黔南州典型植煙土壤綜合肥力評價

關鍵詞：煙田；黔南州；土壤肥力；綜合評價

烤煙是我國南方的主要經濟作物，對土壤肥力敏感，土壤肥力高低直接影響其產量與品質[1]。植煙土壤肥力評價一直受到煙區的高度關注[2-5]。針對土壤肥力的研究，早期通過單項肥力指標分析的方法不能真實、有效反映區域土壤肥力特征[6]。近年來，因子分析、聚類分析、主成分分析、模糊數學等方法越來越廣泛應用于植煙土壤綜合肥力的評價，獲得的土壤肥力綜合指數（IFI），結合地統計學與地理信息系統，能夠合理預測區域面積內的土壤綜合肥力，是評價植煙區土壤肥力指標的有效方法[7]。

貴州是我國僅次于云南的重要煙草生產基地，煙草種植是貴州經濟發展的重要支柱。黔南州則是貴州的主要煙草種植區，以往對其植煙土壤肥力狀況的研究甚少，且多是聚焦少數、單項的土壤肥力指標[8]，忽視了區域土壤綜合肥力對烤煙生長的復合效應，無法全面反映植煙土壤的綜合肥力[9-10]。為此，本研究以貴州黔南州典型植煙土壤為研究對象，分析土壤肥力指標，進行土壤綜合肥力評價，旨在明晰土壤存在的問題，指導采取合理的施肥措施以提升土壤肥力和改良土壤，合理安排烤煙種植區劃，以實現植煙土壤的可持續利用，保障優質煙葉的生產。

1材料與方法

1.1研究區域概況

黔南州地處貴州省中南部，介于東經106°12′～108°18′，北緯25°04′～27°29′之間，土地總面積2.62萬km2，地勢北高南低，海拔介于242～1961m，地貌分為高中山、中山、低中山、低山、丘陵和盆地，巖溶地貌廣泛發育。氣候多樣，地區差異和垂直差異明顯，具有高原山區的氣候特點和變化規律，年均氣溫13.6～19.6℃，降水量1200mm以上，無霜期約292d，大部分地區日照度約30%。烤煙主產區包括福泉市、龍里縣、貴定縣、長順縣、惠水縣、平塘縣和羅甸縣[11]。

1.2典型煙田布設、土壤樣品采集與測定

2022年，針對黔南州煙葉主產區，包括惠水縣、貴定縣、長順縣、龍里縣、平塘縣及羅甸縣的沫陽鎮、邊陽鎮，福泉市的黃絲鎮、岔河鎮，總植煙面積11220.92km2，綜合考慮煙田的空間分布、土壤類型、成土母質、地形和輪作制度，布設了193塊典型煙田（具體位置見圖1），其中惠水縣35塊、貴定縣63塊、長順縣27塊、龍里縣13塊、平塘縣47塊、羅甸縣4塊、福泉市4塊。烤煙移栽和施肥前，在每塊典型煙田內，按隨機多點原則（10～15個點）采集0～20cm耕層土壤樣品，充分混合后用四分法留取1.5kg裝入密封袋帶回實驗室，剔除非土壤雜物后，經自然風干和研磨過不同孔徑篩備用。

土壤指標測定方法：顆粒組成[USDA制，砂粒（SAN）0.05～2mm，粉粒（SIL）0.002～0.05mm，黏粒（CAL）lt;0.002mm]，吸管法；pH，電位法；有機質（OM），重鉻酸鉀外加熱法；堿解氮（AN），堿解擴散法；有效磷（AP），鉬銻抗比色法；速效鉀（AK），火焰光度計法；交換性鈣（ECa）和鎂（EMg），EDTA滴定法；有效硼（AB），姜黃素比色法。各指標的具體測定方法參見文獻[12-13]。

1.3土壤評價體系構建

1.3.1土壤肥力指標權重及隸屬度計算 使用主成分分析法計算研究區各養分指標的權重系數[14]。通過S型隸屬函數（式1）、拋物線型隸屬函數（式2）分別計算各對應土壤指標的隸屬度值Ni[15]。考慮到煙草生長中土壤pH、有機質、堿解氮等因子有最佳適宜范圍，低于或高于該范圍均不利于煙草的生長，因而選擇拋物線型隸屬度函數。土壤有效磷、速效鉀等因子在一定的范圍內與煙草產量、質量呈正相關，因而選擇S型隸屬度函數（表1）[16]。

