曲靖植煙土壤pH和主要養(yǎng)分空間變異特征及其影響因素①

楊樹(shù)明，余小芬，鄒炳禮，解 燕，劉加紅*，王瑞寶，呂亞瓊，蔡永占，張素華，邱學(xué)禮*

曲靖植煙土壤pH和主要養(yǎng)分空間變異特征及其影響因素①

楊樹(shù)明1，余小芬1，鄒炳禮1，解 燕2，劉加紅2*，王瑞寶2，呂亞瓊2，蔡永占2，張素華3，邱學(xué)禮1*

(1云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；2云南省煙草公司曲靖市公司，云南曲靖 655002；3云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 650205)

2017—2020年用GPS定位采集云南省曲靖市9個(gè)縣區(qū)核心煙田耕層(0 ～ 20 cm)土壤樣品6 685個(gè)，測(cè)定pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀，運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理信息系統(tǒng)(GIS)分析上述指標(biāo)的空間分布特征及其變異主控因素。結(jié)果表明：土壤pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀變幅分別介于4.16 ～ 8.50、2.23 ～ 99.93 g/kg、14.88 ～ 393.36 mg/kg、2.45 ～ 142.78 mg/kg和19.65 ～ 991.33 mg/kg，均值分別為6.30、32.83 g/kg、125.42 mg/kg、29.92 mg/kg和270.38 mg/kg，變異系數(shù)分別為11.59%、33.54%、29.93%、64.54% 和35.18%，均為中等程度變異。pH集中在微酸至中性，較適宜烤煙種植，有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量集中在中等至極高等級(jí)，共占研究區(qū)總面積的70% 以上。半方差分析表明，土壤pH空間自相關(guān)性較強(qiáng)，變異受自然因素(土壤類型、質(zhì)地和降雨)的主導(dǎo)；有機(jī)質(zhì)、水解性氮和速效鉀空間自相關(guān)性中等，變異受自然和人為因素(施肥)共同影響；有效磷的空間自相關(guān)性很弱，人為因素是造成其空間差異的主控因素?？死锔窨臻g插值結(jié)果揭示土壤pH空間連續(xù)性好，整體呈聚集分布，強(qiáng)酸和極強(qiáng)酸土壤主要分布在馬龍、宣威和會(huì)澤；有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀呈不規(guī)則的塊狀分布，隨機(jī)性較強(qiáng)，其中有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效鉀的高值區(qū)主要在富源、羅平，有效磷較高的區(qū)域集中在陸良、羅平。

