周 星，彭 毅，吳紹軍，顧會戰(zhàn)，劉 雷

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，成都611130；2.四川廣元市煙草公司，四川 廣元628000）

土壤養(yǎng)分和施肥情況對烤煙生長情況、產(chǎn)量和質(zhì)量有很大的影響。過去由于受“重產(chǎn)量輕質(zhì)量”指導(dǎo)思想的影響，中國的煙葉品質(zhì)受損嚴重。為了提高烤煙品質(zhì)，國家主管部門和科技單位大力引導(dǎo)，努力貫徹主攻質(zhì)量的生產(chǎn)方針。在此背景下，我國煙草工作者也加大了對烤煙營養(yǎng)和施肥技術(shù)的研究［1］。

土壤是烤煙生產(chǎn)的基礎(chǔ)條件之一，是一種形成和演化過程極其復(fù)雜的綜合體。由于受氣候、地形地貌、成土母質(zhì)、生物和時間等自然因素和耕作習慣、施肥等人為因素的影響，土壤具有高度的空間異質(zhì)性［2］。土壤養(yǎng)分狀況反映出土壤基本性質(zhì)，它提供植物生長發(fā)育所需的營養(yǎng)條件及環(huán)境條件。土壤養(yǎng)分中的大量元素和中、微量元素對植物各具生理功能，不能相互替代，對煙株的正常生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要的意義。土壤養(yǎng)分狀況在時間和空間上具有不同程度的變異性。在廣闊的煙田上，土壤是不均一變化的時空連續(xù)體，即使在同一時刻、相同的區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)地（土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)性質(zhì)）也可能有明顯差異，這種屬性稱為土壤空間變異性［3］。空間變異性是土壤的自然屬性之一，其中土壤養(yǎng)分的空間變異就是土壤中所含養(yǎng)分在不同空間位置所表現(xiàn)出的差異性［4］。中國煙農(nóng)在生產(chǎn)上通常忽視了土壤養(yǎng)分的空間變異，憑借經(jīng)驗進行均一化施肥，結(jié)果造成了田間養(yǎng)分分布不均勻［5］。這樣既不符合按需施肥的原則，也不能達到提高肥料利用率和“優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)”的目的。合理施用化肥是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大技術(shù)問題之一，其重要性和緊迫性隨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和肥料施用量的增加而日益突出。在充分了解植煙土壤養(yǎng)分空間變異情況和豐缺狀況的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化配方施肥，使土壤養(yǎng)分達到適宜煙葉種植的范圍，滿足煙株正常生長發(fā)育所需的營養(yǎng)供應(yīng)，這是保證煙葉優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)的必要條件之一，同時也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

20世紀70年代，Burgess等首次在土壤科學(xué)研究領(lǐng)域中使用到地統(tǒng)計學(xué)方法［6］，克服了傳統(tǒng)統(tǒng)計理論分析在研究土壤性質(zhì)的空間變異性方面未考慮空間方位因素的不足之處。隨著地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）的發(fā)展，GIS以其獨特的優(yōu)勢和強大的功能，被廣泛地應(yīng)用于植煙土壤空間變異研究、適宜性評價和分區(qū)管理等多方面基礎(chǔ)研究工作中［7－9］。地統(tǒng)計學(xué)是定量分析土壤性質(zhì)的空間分布、空間變異尺度等空間變異特性的有效方法；而GIS能有效解決土壤性質(zhì)的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的問題。近年來，GIS與地統(tǒng)計學(xué)兩者結(jié)合發(fā)展趨勢非常迅速，極大地推動了區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間變異性研究。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，運用地統(tǒng)計學(xué)和GIS相結(jié)合的方法研究廣元市劍閣縣煙田土壤養(yǎng)分的空間變異特征，揭示該研究區(qū)土壤養(yǎng)分空間分布狀況及空間變異規(guī)律，為煙葉生產(chǎn)提供合理的施肥建議，以期通過提高當?shù)剞r(nóng)業(yè)管理措施來改善土壤養(yǎng)分的有效性，為生產(chǎn)高品質(zhì)的煙葉提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

