云南典型果蔬種植區土壤養分分布特征及影響因子分析

澤爾拉都　邸雪嫣　張乃明　蘇友波　蔣明　張繼來　陳文華　馬珣　胡承磊

摘要：為了解云南典型果蔬種植區土壤養分狀況，為果蔬種植區土壤施肥管控及促進農業生態環境保護提供一定的科學依據，使用地統計學方法對云南省大理州賓川縣主要葡萄園以及祥云縣主要蔬菜地土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀等土壤養分的分布及影響因子進行分析與探究。結果表明，2個研究區土壤養分均為中等變異，葡萄園變異系數由大到小為速效鉀（57.52%）、有機質（49.82%）、速效磷（46.08%）、堿解氮（39.03%），蔬菜地變異系數由大到小為速效磷（38.3%）、速效鉀（38.15%）、堿解氮（21.8%）、有機質（19.6%），其中蔬菜地有機質變異系數最低。根據單樣本K-S檢驗，得出2個研究區4種土壤養分雙側漸進顯著性值大于0.05，均服從正態分布；根據反距離權重方法插值繪制的土壤質量綜合評價圖分析，葡萄園SQI在0.36～0.96之間，蔬菜地SQI在0.74～1.00之間，2個研究區均存在土壤養分過剩現象；冗余分析（RDA）方法表明，2個研究區4種土壤養分含量與海拔、土壤pH值相關性均較強，但相關程度存在差異；運用相關分析確定土壤養分含量之間的相關關系，2個研究區4種養分含量之間均呈顯著正相關，且有機質含量是氮、磷、鉀元素積累的主要影響因子。綜上所述，云南典型果蔬區土壤整體養分含量均處于較豐富的狀態，且部分地區已存在養分過剩現象。在施肥過程中，應做到精準施肥，達到提高肥料利用率、減少肥料損耗以及對環境污染的目的。

關鍵詞：地統計學；土壤養分；土壤有機質；果蔬種植區；大理

中圖分類號：S158.3文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）21-0232-07

土壤是人類生活之本，與人們的生產生活休戚相關［1］，是保障國家糧食安全與生態環境安全的重要物質基礎。另外，土壤是植株養分的主要來源之一，其養分狀況直接影響到植株的生長和發育，土壤有機質、氮、磷、鉀等主要土壤參數的空間異質性對植株的分布和空間格局具有重要影響［2］。隨著現代農業經濟的快速發展，許多地區土壤有機質含量與其他土壤養分含量也都發生了明顯變化［3-6］。土壤養分研究片面化且施肥管控方面研究相對落后，成為影響現代農業經濟可持續發展的重要問題。云南省一直都是我國的農業大省，同時也是最重要的經濟作物種植區域，因其自然水文條件復雜多樣且各相鄰地區差異明顯，導致土地養分變異特征可能存在較大誤差，因此對云南土壤養分狀況進行了解是非常有必要的。近年來很多學者對云南省不同地區土壤養分分布情況進行了研究，王秀華等對云南省西雙版納州2縣1市耕地土壤養分狀況及時空變化情況進行了分析，研究結果發現西雙版納耕地土壤有機質含量中等偏上，整體上土壤肥力也處于中等偏上水平［7］；郝連奇等對云南勐海縣主要古茶園土壤養分狀況進行分析發現，整體上茶園土壤有機質和堿解氮含量較豐富，而速效磷和速效鉀較缺乏［8］；李有芳等對云南玉溪柑橘園土壤養分狀況差異與分布規律進行了研究，發現4個柑橘生態區存在土壤有機質含量極低，堿解氮含量缺乏，速效鉀含量過量等現象［9］；馬關潤等對云南咖啡種植區土壤養分狀況及影響咖啡品質的主要因素研究發現，云南主要咖啡產區的土壤綜合肥力處于中等水平，但總體上適宜咖啡生長［10］。土壤結構具有自然復雜性，受多種自然因素和人為因素的共同影響［11］。即使在同一種土壤類型內，同一時間、不同區域土壤養分也會存在明顯的差異和多樣性［12］，為此，對特定區域土壤養分狀況調查研究具有重要的指導意義與不可替代性。