植煙土壤；土壤養(yǎng)分；地理信息系統(tǒng)；空間變異；影響因素

土壤pH、有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀是衡量土壤肥力及質(zhì)量的重要指標(biāo)[1]，直接影響煙株生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉的產(chǎn)質(zhì)量[2]。探明植煙土壤pH和養(yǎng)分豐缺狀況、空間變異規(guī)律及其主控影響因素，是提升耕地質(zhì)量和煙葉生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，對(duì)土壤可持續(xù)利用及指導(dǎo)精準(zhǔn)施肥促進(jìn)烤煙高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。土壤作為一個(gè)時(shí)空連續(xù)的變異體，其理化屬性空間分布及格局變化都可能受到結(jié)構(gòu)性因素(土壤母質(zhì)、地形條件、氣候等)[3]和人為因素(土地利用方式、耕作、施肥等)的影響，在特定區(qū)域空間尺度上形成特有的空間異質(zhì)性[4]。我國(guó)煙草行業(yè)在植煙土壤理化屬性空間變異方面開(kāi)展了大量研究[5-6]，據(jù)中國(guó)知網(wǎng)上以“土壤”、“空間變異”和“煙”為關(guān)鍵詞進(jìn)行的檢索表明，相關(guān)的中文研究報(bào)道約 70 余篇。一些研究表明，在田塊尺度上，施肥、有機(jī)物料投入、秸稈還田是土壤有機(jī)質(zhì)變異的成因[6-7]；在縣域尺度上，pH變異受結(jié)構(gòu)因子(海拔、地形、土壤質(zhì)地)和隨機(jī)因子共同作用[8]；在區(qū)域尺度上，土壤堿解氮含量空間變異的主導(dǎo)因子因其所處環(huán)境條件不同而有所差異[9-10]；土壤類型和前作是有效磷變異的主控因素，而速效鉀則為海拔和坡度[11]。目前，關(guān)于植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀分布特點(diǎn)和影響因素已有研究[6-11]，但在自然環(huán)境中，各因子間交互作用復(fù)雜，隨著時(shí)間尺度、采樣范圍、樣本量大小的變化，解析土壤養(yǎng)分變異規(guī)律不盡相同[12]。同時(shí)，不同煙區(qū)間的地域差異，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分空間變異的主導(dǎo)因子不同，使得研究結(jié)果應(yīng)用區(qū)域性較強(qiáng)。曲靖是云南主產(chǎn)煙區(qū)，年均種植烤煙約 8.67×104hm2，年產(chǎn)煙葉1.8×105t，是中式卷煙最大的核心基地[8]。已有 2008 年曲靖市植煙土壤 pH 和養(yǎng)分方面的研究報(bào)道[13]，揭示pH、有機(jī)質(zhì)、有效硫和水溶性氯含量適宜，全氮和堿解氮含量偏高，速效鉀、有效鈣、有效鎂、有效銅、有效鐵、有效鋅、有效鉬和有效錳含量豐富，有效磷含量中等，全磷、全鉀和有效硼含量偏低；各指標(biāo)均表現(xiàn)為各向異性分布，其中有效磷和有效硼的空間變異主要受隨機(jī)性因素的影響，其他養(yǎng)分指標(biāo)的空間變異是結(jié)構(gòu)性因素和隨機(jī)性因素共同作用的結(jié)果。但植煙土壤肥力現(xiàn)狀如何尚不明確，為此，本研究運(yùn)用GIS技術(shù)和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析曲靖主要土壤養(yǎng)分2017— 2020年的豐缺狀況、空間分布特征及其變異主控因素，旨在為實(shí)現(xiàn)煙區(qū)土壤可持續(xù)利用及精準(zhǔn)施肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

曲靖煙區(qū)地處云南省東部，介于24°19′ ～ 27°03′ N、102°42′～ 104°50′E，海拔介于563 ～ 3 675 m，地勢(shì)由西北部向東南部?jī)A斜，屬低緯高原亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫14.24 ℃，降雨量800 ～ 1 700 mm，日照時(shí)數(shù)1 584 ～ 2 195 h，無(wú)霜期 204 ～ 282 d。耕地總面積72.9×104hm2，年均種植烤煙約 8.67×104hm2，按成土母質(zhì)，土壤類型主要有紅壤、紫色土、黃壤、水稻土、沖積土、新積土和石灰?guī)r土[14]。根據(jù)卡慶斯基土壤質(zhì)地分類制，曲靖土壤質(zhì)地以壤土占比較高，其次是黏土、砂土[15]。耕作方式為冬閑、玉米、綠肥、油菜與烤煙輪作為主。

1.2 土壤采集與制備

2017—2020年在曲靖市的會(huì)澤縣、馬龍區(qū)、羅平縣、陸良縣、師宗縣、沾益區(qū)、麒麟?yún)^(qū)、富源縣、宣威市9個(gè)區(qū)域采集具有代表性的植煙土壤樣品6 685個(gè)，在每年4月份烤煙移栽前，平壩區(qū)每30 ～ 40 hm2取一個(gè)混合土樣，丘陵區(qū)域或山區(qū)每13 hm2左右取一個(gè)混合土樣；每個(gè)田塊采樣點(diǎn)按“梅花形”隨機(jī)5點(diǎn)采集0 ～ 20 cm耕層土壤，剔除根系、礫石等雜質(zhì)均勻混合后按四分法獲取0.5 kg左右，在同一采樣單元內(nèi)每8 ～ 10個(gè)點(diǎn)的土樣構(gòu)成混合土樣，經(jīng)登記編號(hào)后帶回實(shí)驗(yàn)室，風(fēng)干、混勻、磨細(xì)、過(guò)篩留存待測(cè)，GPS定位采樣點(diǎn)經(jīng)緯度、海拔。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤pH測(cè)定采用電位法(水土比2.5︰1，︰) (NY/T1377—2007)[16]；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定(NY/T1121.6—2006)[17]；水解性氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定(LY/T1228—2015)[18]；有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定(NY/T1121.7—2014)[19]；速效鉀采用醋酸銨浸提–火焰光度法測(cè)定[20-21]。

