臨滄市雙江縣植煙土壤養(yǎng)分特征及生態(tài)位適宜度評價

彭麗麗，王文學(xué)，冀 浩，鐘慶榮，孔廣超，曾鵬飛，李 崗，盧 葉*

(1. 廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000；2. 云南省煙草公司臨滄市公司，云南 臨滄 677300；3. 云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650106)

【研究意義】在土壤的形成過程中，母質(zhì)與環(huán)境之間發(fā)生了一系列的物質(zhì)、能量交換和轉(zhuǎn)化，形成了層次分明的土壤剖面，出現(xiàn)了肥力特性，其與氣候、母質(zhì)、生物、地形和時間五大成土因素密切相關(guān)[1]。海拔是一個重要的地形因子，海拔梯度上溫度和水分等環(huán)境因子劇烈變化[2-3]較大地影響到土壤母質(zhì)的風(fēng)化、礦物質(zhì)的分解和合成，以及物質(zhì)積累和淋失[1]，從而造成土壤肥力的差異。土壤肥力實際上是土壤生態(tài)位的一種表現(xiàn)形式，土壤肥力愈高，基礎(chǔ)土壤生態(tài)位愈寬，供給植物水、熱、氣、肥的能力愈強(qiáng)[4]。煙草適應(yīng)性較強(qiáng)，在多種土壤上都可以生長發(fā)育，但優(yōu)質(zhì)煙葉對土壤條件的要求比較嚴(yán)格[5]。【前人研究進(jìn)展】目前，土壤肥力評價的方法較多，主要有隸屬函數(shù)法[6-8]、主成分分析法[9]、因子分析法[10-11]、聚類分析法[12]、投影尋蹤模型法[13]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[14]和生態(tài)位適宜度[15]等。【本研究切入點】生態(tài)位適宜度在土壤肥力評價中的應(yīng)用鮮見[15]，但評價效果較理想，目前在植煙土壤評價中的應(yīng)用還未見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文以雙江縣植煙區(qū)域不同海拔梯度的土壤化學(xué)指標(biāo)為出發(fā)點，通過描述統(tǒng)計和線性回歸分析探討不同海拔梯度的土壤養(yǎng)分特征及變化趨勢，并采用土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度方法綜合評價烤煙種植土壤肥力，以便為當(dāng)?shù)乜緹熓┓使芾硖峁﹨⒖己屠碚撝巍?/p>

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于云南省西南部的臨滄市雙江縣，地處東經(jīng)99°35′15″～100°09′33″，北緯23°11′58″～23°48′50″，北回歸線橫穿縣境中部，屬南亞熱帶半濕潤山地季風(fēng)氣候類型，干濕分明，雨熱同季。其境內(nèi)地勢高差懸殊較大，土壤呈垂直分布：海拔670～800 m為磚紅壤，800～1300 m為赤紅壤，1300～2100 m為紅壤，2100～2500 m為黃壤，2500～2800 m為黃棕壤，2800～3200 m為棕壤，3200 m以上為亞高山草甸土，零星分布有紫色土和水稻土，烤煙種植區(qū)域主要分布在海拔約1200～2100 m，主要植煙土壤類型為赤紅壤和紅壤。

1.2 樣品采集

2012年，在雙江縣勐庫鎮(zhèn)、勐勐鎮(zhèn)、沙河鄉(xiāng)、邦丙鄉(xiāng)、大文鄉(xiāng)、忙糯鄉(xiāng)等6個主要種煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)，海拔高度1021～2044 m，采集具有代表性的土壤樣品，共計89個樣品。于植煙整地之前進(jìn)行采集，樣點分布情況見圖1，具體采樣方法如下：長方形地塊采取之字形、較為方正的地塊采用對角線或棋盤形采集耕層土壤20 cm 深的土樣，在同一采樣單元內(nèi)每8～10個點的土樣構(gòu)成一個0.5～2.0 kg的混合土樣。從田間采集的土樣經(jīng)登記編號后進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過風(fēng)干、磨細(xì)、過篩、混勻、裝瓶后備用。

1.3 土壤檢測方法

圖1 樣品采集點分布情況Fig.1 The distribution of sample collection points

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010和SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，ArcGIS10.2進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分特征描述統(tǒng)計分析

