王 軍，丁效東，何振峰，田俊嶺，劉 蘭，陳澤鵬

（1.廣東省煙草南雄科學(xué)研究所，廣東 南雄 512400；2.廣東煙草粵北煙葉生產(chǎn)技術(shù)中心，廣東 南雄 512400；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島 266109；4.中國煙草總公司廣東省公司，廣州 510610）

廣東南雄煙區(qū)植煙土壤肥力特征及綜合評價(jià)

王 軍1，2，丁效東3，何振峰1，2，田俊嶺1，2，劉 蘭1，2，陳澤鵬4*

（1.廣東省煙草南雄科學(xué)研究所，廣東 南雄 512400；2.廣東煙草粵北煙葉生產(chǎn)技術(shù)中心，廣東 南雄 512400；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，青島 266109；4.中國煙草總公司廣東省公司，廣州 510610）

對廣東南雄煙區(qū)6個(gè)基地單元3種主要土壤類型共534個(gè)土壤樣品的養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行了測定，分析了各類土壤肥力限制因子，并運(yùn)用主成分分析法確定各土壤養(yǎng)分指標(biāo)的權(quán)重，通過估算土壤肥力綜合指標(biāo)值（IFI）進(jìn)行綜合評價(jià)。結(jié)果表明：（1）紫色土呈弱堿性，牛肝土呈中性，砂泥土呈較強(qiáng)的酸性；（2）牛肝土和砂泥土速效氮及有機(jī)質(zhì)含量較高，紫色土二者普遍偏低；紫色土和牛肝土速效鉀含量豐富，砂泥土普遍缺鉀；3種土壤速效磷含量富足；（3）3種土壤不同程度缺乏硼、銅、鋅和氯元素，而錳元素含量富足；紫色土不同程度缺乏鐵元素；砂泥土不同程度缺乏鈣和鎂元素；（4）3種土壤綜合肥力指標(biāo)值（IFI）平均為0.577，變異系數(shù)為19.25%，雄州（IFI =0.641）和烏逕（IFI =0.655）基地單元土壤綜合肥力指標(biāo)平均值處于“較高”偏下檔次，其他基地單元?jiǎng)t處于“中等”偏上（0.6＞IFI＞0.5）檔次；（5）牛肝土土壤肥力（IFI =0.649）處于“較高”偏下檔次；砂泥土土壤肥力（IFI =0.574）處于“中等”偏上檔次；紫色土土壤肥力（IFI =0.495）處于“中等”偏下檔次。

南雄煙區(qū)；植煙土壤；肥力特征；主成分分析；綜合評價(jià)

土壤是煙草賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，它不僅是煙草生長的基質(zhì)，更重要的是煙草吸收養(yǎng)分的中介，土壤本身的理化性質(zhì)直接關(guān)系到烤煙的生長狀況［1］。土壤肥力則是土壤提供養(yǎng)分和生產(chǎn)生物物質(zhì)的能力，是土壤屬性的綜合表現(xiàn)，反應(yīng)了土壤在煙草生長全過程中供應(yīng)和協(xié)調(diào)營養(yǎng)和環(huán)境條件的能力［2］。土壤養(yǎng)分含量作為衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，其豐缺狀況和供應(yīng)強(qiáng)度直接影響到煙草的生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)的表現(xiàn)［3-4］。近年來，隨著人們對煙葉生產(chǎn)施肥環(huán)節(jié)“精準(zhǔn)化”、“精益化”要求越來越高，我國的云南［5-7］、貴州［8-9］、四川［10］、河南［11］、湖南［3］等煙區(qū)相繼開展了植煙土壤的養(yǎng)分檢測分析和評價(jià)工作，為各自煙區(qū)煙草種植區(qū)域布局規(guī)劃及制定針對性的施肥措施提供了理論依據(jù)，有力地促進(jìn)了資源的有效利用和煙葉產(chǎn)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。土壤的肥力演變受自然及人為因素影響較大［12］，而廣東煙區(qū)自陳澤鵬等［13］早期報(bào)道廣東省11個(gè)縣（市）5種植煙土壤肥力狀況后至今尚未見此類報(bào)道。

