永州植煙土壤幾種主要化學(xué)性狀特征及聚類分析

靳志麗 陳夢(mèng)思 邵蘭軍 喻杰 周向平 王錫春 袁芳

摘要：為掌握煙區(qū)土壤化學(xué)性狀特征，2015年對(duì)永州市79個(gè)種煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)689個(gè)植煙土壤取樣調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，煙區(qū)土壤pH偏高，土壤有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子交換量（CEC）豐富，分別有92.6%的土壤有機(jī)質(zhì)和91.6%的CEC處于中等級(jí)別以上水平，植煙土壤肥力水平較高。土壤pH、有機(jī)質(zhì)和CEC均存在正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)聚類分析將煙區(qū)劃分為2大特征區(qū)域，因地制宜，合理施肥及土壤保育。

關(guān)鍵詞：植煙土壤；化學(xué)性狀；pH；有機(jī)質(zhì)；CEC；聚類分析

中圖分類號(hào)：S572文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：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(zhǎng)適應(yīng)性強(qiáng)，多種土壤上都可以生長(zhǎng)發(fā)育，但優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)對(duì)土壤條件要求比較嚴(yán)格[1-2]。土壤化學(xué)性狀是土壤重要屬性之一，其中土壤酸堿度是土壤化學(xué)性質(zhì)的重要參數(shù)[3]，也是土壤肥力的重要指標(biāo)之一[4-5]，對(duì)礦物質(zhì)風(fēng)化、鹽基淋溶、養(yǎng)分有效性、微生物數(shù)量和活性均產(chǎn)生影響[6]；土壤有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量和肥力水平的重要指標(biāo)[7]，能增強(qiáng)土壤保水保肥能力[4]；CEC是表征土壤化學(xué)性質(zhì)、評(píng)價(jià)土壤保肥能力的重要指標(biāo)[8]，是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)[3，9]。近年來(lái)，多位學(xué)者對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)、CEC的空間變異、影響因素及其與土壤其他性狀的相互關(guān)系進(jìn)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(xiàn)“M”型變化趨勢(shì)，而有機(jī)質(zhì)則呈現(xiàn)“W”型變化趨勢(shì)；植煙土壤pH與有機(jī)質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。林清火等[3]研究表明，添加生物質(zhì)炭土壤調(diào)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(dá)到極顯著相關(guān)。李強(qiáng)等[10]研究表明，植煙土壤pH空間結(jié)構(gòu)為指數(shù)模型，空間變異主要由土壤化學(xué)因素決定。郭乃嘉等[11]研究表明，有機(jī)質(zhì)水平在黑土區(qū)受環(huán)境因子影響為主，在水稻土區(qū)受人為因子主導(dǎo)。

永州位于湖南省西南部，屬于南嶺丘陵區(qū)焦甜純甜香型烤煙產(chǎn)區(qū)，是全國(guó)烤煙種植適宜區(qū)和優(yōu)勢(shì)區(qū)。目前對(duì)永州煙區(qū)土壤主要化學(xué)性狀特征缺乏系統(tǒng)調(diào)查和全面分析研究。本文在對(duì)永州煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺現(xiàn)狀全面調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)土壤幾種主要化學(xué)性狀空間分布特征進(jìn)行系統(tǒng)分析和區(qū)域分類，以期為本區(qū)烤煙合理施肥、用地養(yǎng)地和特色優(yōu)質(zhì)煙葉區(qū)域優(yōu)化布局提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1調(diào)查時(shí)間、地點(diǎn)

調(diào)查試驗(yàn)于2015年1—2月在永州市各煙區(qū)進(jìn)行樣品采集，3—11月在湖南省土壤肥料研究所進(jìn)行土壤樣品前處理和室內(nèi)分析檢測(cè)工作。

1.2試驗(yàn)材料

2015年在永州市所有產(chǎn)煙縣（寧遠(yuǎn)、新田、藍(lán)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(gè)，其中寧遠(yuǎn)193個(gè)、新田115個(gè)、藍(lán)山80個(gè)、江華136個(gè)、江永55個(gè)、道縣80個(gè)、東安30個(gè)。

土壤樣品的采集時(shí)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(shí)避開(kāi)降雨。在采樣地塊，GPS定位，采用“S”形或?qū)蔷€取樣法，多點(diǎn)取耕層0～20 cm深度的土壤樣品，制成1個(gè)約1.0 kg的混合土樣。土樣登記編號(hào)后進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩、混勻、裝瓶備用。

1.3項(xiàng)目測(cè)定方法

土壤pH用pH計(jì)測(cè)定（水土比為1：2.5）；有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定；CEC采用乙二胺四乙酸二鈉、乙酸銨混合液提取法測(cè)定。各養(yǎng)分具體測(cè)定方法按文獻(xiàn)[13]的方法進(jìn)行。

1.4植煙土壤養(yǎng)分豐缺狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

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(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》。

1.5統(tǒng)計(jì)分析

采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件[14]和Excel表格進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1土壤主要化學(xué)性狀總體評(píng)價(jià)

表1中有機(jī)質(zhì)、pH、CEC均值均大于臨界值。各指標(biāo)數(shù)據(jù)極差較大，離散程度由大到小依次為有機(jī)質(zhì)、CEC、pH，土壤有機(jī)質(zhì)和CEC數(shù)據(jù)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(shù)來(lái)看，各指標(biāo)均呈中等變異性，其中pH變異系數(shù)較小，數(shù)據(jù)集中度較高。

