王念磊，劉 宏，甄煥菊，符云鵬，程玉淵，李 鵬，張 揚(yáng)，吳文琪，樊 牛

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，河南 鄭州450002； 2.河南省煙草公司南陽市公司，河南 南陽 473061； 3.中國煙草總公司職工進(jìn)修學(xué)院，河南 鄭州 450008； 4.南陽市煙草公司內(nèi)鄉(xiāng)縣分公司，河南 內(nèi)鄉(xiāng) 474350； 5.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司襄樊卷煙廠，湖北 襄樊 441100；6.內(nèi)鄉(xiāng)縣委統(tǒng)戰(zhàn)部，河南 內(nèi)鄉(xiāng) 474350)

煙葉是卷煙工業(yè)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量好壞直接影響著卷煙品質(zhì)的高低．煙葉質(zhì)量是由遺傳因素、栽培技術(shù)、調(diào)制手段、生態(tài)環(huán)境等綜合決定的[1]，但煙葉質(zhì)量品質(zhì)特點(diǎn)和風(fēng)格區(qū)域特色主要是通過生態(tài)因素彰顯的[2]，其中土壤是生態(tài)因素中一個(gè)重要因素．土壤養(yǎng)分含量是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要標(biāo)志，其豐缺狀況、供應(yīng)強(qiáng)度和各養(yǎng)分間的協(xié)調(diào)程度直接影響著煙草的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)[3～8]．因此，分析評(píng)價(jià)煙區(qū)土壤養(yǎng)分對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)意義．目前對(duì)農(nóng)田土壤肥力的評(píng)價(jià)已有較多研究[9～13]，且主要是通過主觀打分法[14]、層次分析法[9,10]、相關(guān)分析法[15]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[16]、模糊數(shù)學(xué)[17]等確定指標(biāo)的權(quán)重，但主觀打分法主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定權(quán)重，主觀性太強(qiáng)；灰色關(guān)聯(lián)分析法和模糊數(shù)學(xué)，是根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的值在時(shí)空的變化的曲線相似性得出來的，需要樣本較小，得出來的只是相似關(guān)系，沒有辦法檢驗(yàn)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果有一定的局限性．相關(guān)分析的兩者之間的關(guān)聯(lián)程度最經(jīng)典，能夠做出相關(guān)系數(shù)，有檢驗(yàn)表，能對(duì)結(jié)果檢驗(yàn)．本研究主要采用相關(guān)分析中的主成分分析和因子分析，避免了主觀因素對(duì)權(quán)重確定的影響，減少了評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，使對(duì)指標(biāo)體系的分析更加簡單有效．并通過等間距聚類分析，對(duì)該煙區(qū)的土壤肥力狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以期為烤煙優(yōu)化種植制度，平衡施肥，提高肥料利用率，充分發(fā)揮土壤潛力，實(shí)現(xiàn)烤煙優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1.1土壤樣品的采集

2007年在南陽市內(nèi)鄉(xiāng)縣趙店鄉(xiāng)、余關(guān)鄉(xiāng)、瓦亭鎮(zhèn)、師崗鎮(zhèn)4個(gè)主要植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在綜合考慮土壤類型、地形地貌、海拔、栽培品種和技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GPS定位技術(shù)共采集土壤樣品601個(gè)．具體采樣方法為：長方形土塊采取“之”字形，較為方正的地塊采用對(duì)角線或棋盤形采樣，取耕層土壤0～20 cm深度的土樣，每個(gè)地塊取10～15個(gè)小樣點(diǎn)土壤，用四分法棄去多余部分，制成一個(gè)混合樣，1 kg左右．從田間采來的土樣登記編號(hào)，風(fēng)干、磨細(xì)、過0.3 mm篩后，裝瓶備用．

1.2測(cè)定指標(biāo)與方法

測(cè)定指標(biāo)主要包括土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、緩效鉀、速效鉀、有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅．各養(yǎng)分的具體測(cè)定方法參見文獻(xiàn)[18～20]進(jìn)行．

1.3評(píng)價(jià)方法

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，用Excel 2007進(jìn)行表格的生成．

2 結(jié)果與分析

2.1內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)值的描述性統(tǒng)計(jì)