廣東南雄煙區(qū)地處廣東省北部，屬于我國東南煙草種植區(qū)中湘南粵北桂東北丘陵山地烤煙區(qū)，是我國典型的濃香型烤煙產(chǎn)區(qū)［14］，現(xiàn)已規(guī)劃建成5個(gè)國家級基地單元，主要植煙土壤類型為：（1）由紫色砂頁巖或紫色砂頁巖的殘積物和坡積物形成的紫色土；（2）由紫色砂頁巖的殘積物、坡積物或洪積物形成的牛肝土；（3）由近代洪積物或谷底洪積沖積物形成的砂泥土［15］。本文以南雄煙區(qū)5個(gè)基地單元及其3種主要植煙土壤為研究對象，采用模糊數(shù)學(xué)原理標(biāo)準(zhǔn)化各評價(jià)指標(biāo)和主成分分析法估算各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，對土壤肥力狀況進(jìn)行綜合評價(jià)，旨在為優(yōu)化基地單元布局、推動(dòng)基地單元施肥“精準(zhǔn)化”、“精益化”提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 土壤樣品采集

按照“代表性、覆蓋性、可比性、操作性”原則，綜合考慮各基地單元地形地貌、土壤類型及肥力情況進(jìn)行取樣點(diǎn)規(guī)劃。遵循“隨機(jī)、等量、多點(diǎn)混合”取樣，以每個(gè)取樣點(diǎn)為中心，半徑為10 m范圍內(nèi)取5～10個(gè)0～20 cm耕層土樣混合而成，同時(shí)用GPS記錄采樣區(qū)中心點(diǎn)的位置。土樣經(jīng)風(fēng)干研磨后，分別過10、60和100目尼龍篩備用。本次取樣于2012年11—12月進(jìn)行，南雄煙區(qū)6個(gè)基地單元共取土樣534個(gè)，詳細(xì)情況見表1。

1.2 土壤樣品測定方法

土壤測定項(xiàng)目及方法見表2［16-17］。

1.3 土壤肥力評價(jià)方法

1.3.1 土壤肥力指標(biāo)隸屬度 因各評價(jià)因子的單位和量綱不盡相同，本文采用模糊函數(shù)方法對各評價(jià)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理［18-19］。根據(jù)煙草產(chǎn)量和品質(zhì)對土壤肥力指標(biāo)需求效應(yīng)［20］，參照前人［21-23］研究方法，采用S型（正相關(guān)型）和拋物線型2種隸屬函數(shù)計(jì)算各評價(jià)因子的隸屬度。兩種函數(shù)的公式和折線圖分別為公式（1）、公式（2）和圖1。各評價(jià)因子適用的隸屬函數(shù)類型及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)見表3。

1.3.2 土壤肥力指標(biāo)的權(quán)重 由于各評價(jià)指標(biāo)對土壤肥力影響程度不同，參照前人研究方法［24-25］，采用主成分分析法（PCA）先根據(jù)公式j(luò)個(gè)變量的權(quán)系數(shù)；αij為第i個(gè)主成分的特征向量（主成分得分）；Ci為提取主成分之后，第i個(gè)主成分因素在所有主成分因素中的方差相對貢獻(xiàn)率，k為提取主成分個(gè)數(shù)）計(jì)算出評價(jià)各指標(biāo)的權(quán)系數(shù)。再根據(jù)公式為第j個(gè)變量的權(quán)重，n為評價(jià)指標(biāo)體系的變量數(shù)）將權(quán)系數(shù)歸一，得到最終權(quán)重系數(shù)。結(jié)果見表4。

表1 土壤樣品分布情況Table 1 Soil sample distribution of six base units in Nanxiong tobacco area

表2 土壤樣品測定方法Table 2 Determination methods of soil samples

圖1 S型和拋物線型隸屬度函數(shù)折線圖Fig. 1 Curve diagram of S-type function and parabola-type function

表3 土壤肥力評價(jià)因子所屬隸屬函數(shù)的類型及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)Table 3 Types of membership function and turning point of each soil fertility index

1.3.3 土壤肥力綜合指標(biāo)值 根據(jù)公式IFI=∑Wi× Ni計(jì)算出綜合指標(biāo)值，Ni和Wi分別表示第i種評價(jià)指標(biāo)的隸屬度（f（x））和權(quán)重（Wj）［26］。

表4 各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)和權(quán)重Table 4 Weight coefficient and value of each soil fertility index

2 結(jié) 果

2.1 土壤肥力因子描述性統(tǒng)計(jì)