2.2永州各產(chǎn)區(qū)土壤主要化學(xué)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(chǎn)區(qū)這一比例從高到低依次為道縣、江華、藍(lán)山、寧遠(yuǎn)、東安、新田、江永。統(tǒng)計(jì)分析表明，各產(chǎn)區(qū)土壤pH差異達(dá)到了極顯著水平，其中新田pH相對(duì)較高，與其他產(chǎn)區(qū)差異均達(dá)到了顯著水平，寧遠(yuǎn)、江華、道縣、東安pH相對(duì)其他產(chǎn)區(qū)有所下降。

2.2.2土壤有機(jī)質(zhì)狀況分析土壤有機(jī)質(zhì)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(guò)高或過(guò)低均不利于優(yōu)質(zhì)烤煙的形成[11，15]。表3全市土壤有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)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(yuǎn)、道縣、東安、藍(lán)山。統(tǒng)計(jì)分析表明，各產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到了極顯著差異，其中藍(lán)山、東安有機(jī)質(zhì)含量較高，與其它產(chǎn)區(qū)差異均達(dá)到了極顯著水平，江永、道縣土壤有機(jī)質(zhì)比其它產(chǎn)區(qū)有所下降。

2.2.3土壤CEC狀況分析表4來(lái)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(dāng)豐富，各產(chǎn)區(qū)處于中等及以上級(jí)別的樣本比例從高到低依次為東安、新田、藍(lán)山、寧遠(yuǎn)、道縣、江永、江華。統(tǒng)計(jì)分析表明，各產(chǎn)區(qū)土壤CEC達(dá)到了極顯著差異，其中藍(lán)山CEC較高，與其它產(chǎn)區(qū)差異均達(dá)極顯著水平，江華、道縣土壤CEC比其它產(chǎn)區(qū)有所下降。

2.3土壤主要化學(xué)性狀相關(guān)關(guān)系分析

從表5來(lái)看，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、CEC之間均存在正相關(guān)關(guān)系，其中pH與CEC相關(guān)關(guān)系達(dá)到了極顯著水平，有機(jī)質(zhì)與CEC之間的相關(guān)關(guān)系達(dá)到了顯著水平，pH與有機(jī)質(zhì)的相關(guān)關(guān)系在90%程度上達(dá)到顯著水平。這表明CEC隨pH的升高呈極顯著的升高趨勢(shì)、隨有機(jī)質(zhì)的升高呈顯著的升高趨勢(shì)；pH隨有機(jī)質(zhì)含量的升高呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，在90%程度上達(dá)到了顯著水平。

2.4各產(chǎn)區(qū)土壤主要化學(xué)性狀聚類分析

為探討區(qū)域間養(yǎng)分分布的相似性和差異性，將永州植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)和CEC標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，選擇卡方距離和可變類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得到79個(gè)產(chǎn)煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤養(yǎng)分聚類圖（見(jiàn)圖1），以卡方距離1.8進(jìn)行分類，各產(chǎn)煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)分為2大典型區(qū)域，分別以S1、S2代表，S1包括27個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要特征：土壤pH微酸性、有機(jī)質(zhì)含量較高、CEC含量中等；S2包括52個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要特征：土壤pH微堿性、有機(jī)質(zhì)含量高、CEC含量較高。表6為各類別統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，S2 pH、有機(jī)質(zhì)和CEC均極顯著高于S1。

3結(jié)論與討論

（1）土壤pH過(guò)高或過(guò)低均降低煙株對(duì)養(yǎng)分的吸收效率，并改變營(yíng)養(yǎng)元素的形態(tài)和有效性[16]，永州煙區(qū)土壤pH偏高，51.4%的土壤pH>7.5，土壤pH與成土母質(zhì)、土壤類型、煙稻輪作制度、長(zhǎng)期秸稈還田有直接關(guān)系[10，17-19]?？緹熒a(chǎn)過(guò)程中，密切關(guān)注煙田施肥和土壤保育措施對(duì)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(dǎo)致土壤pH的升高，同時(shí)，適當(dāng)使用腐殖酸、餅肥等酸性有機(jī)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(qū)降水、地形、施肥、秸稈還田等對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)積累的影響明顯[11]。永州煙區(qū)92.6%的土壤有機(jī)質(zhì)處于中等及以上含量，土壤有機(jī)質(zhì)含量豐富，容易引起土壤N素供應(yīng)滯后、上部葉發(fā)育過(guò)度等問(wèn)題，生產(chǎn)上應(yīng)因地制宜，采取重施基肥、早施追肥；使用碳氮比較低的有機(jī)物料還田等措施，緩解土壤高有機(jī)質(zhì)對(duì)烤煙生產(chǎn)的不利影響。

（3）永州煙區(qū)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(chǎn)。

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

（5）系統(tǒng)聚類分析將永州植煙土壤主要化學(xué)性狀聚合為2大特征區(qū)域，S1土壤pH微酸性、有機(jī)質(zhì)較高、CEC中等；S2土壤pH微堿性、有機(jī)質(zhì)高、CEC較高。兩區(qū)域各指標(biāo)差異均達(dá)到極顯著水平。

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