1.4 植煙土壤有效養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以往研究[14,22]，土壤pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀分級(jí)分別見(jiàn)表1和表2。

表1 植煙土壤pH等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2 植煙土壤養(yǎng)分劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和IBM Statistics SPSS 19.0 軟件對(duì)土壤pH及主要養(yǎng)分元素含量特征進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和正態(tài)分布檢驗(yàn)(K-S檢驗(yàn))，對(duì)不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，使其服從對(duì)數(shù)正態(tài)，再采用ArcGIS 10.2軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差函數(shù)計(jì)算、模型擬合、克里格空間插值(Kriging)和繪制土壤養(yǎng)分空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)特征值及等級(jí)分布

2.1.1 土壤pH 由表3可知，曲靖市植煙土壤pH均值6.30，變幅4.16 ～ 8.50，變異系數(shù)8.71% ～ 12.84%。9個(gè)植煙縣(區(qū))土壤pH均值范圍5.52 ～ 6.67，從高到低依次為：羅平>師宗>富源>宣威>麒麟>會(huì)澤>陸良>沾益>馬龍，除馬龍外，其他縣區(qū)差異未達(dá)顯著水平。強(qiáng)酸性土壤區(qū)域在馬龍、沾益、麒麟和會(huì)澤分布相對(duì)多一些，強(qiáng)酸性土壤的比例占20% 以上；中性土壤師宗、羅平占比最高，分別為58.06% 和50.57%。曲靖土壤pH絕大多數(shù)分布在偏酸和中性等級(jí)，分別占25.19% ～ 50.24% 和7.19% ～ 58.06%，整體處于適宜種植烤煙水平。

2.1.2 土壤有機(jī)質(zhì) 由表4可知，曲靖市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量均值為32.83 g/kg，變幅2.23 ～ 99.93 g/kg，全市有72.45% 的煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)處于中高和高等級(jí)，低等級(jí)比例較少。9個(gè)植煙縣土壤有機(jī)質(zhì)含量均值范圍27.76 ～ 40.37 g/kg，變異系數(shù)27.33% ～ 39.27%，屬于中等變異；從高到低依次為：富源>羅平>馬龍>宣威>沾益>師宗>麒麟>陸良>會(huì)澤；馬龍與羅平、師宗與沾益間土壤有機(jī)質(zhì)含量差異不顯著，其他縣區(qū)之間差異達(dá)極顯著水平(<0.01)。從各縣土壤有機(jī)質(zhì)含量等級(jí)分布來(lái)看，會(huì)澤整體較低，共有26.57% 集中在低和極低級(jí)別；其他縣區(qū)集中在高和極高級(jí)別，分別占22.30% ～ 42.28%、22.52% ～ 59.25%，有機(jī)質(zhì)處于豐富水平。

表3 植煙土壤pH統(tǒng)計(jì)信息

注：同列數(shù)據(jù)小寫字母、大寫字母不同分別表示差異達(dá)<0.05和<0.01顯著水平，下表同。

表4 植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量統(tǒng)計(jì)信息

2.1.3 土壤水解性氮 由表5可知，曲靖市植煙土壤水解性氮含量均值為125.42 mg/kg，變幅14.88 ～ 393.36 mg/kg，水解性氮整體水平較高，共81.38% 集中在中等至很高等級(jí)。9個(gè)植煙縣土壤水解性氮含量均值范圍111.31 ～ 143.93 mg/kg，變異系數(shù)24.15% ～ 36.68%，屬于中等變異；從高到低依次為：富源>羅平>宣威>沾益>陸良>師宗>會(huì)澤>麒麟>馬龍；富源與羅平間土壤水解性氮差異顯著(<0.05)，宣威、沾益、陸良之間差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，陸良與師宗間差異不顯著，會(huì)澤、麒麟和馬龍間未達(dá)極顯著水平。從各縣土壤水解性氮含量等級(jí)看，馬龍、沾益、師宗集中在中等級(jí)別，分別占63.78%、61.72%、57.64%；羅平、富源和宣威集中在高和很高等級(jí)，共計(jì)分別占60.32%、47.32%、44.24%；會(huì)澤、陸良和麒麟土壤水解性氮整體較低，缺乏的比例分別占35.94%、26.73%、26.88%。