劍閣縣位于四川盆地北緣，地處川、陜、甘三省結(jié)合部，全縣幅員面積3 204km2，轄23鎮(zhèn)、34鄉(xiāng)，屬亞熱帶濕潤性季風氣候，四季分明。年平均氣溫約15.4℃，年均降水量1 039.4mm，全年無霜期約270d，年平均日照時數(shù)為1 328.3h。地理位置介于東經(jīng)105°09′—105°49′、北緯31°31′—32°17′，地勢西北高，東南低，低山地貌特點顯著，地貌形態(tài)差異懸殊，海拔500～700m的寬谷低山區(qū)占總面積的50.34%；海拔70～1 000m的窄谷低山區(qū)占40.23%。地貌類型以低山區(qū)為主。境內(nèi)土壤類型主要為中性、微酸性、微堿性的紫色土或黃壤土。

1.2 土樣采集和測定

利用GPS定位技術(shù)在研究區(qū)內(nèi)定點采樣，見圖1，2012年劍閣縣土壤采樣點的布點規(guī)劃和土壤采集工作均由四川省廣元市煙草專賣局完成。共采集樣品313個，土樣的測定方法均采用常規(guī)分析方法［10］，測定共包括土壤pH值、全氮、堿解氮、有機質(zhì)、速效磷和速效鉀6個常規(guī)指標。

圖1 研究區(qū)采樣點分布

1.3 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)處理采用三倍標準差法代替異常離群數(shù)據(jù)，處理后數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進行描述性統(tǒng)計分析。使用GS＋9.0軟件對土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行分析，分析前采用 Kolmogorov－Simrnov（K－S）正態(tài)分布概率（PK－S）進行數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢測，對不成正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換使其符合正態(tài)分布以滿足地統(tǒng)計分析的前提要求。地統(tǒng)計分析包括空間變異性分析、半方差函數(shù)計算、理論最佳模型的擬合。使用Arc－GIS 9.3軟件中的普通克里金法（Kriging）對土壤養(yǎng)分各指標進行最優(yōu)、無偏克里金插值，分別得到土壤養(yǎng)分各指標的空間分布格局圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 劍閣縣煙田土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計分析

采用SPSS統(tǒng)計軟件對研究區(qū)內(nèi)419個采樣點的植煙土壤養(yǎng)分處理數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析處理，結(jié)果如表1所示。參照《中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》［11］提出的土壤養(yǎng)分豐缺標準（見表2），對土壤養(yǎng)分各指標數(shù)據(jù)進行描述性統(tǒng)計分析。

檢驗土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)正態(tài)性時取顯著水平a＝0.05，若PK－S＞0.05，表明數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，對不成正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換使其符合正態(tài)分布以滿足地統(tǒng)計分析的要求。由表1可知，土壤養(yǎng)分pH、有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量PK－S＞0.05，滿足正態(tài)分布，速效磷和速效鉀含量PK－S＜0.05，但數(shù)據(jù)經(jīng)過自然對數(shù)轉(zhuǎn)換后也服從正態(tài)分布特征。變異系數(shù)（C.V.）表示土壤特性空間變異性的強弱。變異系數(shù)≤10%為弱變異性，10%＜C.V.＜100%為中等變異性，C.V.≥100%為強變異性。土壤pH變異系數(shù)最小，僅為8.336%，為弱變異性，土壤pH平均值為7.85，表明土壤總體上呈現(xiàn)為堿性。其余養(yǎng)分指標含量變異系數(shù)均在10%～100%范圍內(nèi)，為中等強度變異，但變異程度各不相同，其中速效鉀變異系數(shù)最大，為59.486%；有機質(zhì)、全氮、堿解氮和速效鉀變異系數(shù)相近且數(shù)值較小，在土壤中相對穩(wěn)定。由于人為原因?qū)е轮矡熗寥拦芾泶胧┯兴町惡偷匦我蜃拥认嚓P(guān)性的影響導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量變異程度也有所差異。描述性統(tǒng)計結(jié)果結(jié)合豐缺指標表可知，土壤養(yǎng)分堿解氮、速效磷、速效鉀平均值均在中等豐缺范圍內(nèi)；有機質(zhì)平均值為15.079g／kg，全氮平均值為0.877g／kg，兩者皆處于植煙土壤養(yǎng)分缺乏等級，屬于土壤養(yǎng)分肥力指標較不適宜范圍，會導(dǎo)致煙葉品質(zhì)與產(chǎn)量的下降。