從表5可以看出，廣東南雄煙區(qū)主要植煙土壤各評價(jià)指標(biāo)皆存在著較大幅度的變異。全市pH變幅為3.85～8.83，平均6.37，其中40.1%的土壤pH在5.5以下，36.6%在7.5以上；速效氮含量變幅為13.72～250.42 mg/kg，平均108.04 mg/kg，23.2 %土壤含量低于60.0 mg/kg，42.5 %高于120.0 mg/kg；速效磷含量變幅為1.22～265.69 mg/kg，平均123.66 mg/kg，總體上處于較高水平，其中59.5 %土壤高于20.0 mg/kg，僅3.1 %低于5.0 mg/kg；有機(jī)質(zhì)含量在3.30～48.50 g/kg范圍內(nèi)，平均21.50 g/kg，37.9%土壤在適宜范圍內(nèi)（20.0～30.0 g/kg），42.7%處于不同程度的缺乏狀態(tài)，19.3%含量偏高。

從中、微量元素來看（表5），南雄煙區(qū)主要植煙土壤交換性鈣和鎂變異皆較大，變幅分別為5.19～1974.80 mmol/kg和1.84～39.50 mmol/kg，平均分別為415.49 mmol/kg和13.20 mmol/kg，其中交換性鈣含量較高，90.2%的土壤高于35.0 mmol/kg，而交換性鎂則有33.4%的土壤不同程度缺乏（＜8.0 mmol/kg）；有效銅和有效鋅都有超過50.0%的植煙土壤不同程度缺乏（Cu＜2.0 mg/kg；Zn＜1.5 mg/kg）；南雄煙區(qū)幾乎全部（96.9%）的植煙土壤不同程度缺硼（＜0.5 mg/kg），但鐵和錳含量較高，有70.0%的植煙土壤鐵含量超過10.0 mg/kg，99.6%的植煙土壤錳含量超過3.0 mg/kg；氯離子含量變幅在3.20～74.55 mg/kg，平均值為15.15 mg/kg，其中有23.2%的植煙土壤不同程度缺乏（＜10.0 mg/kg），有21.9%的植煙土壤含量偏高（＞20.0 mg/kg）。

表6為南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤各肥力因子描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表6可以看出，總體上紫色土呈微堿性，pH在7.5～8.5之間分布比例最大，占該類土壤總數(shù)的63.8%；牛肝土則呈中性，pH在5.5～7.5之間分布比例最大，占該類土壤總數(shù)的54.7%；而砂泥土明顯偏酸性，其中69.2%的該類土壤pH低于5.5。牛肝土與砂泥土土壤速效氮含量及其不同含量頻數(shù)分布差異不大，二者平均含量皆＞120.0 mg/kg；而紫色土速效氮平均含量為58.95 mg/kg，明顯低于其他2種土壤，其中58.0%的該類土壤不同程度偏低。3種主要植煙土壤的速效磷含量總體上較為富足，其中砂泥土＞牛肝土＞紫色土，但變異較大，意味著存在個(gè)別缺磷的土壤。從速效鉀含量來看，總體上紫色土＞牛肝土＞砂泥土，有19.9%的砂泥土土壤不同程度缺鉀。牛肝土和紫色土有機(jī)質(zhì)平均含量分別為21.41和21.73 mg/kg，二者分別有49.3%和54.5%的土壤有機(jī)質(zhì)含量在適宜范圍內(nèi)（20.0～30.0 mg/kg），分別有32.5%和35.9%在10.0～20.0 mg/kg范圍內(nèi)；紫色土有機(jī)質(zhì)含量平均值為11.36 mg/kg，明顯低于牛肝土和砂泥土土壤，有44.8%的該類土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯偏低（＜10.0 mg/kg）。

表5 廣東南雄煙區(qū)整體植煙土壤肥力因子描述性統(tǒng)計(jì)Table 5 Descriptive statistics of each soil fertility index from whole Nanxiong tobacco area