表5 植煙土壤水解性氮含量統(tǒng)計(jì)信息

2.1.4 土壤有效磷 由表6可知，曲靖市土壤有效磷含量均值為29.92 mg/kg，變幅2.45 ～ 142.78 mg/kg，有效磷整體處于中偏高水平，共85.93% 集中在中等至很高等級(jí)。9個(gè)植煙縣土壤有效磷含量均值為21.48 ～ 41.00 mg/kg，變異系數(shù)51.82% ～ 78.86%，屬于中偏高變異；從高到低依次為：陸良>羅平>馬龍>宣威>師宗>沾益>會(huì)澤>麒麟>富源；陸良、羅平和馬龍土壤有效磷含量極顯著高于其他縣(<0.01)，宣威與師宗間差異不顯著，沾益、會(huì)澤、麒麟和富源間差異極顯著。從各縣土壤有效磷含量等級(jí)比例看，除富源缺磷比例最高外（占18.55%），其他縣土壤有效磷分布于高和很高的等級(jí)比例較高，占比為52.71% ～ 69.85%。

2.1.5 土壤速效鉀 由表7可知，曲靖市土壤速效鉀含量均值為270.38 mg/kg，變幅19.65 ～ 991.33 mg/kg，速效鉀整體偏高，共84.76% 集中在中等至很高等級(jí)。9個(gè)植煙縣土壤速效鉀含量均值為222.13 ～ 385.53 mg/kg，變異系數(shù)24.27% ～ 55.88%，屬中偏高變異；從高到低依次為：羅平>富源>師宗>麒麟>沾益>宣威>陸良>會(huì)澤>馬龍；其中羅平與富源、師宗間土壤速效鉀含量差異極顯著(<0.01)，麒麟與沾益間差異不顯著，沾益、宣威、陸良、會(huì)澤間差異不顯著。9個(gè)縣土壤速效鉀含量在每個(gè)等級(jí)都有分布，總體集中在高和很高等級(jí)，占比為55.06% ～ 84.57%。

表6 植煙土壤有效磷含量統(tǒng)計(jì)信息

表7 植煙土壤速效鉀含量統(tǒng)計(jì)信息

2.2 土壤養(yǎng)分的空間變異特征及分布格局

由表8可知，土壤pH為指數(shù)模型，有機(jī)質(zhì)和水溶性氮均為高斯模型，有效磷、速效鉀為線性模型。其中有機(jī)質(zhì)、水溶性氮擬合較好，2分別為0.905和0.876；pH、有效磷和速效鉀擬合性次之，2分別為0.612、0.714和0.627。土壤pH的塊基比小于25%，表明空間自相關(guān)性較強(qiáng)，其變異以土壤母質(zhì)、地形和氣候等自然因素為主導(dǎo)；土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮和速效鉀的塊基比介于25% ～ 75%，表明其空間自相關(guān)性中等，變異由自然和人為共同作用產(chǎn)生；土壤有效磷塊基比大于75%，表明其空間自相關(guān)性很弱，施肥、耕作等人為因素對(duì)其變異起主導(dǎo)作用。在曲靖市尺度上，5種土壤養(yǎng)分含量的變程較大，介于2.456 ～ 4.368 km，其中土壤pH變程最小。從圖1可以看出，土壤pH空間連續(xù)性好，整體呈聚集分布，強(qiáng)酸和極強(qiáng)酸土壤主要分布在馬龍、宣威和會(huì)澤，微堿(pH介于7.5 ～ 8.5)土壤較少。土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀呈不規(guī)則的塊狀分布，隨機(jī)性較強(qiáng)。土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、速效鉀的高值區(qū)主要在富源、羅平；土壤有效磷較高的區(qū)域集中在陸良、羅平。上述分析可見(jiàn)，在曲靖煙區(qū)應(yīng)大力推行分區(qū)劃片精準(zhǔn)施肥，促進(jìn)區(qū)域間土壤養(yǎng)分平衡，為優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)創(chuàng)造適宜的土壤條件。