內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤各項(xiàng)肥力指標(biāo)值的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表1．土壤肥力與土壤的酸堿度密切相關(guān)，曹志洪[21]研究表明，烤煙適宜生長的最佳pH 值范圍為5.8～8.0．從表1可以看出，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤pH值平均值為6.9，在最適宜范圍之內(nèi)，變幅為5.4～8.6.土壤有機(jī)質(zhì)含量也是決定土壤肥力高低的主要條件，一般認(rèn)為，優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)所需要的最佳土壤有機(jī)質(zhì)為10～15 g·kg-1.內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)的平均值為13.93 g·kg-1，說明內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量中等偏低；土壤全氮含量在一定程度上反映了土壤氮素的貯量和供應(yīng)能力.一般認(rèn)為，土壤全氮量為0.35～0.65 g·kg-1適宜優(yōu)質(zhì)煙生長，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤全氮的平均值達(dá)到了0.93 g·kg-1，屬于偏高水平，說明內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤具有較強(qiáng)的供氮能力.土壤有效磷是煙草磷素的直接來源，也是土壤磷素有效性的標(biāo)志，從分析結(jié)果來看，有效磷平均值為17.28 mg·kg-1，含量比較豐富.鉀素是煙草的品質(zhì)元素，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)的速效鉀、緩效鉀平均值分別達(dá)到了176.04 mg·kg-1和973.00 mg·kg-1，說明內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)鉀素水平比較高.胡國松[22]研究表明，植煙土壤有效鐵的臨界值為2.5 mg·kg-1，2.5～4.5 mg·kg-1為兩可之間，>4.5 mg·kg-1一般認(rèn)為不缺鐵．內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤有效鐵的平均值為19.28 mg·kg-1，變幅為1.07～64.61 mg·kg-1，變異系數(shù)為47%，含量分布不勻，差異較大.土壤有效錳的臨界值為1.0 mg·kg-1．內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤有效錳的平均值為14.33 mg·kg-1，變幅為0.02～64.70 mg·kg-1，變異系數(shù)為68%，含量分布不勻，差異較大.植煙土壤有效銅的臨界值為0.2 mg·kg-1，0.2～1.0 mg·kg-1為中等，>1.0 mg·kg-1為豐富．內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤有效銅的平均值為1.22 mg·kg-1，變幅為0.30～2.74 mg·kg-1，變異系數(shù)為42%，含量分布較為分散，差異較大．土壤有效銅的最低含量為0.30 mg·kg-1，高于臨界值，因此，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)不存在銅缺乏問題.植煙土壤有效鋅的臨界值為1.0 mg·kg-1，<0.5 mg·kg-1為極缺乏，0.5～1.0 mg·kg-1為缺乏．內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤有效鋅的平均值為1.05 mg·kg-1，變幅0.01～9.90 mg·kg-1，變異系數(shù)95%，含量分布不均，差異大.偏度和峰度分別是描述變量取值分布形態(tài)對(duì)稱性及陡緩程度的統(tǒng)計(jì)量，從偏度、峰度可以看出，有效磷偏度和峰度較大，說明取樣的正偏差值大.一般認(rèn)為變異系數(shù)<10%為弱變異性，變異系數(shù)10%～100%為中等變異性，變異系數(shù)>100%為強(qiáng)變異性．從變異系數(shù)方面可以看出，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤中的有效磷及4種微量元素的變異系數(shù)較大，說明這幾項(xiàng)指標(biāo)在內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)的分布不均勻．

表1 內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)值的描述性統(tǒng)計(jì)

2.2內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)間的相關(guān)分析

內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)見表2，指標(biāo)間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系．其中，pH值與全氮、速效鉀呈極顯著正相關(guān)，與緩效鉀、有效鐵、有效錳、有效銅呈極顯著負(fù)相關(guān)；有機(jī)質(zhì)與全氮、有效磷、速效鉀、有效銅、有效鋅呈極顯著正相關(guān)；全氮與有效磷、速效鉀、有效鐵、有效銅、有效鋅呈極顯著正相關(guān)，與緩效鉀、有效錳呈極顯著負(fù)相關(guān)；有效磷與緩效鉀、速效鉀、有效銅、有效鋅呈顯著或極顯著正相關(guān)；緩效鉀與有效錳呈顯著正相關(guān)；速效鉀與有效銅、有效鋅呈極顯著正相關(guān)，與有效錳呈極顯著負(fù)相關(guān)；有效鐵與有效錳、有效銅、有效鋅呈顯著或極顯著正相關(guān)；有效錳與有效銅呈極顯著正相關(guān)；有效銅與有效鋅成極顯著正相關(guān)．土壤肥力各指標(biāo)間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，部分指標(biāo)相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平．可見，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤部分指標(biāo)間存在著極顯著的相關(guān)性，任何一個(gè)指標(biāo)都受多個(gè)指標(biāo)變化的影響．由于這些相關(guān)性的存在，想直接利用土壤肥力指標(biāo)分布狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生信息的重疊，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差．

