貴州銅仁植煙土壤陽離子交換量時(shí)空變異特征及其影響因素分析

譚智勇 諶瀟雄 劉杰 徐大紅 周興華 白彬 趙輝

摘要：分別于 2000、2001、2019年對(duì)貴州省銅仁市基本煙田進(jìn)行土壤取樣，研究區(qū)域植煙土壤陽離子交換量時(shí)空變異特征及其影響因素。結(jié)果表明：（1）銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、13.81 cmol/kg，單從平均值來看，植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現(xiàn)增加的趨勢(shì);從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強(qiáng)。（2）銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，其中松桃縣最高，印江縣最低;銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低。（3）隨著土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢(shì);隨著土壤堿解氮、交換性鉀、交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢(shì);隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢(shì)。方差分析結(jié)果表明，不同土壤 pH 值、有機(jī)質(zhì)、交換性鉀、交換性鈣、交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平;不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)顯著水平。

關(guān)鍵詞：植煙土壤;陽離子交換量;時(shí)空變異;影響因素

中圖分類號(hào)：S572.06 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）21-0231-04

收稿日期：2021-05-01

基金項(xiàng)目：貴州省煙草公司科技項(xiàng)目（編號(hào)：201908）;綠色農(nóng)藥與農(nóng)業(yè)生物工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題（編號(hào)：黔教合KY字[2019]036）;貴州省教育廳青年科技人才成長(zhǎng)項(xiàng)目（編號(hào)：黔教合KY字[2019]175）;銅仁學(xué)院博士啟動(dòng)基金（編號(hào)：trxyDH1615）。

作者簡(jiǎn)介：譚智勇（1986—），男，湖南常德人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)與研究工作。E-mail：daydayupccc@163.com。

通信作者：劉 杰，博士，主要從事煙草栽培技術(shù)研究。E-mail：25256757@qq.com。

土壤陽離子交換量（CEC）是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，其含量能作為評(píng)價(jià)土壤保肥能力的指標(biāo)，同時(shí)也是土壤環(huán)境容量和污染物遷移轉(zhuǎn)化的重要影響因素[1-4]。

土壤 CEC 的時(shí)空變異特征及影響因素已有相關(guān)研究。陳忠柳等研究耕地、草地、林草間作地、退耕還草地4種不同生態(tài)恢復(fù)模式下土壤CEC的分布情況，結(jié)果表明各土壤層次陽離子交換量均表現(xiàn)為退耕還草地顯著低于其他生態(tài)恢復(fù)模式[5]。劉莉等研究表明，紫色土CEC顯著高于紅壤和磚紅壤[6]。李海鷹等研究表明，江蘇省南京市溧水區(qū)不同的地形中，CEC為5～10 cmol/kg的土壤在低山的面積百分比大，CEC為10～20 cmol/kg的土壤在平原的面積百分比大，CEC>20 cmol/kg的土壤只在平原中出現(xiàn)[7]。白志強(qiáng)等對(duì)四川盆地西緣黃壤等5種土壤CEC進(jìn)行系統(tǒng)比較及影響因素研究，結(jié)果表明黃壤、水稻土和紫色土CEC顯著低于黃棕壤，顯著高于潮土，溫度和降水組成的氣候因素為該區(qū)土壤CEC的決定性影響因素[8]。關(guān)于植煙土壤中CEC 的時(shí)空變異特征及影響因素研究相對(duì)較少，本研究以貴州省銅仁市植煙土壤為例，研究其土壤CEC時(shí)空變異特征及其影響因素，以期為植煙區(qū)域土壤保肥和污染物防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

貴州省銅仁市地處107°45′～109° 30′E、27°7′～29°5′N，位于貴州省東北部，與湖南省、重慶市接壤，氣候?qū)儆诘湫偷闹衼啛釒駶?rùn)氣候，年平均溫度穩(wěn)定在18 ℃左右，日照時(shí)數(shù)為1 250 h，年平均降水量在 1 100～1 400 mm[9]。銅仁市是貴州省重要的植煙市，年煙葉種植面積達(dá)7 300 hm2，煙區(qū)煙葉外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì)相對(duì)較好，烤煙深得國(guó)內(nèi)煙草公司青睞。

1.2 樣品采集與分析

試驗(yàn)分別于 2000、2001、2019年進(jìn)行，共采集土壤樣品343個(gè)。取樣遵循均勻性和代表性的原則，取樣工具使用木鏟（防止取樣工具對(duì)土壤養(yǎng)分測(cè)定值的影響），取樣深度 0～20 cm，用四分法取約 1 kg 土樣。土樣經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩后裝袋備用。土壤pH值測(cè)定采用玻璃電極法;有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法;堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法;有效磷含量測(cè)定采用鉬銻抗比色法;交換性鉀、鈣和鎂含量測(cè)定采用乙酸銨交換法[8-10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