大理白族自治州賓川縣和祥云縣作為云南省典型的2個果蔬種植區，其主要的經濟作物為水果和蔬菜，其中水果以葡萄最為著名，近年來由于大量化肥農藥的濫用，以及農戶缺乏對果蔬區土壤養分狀況的了解，導致該區域內存在化肥利用率低、耕地污染等問題，所造成的資源浪費和環境污染風險不容忽視［13］。因此，通過開展云南果蔬區土壤質量調查與綜合評價研究，明確土壤養分的分布狀況及規律，將對保護耕地和提升土壤質量起到至關重要的作用［14-15］。

本研究以賓川縣主要葡萄園和祥云縣主要蔬菜地為例，利用現代地統計學原理，選擇樣品測定土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量并對其進行探究。結合當地主栽作物，解析當地4種土壤養分空間變異規律，探明該區域內土壤養分分布情況及影響因素，分析土壤質量并作出評價，以期能為當地提高肥料利用率、合理管控土壤養分提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

賓川縣（25°23′～34°44′ N，100°16′～100°59′ E）位于云南省西部、金沙江南岸干熱河谷地區。年平均氣溫17.9 ℃，年均日照時數2 719.4 h，年均降水量559.4 mm，為省內最少。年均風速1.8 m/s，氣候極其適宜農作物生長。境內獨特的氣候和地理位置，是全國聞名的水果之鄉。目前，水果產業已經基本成為賓川農業的一項支柱產業，截至2021年，全縣水果總產值達70.58億元，占該縣農業總產值的68.52%，其中以葡萄種植為主，占農業總產值的41.86%。

祥云縣（25°12′～25°52′ N，100°25′～101°02′ E）位于云南省中部偏西。四季變化不明顯，常年月平均氣溫僅14.7 ℃，冬春兩季恒溫，夏秋多雨，干濕季分明；年降水量較少，年均降水量810.8 mm，氣候垂直分布明顯，水平分布復雜。祥云縣蔬菜大棚種植面積達10萬余畝（1畝=667 m2），綜合預計產值達5億元，蔬菜種植業已成為推動當地農民經濟增收富民的四大骨干產業之一。

1.2 樣品采集與分析

土壤樣點數據來源于2020年野外采樣，在賓川縣主要葡萄產區與祥云縣主要蔬菜產區選取具有代表性的地方進行采樣。采集表層0～20 cm部位土壤樣點葡萄園54個、蔬菜地57個，共計111個。每個采樣點詳細記錄其經緯度坐標、高程、作物類型等信息，用ArcGIS 10.0繪制樣品采集示意圖（圖1）。土壤經自然風干后進行研磨，分別過0.149、1、2 mm尼龍篩備用。

土壤測定項目：pH值、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。pH值：蒸餾水浸提－電位法（水土比為2.5 ∶1）；有機質含量：重鉻酸鉀氧化容量法（NY/T 1121.6—2006）；堿解氮含量：堿解擴散法（DB51/T 1875—2014）；速效磷含量：NaHCO3法（NY/T 1121.7—2014）；速效鉀含量：乙酸銨浸提，火焰分光光度法［16］。

1.3 土壤質量評價方法

本研究選取賓川縣與祥云縣2個主要果蔬區土壤pH值、有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量等5項土壤養分指標，采用隸屬度函數來進行土壤質量評價，其中，有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均屬于S型函數，pH值屬于拋物線型函數。

S型函數：

式中：f（x）為該分級指標隸屬度函數；x為測定值；x1與x2為該分級標準最小值和最大值；x3、x4介于分級標準的最小值和最大值之間；根據已有的相關研究成果以及研究區蔬菜、葡萄土壤環境的實際情況，5個指標的隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值如表1所示。