由表1可知，有機(jī)質(zhì)、pH值、速效氮、速效磷和速效鉀非參數(shù)檢驗差異不顯著，符合正態(tài)分布，而有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素指標(biāo)非參數(shù)檢驗均呈顯著性差異，呈非正態(tài)分布。有機(jī)質(zhì)含量和pH值平均值分別為(3.31±1.13) %、5.18±0.26，其變化幅度分別為1.50 %～6.13 %，4.54～5.89，其中有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)較大(34.3 %)，pH值較小(5.1 %)；速效氮、速效磷、速效鉀等大量元素的平均值分別為(109.58±35.47)、(23.57±18.44)、(135.61+69.66) mg/kg，以上指標(biāo)的變異系數(shù)均較大(32.4 %～78.0 %)，其相應(yīng)的變化幅度分別為43.00～200.00、3.00～82.00、11.01～394.00 mg/kg；不同海拔植煙土壤中的有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素的中位數(shù)分別為1.17(0.90)、0.45(0.30)、10.85(9.21) mg/kg，其變化幅度分別為0.15～9.80、0.01～1.43、0.00～60.94 mg/kg，有效鋅和有效硼的變異系數(shù)較小，不足1 %。

2.2 土壤養(yǎng)分空間分布情況

據(jù)表2可知，pH值、速效氮、速效磷和有效硼均是Gaussian模型，有機(jī)質(zhì)、速效鋅和水溶性氯符合J-Bessel模型，而速效鉀的最優(yōu)模型為Stable模型。一般認(rèn)為，塊金值/基臺值<25 %，表示存在強(qiáng)烈空間相關(guān)性；塊金值/基臺值在25 %～75 %，表示存在中等空間相關(guān)性；塊金值/基臺值>75 %則空間相關(guān)性小[17]。由此說明，有效硼的空間變異性較大，由土壤結(jié)構(gòu)因素決定，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀和有效鋅由隨機(jī)因素和結(jié)構(gòu)性因素共同決定，pH值和水溶性氯人為施肥等操作影響較大。

表1 土壤養(yǎng)分特征描述統(tǒng)計

注：*表示呈顯著性差異，**表示呈極顯著性差異。

Note：*represents significant difference and **represents super significant difference.

由圖2可知，雙江縣植煙區(qū)域土壤的養(yǎng)分空間分布情況為：有機(jī)質(zhì)和有效鋅含量整體適宜；速效氮含量大部分地區(qū)適宜，僅西北部和南部地區(qū)分別偏低；有效硼和水溶性氯分別在南部、北部地區(qū)，以及中部地區(qū)偏低，其它地方均較適宜；pH值、速效磷和速效鉀大部分地區(qū)偏低，速效磷、速效鉀分別在東部和西南地區(qū)較適宜。

2.3 植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度評價

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 烤煙生產(chǎn)提倡優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)，土壤肥力要求適中，土壤pH值和各養(yǎng)分指標(biāo)的最優(yōu)值均在某區(qū)間，根據(jù)曲線函數(shù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理[18]，標(biāo)準(zhǔn)化后值在[0,1]之間。根據(jù)各土壤養(yǎng)分指標(biāo)與煙葉品質(zhì)的關(guān)系，各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)可分為拋物型和S型函數(shù)，具體的函數(shù)類型和指標(biāo)范圍[19-29]詳見表3，其公式如下所示：

拋物型函數(shù)：

S型函數(shù)：

(2)

式中，x1、x2、x3、x4分別代表指標(biāo)下限、上限、最優(yōu)值下限、最優(yōu)值上限，要求x1

表2 土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)特征參數(shù)

圖2 雙江縣植煙區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間分布情況Fig.2 The spatial distribution of soil nutrient in Shuangjiang planting tobacco area

2.3.2 熵權(quán)法求權(quán)重 “熵權(quán)”理論是一種客觀賦權(quán)方法，它借用信息論中熵的概念。它主要是根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小來確定其權(quán)數(shù)[30]。假設(shè)在m項指標(biāo)、n個被評價對象的評價體系中，根據(jù)熵權(quán)法理論，由式(3)計算得第j項指標(biāo)的熵值，由式(4)計算得j項指標(biāo)的熵權(quán)(權(quán)重)[31]。

(3)

(4)

根據(jù)公式(3)、(4)，計算得到各土壤指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果詳見表4。土壤8項指標(biāo)權(quán)重大小依次是速效氮(0.267)>速效鉀(0.127)>有效接上(0.126)>pH值、速效磷(0.118)>有機(jī)質(zhì)(0.088)>有效硼(0.078)>水溶性氯(0.073)，這與烤煙生產(chǎn)實際基本吻合。

