表明全市土壤有機質含量豐富。全市55.3%的樣本處于中等和較高的適宜范圍，這一比例從高到低依次為江華、新田、江永、寧遠、道縣、東安、藍山。統計分析表明，各產區土壤有機質含量達到了極顯著差異，其中藍山、東安有機質含量較高，與其它產區差異均達到了極顯著水平，江永、道縣土壤有機質比其它產區有所下降。

2.2.3土壤CEC狀況分析表4來看，全市土壤CEC均值為20.6 cmol/kg，全市91.6%的樣本處于中等及以上含量水平，表明全市植煙土壤CEC含量相當豐富，各產區處于中等及以上級別的樣本比例從高到低依次為東安、新田、藍山、寧遠、道縣、江永、江華。統計分析表明，各產區土壤CEC達到了極顯著差異，其中藍山CEC較高，與其它產區差異均達極顯著水平，江華、道縣土壤CEC比其它產區有所下降。

2.3土壤主要化學性狀相關關系分析

從表5來看，土壤pH、有機質、CEC之間均存在正相關關系，其中pH與CEC相關關系達到了極顯著水平，有機質與CEC之間的相關關系達到了顯著水平，pH與有機質的相關關系在90%程度上達到顯著水平。這表明CEC隨pH的升高呈極顯著的升高趨勢、隨有機質的升高呈顯著的升高趨勢；pH隨有機質含量的升高呈現升高趨勢，在90%程度上達到了顯著水平。

2.4各產區土壤主要化學性狀聚類分析

為探討區域間養分分布的相似性和差異性，將永州植煙土壤pH、有機質和CEC標準化轉換，選擇卡方距離和可變類平均法進行系統聚類分析，得到79個產煙鄉鎮土壤養分聚類圖（見圖1），以卡方距離1.8進行分類，各產煙鄉鎮分為2大典型區域，分別以S1、S2代表，S1包括27個鄉鎮，主要特征：土壤pH微酸性、有機質含量較高、CEC含量中等；S2包括52個鄉鎮，主要特征：土壤pH微堿性、有機質含量高、CEC含量較高。表6為各類別統計分析結果，S2 pH、有機質和CEC均極顯著高于S1。

3結論與討論

（1）土壤pH過高或過低均降低煙株對養分的吸收效率，并改變營養元素的形態和有效性[16]，永州煙區土壤pH偏高，51.4%的土壤pH>7.5，土壤pH與成土母質、土壤類型、煙稻輪作制度、長期秸稈還田有直接關系[10，17-19]。烤煙生產過程中，密切關注煙田施肥和土壤保育措施對土壤pH可能造成的影響，避免因肥料種類或外源物料的施入導致土壤pH的升高，同時，適當使用腐殖酸、餅肥等酸性有機肥，一定程度上中和土壤堿性，降低土壤pH[20-21]。

（2）研究表明，水稻土區降水、地形、施肥、秸稈還田等對土壤有機質積累的影響明顯[11]。永州煙區92.6%的土壤有機質處于中等及以上含量，土壤有機質含量豐富，容易引起土壤N素供應滯后、上部葉發育過度等問題，生產上應因地制宜，采取重施基肥、早施追肥；使用碳氮比較低的有機物料還田等措施，緩解土壤高有機質對烤煙生產的不利影響。

（3）永州煙區91.6%的植煙土壤CEC處于中等及以上水平，土壤保肥、供肥和緩沖能力較高，適宜烤煙生產。

（4）永州煙區土壤pH、有機質成正相關，在90%程度上達顯著水平，這與林北森、李強的研究結果相一致[10，20-21]。土壤pH與CEC呈極顯著相關，與林清火、李強的研究結果相一致[3，10]。土壤CEC隨有機質的升高而呈顯著升高的結論與許亞琪的研究結果相一致[8]。

（5）系統聚類分析將永州植煙土壤主要化學性狀聚合為2大特征區域，S1土壤pH微酸性、有機質較高、CEC中等；S2土壤pH微堿性、有機質高、CEC較高。兩區域各指標差異均達到極顯著水平。

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