表1 土壤養(yǎng)分的描述性統(tǒng)計

表2 植煙土壤養(yǎng)分豐缺標準

然而描述性統(tǒng)計學(xué)分析只能片面地分析土壤養(yǎng)分的整體情況，相關(guān)數(shù)值代表具有一定局限性，反映出的信息較模糊。為了進一步了解研究區(qū)植煙土壤養(yǎng)分空間變異特征和影響因素，將應(yīng)用地統(tǒng)計學(xué)方法進一步研究。

2.2 劍閣縣煙田土壤養(yǎng)分的地統(tǒng)計分析

地統(tǒng)計學(xué)中半變異函數(shù)模型是空間描述與空間預(yù)測的關(guān)鍵。應(yīng)用半方差函數(shù)理論模型對劍閣縣植煙土壤屬性數(shù)據(jù)進行最優(yōu)擬合。土壤養(yǎng)分指標含量都滿足正態(tài)分布，從而可以減少統(tǒng)計學(xué)分析的估計預(yù)測誤差。利用地統(tǒng)計軟件GS＋來對土壤養(yǎng)分指標含量進行半方差分析，根據(jù)首要考慮因素（決定系數(shù)與殘差和次要考慮因素塊金值與變程的大?。﹣磉x擇最優(yōu)函數(shù)模型，決定系數(shù)越大或殘差越小擬合出的半方差函數(shù)模型精度越高，依據(jù)模型進一步得出土壤屬性半方差函數(shù)的相應(yīng)參數(shù)，見表3。

表3 土壤屬性半方差函數(shù)理論模型及模型參數(shù)

半方差函數(shù)中塊金值（C0）與基臺值（C＋C0）的比值，也就是隨機變異占系統(tǒng)空間總變異的比例，能直接反映出系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性程度，稱之為塊金效應(yīng)。從表3可以看出，研究區(qū)內(nèi)土壤pH、堿解氮、速效磷的C0／（C＋C0）小于25%，均表現(xiàn)為強烈的空間自相關(guān)性，說明結(jié)構(gòu)性因素（土壤類型、成土母質(zhì)、地形地貌和氣候等自然因素）對其空間變異起主導(dǎo)性作用，土壤中的pH、堿解氮、速效磷的含量相對穩(wěn)定；有機質(zhì)、全氮、速效鉀的C0／（C＋C0）在25%～75%之間，表現(xiàn)為中等空間相關(guān)性，說明研究區(qū)內(nèi)其土壤養(yǎng)分指標受到結(jié)構(gòu)性因素和隨機性因素（試驗測量誤差和耕作、施肥、管理水平及種植制度等人為因素）的共同影響，人為活動相關(guān)的隨機因素已逐漸對土壤養(yǎng)分中有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀的含量變異起著較大的影響，與結(jié)構(gòu)性因素共同影響土壤的空間分布。

變程表示土壤養(yǎng)分空間相關(guān)性作用范圍，其值的大小受觀測尺度的影響。變程范圍內(nèi)，樣點間的距離越小，空間相關(guān)性越大。由表3可知，研究區(qū)內(nèi)土壤養(yǎng)分指標的變程在12～201m范圍內(nèi)變化，具有明顯差異，說明6種土壤養(yǎng)分指標的影響因素在不同的尺度上起作用，其大小順序為速效鉀＞有機質(zhì)＞全氮＞速效磷≥pH≥堿解氮。

植煙土壤有機質(zhì)和堿解氮的半方差理論模型以球狀模型為最佳，其余土壤養(yǎng)分各指標的理論模型擬合均選擇高斯模型。速效鉀和有機質(zhì)的決定系數(shù)都為0.87，表明擬合效果理想；全氮和速效磷的擬合效果次之，分別為0.69和0.58；堿解氮和土壤pH的決定系數(shù)較低，擬合效果較差。

