馮誠+莫光森

摘要：【目的】為科學評價廣西典型煙草種植區(qū)土壤的肥力質量，為進行科學煙草種植提供有效的參考數(shù)據(jù)?！痉椒ā恳詮V西百色煙區(qū)為評價單元，通過對百色煙區(qū)靖西、德保、隆林、樂業(yè)和凌云5個煙葉主產(chǎn)區(qū)采集100個土壤樣品，并分析16種土壤肥力因子，結合土壤肥力豐脊評價和主成分分析法評價了廣西典型煙草種植區(qū)土壤的肥力質量?！窘Y果】研究區(qū)土壤肥力質量較好，有機質、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，適宜煙草的種植，部分種植區(qū)pH和全磷需進行合理的改善。不同煙草種植區(qū)之間的肥力既存在一致性，又表現(xiàn)出各自的特征。百色煙區(qū)土壤肥力指標可以分為4個主成分，反映煙草種植區(qū)88%的土壤信息。第1主成分為營養(yǎng)元素綜合因子，貢獻率為32.92%；第2主成分為土壤酸堿度因子，貢獻率為25.61%；第3主成分為有機質和全氮，是具有雙面性的因子，貢獻率為16.84%；第4主成分為微量元素因子，貢獻率為12.63%?！窘Y論】通過養(yǎng)分豐脊評價和主成分分析相結合，可以較為全面和客觀的反映煙草種植區(qū)土壤的肥力特征。

關鍵詞：百色煙區(qū)；土壤；肥力；分析

中圖分類號：S572 S158 文獻標識碼：A 文章編號：1003-4374（2016）05-0046-06

Abstract：【Objective】 The study was carried out to determine the fertility characteristics of soil in the typical tobacco cultivation area of Guangxi， and provide useful information for the cultivation of tobacco reasonable. 【Method】 In this study， 16 soil fertility indexes were analyzed from 100 soil samples from Jingxi， Debao， Longlin， Leye and Linyun County in Baise tobacco cultivation area of Guangxi Province. The soil fertility of the selected areas were evaluated by both the soil fertility grade and principal component analysis.【Result】The results shows that the organic matter， nitrogen， potassium， soil available potassium and bio-available magnesium were at the medium levels， suggesting that soil fertility indexes in the selected areas were suitable for the cultivation of tobacco. Nevertheless， the soil was supposed to improve in regarding to the low pH and phosphorus. The soil fertility were various among the selected areas. Four main components were classified and behaved about 88% of the soil information of tobacco planting areas. The first main component was regarded as the nutrient factor， contributed to 32.92%. The second main component was supposed to soil acidity or alkalinity factor， contributed to 25.61%. The third main component was nitrogen and organic matter， which has double edged and contributed to 16.84%. The fourth main component was related to trace element， which contributed to 12.63%.【Conclusion】 These results suggested that the soil fertility of tobacco cultivation area could be evaluated accurately by the combination of soil nutrient grades and principal component analysis.

Key words： Baise tobacco planting area； soil； fertility factor； principal component analysis

土壤是全球生物圈可持續(xù)發(fā)展的基礎，是農(nóng)業(yè)活動的生產(chǎn)資料，也是評價農(nóng)業(yè)發(fā)展、土地管理和可持續(xù)發(fā)展能力的重要依據(jù)[1～3]。土壤質量的好壞直接影響其農(nóng)作物的品種和質量[4]。土壤養(yǎng)分是土壤質量的最為直觀的表現(xiàn)形式，也是土壤質量最為核心的內(nèi)容，與作物安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護和人類健康都有極為密切的關系[5～7]。不同地質類型、氣候、地形和土壤母質換進下土壤的養(yǎng)分表現(xiàn)出不同的特征[8]。同時，人類施肥強度、耕作強度和耕作方式的不同也導致土壤養(yǎng)分的變化[9～10]?？傮w來說，土壤養(yǎng)分在自然和人為活動的綜合作用下，處于不斷的變化和更新過程中。為了實現(xiàn)作物的優(yōu)質生產(chǎn)和環(huán)境友好，應根據(jù)不同區(qū)域土壤肥力的不同制定不同的土壤資源利用方式和科學的施肥方式。因此，研究不同區(qū)域土壤的肥力狀況，是實現(xiàn)土壤合理利用和提高農(nóng)作物品質的重要前提[11]。

