彭麗麗，王文學(xué)，冀 浩，鐘慶榮，孔廣超，曾鵬飛，李 崗，盧 葉*

(1. 廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000；2. 云南省煙草公司臨滄市公司，云南 臨滄 677300；3. 云南瑞升煙草技術(shù)(集團(tuán))有限公司，云南 昆明 650106)

【研究意義】在土壤的形成過(guò)程中，母質(zhì)與環(huán)境之間發(fā)生了一系列的物質(zhì)、能量交換和轉(zhuǎn)化，形成了層次分明的土壤剖面，出現(xiàn)了肥力特性，其與氣候、母質(zhì)、生物、地形和時(shí)間五大成土因素密切相關(guān)[1]。海拔是一個(gè)重要的地形因子，海拔梯度上溫度和水分等環(huán)境因子劇烈變化[2-3]較大地影響到土壤母質(zhì)的風(fēng)化、礦物質(zhì)的分解和合成，以及物質(zhì)積累和淋失[1]，從而造成土壤肥力的差異。土壤肥力實(shí)際上是土壤生態(tài)位的一種表現(xiàn)形式，土壤肥力愈高，基礎(chǔ)土壤生態(tài)位愈寬，供給植物水、熱、氣、肥的能力愈強(qiáng)[4]。煙草適應(yīng)性較強(qiáng)，在多種土壤上都可以生長(zhǎng)發(fā)育，但優(yōu)質(zhì)煙葉對(duì)土壤條件的要求比較嚴(yán)格[5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，土壤肥力評(píng)價(jià)的方法較多，主要有隸屬函數(shù)法[6-8]、主成分分析法[9]、因子分析法[10-11]、聚類(lèi)分析法[12]、投影尋蹤模型法[13]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[14]和生態(tài)位適宜度[15]等?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】生態(tài)位適宜度在土壤肥力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用鮮見(jiàn)[15]，但評(píng)價(jià)效果較理想，目前在植煙土壤評(píng)價(jià)中的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文以雙江縣植煙區(qū)域不同海拔梯度的土壤化學(xué)指標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)描述統(tǒng)計(jì)和線(xiàn)性回歸分析探討不同海拔梯度的土壤養(yǎng)分特征及變化趨勢(shì)，并采用土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度方法綜合評(píng)價(jià)烤煙種植土壤肥力，以便為當(dāng)?shù)乜緹熓┓使芾硖峁﹨⒖己屠碚撝巍?/p>

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于云南省西南部的臨滄市雙江縣，地處東經(jīng)99°35′15″～100°09′33″，北緯23°11′58″～23°48′50″，北回歸線(xiàn)橫穿縣境中部，屬南亞熱帶半濕潤(rùn)山地季風(fēng)氣候類(lèi)型，干濕分明，雨熱同季。其境內(nèi)地勢(shì)高差懸殊較大，土壤呈垂直分布：海拔670～800 m為磚紅壤，800～1300 m為赤紅壤，1300～2100 m為紅壤，2100～2500 m為黃壤，2500～2800 m為黃棕壤，2800～3200 m為棕壤，3200 m以上為亞高山草甸土，零星分布有紫色土和水稻土，烤煙種植區(qū)域主要分布在海拔約1200～2100 m，主要植煙土壤類(lèi)型為赤紅壤和紅壤。

1.2 樣品采集

2012年，在雙江縣勐庫(kù)鎮(zhèn)、勐勐鎮(zhèn)、沙河鄉(xiāng)、邦丙鄉(xiāng)、大文鄉(xiāng)、忙糯鄉(xiāng)等6個(gè)主要種煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)，海拔高度1021～2044 m，采集具有代表性的土壤樣品，共計(jì)89個(gè)樣品。于植煙整地之前進(jìn)行采集，樣點(diǎn)分布情況見(jiàn)圖1，具體采樣方法如下：長(zhǎng)方形地塊采取之字形、較為方正的地塊采用對(duì)角線(xiàn)或棋盤(pán)形采集耕層土壤20 cm 深的土樣，在同一采樣單元內(nèi)每8～10個(gè)點(diǎn)的土樣構(gòu)成一個(gè)0.5～2.0 kg的混合土樣。從田間采集的土樣經(jīng)登記編號(hào)后進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過(guò)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩、混勻、裝瓶后備用。

1.3 土壤檢測(cè)方法

圖1 樣品采集點(diǎn)分布情況Fig.1 The distribution of sample collection points

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010和SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，ArcGIS10.2進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分特征描述統(tǒng)計(jì)分析