參考文獻(xiàn)[8]根據(jù)土壤保肥供肥能力強(qiáng)弱將銅仁市植煙土壤CEC按大小分為強(qiáng)（>20 cmol/kg）、中等（10～20 cmol/kg）、弱（<10 cmol/kg ）3個(gè)等級(jí)，常規(guī)數(shù)據(jù)分析用SPSS 19.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 銅仁市植煙土壤CEC時(shí)間變化特征

由表1可知，銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、 13.81 cmol/kg，單從平均值來看，銅仁市這3年間植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現(xiàn)增加的趨勢(shì);其變異系數(shù)3年間分別為34.33%、27.49%和29.62%，均屬于中等變異，表明各年度土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率分別為63.29%、87.10%和90.59%，呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強(qiáng)。

2.2 銅仁市植煙土壤CEC空間變化特征

由表2可知，銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，單從平均值來看，均處于中等水平，其中松桃縣最高，印江縣最低，其含量大小依次為松桃縣>德江縣>石阡縣>沿河縣>江口縣>思南縣>印江縣;各縣變異系數(shù)為17.66%～42.11%，均屬于中等變異，表明銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的頻率為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低，其頻率分布大小依次為沿河縣>松桃縣>江口縣>印江縣>石阡縣>德江縣>思南縣，思南縣植煙土壤中有33.33%的CEC含量較低，其植煙土壤保肥供肥能力有待進(jìn)一步提高。

2.3 銅仁市植煙土壤陽離子交換量影響因素分析

2.3.1 土壤pH值

由圖1可知，土壤陽離子交換量與pH值符合二次模型（y=0.326x2-2.642x+16.957，r2=0.149，P=0.000），隨著土壤pH值的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢(shì)。將土壤樣品按 pH 值大小分成極低（≤5.0）、低（>5.0～5.5）、中等（>5.5～7.0）、高（>7.0～7.5）、極高（>7.5）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤 pH 值組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平（F=15.486，P=0.000）。

2.3.2 土壤有機(jī)質(zhì)含量

由圖2可以看出，土壤陽離子交換量與有機(jī)質(zhì)含量符合指數(shù)模型（y=10.465e0.008x，r2=0.059，P=0.000），隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高，土壤陽離子交換量呈升高趨勢(shì)。將土壤樣品按有機(jī)質(zhì)含量大小分成極低（≤10 g/kg）、低（>10～20 g/kg）、中等（>20～30 g/kg）、高（>30～45 g/kg）、極高（>45 g/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤有機(jī)質(zhì)含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平（F=4.301，P=0.002）。

2.3.3 土壤堿解氮含量

由圖3可知，土壤陽離子交換量與堿解氮含量符合冪模型（y=9.260x0.077，r2=0.035，P=0.000），隨著土壤堿解氮含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢(shì)。將土壤樣品按堿解氮含量大小分成極低（≤30 mg/kg）、低（>30～60 mg/kg）、中等（>60～120 mg/kg）、高（>120～150 mg/kg）、極高（>150 mg/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)顯著水平（F=3.343，P=0.011）。

2.3.4 土壤有效磷含量

由圖4可知，土壤陽離子交換量與有效磷符合指數(shù)模型（y=12.681e0.000 6x，r2=0.002，P=0.455），但曲線擬合度一般。將土壤樣品按有效磷含量大小分成極低（≤10 mg/kg）、低（>10～15 mg/kg）、中等（>15～30 mg/kg）、高（>30～40 mg/kg）、極高（>40 mg/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤有效磷含量組間的土壤陽離子交換量差異不顯著（F=0.350，P=0.844）。

2.3.5 土壤速效鉀含量

由圖5可知，土壤陽離子交換量與速效鉀含量符合冪模型（y=6.825 6x0.120，r2=0.096，P=0.000），隨著土壤速效鉀含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢(shì)。將土壤樣品按有效磷含量大小分成極低（≤80 mg/kg）、低（>80～150 mg/kg）、中等（>150～220 mg/kg）、高（>220～350 mg/kg）、極高（>350 mg/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤速效鉀含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平（F=7.454，P=0.000）。

2.3.6 土壤交換性鈣含量

由圖6可知，土壤陽離子交換量與交換性鈣含量符合二次模型（y=-0.000 000 2x2+0.003x+8.897， r2=0.369， P=0.000），隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢(shì)。將土壤樣品按交換性鈣含量大小分成極低（≤400 mg/kg）、低（>400～800 mg/kg）、中等（>800～1 200 mg/kg）、高（>1 200～2 000 mg/kg）、極高（>2 000 mg/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤交換性鈣含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平（F=2218.616，P=0.000）。