目前，評價土壤肥力的方法主要有平均值法、加權平均法、內(nèi)梅羅綜合評價法、基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的主成分分析法和聚類分析法等[12～16]。土壤肥力是土壤中眾多因子的共同反映，土壤的物理、化學和生物指標都可能是最終的評價指標，由于土壤屬性的時空不均一性、數(shù)據(jù)的不易獲取性和指標之間的關系性等因素的制約，無法獲取所有指標的數(shù)據(jù)，只能從眾多候選指標中選擇有代表性的指標作為評價指標[17]。主成分分析法可以對多個指標進行降維處理，提取主要的指標，并賦予不同指標的權重，被廣泛用于對多指標體系的土壤肥力評價[18～20]。雖然主成分分析已在土壤肥力評價上廣泛應用，但這些研究主要基于對所調查的肥力因子進行分析，沒有考慮不同區(qū)域土壤的豐脊特征。因此，本次研究采用將土壤養(yǎng)分分級指標與主成分分析法相結合的手段來評價土壤養(yǎng)分的豐脊特征和土壤質量。

中國是世界上最大的煙草生產(chǎn)國和消費國，廣西是中國重要的煙草生產(chǎn)基地，煙草的種植給廣西經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高做出了重大貢獻。目前，已有一些研究對三明煙區(qū)和三門峽煙區(qū)土壤的肥力狀況進行研究[21，22]，但是這些研究只是對少數(shù)的肥力指標進行評價，且未有針對廣西煙區(qū)的調查研究。本次研究選擇廣西百色煙區(qū)為研究區(qū)域，調查了5個煙草種植區(qū)100個土壤樣品的理化性質，結合養(yǎng)分豐脊評價方法和主成分分析方法，對百色煙區(qū)土壤肥力特征進行研究，以期為科學種植煙草提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為廣西百色市，市域坐標為22°51'～25°07'N，104°28'～107°54'E，西接云南，北靠貴州，東臨南寧，南壤越南。百色位于亞熱帶季風氣候區(qū)，光照充足，雨水充沛，年平均氣溫為19.0℃～22.1℃，年均降雨量為1113～1713mm，全年無霜期達330d以上，是我國重要的煙草種植區(qū)。

1.2 樣品采集與測試分析

本次研究對百色煙區(qū)的靖西、德保、隆林、樂業(yè)和凌云5個煙葉主產(chǎn)區(qū)土壤進行系統(tǒng)采集（圖1），選取集中連片的區(qū)域進行采集，每15公頃采集一個表層土壤（0～20cm）樣品，每個土壤由10～15個子樣品混合而成。共采集土壤樣品100個，其中靖西25個、德保12個、隆林13個、樂業(yè)25個、凌云25個。樣品采集后用密封袋保存以防污染。將樣品在室溫下風干并研磨過1mm篩，以備后續(xù)測試。

根據(jù)國家標準對土壤的理化性質進行測試分析。pH按照1：1的固液比配比后，利用pH計進行測定；有機質根據(jù)外加熱法進行測定；全氮采用半微量開氏法測定；全磷運用NaOH熔融鉬銻抗比色法；全鉀采用NaOH熔融火焰光度法；堿態(tài)氮采用流動分析儀測定；速效磷采用Olsen法；速效鉀采用NH4OAc浸提火焰光度法；緩效鉀采用熱HNO3浸提火焰光度法；交換性鈣和鎂采用EDTA容量法；有效硫采用磷酸鹽-乙酸溶液浸出法；有效鐵、錳、銅和鋅采用EDPA浸提原子吸收法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel處理后，運用SPSS22.0軟件的描述性統(tǒng)計（descriptive statistics）計算樣品的平均值、標準差和變異系數(shù)，并采用SPSS22.0軟件的因子分析（factor analysis）對土壤肥力進行主成分分析。