2.3 劍閣縣煙田土壤養(yǎng)分的空間分布特征

根據(jù)半方差函數(shù)參數(shù)的建立和最優(yōu)擬合模型的選擇，分別對植煙土壤養(yǎng)分指標進行普通Kriging插值，對未采樣區(qū)域土壤屬性含量進行估算，繪制出研究區(qū)土壤養(yǎng)分屬性含量的空間分布圖參照土壤養(yǎng)分豐缺標準，對研究區(qū)植煙土壤養(yǎng)分指標進行分布圖中陰影處為非植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

由圖2可知，土壤養(yǎng)分各指標空間分布情況。劍閣縣整體土壤屬性偏堿，處于中等偏下適宜等級范圍，應(yīng)根據(jù)植煙土壤不同堿性程度適量進行施用硫酸亞鐵和硫磺粉等酸性肥料來改善土壤堿性環(huán)境至適宜的土壤酸度范圍pH5.5～7；植煙土壤有機質(zhì)含量整體較為欠缺，將妨礙煙株生長和根系發(fā)育，降低煙株抗逆性和主要經(jīng)濟性狀指標，不利于煙草優(yōu)良品質(zhì)的形成。持續(xù)增長的化肥施用量導(dǎo)致土壤中的養(yǎng)分耗竭，因此在生產(chǎn)上應(yīng)增施有機糞肥、提倡秸稈還田、實行輪作或間作制度，保持和提高有機質(zhì)含量，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境及土壤的理化性狀；大部分植煙土壤全氮處于較適宜范圍，可進行氮肥的適量補充以保證土壤含氮量適當，同時應(yīng)注意施氮肥量的平衡，加強對其使用量的控制，以及使用時間的掌握，避免煙株出現(xiàn)后期貪青晚熟，煙葉高氮高煙堿，降低煙葉品質(zhì)及可用性；植煙土壤堿解氮含量整體處于優(yōu)異水平；煙草的生長發(fā)育及代謝過程中速效磷具有重要的生理功能，植煙土壤速效磷含量分布均在較適宜至適宜范圍內(nèi)，針對植煙土壤速效磷含量較適宜區(qū)，可適量增加磷肥的施用量，提高土壤磷素水平至適宜等級，同時應(yīng)注意磷肥施肥方式，以提高速效磷利用效率。鉀是烤煙最重要的品質(zhì)元素之一，既能增強煙草的抗逆能力，提高煙葉的燃燒性和吸濕性，又能降低煙葉帶來的危害［12］。絕大部分植煙土壤速效鉀含量處于120～200mg／kg較適宜范圍內(nèi)。劍閣縣植煙土壤多為中性偏堿性土壤，土壤中交換性鈣離子對煙株吸收鉀離子有著頡頏作用，從而影響煙葉的正常生長代謝和品質(zhì)。故生產(chǎn)中應(yīng)注重加強鉀肥的施用，以提高土壤中鉀素水平和煙株營養(yǎng)含鉀量。

圖2 土壤養(yǎng)分的空間分布

3 結(jié) 論

（1）劍閣縣植煙土壤pH平均值為7.85，呈堿性，pH變異系數(shù)最小，僅為8.336%，為弱變異性，其余養(yǎng)分指標含量均為中等變異性，但變異程度各不相同。植煙土壤養(yǎng)分含量平均值表現(xiàn)出不同豐缺等級，有機質(zhì)和全氮的平均值處于植煙土壤養(yǎng)分缺乏等級水平，堿解氮、速效磷和速效鉀平均值均在中等豐缺范圍內(nèi)。描述性結(jié)果與臘貴曉［13］和呂小娜［14］研究中土壤描述性結(jié)果具有明顯的差異，地域性差異對描述結(jié)果具有較大的影響。

（2）劍閣縣植煙土壤pH值、堿解氮和速效磷含量相對穩(wěn)定，成土母質(zhì)、地形、土壤類型、氣候等穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)性因素對其空間變異起主導(dǎo)性作用；有機質(zhì)、全氮和速效鉀為中等空間相關(guān)性，受到結(jié)構(gòu)性因素和隨機性因素的共同影響。人為活動等隨機因素已逐漸對土壤養(yǎng)分中有機質(zhì)、全氮等養(yǎng)分空間變異產(chǎn)生較大的影響，與結(jié)構(gòu)性因素共同對土壤的空間分布起貢獻作用。養(yǎng)分空間自相關(guān)距離具有明顯差異，分別在12～201m范圍內(nèi)，在不同的尺度上起作用。經(jīng)過半方差理論模型擬合，有機質(zhì)和堿解氮以球狀模型為最佳，其余養(yǎng)分指標以高斯模型為適。這與張英［15］研究土壤養(yǎng)分空間變異結(jié)果有所差異，可能受自然因素、人為因素等多方面綜合共同影響導(dǎo)致。