參照《全國第二次土壤普查技術規程》（簡稱“規程”）的評級指標分級[17]，結合中國植煙土壤養分評價標準[18]，綜合考慮黔南區烤煙養分需求特征[19-21]，在明確各項評價指標閾值后，基于各項指標的固定閾值，將評價指標劃分為較低、偏低、適宜、偏高和較高5個等級（表1）。其中指標AP、AK，僅采用較低、適宜和較高3個等級進行區間劃分，并依次對應隸屬函數中的閾值區間：[0，x1），較低；[x1，x4），適宜；≥x4，較高。指標pH、OM、AN、ECa、EMg、AB、SAN、SIL、CLA采用較低、偏低、適宜、偏高和較高5個等級進行區間劃分，并依次對應于隸屬函數中的閾值區間：[0，x1），較低；[x1，x2），偏低；[x2，x3），適宜；[x3，x4），偏高；≥x4，較高。

1.3.2土壤肥力綜合指數計算 土壤綜合肥力指數（IFI）是定量分析土壤參與農業生產優劣的關鍵性指標[22]，IFI在[0，1]區間取值，值越大表示土壤綜合肥力越好。根據模糊數學中的加權乘法原則，參照公式（3）計算土壤肥力綜合指數[23]：

式中Wi為第i種養分指標的權重系數；Ni為第N個指標在i點的隸屬度值。IFI分為5個等級[24]：[0.8，1]，較高；[0.6，0.8），偏高；[0.4，0.6），中等；[0.2，0.4），偏低；[0，0.2），較低。

1.3.3地統計學空間插值 使用普通克里金插值法對研究區樣點土壤養分指標含量進行空間插值分析，計算區域面積內養分分布情況[25]。

1.4數據處理及分析

使用IBMStatisticsSPSS22.0主成分分析計算土壤指標權重，使用Origin2021進行指標間相關性分析，使用ArcGIS10.5進行克里金插值分析。

2結果

2.1植煙土壤肥力指標統計分析及空間分布

黔南州植煙土壤肥力指標測定結果表明（表2），全域植煙土壤指標pH、OM、SAN、SIL、CLA和ECa整體處于烤煙生長所需的適宜區間。

2.1.1常量養分指標 各區縣植煙土壤整體呈酸性，pH變幅區間為5.45～6.85。其中，福泉土壤pH平均值最小（5.45±0.42），羅甸縣pH最大（6.85±0.16）；各區縣OM含量整體適宜烤煙生長。其中，福泉平均含量最高[（31.28±2.20）g/kg]，平塘最低[（20.65±7.83）g/kg]。

空間插值結果顯示，pH處于較低區間的土壤集中在惠水、平塘縣交界處，占植煙區域總面積的19.43%；較高區間內的土壤則集中分布在龍里縣全域和羅甸縣東北部，占植煙區域總面積的27.10%（圖2a）。貴定縣、惠水縣和長順縣部分植煙土壤OM含量處于偏高區間，占植煙區域總面積的11.36%。平塘縣南部、龍里縣和貴定縣中部零散區域內土壤OM處于偏低區間，占植煙區域總面積的6.77%（圖2b）。

2.1.2速效養分指標 各區縣植煙土壤AN含量整體處于偏高區間，而AP、AK含量的空間分布存在較大變異。福泉南部植煙區AP含量平均值為（14.88±5.77）mg/kg，處于含量較低區間內[26]，平塘、羅甸北部植煙區AP含量平均值[平塘（36.68±31.98）mg/kg；羅甸（128.49±147.11）mg/kg]則處于較高區間。土壤AK在植煙區域范圍內整體呈北高南低的兩極化分布。其中，羅甸縣北部植煙區AK含量平均值為（77.16±25.18）mg/kg，處于較低區間。此外，長順、惠水縣中部及南部、平塘縣南部區域同樣處于較低區間。貴定、龍里和平塘縣北部區域AK含量則處于較高區間。

空間插值結果顯示，土壤AN含量偏高區間的土地面積占植煙區域總面積的68.09%，主要分布在南部平塘縣、長順縣、惠水縣東部和羅甸縣北部植煙區，中部龍里縣和貴定縣含量整體處于適宜區間（圖2c）。土壤AP呈現出由福泉市南部植煙區延伸至長順縣西南部的較低區間分布帶，該分布帶面積占植煙區域總面積的47.29%（圖2d）。此外，區域南部長順縣、惠水縣和平塘縣南部以及羅甸縣北部植煙區范圍內土壤AK含量處于較低區間，占植煙區域總面積的42.03%；北部龍里、貴定縣域內的土壤AK含量處于較高區間，占植煙區域總面積的42.97%（圖2e）。