2.3 土壤養(yǎng)分空間變異的影響因素

2.3.1 土壤類型 由表9可知，6種類型土壤pH均值為6.15 ～ 6.78，黃壤pH最高，紅壤最低，變異系數(shù)3.86% ～ 9.22%，屬弱變異程度。土壤有機(jī)質(zhì)以石灰?guī)r土最高，紫色土最低，各類土壤均值范圍為29.04 ～ 44.83 g/kg，變異系數(shù)23.54% ～ 39.05%，達(dá)中等變異程度。土壤水解性氮以黃壤最高，紫色土最低，各類土壤均值為117.95 ～ 159.21 mg/kg，變異系數(shù)21.72% ～ 33.93%，屬中等變異程度。各類土壤有效磷均值為27.57 ～ 41.43 mg/kg，以紫色土最高，新積土次之，石灰?guī)r土最低，變異系數(shù)34.93% ～ 79.90%，屬中偏強(qiáng)變異。各類土壤速效鉀均值為204.49 ～ 312.02 mg/kg，以紫色土最高，新積土次之，紅壤最低，變異系數(shù)25.04% ～ 51.01%，屬中等變異程度?？傮w來(lái)看，新積土水解性氮、有效磷、速效鉀含量豐富；紫色土有機(jī)質(zhì)低，有效磷、速效鉀含量高；土壤類型的差異可為烤煙施肥提供參考。

表8 土壤pH和主要養(yǎng)分含量的空間變異特征

圖1 土壤養(yǎng)分含量空間分布格局

2.3.2 土壤質(zhì)地 由表10可知，各類質(zhì)地土壤pH均值為6.15 ～ 6.84，砂壤土pH最高，中壤土最低，變異系數(shù)7.93% ～ 18.57%，為弱變異程度。土壤有機(jī)質(zhì)以重壤土最高，砂壤土最低，各種質(zhì)地土壤均值為28.54 ～ 42.57 g/kg，變異系數(shù)4.45% ～ 9.27%，屬弱變異程度。土壤水解性氮以重壤土最高，砂壤土最低，不同質(zhì)地土壤均值為104.27 ～ 131.61 mg/kg，變異系數(shù)23.14% ～ 40.89%，為中等變異程度。土壤有效磷均值為29.16 ～ 41.49 mg/kg，以中壤土最高，砂壤土最低，變異系數(shù)39.75% ～ 55.71%，屬中等變異。土壤速效鉀均值為164.91 ～ 275.46 mg/kg，以輕黏土最高，中壤土最低，變異系數(shù)36.50% ～ 73.62%，變異程度較高。重壤土和輕黏土的水解性氮、速效鉀含量顯著高于其他土質(zhì)。

表10 不同土壤質(zhì)地土壤pH和主要養(yǎng)分含量統(tǒng)計(jì)信息

2.3.3 氣候因素 由表11可知，不同植煙區(qū)域內(nèi)，氣候因素對(duì)土壤養(yǎng)分含量影響不同。平均氣溫與會(huì)澤土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮及羅平土壤的pH、有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷、速效鉀呈顯著負(fù)相關(guān)。年降雨量與9個(gè)植煙縣土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)，與有機(jī)質(zhì)(羅平)、水解性氮(羅平)、有效磷(會(huì)澤、羅平、宣威)、速效鉀(沾益、麒麟)呈顯著負(fù)相關(guān)。年蒸發(fā)量與9個(gè)植煙縣土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與羅平、沾益和麒麟的土壤有效磷呈顯著或極顯著正相關(guān)，與會(huì)澤、羅平、宣威土壤速效鉀呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。