（3）土壤養(yǎng)分空間分布圖可以直觀呈現(xiàn)出劍閣縣植煙區(qū)整體土壤pH值、全氮、堿解氮、有機質(zhì)、速效磷和速效鉀6個養(yǎng)分指標的分布情況，同時反映出劍閣縣植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)各養(yǎng)分指標的豐缺狀況，可為煙葉種植為施肥提供指導(dǎo)，針對不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同養(yǎng)分指標等級進行相應(yīng)的施肥管理，對當?shù)剞r(nóng)業(yè)管理具有一定的指導(dǎo)作用，為廣元市劍閣縣植煙土壤的差異化管理奠定了基礎(chǔ)。植煙土壤養(yǎng)分管理中，應(yīng)以優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)為目的，不能盲目地提高某一種營養(yǎng)元素的用量，要注重平衡施肥的基本原則，否則會導(dǎo)致煙葉質(zhì)量受到影響。要根據(jù)土壤類型、烤煙需肥量和肥料養(yǎng)分性質(zhì)，制定合理科學(xué)的方法，來滿足煙草生長對養(yǎng)分的需求，維持土壤肥力的平衡穩(wěn)定，提高施肥利用率，提高煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。

在今后研究中，需完善廣元市劍閣縣煙葉種植生產(chǎn)的自然屬性數(shù)據(jù)（如地形地貌、氣象、水文等資源數(shù)據(jù)），以及相應(yīng)的社會屬性數(shù)據(jù)，使結(jié)果分析更合理準確，為研究區(qū)精準農(nóng)業(yè)施肥提供理論基礎(chǔ)和決策依據(jù)。

［1］ 宋國菡，楊獻營，潘吉煥.我國烤煙施肥現(xiàn)狀、存在問題及對策［J］.中國煙草科學(xué)，1998（4）：34－36.

［2］ Goovaerts P.Geostatistics in soil science：state－of－theart and perspectives［J］.Geoderma，1999，89（1）：1－45.

［3］ 華孟，王堅.土壤物理學(xué)［M］.北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1992.

［4］ 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［5］ 江厚龍，劉國順，楊永鋒，等.基于GIS和多種土壤屬性的煙田養(yǎng)分分區(qū)管理研究［J］.土壤，2011，43（5）：736－745.

［6］ Burgess T M，Webster R.Optimal interpolation and isarithmic mapping of soil properties［J］.Journal of Soil Science，1980，31（2）：315－331.

［7］ 高博超，婁翼來，金廣遠，等.基于GIS和地統(tǒng)計學(xué)的植煙土壤養(yǎng)分空間分析［J］.中國煙草學(xué)報，2009，15（1）：35－38.

［8］ 王新中，劉國順，張正楊，等.基于GIS的煙田土壤養(yǎng)分管理分區(qū)劃分［J］.煙草科技，2011（8）：68－72，83.

［9］ 趙康，李佛琳，趙志明，等.基于GIS技術(shù)的麗江金沙江流域煙區(qū)土壤肥力空間分析研究［J］.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，26（S2）：189－196.

［10］ 中國土壤學(xué)會.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國科技出版社，1999.

［11］ 陳江華，劉建利，李志宏.中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理［M］.北京：科學(xué)出版社，2008.

［12］ 廖曉勇，向明，秦毅.土壤施鉀對烤煙品質(zhì)的影響研究［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，13（4）：124－126.

［13］ 臘貴曉，顧懷勝，劉國順，等.喀斯特地區(qū)煙田土壤養(yǎng)分的空間變異特征［J］.水土保持研究，2012，19（3）：48－53.

［14］ 呂小娜，龐夙，李廷軒，等.四川省涼山州新植煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況分析及綜合評價［J］.土壤通報，2013，44（3）：691－697.

［15］ 張英.會理新植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量狀況及其空間變異特征分析［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2011.