本研究中各指標的權重取值（wi）通過變異系數（vi）分析得到，wi表示為：

SQI為土壤質量指數，主要是根據土壤養分分級標準，確定各養分指標的權重和單項養分指標的隸屬度函數，得到土壤質量指數（SQI）。計算公式如下：

通過計算出的研究區實際土壤質量指數及參考相關文獻，本研究將SQI劃分為5個等級：SQI≥0.8為Ⅰ級，0.6≤SQI<0.8為Ⅱ級，0.4≤SQI<0.6為Ⅲ級，0.2≤SQI<0.4為Ⅳ級，SQI<0.2為Ⅴ級，數值越大表明土壤質量越高。

1.4 數據處理與分析方法

本研究采用域值法［17］對離群值進行剔除，剔除后總樣點為99個。根據Minitab 18軟件對數據進行統計分析。采用K-S方法檢驗正態分布特性；采用ArcGIS 10.0軟件空間分析模塊中的反距離權重方法插值繪制土壤質量綜合評價圖；采用R語言軟件對土壤環境因子與土壤養分進行RDA分析；運用相關分析確定土壤養分含量之間的相關關系（α=0.01），并用Graphpad prism 8.4.3軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤養分的統計特征分析

根據第二次全國土壤普查土壤養分分級標準，由圖2可以看出，葡萄園有機質含量處于3級（20～30）中等水平，均值為22.06 g/kg，堿解氮含量處于2級（120～150 mg/kg）豐富水平，均值為 122.79 mg/kg，速效磷、速效鉀含量處于1級（>40 mg/kg、>200 mg/kg）極高水平，均值分別為129.22 mg/kg、768.7 mg/kg。蔬菜地有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量均處于1級（>40 g/kg、>150 mg/kg、>40 mg/kg、>200 mg/kg）極高水平，均值分別為43.97g/kg、202.31 mg/kg、111.25 mg/kg、790.0 mg/kg。

變異系數表示各項指標變異性的大小，CV<10%表示弱變異性，10%100%表示強變異性，由表2可以看出，2個研究區土壤養分均為中等變異，葡萄園變異系數由大到小為速效鉀（57.52%）、有機質（49.82%）、速效磷（46.08%）、堿解氮（39.03%），蔬菜地變異系數由大到小為速效磷（38.3%）、速效鉀（38.15%）、堿解氮（21.8%）、有機質（19.6%），其中，葡萄園各養分變異系數均大于蔬菜地，表明葡萄地變異程度相對較大。2個研究區速效磷、速效鉀變異系數均較大，這可能因為2個指標屬于速效態養分，速效態養分遷移性強且穩定性較差，導致其變異程度較大。從分布類型看葡萄園各養分檢驗正態分布的P值分別為0.092、0.168、0.056、0.417，蔬菜地各養分檢驗正態分布的P值分別為0.305、0.381、0.090、0.402，2個研究區各指標均符合正態分布，滿足地統計學研究要求。

2.2 土壤質量綜合評價

賓川縣主要產區葡萄園（圖3-A）土壤SQI整體上由北向南逐漸升高，較高的區域多集中在西南側，SQI在0.36～0.96之間，大部分葡萄園土壤均處于Ⅰ級和Ⅱ級水平，分別占54.90%和35.29%，土壤養分狀況總體相對良好，僅有7.84%的土壤樣本SQI土壤綜合質量指數較差，這一小部分葡萄園需要繼續改善土壤肥力水平和改進配方施肥策略。祥云縣主要蔬菜地（圖3-B）土壤SQI整體上由南向北逐漸升高，SQI在0.74～1.00之間，絕大部分蔬菜地土壤養分遠高于Ⅰ級水平，占92.68%，存在養分過量現象，總體上蔬菜地土壤養分高于葡萄園。

