譚智勇 諶瀟雄 劉 杰 譚大新 白 彬 周興華 趙 輝

（1銅仁學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，554300，貴州銅仁；2貴州財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，550025，貴州貴陽；3貴州省煙草公司銅仁市公司，554300，貴州銅仁；4臨澧縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，415200，湖南臨澧）

土壤養(yǎng)分是煙草生長發(fā)育所需營養(yǎng)元素的重要來源，研究植煙區(qū)域土壤養(yǎng)分空間分布特征，對其施肥管理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[1]。近年來，關(guān)于植煙土壤養(yǎng)分空間分布特征的研究較多。吳杰等[2]研究發(fā)現(xiàn)，重慶植煙區(qū)域土壤中N、P、K及有機(jī)質(zhì)等含量有逐漸增加的趨勢，建議生產(chǎn)上嚴(yán)格控制氮肥投入量，同時提升磷和鉀肥的有效性。孫燕鑫等[3]研究了云南曲靖煙區(qū)馬龍和沾益2個縣土壤中鐵元素含量的分布特征及其主要影響因素，結(jié)果表明，馬龍和沾益植煙土壤有效鐵含量較豐富，平均66.23mg/kg，但地區(qū)間差異顯著，土壤有效鐵含量與pH呈極顯著負(fù)相關(guān)。李自林等[4]采集了云南省靖西市10個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)的206個土壤樣品，選取pH和有機(jī)質(zhì)等8個土壤評價指標(biāo)，運(yùn)用隸屬度函數(shù)模型、指數(shù)和法和克里金插值法對靖西市煙區(qū)土壤肥力進(jìn)行適宜性評價，結(jié)果表明，采樣區(qū)土壤肥力均在Ⅴ級以上，適宜性指數(shù)0.54，肥力中等偏下。李強(qiáng)等[5]基于地統(tǒng)計學(xué)方法和模糊數(shù)學(xué)原理對馬龍縣植煙土壤養(yǎng)分適宜性進(jìn)行綜合評價，結(jié)果表明，區(qū)域內(nèi)植煙土壤養(yǎng)分適宜性指數(shù)為優(yōu)的區(qū)域占研究區(qū)域總面積的0.19%，良的區(qū)域占19.63%，一般的區(qū)域占59.17%，中等的區(qū)域占21.01%。周星等[6]運(yùn)用地統(tǒng)計學(xué)和地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合的方法研究了四川省劍閣縣植煙土壤養(yǎng)分的空間變異特征，形成了養(yǎng)分指標(biāo)空間分布圖，直觀地反映出土壤養(yǎng)分分布狀況和豐缺情況，為劍閣縣植煙土壤的差異化管理奠定了基礎(chǔ)。

科學(xué)平衡施肥對提高烤煙產(chǎn)量和質(zhì)量、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及實現(xiàn)耕地可持續(xù)利用具有重要的現(xiàn)實意義[7-9]，銅仁市地處武陵山區(qū)，其植煙土壤養(yǎng)分相關(guān)的研究報道較少。本文以貴州省銅仁市植煙土壤為研究對象，利用地統(tǒng)計學(xué)和GIS等方法相結(jié)合分析了植煙土壤養(yǎng)分的空間分布特征，為銅仁市植煙土壤科學(xué)平衡施肥、提高肥料利用率、保護(hù)資源環(huán)境、實現(xiàn)煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于貴州省銅仁市江口縣、石阡縣、思南縣、印江土家族苗族自治縣、德江縣、沿河土家族自治縣和松桃苗族自治縣7個縣的植煙地塊（107°45′～109° 30′ E，27°7′～29°5′ N）進(jìn)行。銅仁市位于貴州省東北部，與湖南省和重慶市接壤，屬于典型的中亞熱帶濕潤氣候，年均溫度 18℃，年日照時數(shù)1250h，年降雨量1100.0～1400.0mm，生態(tài)條件適宜煙株生長[10]。銅仁市是貴州省重要的植煙市，年煙葉種植面積達(dá)7.33×103hm2（11萬畝），煙葉外觀形態(tài)和內(nèi)在品質(zhì)相對較好。

1.2 樣品采集與分析

試驗于2019年11月進(jìn)行。采用GPS定位技術(shù)，在貴州省銅仁市7個植煙縣的主要植煙區(qū)域布置采樣點(diǎn)，共采集土壤樣品202個（圖1）。取樣遵循均勻性和代表性的原則，取樣工具為木鏟（防止取樣工具對土壤養(yǎng)分測定結(jié)果的影響），取樣深度0～20cm，用四分法取土樣約1kg，經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩后裝袋備用。采用重鉻酸鉀―硫酸氧化法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量，采用堿解擴(kuò)散法測定堿解氮含量，采用鉬銻抗比色法測定有效磷含量，采用乙酸銨交換―原子吸收法[11]測定交換性鉀含量。

圖1 植煙土壤取樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of soil sampling location