2 結果與討論

2.1 百色煙區(qū)土壤的肥力特征

土壤是植物健康生長的基質，其土壤肥力的豐脊特征直接影響著植物的健康狀況。土壤為植物生長提供了必要的物質養(yǎng)分和機械支撐，而土壤的養(yǎng)分特征主要受土壤的理化性質如pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、速效鉀、速效氮、速效磷和微量元素等的影響[8]。pH是指示土壤酸堿度的指標，pH太低對煙草的生長和煙葉的品質都會造成較為不利的影響，一般煙草可以在4.0～8.5的pH范圍內(nèi)生長，而最佳的pH范圍為5.5～6.5之間[21]。通過對百色煙區(qū)土壤pH值的分析可知（表1），百色煙區(qū)的pH分布范圍為4.82～5.08，說明百色煙區(qū)的土壤pH偏低，因此有必要對土壤進行合理的改良，以實現(xiàn)種植煙草的最佳環(huán)境。

土壤有機質的含量直接決定土壤的物理化學性質和肥力水平，為植物的生長提供重要的營養(yǎng)。然而，當土壤有機質含量過高時，會導致煙株生長過于旺盛，使得煙葉不易于變黃，引起成熟周期變長，并導致烤后煙葉暗淡，影響煙葉的質量和品質[21]。因此，煙草種植區(qū)土壤的有機質應保持在合理的范圍。將百色煙區(qū)土壤有機質含量（2.48%～2.82%，表1）與國家養(yǎng)分劃分標準（表2）比較可知，百色煙區(qū)的土壤有機質屬于中等水平，適宜煙葉的種植。

氮、磷和鉀是煙葉生長所必須的大量元素，對煙葉的生長、產(chǎn)量與品質有著極其重要的作用[16]。當土壤磷含量不足時，煙苗可能出現(xiàn)蹲苗的現(xiàn)象，直接影響煙葉的健康生長。氮雖然是煙葉生長所必須的大量元素，當其含量過高時，會導致煙葉生長過于旺盛，對煙葉的質量和品質造成影響。鉀可以有效提高煙葉的產(chǎn)量，提高煙葉的質量，并且可以增強煙草的抗逆力[11]。當煙草缺鉀時，煙葉尖邊緣開始黃化并出現(xiàn)褐斑，甚至壞死。同時缺鉀也會引起煙葉青色部位繼續(xù)生長而使得葉面出現(xiàn)畸形，嚴重影響煙葉的質量。將百色煙區(qū)土壤中氮、磷、鉀、速效磷和速效鉀與國家土壤養(yǎng)分分級指標比較可知，百色煙區(qū)全氮屬于中等水平，全磷屬于缺乏水平，速效磷含量較為豐富，全鉀處于中等至豐富水平，而速效鉀屬于中等水平。通過以上對比可知，總體而言百色煙區(qū)的土壤營養(yǎng)元素含量較為合理，是種植煙草的合適區(qū)域。

煙葉除需要氮、磷和鉀等養(yǎng)分組成外，還需要吸收極少量的鐵、錳、銅和鋅等作為養(yǎng)料。而植物中所需的這些微量元素主要通過吸收土壤中有效態(tài)的微量元素獲取。通過對百色煙區(qū)不同采樣區(qū)對比可知，百色煙區(qū)不同采樣區(qū)土壤的微量元素含量雖然高低不等，但總體處于一個含量水平。將百色煙區(qū)土壤中有效態(tài)微量元素含量與國家土壤微量元素分級指標（表3）對比可知，有效鐵為過量水平，有效錳為缺乏至適量水平，有效鋅為高量水平，有效銅總體處于過量水平。

通過以上分析可知，百色煙區(qū)有機質、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，速效磷、有效鐵和有效鋅屬于過量水平，而pH和全磷屬于缺乏水平。因此，應合理的補充磷肥和堿性土壤改良劑。