南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤中、微量元素含量差異較大（表6）。紫色土銅元素平均含量為0.64 mg/kg，98.3%的該類土壤不同程度缺乏；牛肝土和砂泥土銅元素平均含量皆為2.09 mg/kg，分別有52.7%和50.6%土壤不同程度存在著缺銅。3種植煙土壤鋅元素含量平均值順序?yàn)樯澳嗤粒?.52 mg/kg）＞牛肝土（1.23 mg/kg）＞紫色土（1.00 mg/kg），相應(yīng)地有57.1%、75.4%和89.7%的土壤不同程度鋅缺乏。總體上牛肝土和砂泥土土壤有效鐵含量較為豐富，平均值分別達(dá)到170.60和253.90 mg/kg，而紫色土平均值明顯低于上述土壤類型（33.82 mg/kg），有25.9%的該類土壤不同程度存在缺鐵。3種主要植煙土壤的有效錳含量平均值皆大于10.0 mg/kg，表現(xiàn)富余，而水溶性硼含量3種土壤幾乎100%缺乏。紫色土、牛肝土和砂泥土3種土壤交換性鈣量平均含量分別為814.13、312.26和105.18 mmol/kg，交換性鎂含量分別為17.27、13.60和8.14 mmol/kg，其中紫色土和牛肝土這兩種中量元素含量較為富足，但砂泥土分別有26.3%和85.9%的土壤不同程度缺乏鈣和鎂。紫色土、牛肝土和砂泥土分別有24.7%、23.7%和26.3%的土壤水溶性氯不同程度缺乏，分別也有16.1%、10.3%和10.2%的土壤不同程度偏高。

2.2 土壤肥力綜合評價(jià)

參照前人［13，23］研究方法，將土壤綜合肥力指標(biāo)值劃分為5個(gè)等級，即：高（IFI≥0. 8）、較高（0.6≤IFI＜0.8）、中等（0.4≤IFI＜0.2）、較低（0.2≤IFI＜0.4）和低（IFI＜0.2），南雄煙區(qū)各基地單元土壤綜合肥力指標(biāo)值及其各等級分布情況見表7。從表7可以看出，南雄煙區(qū)6個(gè)基地單元3種主要植煙土壤綜合肥力指標(biāo)值（IFI）平均為0.577，變異系數(shù)為19.25%，其中絕大部分植煙土壤綜合肥力處于“中等”（44.47%）和“較高”（48.59%）檔次。從各基地單元植煙土壤綜合肥力指標(biāo)值來看，雄州（IFI=0.641）和烏逕（IFI=0.655）基地單元植煙土壤綜合肥力指標(biāo)平均值處于“較高”偏下檔次，其他基地單元?jiǎng)t處于“中等”偏上（0.6＞IFI＞0.5）檔次。各基地單元植煙土壤肥力等級分布結(jié)果顯示，雄州和烏逕單元全部植煙土壤肥力在“中等”以上，其中有超過70%的植煙土壤肥力等級處于“較高”檔次；水口、黃坑和古市基地單元各有超過60%的植煙土壤肥力等級處于“中等”檔次；湖口基地單元各有近50%的植煙土壤肥力等級分別處于“中等”和“較高”檔次。

從南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤綜合肥力指標(biāo)平均值來看（圖2），牛肝土＞砂泥土＞紫色土。其中，總體上牛肝土土壤肥力（IFI =0.649）處于“較高”偏下檔次；砂泥土土壤肥力（IFI =0.574）處于“中等”偏上檔次；紫色土土壤肥力（IFI =0.495）處于“中等”偏下檔次。

各類型土壤不同肥力等級頻數(shù)分布見圖3。從圖3可以看出，南雄煙區(qū)紫色土、牛肝土和砂泥土3種主要植煙土壤肥力等級頻數(shù)分布最高的檔次分別為“中等”（72.99%）、“較高”（78.82%）和“中等”（57.69%），其次分別為“較高”（13.79%）、“中等”（19.21%）和“較高”（37.18%）。

表6 南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤肥力因子描述性統(tǒng)計(jì)Table 6 Descriptive statistics of fertility index between three types of soils from Nanxiong tobacco area

表7 南雄煙區(qū)各基地單元植煙土壤肥力綜合評價(jià)Table7 The soil quality comprehensive evaluation results of various base units in Nanxiong tobacco area

圖2 南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤綜合肥力指標(biāo)值Fig.2 The values of three types of soil integrated fertility index （IFI） in Nanxiong tobacco area

圖3 南雄煙區(qū)3種主要植煙土壤綜合肥力各等級比例Fig.3 The IFI distribution of three types of soil integrated fertility in Nanxiong tobacco area