2.1.3中、微量元素指標 在中量元素方面，各區縣的植煙土壤ECa含量平均值整體處于適宜區間，EMg含量整體處于偏高區間，但變異程度均較大。長順縣和羅甸縣北部植煙區的ECa含量處于較低區間，而福泉南部植煙區ECa含量平均值則處于偏高區間；惠水縣的EMg含量處于偏低區間，平均值為（238.96±281.55）mg/kg，而羅甸縣北部植煙區的EMg含量則處于較高區間。在微量元素方面，各區縣土壤中的AB含量平均值均處于較低區間，表明有效硼不足是黔南州7個區縣植煙土壤中普遍存在的問題。

空間插值結果表明（圖2f、g），區域土壤ECa含量整體處于適宜區間，但在平塘縣南部、長順縣北部和羅甸縣北部植煙區域內，ECa含量處于偏低區間，這些區域占植煙區域總面積的21.59%。惠水縣、平塘縣及貴定縣中部區域的EMg含量處于偏低或較低區間，這些低含量區域占植煙區域總面積的32.28%。全域土壤的AB含量則普遍低于0.2mg/kg（圖2h）。

2.1.4物理指標 惠水縣、貴定縣的植煙土壤SAN含量處于偏高區間，其中貴定縣SAN含量高達49.14%±14.60%。平塘縣的SAN含量處于適宜區間，福泉市南部植煙區SAN含量僅為27.00%±0.15%，處于偏低區間。各植煙區縣土壤SIL、CLA含量變幅較大。具體而言，惠水縣、長順縣土壤SIL平均含量處于適宜區間，貴定縣SIL平均含量處于偏低區間，龍里縣、平塘縣和福泉縣南部植煙區處于偏高區間，羅甸縣北部植煙區SIL含量則處于較高區間。此外，福泉市南部植煙區CLA含量占比最高，為33.00%±10.80%，處于偏高區間，而長順縣最低，為26.52%±9.80%，處于適宜區間。

空間插值結果表明（圖2i、j），區域SAN和SIL含量在空間分布上表現出相互對立的區域分布特征。羅甸縣北部植煙區的土壤SAN含量整體處于較低區間，而SIL含量則整體處于較高區間；貴定縣全縣土壤SAN含量整體處于偏高區間，SIL含量則處于較低區間。黔南州植煙區域土壤CLA含量整體上處于偏低或較低區間，面積占植煙區域總面積的72.16%（圖2k）。

2.2植煙土壤肥力綜合評價

2.2.1評價指標相關性分析 黔南植煙土壤肥力指標間的相關分析結果表明（表3），各指標間的相關性較低，CLA與OM、AK、EMg顯著正相關（plt;0.05），與SAN、SIL顯著負相關（plt;0.05），但相關系數均lt;0.50。SIL與SAN之間顯著負相關（–0.72，plt;0.05）。作為評價因子，各養分指標間重疊性較差，故將全部的土壤肥力指標納入土壤肥力綜合評價體系。

2.2.2指標權重和IFI綜合肥力結果 對植煙土壤綜合肥力評價體系下11項指標進行偏相關度KMO檢驗和Bartlett檢驗，結果表明KMO=0.683gt;0.60，適合進行主成分分析確定指標權重。主成分分析計算結果顯示，土壤肥力指標權重的排列順序為OM（0.103）gt;AN（0.101）gt;AK（0.095）gt;AB（0.093）gt;EMg（0.091）gt;ECa（0.090）gt;pH（0.090）gt;CLA（0.087）gt;AP（0.087）gt;SIL（0.084）gt;SAN（0.079），養分指標中OM、AN權重值均大于0.10，物理指標（顆粒組成）權重均小于0.10。

黔南州各區縣植煙區土壤綜合肥力（IFI）計算結果顯示（圖3a），全州IFI平均值為0.57，整體為中等水平。各區縣IFI為福泉（0.66）gt;龍里（0.62）gt;貴定（0.59）gt;平塘（0.58）gt;長順（0.53）gt;惠水（0.52）gt;羅甸（0.41）。各區縣IFIgt;0.75的樣點占比由高至低分別為30.77%（龍里）、25.00%（福泉）、14.29%（貴定）、10.64%（平塘）、5.71%（惠水）、3.70%（長順）、0%（羅甸縣）。空間插值結果顯示（圖3b），黔南州下轄區縣植煙土壤綜合肥力（IFI）整體處于中等區間。其中龍里、貴定和平塘縣北部區域IFI處于綜合肥力偏高區間，占植煙區域總面積的23.52%，表現出良好的綜合肥力特征。中部長順縣、惠水縣全域土壤IFI處于綜合肥力中等區間。羅甸縣北部植煙區的部分區域IFI處于綜合肥力偏低區間，土壤綜合肥力整體較差，占全域土地面積的4.12%。