2.3 環境因子對土壤養分的影響

本研究采用冗余分析（RDA）方法，將各點土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量作為響應變量，pH值、海拔2個環境因子作為解釋變量，通過分析得到兩者相關的雙序圖（圖4）。葡萄園與蔬菜地中RDA第1排序軸的解釋變量都明顯高于第2排序軸的解釋變量，可見在本研究中第1排序軸是解釋土壤養分含量的主體。葡萄園中海拔與RDA第1排序軸之間的相關性較高，而pH值與RDA第2排序軸之間的相關性較高，蔬菜地中pH值與RDA第1排序軸之間的相關性較高，海拔與RDA第2排序軸之間的相關性較高。其次，葡萄園海拔與有機質、速效磷、速效鉀含量呈正相關關系，與堿解氮含量呈負相關關系，pH值與速效鉀含量呈正相關關系，與速效磷、堿解氮含量呈負相關關系。蔬菜地海拔與有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈負相關關系，pH值與速效磷含量呈正相關關系，與有機質、速效鉀、堿解氮含量呈負相關關系。

2.4 土壤養分含量之間的相關分析

2個研究區土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量之間均為極顯著相關關系（P<0.01）（圖5）。其中，賓川縣主要葡萄園有機質與堿解氮含量的相關系數最高，達到0.824。其次為速效磷與速效鉀含量，祥云縣主要蔬菜地速效磷與速效鉀含量相關系數為0.535，賓川縣主要葡萄園速效磷與速效鉀含量的相關系數為0.728。最低的為有機質與速效磷含量，祥云縣主要蔬菜地有機質與速效磷含量的相關系數僅為0.375。總體上，賓川縣主要葡萄園的有機質與堿解氮、速效磷、速效鉀含量，堿解氮與速效磷、速效鉀含量，速效磷與速效鉀含量的相關性均要比祥云縣主要蔬菜地的更好。

3 討論

3.1 土壤質量狀況綜合評價

不同地區土壤系統差異很大，土壤肥力質量好壞受土壤各成分因素的共同影響，如何評價土壤質量的好壞，至今仍沒有一種比較嚴格統一且有效可靠的標準［18］。而模糊綜合評價法實際上是基于根據在模糊綜合數學過程研究基礎中所提出來的隸屬度理論模型來逐步將土壤定性分析綜合評價的過程模型轉化為模糊綜合定量評價，對土壤做出一個總體的評價，在土壤質量分析評價中應用較為廣泛［19］，范曉輝等使用土壤綜合評價模型對福建省福安市22個葡萄園的土壤樣品進行綜合評價，結果發現福安市葡萄園土壤質量整體偏低［20］。張楚楚等通過建立蔬菜質量評價層次模型及隸屬函數模型，對合肥市肥東縣蔬菜地質量進行調查并做了一次全面分析評價，發現肥東縣蔬菜地整體土壤養分處于中等水平［21］。本研究選取土壤pH值、有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀含量5項土壤常規養分指標進行土壤質量評價，結果發現，研究區葡萄園與蔬菜地整體上養分含量較高。結合前人的調查研究與本研究的結果，表明采用土壤主要養分為指標，通過模糊數學模型和隸屬度函數計算土壤質量綜合指數（SQI）對果蔬區土壤肥力質量做出評價顯然是科學可行的。