2.3內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)的因子分析和主成分分析

Bartlett球度檢驗(yàn)的概率P值為0.000，小于顯著性水平0.01，可以認(rèn)為相關(guān)系數(shù)矩陣與單位矩陣有顯著差異．同時(shí)，KMO值為0.709，根據(jù)KMO度量標(biāo)準(zhǔn)可知，原變量適合進(jìn)行因子分析．由表3可知，第1個(gè)因子的特征根為2.81，解釋10個(gè)原始變量總方差的28.15%；第2個(gè)因子的特征根為1.81，解釋了10個(gè)原始變量總方差的18.10%；第3個(gè)因子的特征根為1.03，解釋了10個(gè)原始變量總方差的10.34%；第4個(gè)因子的特征根為0.95，解釋了10個(gè)原始變量總方差的9.49%；第5個(gè)因子的特征根為0.87，解釋了10個(gè)原始變量總方差的8.67%，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了74.75%，基本保留了原變量的特征、差異和相互關(guān)系．由表4可知，第1主成分的貢獻(xiàn)率為28.15%，其中全氮、有效磷、有效鋅和有效銅的系數(shù)明顯大于其他養(yǎng)分指標(biāo)，說明第1主成分是全氮、有效磷、有效鋅和有效銅狀況的綜合反映；第2主成分的貢獻(xiàn)率為18.10%，是pH、速效鉀狀況的綜合反映；第3主成分的貢獻(xiàn)率為10.34%，其中有機(jī)質(zhì)有較大的正系數(shù)，是有機(jī)質(zhì)狀況的綜合反映；第4主成分的貢獻(xiàn)率為9.49%，是有效鐵狀況的綜合反映；第5主成分的貢獻(xiàn)率為8.67%，是緩效鉀狀況的綜合反映.

根據(jù)土壤肥力指標(biāo)的得分系數(shù)矩陣(表5)計(jì)算5個(gè)主成分得分，主成分得分為主成分得分系數(shù)與相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化變量的乘積.然后采用方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，根據(jù)5個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率和得分，建立土壤肥力綜合得分(F)的數(shù)學(xué)模型，F(xiàn)=FAC1_1×28.15%+FAC2_1×18.10%+FAC3_1×10.34%+FAC4_1×9.49%+FAC5_1×8.67%，并計(jì)算綜合得分.

表2 內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

表3 內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)的特征根、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率

表4 內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)前5個(gè)特征值對(duì)應(yīng)的特征向量

表5 因子得分系數(shù)矩陣

2.4內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤肥力的等級(jí)劃分及綜合評(píng)價(jià)

土壤肥力等級(jí)的劃分主要是依據(jù)計(jì)算出的土壤肥力綜合得分.根據(jù)土壤肥力綜合得分采用等間距法，按等間距統(tǒng)計(jì)繪制出綜合得分的頻率直方圖，然后根據(jù)直方圖中存在的明顯的拐點(diǎn)，依據(jù)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的綜合分值來確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn).將土壤肥力劃分為4類:第Ⅰ類土壤肥力綜合得分≥0.50，土壤肥力高，包括48個(gè)土壤樣品，占樣品總數(shù)的7.99%；第Ⅱ類土壤肥力綜合得分0.00～0.50，土壤肥力較高，包括212個(gè)土壤樣品，占樣品總數(shù)的35.27%；第Ⅲ類土壤肥力綜合得分-0.50～0.00，土壤肥力中等，包括312個(gè)土壤樣品，占樣品總數(shù)的51.91%；第Ⅳ類土壤肥力綜合得分≤-0.50，土壤肥力低，包括29個(gè)土壤樣品，占樣品總數(shù)的4.83%.其中肥力高和較高的樣品占樣本總數(shù)的43.26%，肥力較低的樣品僅占樣本總數(shù)的4.83%，肥力中等的樣品占了51.91%，說明內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)整體土壤肥力水平較高，總體上應(yīng)注意適當(dāng)控制施氮量；在配方施肥策略上，應(yīng)根據(jù)大田煙株?duì)I養(yǎng)診斷實(shí)施平衡施肥技術(shù)，注意“有機(jī)與無機(jī)”、“增氮與控氮”、“補(bǔ)磷與調(diào)磷”、“增鉀與穩(wěn)鉀”相結(jié)合，同時(shí)調(diào)節(jié)土壤酸堿度，并適當(dāng)增施一些微肥，以滿足煙草生長發(fā)育所需的各種養(yǎng)分，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉提供良好的土壤環(huán)境.