3討論

相較傳統土壤肥力評價，采用主成分分析、隸屬函數及模糊數學的土壤肥力綜合評價體系能更全面、系統地對研究區域土壤肥力進行定量分析[27]。袁玉波等[28]、張恒等[29]、韓忠明等[10]、劉曉昂等[11]對黔南州植煙土壤的研究，主要是對單一指標逐個進行分析和評價，沒有涉及綜合肥力。與其相比，本研究在11項土壤指標分析基礎上，使用隸屬函數對指標進行無量綱化處理后，通過主成分分析賦予指標權重，構建了土壤綜合肥力評價體系，計算得出了土壤綜合肥力指數IFI，整體計算過程可用信息量大，計算結果可靠性強，在單獨養分指標定性描述的基礎上，定量表征全州植煙土壤的整體肥力狀況。

本研究結果表明，黔南州7個區縣植煙區域土壤的主要肥力指標整體處于適宜或偏高狀態，但微量元素較低。有機質含量是決定農田土壤生產功能優劣的關鍵，過高或過低均會影響煙葉的質量和品質[29]，本研究中7個區縣有機質整體適宜烤煙生長。適宜烤煙生長的土壤pH范圍在4.0～8.5，最適宜范圍在5.5～6.5[30]，過酸或過堿的土壤環境均會阻礙煙葉的正常生長發育，受強降雨影響，黔南州植煙土壤pH呈弱酸性[31]，變幅處于烤煙生長適宜區間。土壤速效養分直接影響生育期烤煙各部位的發育，黔南州7個區縣植煙土壤堿解氮含量整體處于偏高區間，可能原因是氮肥投入量過高[32]。土壤含氮量過高易導致煙葉肥厚，貪青晚熟，烤后品質低下[33]。此外，平塘縣全域有效磷含量較高，土壤磷素過高則易造成煙株早花，葉脈突出，葉片組織粗糙，烤后煙葉油分低[10]。另外，土壤中堿解氮和有效磷含量偏高，也存在由于氮磷流失引發的面源污染風險。因此，應在煙葉生產中適量減少全域氮肥的投入，并降低平塘縣的磷肥投入。羅甸植煙區土壤速效鉀低于烤煙的需鉀較低閾值。烤煙是典型的喜鉀作物，需鉀量大[34]，增施鉀肥可增加煙葉中的含鉀量，提升煙葉品質。因此，針對該區域缺鉀煙田，應適量補施鉀肥。黔南州植煙土壤有效硼虧缺嚴重，平均含量為0.11mg/kg，遠低于烤煙正常生長需要的硼最低閾值（0.3mg/kg）。硼是煙葉燃燒后的灰分元素之一，煙葉生長過程中對硼的吸收量雖然較低，但其對煙株正常生長發育、產值影響至關重要[35]。由于硼在根際及韌皮部的移動性較低，因此葉面噴施能有效提高煙葉對硼的吸收[36]，故黔南州各植煙區縣應在大田期依據烤煙長勢適時進行硼肥葉面噴施。

植煙土壤IFI計算結果表明，黔南州7個植煙區縣IFI整體處于中等區間。受氣候、地形和養分管理等環境因素影響，土壤養分豐缺與地理區位具明顯相關性[37-38]。黔南州植煙區北高南低，受坡度、坡位等地形因子的影響，北部丘陵山區接受光照和分配太陽輻射量高，植物地下生物量整體優于南部區縣[39]；同時黔南州雨季降水量大，北部丘陵山區持水能力較弱，植被受積澇危害程度低，地下部根系生長旺盛，提供了有助于土壤養分提升的良好根際條件[40]，因此北部福泉市植煙區土壤養分含量整體優于南部羅甸縣植煙區。此外，羅甸縣的部分土地，作為黔南州耕地后備資源的主要用地，近5年在原有各類型土地利用的基礎上進行了耕地改造[41]，有原來的下部生土上移的現象，導致土壤肥力整體低于北部熟化農田土壤肥力，故針對羅甸植煙土壤，應適當加大有機-無機肥料的配施，以快速提升新墾農田耕層的土壤肥力。

4結論

本研究表明，黔南州7個區縣植煙土壤pH、OM、ECa、SAN、SIL、CLA含量整體處于烤煙生長的適宜區間，AN和EMg含量則處于偏高區間，AP和AK含量的空間分布區域差異性較大，羅甸縣北部植煙區AK含量處于較低區間，有待增施鉀肥，各區縣土壤有效硼整體虧缺嚴重，有待增施硼肥。各區縣土壤IFI整體處于中等區間，但羅甸縣等低肥力煙田適當增施有機-無機肥料。