表3 函數(shù)類型及指標(biāo)閾值

表4 土壤肥力指標(biāo)權(quán)重

圖3 不同海拔土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度分布情況Fig.3 Distribution of SBNF at different altitudes

2.3.3 土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度評價 89個土壤樣品經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后構(gòu)成89維生態(tài)向量，作為8項土壤評價指標(biāo)的現(xiàn)實基礎(chǔ)生態(tài)位，以及8個土壤因子的最適區(qū)間值，形成土壤最適基礎(chǔ)生態(tài)位。參照聶艷等[15]的研究結(jié)果，計算土壤基礎(chǔ)生態(tài)適宜度。

(5)

由圖3可知，雙江縣植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度接近50 %的樣品低于平均值(0.578)，整體生態(tài)位適宜度在中等水平。隨著海拔高度的上升，土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度是緩慢下降的，但兩者間的相關(guān)性不顯著(P>0.05)。通過系統(tǒng)聚類分析，雙江縣植煙區(qū)域土壤肥力可分為5個等級，主要集中在III類至V類，分別占27.0 %、39.3 %、21.4 %，II類的比例較低，10.1 %，I類僅2.2 %。I類土壤主要分布在1200～1400 m，II類和III類在1000～1200 m和>1400 m的海拔地區(qū)，IV類和V類在所有海拔梯度上(1000～2050 m)均有分布。

3 討 論

在一定海拔范圍內(nèi)，雙江縣植煙區(qū)域土壤的有效鋅與海拔高度呈顯著性負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀和有效硼呈顯著性正相關(guān)；其中位數(shù)或平均值分別為1.17(0.90)mg/kg、(3.31±1.13) % 、(109.58±35.47) mg/kg、(23.57±18.44) mg/kg、(135.61+69.66) mg/kg、0.45(0.30) mg/kg。pH值和水溶性氯與海拔高度呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，pH平均值為5.18±0.26，水溶性氯中位數(shù)為10.85(9.21) mg/kg。呂貽忠[32]、黨坤良[33]、薛沛沛[14]、張春[34]等研究表明有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、有效硼與海拔呈高度相關(guān)，本研究與之相符。付彭輝[35]等研究發(fā)現(xiàn)有效鋅與海拔高度呈顯著正相關(guān)，本研究結(jié)果與之相反。這可能與研究的海拔高度及生態(tài)環(huán)境差異有關(guān)。雙江縣植煙區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高(平均值3.31 %)，有效鋅易與有機(jī)化合物絡(luò)合，形成較復(fù)雜的絡(luò)合物被固定[1]，從而降低鋅的有效性。

雙江縣植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度平均值為0.578±0.098，生態(tài)位適宜度屬中等水平。雙江縣植煙土壤肥力可分5個等級，主要集中在III、IV、V類中低等級，占87.7 %，較高肥力等級的土壤較少，且主要集中在1000～1400 m；隨著海拔高度的升高，土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度有下降的趨勢。在不同海拔梯度間均有各等級肥力土壤的分布，這可能是由于雙江縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)所處的小尺度環(huán)境(地形、氣候、人為因素)有差異，造成土壤肥力的不同。結(jié)合烤煙土壤養(yǎng)分指標(biāo)閾值分析表明，雙江縣植煙區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低，這與楊美仙[36]等研究相符。因此，在雙江縣烤煙生產(chǎn)實際中，應(yīng)注意控制氮肥的施用，同時建議適當(dāng)增施氯肥和硼肥。

表5 雙江植煙區(qū)域土壤肥力評價結(jié)果

4 結(jié) 論

雙江縣植煙區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低；雙江縣土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度和土壤肥力均屬中等水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃昌勇.土壤學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[2]潘紅麗,李邁和,蔡小虎,等.海拔梯度上的植物生長與生理生態(tài)特性[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2009,18(2):722-730.

[3]TRANQUILLINI W. Physiological Ecology of the Alpine Timberline:Tree Existence at High Altitude with Special Reference to the European Alps, Ecological Studies[M]. New York: Springer Berlin Heidelberg,1979.

[4]楊萬勤,宋光煜.土壤生態(tài)位及其應(yīng)用[J].世界科技研究與發(fā)展,2001,23(2):21-23.

[5]閆克玉,趙銘欽.煙草原料學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2008.

[6]葉回春,張世文,黃元仿,等.北京延慶盆地農(nóng)田表層土壤肥力評價及其空間變異[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(15):3151-3160.

[7]汪貴斌,曹福亮,程 鵬,等.不同銀杏復(fù)合經(jīng)營模式土壤肥力綜合評價[J].林業(yè)科學(xué),2010,46(8):1-7.