2.2 土壤肥力狀況的主成分分析

由于百色煙區(qū)不同縣土壤中不同因子的肥力水平表現(xiàn)出不同的特征，僅僅從某一方面的指標來反映和評價百色煙區(qū)土壤的養(yǎng)分水平是不合理的。同時，由于影響土壤養(yǎng)分的因子眾多，不同因子之間也存在一定的相關性，使得反映土壤肥力狀況的許多因子之間存在一定的重疊[14]。因此，進行土壤肥力質量評價，應從各種反映土壤肥力的土壤屬性中選擇出對土壤肥力質量較為敏感的指標組成盡可能小的數(shù)據(jù)庫集[13]。最小的數(shù)據(jù)庫集的確定方法主要有主成分分析法、聚類分析法和專家打分法等，其中主成分分析法是應用最為廣泛的方法。主成分分析法可以在復雜的大量的指標中選取出幾個不相關的綜合指標，從而可以反映出原來全部指標所能提供的大部分特征。因此，本次研究選擇土壤中的pH、有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀、緩效鉀、交換性鈣、交換性鎂、有效硫、有效鐵、有效錳、有效鋅和有效銅共16種因子（依次用A1、A2、A3、…、A16表示），利用主成分分析對百色煙區(qū)土壤肥力進行評價，篩選出可以表征大多數(shù)變異的具有獨立性、代表性和敏感性的評價指標。

為了避免變量量綱和數(shù)量級不一致對計算結果的影響，保證計算結果的精確性、客觀性、準確性和科學性，應對原始數(shù)據(jù)矩陣進行標準化處理，可以得到各個因子之間的相關關系。百色煙區(qū)土壤中各因子之間的相關關系見表4，可知土壤肥力的多個指標之間存在著較好的相關性，說明這個土壤肥力評價的因子存在著一定的重疊。因此，利用主成分成分法得到土壤肥力的最小指標集對評價土壤肥力具有重要的作用。

基于SPSS的主成分分析，可以得到矩陣的特征值、特征向量、貢獻率和累積貢獻率（表5）。根據(jù)特征值需≥1的要求，可以提出4個主成分。由表5可知，第1主成分占總方差貢獻率的32.92%，第2主成分占總方差貢獻率的25.61%，第3主成分占總方差貢獻率的16.84%，第4主成分占總方差貢獻率的12.63%，四者之和為88.00%，即說明這4個主成分可以把土壤全部肥力指標提供信息的88%反映出來。

由表5可知，在第1主成分上，堿解氮、全磷、速效磷、全鉀、速效鉀和緩效鉀有較大的正值，該主成分反映了土壤供給煙葉營養(yǎng)元素的豐脊特征。在第2主成分上，pH、交換性鈣、有效硫、有效鐵和有效錳有較大的正值，該組反映了土壤酸堿度特征。在第3主成分上，全氮和有機質有較大的正值，有機質和全氮含量過高或過低都不利于煙葉的質量和品質。第4主成分上有效鋅和有效銅有較大的正值，代表了微量元素的特征。

3 結論

（1）百色煙區(qū)土壤肥力整體較好，有機質、全氮、全鉀、速效鉀和有效錳總體處于中等水平，速效磷、有效鐵和有效鋅屬于過量水平，而pH和全磷屬于缺乏水平。不同煙草種植區(qū)之間的肥力存在一定的差異，但總體處于同一水平。

（2）16個土壤肥力因子可以劃分為4個主成分，反映了百色煙區(qū)土壤88%的信息，其中第1主成分為營養(yǎng)元素綜合因子，貢獻率為32.92%；第2主成分為土壤酸堿度因子，貢獻率為25.61%；第3主成分為有機質和全氮，是具有雙面性的因子，貢獻率為16.84%；第4主成分為微量元素因子，貢獻率為12.63%。

（3）基于土壤肥力豐脊評價和主成分分析相結合，既可以細致辨別土壤的肥力限制因子，給出合理的施肥和改良舉措，又可以從復雜的土壤肥力因子中找出規(guī)律，宏觀的分析不同地區(qū)土壤肥力的質量。因此，將這兩種方法結合，可以客觀和細致的反映出土壤的肥力質量。

參考文獻：

[1]江澤普，黃紹民，韋廣潑，等.不同免耕栽培模式對稻田土壤肥力的影響[J].南方農(nóng)業(yè)科學，2007，38（1）：65-67.