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

將銅仁市植煙土壤養(yǎng)分含量分為極低、低、中等、高和極高5個等級[12-14]，各等級的劃分指標(biāo)見表1。用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和常規(guī)統(tǒng)計分析，用ArcGIS 10.2軟件進(jìn)行Kriging插值和繪圖。在進(jìn)行海拔與土壤養(yǎng)分指標(biāo)關(guān)系平滑回歸分析時，先對每項海拔按數(shù)值大小進(jìn)行等樣本數(shù)分組，各土壤養(yǎng)分指標(biāo)均劃分為10組（去掉1個最大值和1個最小值，每組10個），再計算各樣本組該海拔的平均值和土壤養(yǎng)分含量的平均值，得到新變量，最后基于新變量樣本采用回歸法分析海拔與植煙土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系。

表1 銅仁市植煙土壤主要養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of main nutrients of tobacco planting soil in Tongren

2 結(jié)果與分析

2.1 銅仁市植煙土壤主要養(yǎng)分含量基本統(tǒng)計特征

由表2可知，銅仁市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍為5.47～59.81g/kg，處于中等及以上水平含量占比87.60%，有機(jī)質(zhì)含量豐富。堿解氮含量范圍為27.33～241.32mg/kg，處于中等及以上水平含量占比97.00%，其中高及以上水平含量占比54.90%，堿解氮含量偏高。有效磷含量范圍為1.50～115.96mg/kg，處于低及以下水平含量占比30.70%，約1/3的樣本數(shù)有效磷含量偏低，同時處于高及以上水平含量占比33.70%，約1/3的樣本數(shù)有效磷含量偏高。交換性鉀含量范圍為46.20～977.10mg/kg，處于中等及以上水平含量占比88.60%，其中高及以上水平含量占比76.20%，交換性鉀含量豐富。土壤主要養(yǎng)分變異系數(shù)范圍為 25.51%～75.51%，均屬于中等變異，變異系數(shù)依次為有效磷＞交換性鉀＞有機(jī)質(zhì)＞堿解氮。

表2 銅仁市植煙土壤主要養(yǎng)分統(tǒng)計特征Table 2 Descriptive analysis of main nutrients of tobacco planting soil in Tongren

2.2 土壤主要養(yǎng)分含量空間結(jié)構(gòu)分析

選取克里金算法中的普通克里金法（Ordinary Kriging）[15]確定銅仁市植煙土壤主要養(yǎng)分的空間分布特征，分別用不同模型對土壤主要成分進(jìn)行擬合，獲取其最優(yōu)半方差函數(shù)模型及其相關(guān)參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差（RMSE）接近1且標(biāo)準(zhǔn)化平均誤差（MSE）接近0，能夠很好地反映土壤主要養(yǎng)分的空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果（表3）顯示，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和交換性鉀含量符合球狀模型，而土壤有效磷含量符合指數(shù)模型。銅仁市植煙土壤主要養(yǎng)分塊金效應(yīng)在60.38%～67.02%范圍內(nèi)，均具有中等的空間相關(guān)性，主要養(yǎng)分指標(biāo)的空間變異是由結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同作用的結(jié)果。

表3 土壤主要養(yǎng)分含量半方差函數(shù)模型及其擬合參數(shù)Table 3 The semi variogram models of main nutrients and its corresponding parameters

2.3 土壤主要養(yǎng)分含量區(qū)域分布特征

土壤養(yǎng)分空間分布情況見圖2，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量的空間分布呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，均呈現(xiàn)由東往西增加的趨勢。松桃縣和江口縣有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量均處于中等水平，而石阡縣西南部、德江縣和沿河縣交界處、思南縣南部零星區(qū)域有機(jī)質(zhì)含量偏高，德江縣、思南縣和石阡縣大部分區(qū)域、沿河縣和印江縣西部堿解氮含量偏高。土壤有效磷和交換性鉀含量空間分布情況如下，思南縣中部及南部、思南與石阡交界處、德江縣北部、沿河縣西北部、江口縣南部零星區(qū)域有效磷含量偏低，印江縣大部分區(qū)域、松桃縣西部、江口縣北部、沿河縣和德江縣及石阡縣南部有效磷含量偏高，全市交換性鉀含量較為豐富，整體呈東部比西部高的趨勢。

圖2 銅仁市植煙土壤養(yǎng)分區(qū)域分布Fig.2 Regional distribution of soil nutrients in Tongren

2.4 土壤主要養(yǎng)分含量垂直分布特征

銅仁市植煙區(qū)域海拔跨度大，取樣點(diǎn)海拔范圍為440～1380m，海拔差達(dá)到940m。由表4可知，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和交換性鉀含量均與海拔呈極顯著正相關(guān)性（P＜0.01），有效磷含量與海拔呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。平滑回歸分析結(jié)果（圖3）表明，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和交換性鉀含量與海拔呈線性正相關(guān)，但其線性擬合程度一般，其R2在0.3238～0.6076范圍內(nèi)，R2表現(xiàn)為交換性鉀＞堿解氮＞有機(jī)質(zhì)。