2.3.4 施肥因素 根據(jù)調(diào)查，曲靖羅平煙區(qū)平均氮、磷和鉀投入量分別為69.3、138.6和207.9 kg/hm2，其他煙區(qū)平均氮、磷和鉀施用量分別為105.0、210和315 kg/hm2。部分農(nóng)戶以追求最大的單葉重提高單株生產(chǎn)力，持續(xù)過(guò)量地施用氮磷鉀依然普遍。由表12可知，土壤pH與施鉀量(硫酸鉀)呈極顯著負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、水解性氮與施氮磷量(普通過(guò)磷酸鈣)呈極顯著負(fù)相關(guān)，土壤有效磷與施磷、鉀量分別呈顯著和極顯著正相關(guān)，速效鉀與施鉀量呈極顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 土壤pH

在本研究中，植煙土壤pH變幅4.16 ～ 8.50，均值6.30，集中分布在弱酸性至中性等級(jí)，處于適宜水平，在馬龍、會(huì)澤和宣威土壤有酸化趨勢(shì)，這與李強(qiáng)等[8]研究結(jié)果相似。從半方差分析結(jié)果看，結(jié)構(gòu)因子(土壤類型、質(zhì)地和降雨量)是引起pH空間變異性強(qiáng)的主導(dǎo)因素，隨機(jī)因子(施肥、耕作)次之。一方面，曲靖土壤類型分紅壤(48.87%)、黃壤(5.85%)、紫色土(16.70%)、新積土(12.17%)、水稻土(15.92%)和石灰?guī)r土(0.49%)[20]，成土母質(zhì)與土壤類型有關(guān)，也影響土壤pH。如石灰?guī)r、砂巖和頁(yè)巖發(fā)育的石灰?guī)r土pH較高；水稻土富含鐵、錳氧化物，pH緩沖范圍接近中性，紫色砂頁(yè)巖發(fā)育的紫色土、脫硅富鋁化強(qiáng)的紅壤pH相對(duì)較低，水稻土的酸緩沖容量和緩沖強(qiáng)度均強(qiáng)于紅壤[21]；研究區(qū)黃壤pH最高，紅壤pH最低，其他土壤類型pH接近中性(表9)，這就是與不同母質(zhì)有關(guān)。另一方面，按“卡慶斯基質(zhì)地制”的雙級(jí)分類法，曲靖土壤質(zhì)地以砂壤土(0.68%)、輕壤土(2.78%)、中壤土(19.35%)、重壤土(47.30%)、中黏土(1.11%)、輕黏土(28.68%)和重黏土(0.11%)為主[14]，研究區(qū)內(nèi)砂土和黏土pH相對(duì)較高，這可能是砂質(zhì)土顆粒間空隙大通氣透水，黏土膠體比表面積大，兩類土吸附陽(yáng)離子較多的緣故[21]。其次，較多的降雨導(dǎo)致土壤膠體上的代換性鹽基大量淋失，氫離子取而代之，造成土壤pH降低[8]。土壤酸化受長(zhǎng)期施用硫酸鉀、過(guò)磷酸鈣等生理酸性肥料，造成土壤有機(jī)質(zhì)、鹽基飽和度下降，H+和Al3+增加所致[23]。從影響因素看，土壤類型、土壤質(zhì)地、氣候和施肥因素等結(jié)構(gòu)性因子均對(duì)土壤pH產(chǎn)生影響，這與前人研究結(jié)果一致[8]。

表11 土壤pH和主要養(yǎng)分含量與氣象因素的相關(guān)性

注：表中相關(guān)分析所需氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于各縣(區(qū))氣象局；*、**分別表示相關(guān)性達(dá)<0.05和<0.01顯著水平(雙側(cè))，下表同。