3.2 環境因子對土壤養分空間分布的影響

海拔是一個重要的地形因子，其變化通常會引起氣候、植被和土壤養分等要素發生顯著變化［22］。類似的許多研究發現，土壤肥力會受海拔變化的影響，出現波動且有異化的分布范圍［23-24］，如：趙超在江西省大崗山選取了5個不同海拔的毛竹林樣地，研究發現不同海拔毛竹林土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量隨海拔的升高而增加［25］。林建平等研究發現，有機質含量隨海拔高度的逐步升高而明顯增加，速效磷含量隨海拔的升高而減少，但速效鉀含量隨海拔的變化無明顯規律性［24］。在本研究中土壤各養分未隨海拔升降呈相同趨勢的變化，其中葡萄地中土壤有機質、速效磷、速效鉀含量隨海拔的升高而增加，堿解氮含量隨著海拔的升高而減少。蔬菜地中有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量隨海拔的升高而減少。目前各地有關海拔對土壤養分含量影響機制的對比研究結論不一，進一步表明當地耕作制度、耕作方式及施肥管理方式等的不同也很可能是造成土壤養分含量差異變化的原因［26-27］。其次，土壤pH值作為衡量土壤酸堿性的重要指標，過高或過低的土壤pH值都會不同程度地降低土壤養分的有效性，同時導致植物生長所需養分的有效性發生改變。因此，了解土壤pH值與土壤養分的關系，對高效合理施肥具有一定的指導意義［28-29］。

3.3 有機質對土壤養分含量的影響

研究區耕地土壤的有機質與土壤堿解氮、速效磷、速效鉀之間具有極顯著的正相關關系（P<0.01）（圖5），這可能是由于土壤中富含有機質，而有機質是土壤中重要的組成部分，其含量和遷移影響著土壤的其他理化性質，同時也是植物汲取營養的主要來源［30］。高瑩等、阿麗婭·阿力木等的研究發現土壤有機質含量是影響氮素供應的主導因素［31-32］。有機質的礦化是提供氮素的主要來源之一，土壤有機質含量的增加可能會促進氮素供應量水平［33］；同時，許多試驗研究亦表明，在不添加外源肥料時，土壤養分中所有的氮以及接近一半的磷都是由土壤有機質來提供，并且有機質中所含有的水溶性的養分和小分子的氮磷還可被作物根系直接吸收利用［34-35］；此外，大量相關研究也發現，提高土壤有機質含量可能同時提升土壤其他養分含量，土壤有機質還可以儲存一定的礦質元素以及少部分速效養分，土壤有機質分解可明顯促進氮、磷、鉀等養分元素的釋放，有利于土壤肥力的顯著增加［36-37］。從上述研究結果可知，土壤有機質對土壤堿解氮、速效磷、速效鉀具有一定的調控功能。

4 結論

研究果蔬區土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量均遠高于一級標準，存在化肥施用量超標現象。大部分葡萄園與蔬菜地土壤質量指數（SQI）達到Ⅰ級和Ⅱ級標準，存在土壤養分過剩現象。其次，自然環境因子與4種養分含量均存在相關性，且每種土壤養分不受單一環境因子的影響。土壤有機質通過有效利用能提高對土壤氮、磷、鉀離子的養分固存，還能為作物生長提供豐富的營養，節約化肥用量。但若長期過量施用化肥，未被吸收的氮磷鉀等養分長期保存在農田土壤中，可能會造成地表水富營養化和地下水的污染、土壤板結、酸化、土壤質量下降、降低農產品產量及健康等一系列問題。因此，在該研究區域應該合理減少水溶肥、復合肥等的施用或用適量的有機肥代替水溶肥及復合肥，提高有機質含量的同時控制氮、磷、鉀含量。另外，合理減量施肥還能夠幫助減少養分過量累積、維持地表土壤養分穩定、減少肥料損耗以及對環境的污染。

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收稿日期：2023-01-20

基金項目：云南農業大學科研啟動基金（編號：KY2019-21）；云南省基礎研究專項（編號：202101AU070100）；云南省重大科技專項計劃（編號：202002AE320005）；NSFC-云南聯合基金地質高背景及人為污染土壤重金屬遷移轉化規律與阻控機理研究（編號：U200220167）。

作者簡介：澤爾拉都（1996—），女，云南麗江人，碩士研究生，研究方向為土壤重金屬污染與修復。E-mail：ZELD196725@163.com。

通信作者：張繼來，博士，講師，主要從事環境地學研究。E-mail：zhangjilai@ynau.edu.cn。