3 結(jié)論與討論

要達(dá)到準(zhǔn)確評(píng)價(jià)土壤綜合肥力的目的，應(yīng)依據(jù)主導(dǎo)性原則，選擇影響土壤肥力的主要因素，因?yàn)橥寥婪柿κ峭寥蓝囗?xiàng)肥力指標(biāo)共同作用的結(jié)果，各肥力因素之間錯(cuò)蹤復(fù)雜[23].本研究表明，pH值大小影響煙草根系生長發(fā)育的環(huán)境條件，以及煙葉雜氣、刺激性、香氣等[24]，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)pH值大部分在適宜范圍內(nèi)，但也有部分地區(qū)偏酸或偏堿，應(yīng)注意調(diào)節(jié)這些地區(qū)的pH，使其適宜烤煙生長.內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)有機(jī)質(zhì)含量中等偏低，全氮含量較高，說明土壤有較強(qiáng)的供氮能力，因此應(yīng)合理施用氮肥，并注意有機(jī)無機(jī)相結(jié)合，避免煙葉貪青晚熟，不正常落黃，甚至黑暴[25].有效磷含量豐富，但變異較大，在內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)分布不均勻，對(duì)含量不足地區(qū)應(yīng)分類施用磷肥，注意補(bǔ)磷與調(diào)磷相結(jié)合.胡國松等[26]研究表明，植煙土壤中速效鉀含量越高對(duì)烤煙生長越有利，土壤鉀不僅能促進(jìn)煙草根系的生長發(fā)育而且與煙葉品質(zhì)的形成密切相關(guān)，提高鉀素的營養(yǎng)水平，能明顯增強(qiáng)煙株的抗逆性[26,27]，內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)土壤緩效鉀、速效鉀含量都很豐富，但變異系數(shù)分別達(dá)到了36%和30%，說明其在內(nèi)鄉(xiāng)煙區(qū)分布不均勻，部分地區(qū)仍缺鉀，應(yīng)注意補(bǔ)充鉀肥，注意增鉀與穩(wěn)鉀相結(jié)合.土壤有效鐵、有效錳、有效銅、有效鋅等4種微量元素變異較大，分布不均勻，對(duì)于缺少地區(qū)應(yīng)注意補(bǔ)充相應(yīng)微量元素.

本研究從土壤養(yǎng)分豐缺狀況和供應(yīng)能力方面，能夠較好地為烤煙平衡施肥提供理論依據(jù)，但完善性和整體性有所欠缺.同時(shí)，目前用于計(jì)算和評(píng)價(jià)土壤綜合肥力的方法也很多，本研究主要采用的是主成分分析和因子分析的方法，因子分析的主要目的是用來描述隱藏在一組測(cè)量到的變量中的一些更基本的、但又無法直接測(cè)量到的隱形變量，它把錯(cuò)綜復(fù)雜的諸多變量綜合為少數(shù)幾個(gè)公因子，并在初始變量和公因子之間建立某種聯(lián)系.主成分分析通過數(shù)學(xué)上的線性變換，把具有一定相關(guān)性的初始變量重新組合成一組不相關(guān)的指標(biāo)，由各個(gè)指標(biāo)提供的信息量相對(duì)大小來確定指標(biāo)權(quán)重，對(duì)權(quán)重的確定更加客觀，減少了評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，提高了對(duì)指標(biāo)體系的分析效率.

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