表12 土壤pH和主要養(yǎng)分含量與施肥量的相關(guān)性

注：表中施肥量數(shù)據(jù)來(lái)源于曲靖市煙草公司每年供應(yīng)量及生產(chǎn)調(diào)查。

3.2 土壤養(yǎng)分

土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀是影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量的主控肥力因子[1]，研究區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分總體較豐富。從半方差分析結(jié)果看，土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮和速效鉀的變程大，塊基比為25% ～ 75%，表明各指標(biāo)具有中度的空間自相關(guān)性，變異受自然(土壤質(zhì)地、氣候)和人為因素共同作用。土壤有效磷塊基比大于75%，說(shuō)明其區(qū)域分布隨機(jī)性強(qiáng)，隨機(jī)因素是導(dǎo)致土壤有效磷空間變異的主要因子。一方面，曲靖復(fù)雜的土壤質(zhì)地是主控因子。有研究顯示，土壤顆粒大可增強(qiáng)土壤通透性，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化，高黏粒含量的土壤對(duì)養(yǎng)分的吸收和固定力強(qiáng)，質(zhì)地越重的土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀含量越高，土壤養(yǎng)分富集明顯[6-7]，本文結(jié)果與此一致(表10)。另一方面，土壤養(yǎng)分形成受雨熱條件的影響。研究表明，雨熱格局控制著土壤有機(jī)質(zhì)合成和分解動(dòng)態(tài)平衡，土壤有機(jī)質(zhì)含量隨蒸發(fā)量增加而遞減[6]。高溫和多雨影響土壤礦物的分化速率、養(yǎng)分淋溶強(qiáng)度，從而影響有效磷產(chǎn)生[24]，降雨對(duì)紅壤表層和下層有效磷的空間分布大于棕壤、褐土[25]。高降雨量和蒸發(fā)量促進(jìn)速效鉀在土體中的淋洗，使鉀素不易被土壤固定[11]。但在本研究中，土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量受雨熱條件的影響與其所處環(huán)境條件不同而異(表11)。其次，農(nóng)戶過(guò)量施用氮磷鉀肥是造成土壤異質(zhì)性加大的重要因子(表12)。據(jù)報(bào)道，在曲靖中高肥力植煙土壤上，減施當(dāng)前氮磷鉀用量的10%，可顯著提高煙葉產(chǎn)值、煙葉品質(zhì)及肥料利用率[26]。磷肥施入土壤后被土壤礦物吸附固定，造成磷素移動(dòng)性差，當(dāng)季利用率低，在土壤中不斷積累，磷的容量和強(qiáng)度增加[27]。綜上所述，在曲靖中高肥力植煙土壤上，應(yīng)控制氮磷鉀施肥量，增加有機(jī)肥替代化肥或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥投入，注意營(yíng)養(yǎng)元素間的互作關(guān)系(表12)，其中磷可嘗試應(yīng)用“啟動(dòng)性施磷”和“隔年施磷技術(shù)”[28]，以促進(jìn)土壤可持續(xù)利用和保障煙葉提質(zhì)增效。

3.3 土壤養(yǎng)分動(dòng)態(tài)變化

將本研究結(jié)果與李強(qiáng)等[13,29]研究結(jié)果進(jìn)行比較，顯示2017—2020年土壤pH達(dá)6.30，較2008年下降0.21，總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中馬龍、會(huì)澤和宣威部分土壤有酸化趨勢(shì)，這主要與在這時(shí)期內(nèi)硫酸鉀、過(guò)磷酸鈣施用量較大，以及前作玉米、馬鈴薯收獲帶走大量鹽基離子[30]有著密切聯(lián)系。曲靖土壤有機(jī)質(zhì)含量均值由2008年的27.36 g/kg提高到32.83 g/kg，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這與這期間研究區(qū)推廣有機(jī)肥、綠肥還田有關(guān)。土壤水解性氮、有效磷和速效鉀含量均值分別由2008年的97.37、20.45和180.29 mg/kg提高到125.42、29.92和270.38 mg/kg，總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，主要原因在于研究區(qū)煙田土壤的利用強(qiáng)度較高，為獲得穩(wěn)定的烤煙產(chǎn)質(zhì)量，磷肥、復(fù)合肥、鉀肥(硫酸鉀、硝酸鉀)施用量較大。