[8]李 梅,張學(xué)雷.基于GIS的農(nóng)田土壤肥力評價及其與土體構(gòu)型的關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(1):129-136.

[9]趙 超.不同海拔毛竹林土壤特征及肥力評價的研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2011.

[10]李靜鵬,徐明鋒,蘇志堯,等.不同植被恢復(fù)類型的土壤肥力質(zhì)量評價[J].生態(tài)學(xué)報,2014,34(9):2297-2307.

[11]許仙菊,馬洪波,陳 杰,等.基于養(yǎng)分豐缺診斷和主成分分析相結(jié)合的桑園土壤肥力評價[J].土壤,2013,45(3):470-476.

[12]楊曉娟,王海燕,劉 玲,等.東北過伐林區(qū)不同林分類型土壤肥力質(zhì)量評價研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2012,21(9):1553-1560.

[13]趙小勇,付 強(qiáng),邢貞相.投影尋蹤等級評價模型在土壤質(zhì)量變化綜合評價中的應(yīng)用[J].土壤學(xué)報, 2007,44(1):164-168.

[14]薛沛沛,王 兵,牛 香.大崗山不同海拔毛竹林土壤肥力的灰色關(guān)聯(lián)度分析[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報,2013,25(6):1354-1359.

[15]聶 艷,周 勇,于 婧,等.土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度模型在耕地土壤肥力綜合評價中的應(yīng)用[J].長江流域資源與環(huán)境,2006,15(2):223-227.

[16]中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1978.

[17]王政權(quán).地統(tǒng)計學(xué)及其在生態(tài)中的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[18]樊紅艷.土地綜合評價方法中的數(shù)據(jù)無量綱化研究-以土地開發(fā)潛力評價為例[D].蘭州:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[19]陳江華,李志宏,劉建利,等.全國主要煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺狀況評價[J].中國煙草學(xué)報,2004,10(3):14-18.

[20]王得強(qiáng).神農(nóng)架周邊區(qū)域生態(tài)因素和烤煙質(zhì)量綜合評價[D].鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2009.

[21]唐莉娜,熊德中.土壤酸度的調(diào)節(jié)對烤煙根系生長與煙葉化學(xué)成分含量的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2002,10(4):65-67.

[22]曹志宏.優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)的土壤與施肥[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1991:117-124.

[23]胡國松,鄭 偉,王震東,等.烤煙營養(yǎng)原理[M].北京:科學(xué)出版杜,2000.

[24]陳建軍,陳建勛,呂永華.根際pH值對煙草無機(jī)營養(yǎng)吸收的影響(簡報)[J].植物生理學(xué)通訊,1996,32(5):341-344.

[25]煙草種植區(qū)劃協(xié)作組.全國煙草種植區(qū)劃報告[M].北京:輕工業(yè)出版社,1985.

[26]毛知耘.肥料學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社,1997.

[27]薛超群,尹啟生,王信民,等.模糊綜合評判在化學(xué)成分評價煙葉可用性中的應(yīng)用[J].煙草科技,2007(4):62-64.

[28]黃元炯,張 翔,范藝寬,等.河南煙區(qū)土壤硫、鎂及微量元素的含量及分布[J].煙草科技,2005(3):33-36.

[29]許 龍,李忠環(huán),陳榮平,等.昆明市植煙土壤2002-2006年養(yǎng)分狀況變化動態(tài)分析[J].土壤,2009,41(2):282-287.

[30]孟慶生.信息論[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1989.

[31]邱宛華.管理決策與應(yīng)用熵學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[32]呂貽忠,張鳳榮,孫丹峰.百花山山地土壤中有機(jī)質(zhì)的垂直分布規(guī)律[J].土壤,2005,37(3):277-283.

[33]黨坤良,張長錄,陳海濱,等.秦嶺南坡不同海拔土壤肥力的空間分異規(guī)律[J].林業(yè)科學(xué),2006,42(1):16-21.

[34]張 春,周冀衡,楊榮生,等.云南曲靖不同海拔煙區(qū)土壤和煙葉硼含量的分布狀況及相關(guān)性[J].中國煙草學(xué)報,2010,16(6):48-53.

[35]付彭輝,孔欣欣,牛佩佩,等.豫西地區(qū)有效態(tài)Zn含量分布特征及其影響因素[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,41(8):70-80,88.

[36]楊美仙,亞 平,何元勝,等.臨滄植煙土壤養(yǎng)分豐缺狀況分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,29(2):269-277.