3 討 論

土壤理化性狀與煙株的正常生長發(fā)育［27］及烤后原煙的內(nèi)在化學(xué)成分［28］及感官質(zhì)量［29］關(guān)系密切。本文在對廣東南雄煙區(qū)6個(gè)基地單元土壤養(yǎng)分分析的基礎(chǔ)上，采用綜合評價(jià)方法估算土壤肥力綜合指標(biāo)值，對全市以及不同單元和土壤類型的土壤肥力狀況進(jìn)行了綜合評價(jià)。評價(jià)結(jié)果顯示，廣東南雄煙區(qū)植煙土壤綜合肥力指標(biāo)平均值為0.577，總體上處于“中等”偏上肥力水平，分別有48.59%和6.00%的植煙土壤肥力處于“較高”及“較低”水平。6個(gè)基地單元中雄州及烏逕單元植煙土壤綜合肥力總體上處于“較高”偏下肥力水平，其他4個(gè)基地單元皆處于“中等”偏上肥力水平。就3種植煙土壤而言，紫色土pH呈堿性，有機(jī)質(zhì)及速效氮含量偏低，速效鉀含量較高；牛肝土pH呈中性，有機(jī)質(zhì)及速效氮含量適中，速效鉀含量略低于紫色土；砂泥土酸化嚴(yán)重，速效氮含量適中速效鉀含量偏低，有效鐵、錳富余，缺鎂；3種植煙土壤速效磷皆較為富足，皆存在著不同程度的缺硼、銅和鋅元素；綜合肥力牛肝土“較高”偏下，砂泥土“中等”偏上，紫色土“中等”偏下，與早期廣東全省評價(jià)結(jié)果［13］相比，牛肝土和紫色土綜合肥力不同程度下降，砂泥土則有所增加。

土壤肥力是土壤養(yǎng)分針對特定植物的供應(yīng)能力，以及土壤養(yǎng)分供應(yīng)植物時(shí)環(huán)境條件相互作用的綜合體現(xiàn)［18］，其高低不僅受土壤養(yǎng)分和植物吸收能力的獨(dú)立作用，更取決于各因子的協(xié)調(diào)程度［20］。因此本文選擇的評價(jià)指標(biāo)僅是一種潛在能力，還需經(jīng)光照、溫度、施肥、灌溉、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素的校正后，才能形成最終的產(chǎn)量，即土地現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力［30］。

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The Soil Fertility Characteristics and Comprehensive Evaluation of Nanxiong Tobacco-growing Area in Guangdong Province

WANG Jun1，2， DING Xiaodong3， HE Zhenfeng1，2， TIAN Junling1，2， LIU Lan1，2， CHEN Zepeng4*
（1. Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400， China； 2. Northern Guangdong Technology Center of Tobacco Production of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400， China； 3. Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109 China； 4. Guangdong Tobacco Co. of China National Tobacco Corporation， Guangzhou 510610， China）

Thirteen nutrient indices of 534 soil samples from six base units， three major soil types in Guangdong Nanxiong tobacco growing areas were determined and soil fertility limiting factors were analyzed. The principal component analysis method was used in determining the weights of the indices of soil nutrients. A comprehensive evaluation was conducted by estimating the soil fertility comprehensive index of scalar values （IFI）. The results showed that∶ （1） The purple soil showed a weak alkaline reaction， and the Niugantu soil was neutral， and the Shanitu soil showed a strong acid reaction； （2） The contents of available nitrogen and organic matter in Niugantu and Shanitu soil were higher， and those in purple soil were generally low； The content of available potassium in purple soil and Niugantu soil was higher， and the content of potassium in Shanitu soil was deficient； All 3 of soil types were rich in available phosphorus； （3） The three major soil types were lack of boron， copper， zinc and chlorine in various degrees， and rich in manganese；There is a lack of iron element in purple soil， and lack of calcium and magnesium in Shanitu soil； （4） The average integrated fertility index （IFI） of the three soil types was 0.577 with a variation coefficient of 19.25%. Xiongzhou （IFI =0.641） and Wujing （IFI =0.655）base units showed higher soil integrated fertility indices while the other base units had "medium" IFI （0.6 ＞ IFI ＞ 0.5）； （5） The IFI of Niugantu soil fertility （0.649） was higher while that of Shanitu soil （0.574） and purple soil （0.495） were lower.

Nanxiong tobacco-growing area； tobacco planting soil； soil fertility characteristics； principal component analysis；comprehensive evaluation

S572.06

1007-5119（2015）06-0030-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.06.006

中國煙草總公司重大專項(xiàng)“濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)”（110201101001TS-01）；“廣東植煙土壤時(shí)空演變特征研究”［粵煙科（2014）1號］

王 軍，男，博士，高級農(nóng)藝師，主要從事煙草營養(yǎng)及品質(zhì)生理研究。E-mail：wangjun4170@126.com

*通信作者，E-mail：chenzp1380888@163.com

2015-07-19

2015-10-06