2.3.7 土壤交換性鎂含量

由圖7可知，土壤陽離子交換量與交換性鎂含量符合冪模型（y=6.490x0.135，r2=0.181，P=0.000），隨著土壤交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后趨于平緩的趨勢(shì)。將土壤樣品按交換性鎂含量大小分成極低（≤50 mg/kg）、低（>50～100 mg/kg）、中等（>100～200 mg/kg）、高（>200～400 mg/kg）、極高（>400 mg/kg）5組，方差分析結(jié)果表明，不同土壤交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平（F=14.657，P=0.000）。

3 討論與結(jié)論

銅仁市2000、2001、2019年植煙土壤CEC平均值分別為12.06、13.75、13.81 cmol/kg，單從平均值來看，植煙土壤CEC均處于中等水平，且呈現(xiàn)增加的趨勢(shì);從分布頻率來看，3年間其含量處于中等水平以上的頻率呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說明銅仁市土壤保肥供肥能力整體在增強(qiáng)。

銅仁市各植煙縣土壤CEC平均值為12.83～14.16 cmol/kg，單從平均值來看均處于中等水平，其中松桃縣最高，印江縣最低;各縣變異系數(shù)均屬于中等變異，表明銅仁市各植煙縣土壤CEC的空間變異中等;從分布頻率來看，各縣土壤CEC含量處于中等水平以上的頻率為66.67%～98.55%，其中沿河縣最高，思南縣最低，思南縣植煙土壤中有33.33%的CEC含量較低，其植煙土壤保肥供肥能力有待進(jìn)一步提高。

土壤CEC含量的影響因素較多[5-10]，本研究重點(diǎn)從土壤養(yǎng)分對(duì)土壤CEC含量影響的角度作了分析，結(jié)果表明：隨著土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量的升高，土壤陽離子交換量呈現(xiàn)升高趨勢(shì);隨著土壤堿解氮、交換性鉀、交換性鎂含量的升高，土壤陽離子交換量呈現(xiàn)先升高后趨于平緩的趨勢(shì);隨著土壤交換性鈣含量的升高，土壤陽離子交換量呈先升高后下降的趨勢(shì)。方差分析結(jié)果表明，不同土壤 pH 值、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)極顯著水平;不同土壤堿解氮含量組間的土壤陽離子交換量差異達(dá)顯著水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]Qaryouti M，Bani-Hani N，Abu-Sharar T M，et al. Effect of using raw waste water from food industry on soil fertility，cucumber and tomato growth，yield and fruit quality[J]. Scientia Horticulturae，2015，193：99-104.

[2]Aikelaimu A，Jiang J G，Li D A，et al. The interactions of metal concentrations and soil properties on toxic metal accumulation of native plants in vanadium mining area[J]. Journal of Environmental Management，2018，222：216-226.

[3]Paz-Ferreiro J，Marinho M，Abreu C A，et al. Soil texture effects on multifractal behaviour of nitrogen adsorption and desorption isotherms

[J]. Biosystems Engineering，2018，168：121-132.

[4]王幼奇，張 興，趙云鵬，等. 基于GIS和地理加權(quán)回歸的砂田土壤陽離子交換量空間預(yù)測(cè)[J]. 土壤，2020，52（2）：421-426.

[5]陳忠柳，舒英格，周鵬鵬. 喀斯特山區(qū)不同生態(tài)恢復(fù)模式土壤鹽基離子的交換及分布特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2020，34（4）：304-311，319.

[6]劉 莉，謝德體，李忠意，等. 酸性紫色土的陽離子交換特征及其對(duì)酸緩沖容量的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào)，2020，57（4）：887-897.

[7]李海鷹，姜小三，潘劍君，等. 土壤陽離子交換量分布規(guī)律的研究——以江蘇省溧水縣為例[J]. 土壤，2007，39（3）：443-447.

[8]白志強(qiáng)，張世熔，鐘欽梅，等. 四川盆地西緣土壤陽離子交換量的特征及影響因素[J]. 土壤，2020，52（3）：581-587.

[9]付瑞瀅. 貴州省銅仁市玉米生長(zhǎng)的氣象條件分析[J]. 北京農(nóng)業(yè)，2015（6）：179-180.

[10]普繼瓊，廖 萍，吳建芳. 紅塔區(qū)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤中陽離子交換量與有機(jī)質(zhì)含量和pH值的測(cè)定及相關(guān)性分析[J]. 云南農(nóng)業(yè)科技，2020（4）：13-14.