4 結(jié)論

曲靖植煙土壤pH處于適宜水平，但在馬龍、會(huì)澤和宣威土壤有酸化趨勢(shì)。有機(jī)質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀含量總體較豐富。在全市尺度上，土壤pH的空間變異受自然因素(土壤類型、質(zhì)地和降雨)的影響；土壤有機(jī)質(zhì)、水解性氮和速效鉀的空間變異受自然和人為因素(施肥)共同作用；土壤有效磷的空間變異受人為因素(肥料施用)主控。土壤養(yǎng)分存在明顯的空間分布和局部空間聚集，養(yǎng)分失衡嚴(yán)重，烤煙生產(chǎn)中應(yīng)控制氮磷鉀施肥量，采用推行分區(qū)劃片精準(zhǔn)施肥，有機(jī)肥替代化肥或有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥，確保烤煙優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)和降低環(huán)境污染。

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Spatial Regional Variability Characteristics and Influential Factors of pH and Main Nutrient Contents in Tobacco-growing Soils in Qujing

YANG Shuming1, YU Xiaofen1, ZOU Bingli1, XIE Yan2, LIU Jiahong2*, WANG Ruibao2, Lü Yaqiong2, CAI Yongzhan2, ZHANG Suhua3, QIU Xueli1*

(1 Agricultural Resources & Environment Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China; 2 Qujing Branch of Yunnan Tobacco Company, Qujing, Yunnan 655002, China; 3 Biotechnology and Genetic Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China)

From 2017 to 2020, a total of 6 685 soil samples were collected from the plough layers (0–20 cm) of core tobacco fields in nine tobacco-growing counties in Qujing, Yunnan Province, and then pH, organic matter, hydrolytic nitrogen, available phosphorus and rapidly available potassium of the soil samples were measured. By GPS positioning, geostatistics and geographic information system (GIS) were used to investigate the status, regional variation characteristics and spatial distribution of the above soil fertility indexes. Correlation analysis and variance analysis were used to assess the effects of major factors (soil type, soil texture, climate and fertilization) on soil fertility indexes. The results showed that:soil pH ranged from 4.16 to 8.50, organic matter from 2.23 to 99.93 g/kg, hydrolytic nitrogen from 14.88 to 393.36 mg/kg, available phosphorus from 2.45 to 142.78 mg/kg, and rapidly available potassium from 19.65 to 991.33 mg/kg, with mean values of 6.30, 32.83 g/kg, 125.42 mg/kg, 29.92 mg/kg, and 270.38 mg/kg, respectively. The coefficients of variation of the above indexes were 11.59%, 33.54%, 29.93%, 64.54% and 35.18%, respectively, showing moderate spatial variation. Soil pH ranged from slightly acid to neutral, which was more suitable for growing flue-cured tobacco. The contents of organic matter, available phosphorus and rapidly available potassium concentrated in the medium to the very high levels, accounting for more than 70% of the total area of the study area. The results of semi-variance analysis showed that the spatial autocorrelation of soil pH was strong, and the variation was dominated by natural factors (soil type, texture and precipitation). The spatial autocorrelation of soil organic matter, hydrolytic nitrogen and rapidly available potassium were moderate, and their variations were affected by both natural and anthropic factors (fertilization). The spatial autocorrelation of soil available P was weak, and anthropic activities were main controlling factors that caused the spatial difference. The results of ordinary kriging interpolation revealed that spatial continuity of soil pH was good, and the overall distribution was aggregated. The strong acid and very strong acid soils were mainly distributed in Malong, Xuanwei and Huize. The distribution of organic matter, hydrolytic N, available P and rapidly available K were irregular block with strong randomness. The high value areas of organic matter, hydrolytic N and rapidly available K were mainly in Fuyuan and Luoping, while the high value areas of available P were concentrated in Luliang and Luoping.

Tobacco-planting soil; Soil nutrient; GIS; Spatial variability; Influential factors

S15；S572

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.06.025

楊樹(shù)明, 余小芬, 鄒炳禮, 等. 曲靖植煙土壤pH和主要養(yǎng)分空間變異特征及其影響因素. 土壤, 2021, 53(6): 1299–1308.

中國(guó)煙草總公司云南省公司科技計(jì)劃項(xiàng)目(2019530000241014) 資助。

通訊作者(nkyqx101@126.com; 1015333785@qq.com)

楊樹(shù)明(1973—)，男，云南武定人，博士，研究員，主要從事土壤肥料與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究。E-mail: 1569885088@qq.com