圖3 土壤主要養(yǎng)分與海拔的平滑回歸分析Fig.3 Smooth regression analysis of soil nutrients and altitude

表4 土壤主要養(yǎng)分與海拔的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficients between main soil nutrients and altitude

3 討論

有機(jī)質(zhì)是土壤固相的重要組成成分，是評價土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要的指標(biāo)之一[16-17]。銅仁市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.47～59.81g/kg，處于中等及以上水平的植煙區(qū)占比87.60%，有機(jī)質(zhì)含量豐富，這可能與近年來銅仁市植煙區(qū)域土壤大力開展綠肥翻壓等增施有機(jī)肥的措施有關(guān)。堿解氮是氮素營養(yǎng)的主要來源，是評價土壤肥力的重要指標(biāo)之一[18-19]。銅仁市堿解氮含量范圍為27.33～241.32mg/kg，處于中等及以上水平的植煙區(qū)含量占比97.00%，其中高及以上水平含量占比54.90%，堿解氮含量偏高，這與云南[5]、湖北[20]和廣西[21]等煙區(qū)結(jié)果相似。

基于空間相關(guān)性分析的圖形繪制分析，能更加直觀地發(fā)現(xiàn)適宜土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量分布區(qū)域，為當(dāng)?shù)責(zé)煵莘N植規(guī)劃提供依據(jù)。銅仁市植煙土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量的空間分布呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，均呈由東往西增加的趨勢，在垂直分布上有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量與海拔呈極顯著正相關(guān)。土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量與土壤供氮能力呈正相關(guān)，均能為煙草提供大量氮元素，特別是在煙草生長后期，土壤中氮素過高會導(dǎo)致煙葉貪青晚熟，上中部煙葉煙堿含量提高，降低煙葉品質(zhì)。因此，在銅仁市西部植煙縣，特別是其高海拔植煙地塊，要適當(dāng)控制有機(jī)肥和氮肥施用量，以提高煙葉品質(zhì)。

土壤磷是植物磷素營養(yǎng)的主要來源，其含量高、低和有效性是衡量土壤肥力的主要指標(biāo)之一[22]。銅仁市有30.70%的植煙土壤有效磷含量低于15mg/kg，分別分布在思南縣中部及南部、思南縣與石阡縣交界處、德江縣北部、沿河縣西北部和江口縣南部零星區(qū)域，建議這些區(qū)域注重增施磷肥，以滿足煙草正常生長發(fā)育和品質(zhì)形成的需要。同時銅仁市有33.70%的植煙土壤中有效磷含量高于30mg/kg，分別分布在印江縣大部分區(qū)域、松桃縣西部、江口縣北部、沿河縣和德江縣及石阡縣南部，建議這些區(qū)域適當(dāng)控制磷肥的施用量。

土壤速效鉀易被作物吸收利用，其含量高低常被作為判斷植煙土壤鉀素豐缺的重要指標(biāo)[23]，土壤交換性鉀占速效鉀的90%以上[24]，是土壤速效鉀的主要來源。銅仁市有88.60%植煙土壤交換性鉀含量超過150mg/kg，含量豐富，其含量平均值較10年前增幅在50%以上[25]，土壤中交換性鉀含量增長較快。鉀是與煙草品質(zhì)關(guān)系最為密切的礦質(zhì)元素之一，當(dāng)煙葉鉀含量≥2%時，其燃燒性、焦油產(chǎn)生量、香氣質(zhì)、香氣量和陰燃持火力顯著改善[26]。但是土壤中交換性鉀過高可能會導(dǎo)致與其他陽離子產(chǎn)生拮抗作用，影響煙草生長發(fā)育。因此，銅仁市植煙土壤在確?？緹熒a(chǎn)所必需的鉀肥施用量的情況下，應(yīng)適當(dāng)控制鉀肥的施用量。

4 結(jié)論

銅仁市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量為5.47～59.81g/kg，堿解氮含量為27.33～241.32mg/kg，有效磷含量為1.50～115.96mg/kg，交換性鉀含量為46.20～977.10mg/kg。銅仁市植煙土壤中有機(jī)質(zhì)和交換性鉀含量豐富，堿解氮含量偏高，應(yīng)適當(dāng)控制相應(yīng)肥料的施用。33.70%的植煙土壤中有效磷含量高于30mg/kg，建議這些區(qū)域適當(dāng)控制磷肥的施用。30.70%的植煙土壤有效磷含量低于15mg/kg，建議這些區(qū)域注重增施磷肥，以滿足煙草正常新陳代謝和品質(zhì)形成的需要。

銅仁市植煙土壤有機(jī)質(zhì)與堿解氮含量的空間分布呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，均呈由東往西增加的趨勢。在垂直分布上有機(jī)質(zhì)、堿解氮和交換性鉀含量與海拔呈極顯著正相關(guān)。