[2]廖菁菁，黃標，孫維俠，等.農(nóng)田土壤有效磷的時空變異及其影響因素分析——以江蘇省如皋市為例[J].土壤學報，2007，44（4）：620-628.

[3]李柳霞，沈方科，趙鳳芝，等.柚子園主要土壤肥力屬性空間變異及合理取樣數(shù)研究[J].廣西農(nóng)業(yè)科學，2007，38（4）：433-436.

[4]陶世洪.沼肥對早熟蜜柑土壤肥力及產(chǎn)量品質的影響[J].廣西農(nóng)業(yè)科學，2005，36（4）：344-346.

[5]林堃，湯宗輝，陳纘波.土壤肥力綜合指標與水稻產(chǎn)量關系的研究[J].廣西農(nóng)業(yè)科學，1992，22（3）：122-125.

[6]黃黃.欽州地區(qū)土壤肥力狀況及培肥途徑[J].廣西農(nóng)業(yè)科學，1981，11：20-23.

[7]吳迪，鄧琴，賈亞琪，等.德江天麻種植基地土壤養(yǎng)分含量分析及評價[J].貴州師范大學學報（自然科學版），2016，34（2）：27-31.

[8]唐夢迎，王雪梅，丁建麗，等.不同土地利用/土地覆蓋方式下渭—庫綠洲土壤養(yǎng)分評價研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2016，29（5）：1183-1188.

[9]楊俊松，王德爐，吳春玉，等.務川耕地土壤養(yǎng)分狀況的調查與分析[J].山地農(nóng)業(yè)生物學報，2016，35（2）：40-45.

[10]胡明，韓晨，楊秀英，等.潼關縣土壤養(yǎng)分含量及分布特征[J].河南農(nóng)業(yè)科學，2016，45（1）：61-64.

[11]盧亮帆，李素霞，聶敏賢，等.靖西縣田七種植區(qū)土壤肥力特征的差異性分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016，08：194-196.

[12]陳啟龍，王小東，李友軍，等.漯河市煙區(qū)植煙土壤養(yǎng)分含量狀況與分布特點分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015，13：278-280.

[13]吳玉紅，田霄鴻，同延安，等.基于主成分分析的土壤肥力綜合指數(shù)評價[J].生態(tài)學雜志，2010，29（1）：173-180.

[14]魏麗紅，翟秋喜.遼寧省土壤養(yǎng)分的變異特征及相關性分析[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2010，49（6）：1338-1340.

[15]王偉，林承達.武漢市區(qū)綠地土壤養(yǎng)分空間變異性分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，19：245-247.

[16]梁劍，張健.多元統(tǒng)計分析在四川退耕還林區(qū)土壤肥力評價中的運用[J].環(huán)境科學研究，2008，21（2）：68-72.

[17]王偉妮，魯劍巍，魯明星，等.水田土壤肥力現(xiàn)狀及變化規(guī)律分析——以湖北省為例[J].土壤學報，2012，49（2）：319-330.

[18]張貝爾，黃標，張曉光，等.近30年華北平原糧食主產(chǎn)區(qū)土壤肥力質量時空演變分析——以山東禹城市為例[J].土壤，2012，49（3）：381-388.

[19]楊曉娟，王海燕，劉玲，等.東北過伐林區(qū)不同林分類型土壤肥力質量評價研究[J].生態(tài)環(huán)境學報，2012，21（9）：1553-1560.

[20]許仙菊，馬洪波，陳杰，等.基于養(yǎng)分豐缺診斷和主成分分析相結合的桑園土壤肥力評價[J].土壤，2013，45（3）：470-476.

[21]蘭忠明，王飛.多元統(tǒng)計分析在三明煙區(qū)土壤肥力評價中的運用[J].中國農(nóng)學通報，2006，（3）：263-266.

[22]邵惠芳，鄭聰，許自成，趙會納.三門峽煙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況的綜合評價[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2009，（4）：1011-1015.