由表1可知，有機(jī)質(zhì)、pH值、速效氮、速效磷和速效鉀非參數(shù)檢驗(yàn)差異不顯著，符合正態(tài)分布，而有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素指標(biāo)非參數(shù)檢驗(yàn)均呈顯著性差異，呈非正態(tài)分布。有機(jī)質(zhì)含量和pH值平均值分別為(3.31±1.13) %、5.18±0.26，其變化幅度分別為1.50 %～6.13 %，4.54～5.89，其中有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)較大(34.3 %)，pH值較小(5.1 %)；速效氮、速效磷、速效鉀等大量元素的平均值分別為(109.58±35.47)、(23.57±18.44)、(135.61+69.66) mg/kg，以上指標(biāo)的變異系數(shù)均較大(32.4 %～78.0 %)，其相應(yīng)的變化幅度分別為43.00～200.00、3.00～82.00、11.01～394.00 mg/kg；不同海拔植煙土壤中的有效鋅、有效硼和水溶性氯等微量元素的中位數(shù)分別為1.17(0.90)、0.45(0.30)、10.85(9.21) mg/kg，其變化幅度分別為0.15～9.80、0.01～1.43、0.00～60.94 mg/kg，有效鋅和有效硼的變異系數(shù)較小，不足1 %。

2.2 土壤養(yǎng)分空間分布情況

據(jù)表2可知，pH值、速效氮、速效磷和有效硼均是Gaussian模型，有機(jī)質(zhì)、速效鋅和水溶性氯符合J-Bessel模型，而速效鉀的最優(yōu)模型為Stable模型。一般認(rèn)為，塊金值/基臺(tái)值<25 %，表示存在強(qiáng)烈空間相關(guān)性；塊金值/基臺(tái)值在25 %～75 %，表示存在中等空間相關(guān)性；塊金值/基臺(tái)值>75 %則空間相關(guān)性小[17]。由此說(shuō)明，有效硼的空間變異性較大，由土壤結(jié)構(gòu)因素決定，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀和有效鋅由隨機(jī)因素和結(jié)構(gòu)性因素共同決定，pH值和水溶性氯人為施肥等操作影響較大。

表1 土壤養(yǎng)分特征描述統(tǒng)計(jì)

注：*表示呈顯著性差異，**表示呈極顯著性差異。

Note：*represents significant difference and **represents super significant difference.

由圖2可知，雙江縣植煙區(qū)域土壤的養(yǎng)分空間分布情況為：有機(jī)質(zhì)和有效鋅含量整體適宜；速效氮含量大部分地區(qū)適宜，僅西北部和南部地區(qū)分別偏低；有效硼和水溶性氯分別在南部、北部地區(qū)，以及中部地區(qū)偏低，其它地方均較適宜；pH值、速效磷和速效鉀大部分地區(qū)偏低，速效磷、速效鉀分別在東部和西南地區(qū)較適宜。

2.3 植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度評(píng)價(jià)

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 烤煙生產(chǎn)提倡優(yōu)質(zhì)適產(chǎn)，土壤肥力要求適中，土壤pH值和各養(yǎng)分指標(biāo)的最優(yōu)值均在某區(qū)間，根據(jù)曲線(xiàn)函數(shù)將數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理[18]，標(biāo)準(zhǔn)化后值在[0,1]之間。根據(jù)各土壤養(yǎng)分指標(biāo)與煙葉品質(zhì)的關(guān)系，各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)可分為拋物型和S型函數(shù)，具體的函數(shù)類(lèi)型和指標(biāo)范圍[19-29]詳見(jiàn)表3，其公式如下所示：

拋物型函數(shù)：

S型函數(shù)：

(2)

式中，x1、x2、x3、x4分別代表指標(biāo)下限、上限、最優(yōu)值下限、最優(yōu)值上限，要求x1

表2 土壤養(yǎng)分半方差函數(shù)特征參數(shù)

圖2 雙江縣植煙區(qū)域土壤養(yǎng)分的空間分布情況Fig.2 The spatial distribution of soil nutrient in Shuangjiang planting tobacco area

2.3.2 熵權(quán)法求權(quán)重 “熵權(quán)”理論是一種客觀賦權(quán)方法，它借用信息論中熵的概念。它主要是根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小來(lái)確定其權(quán)數(shù)[30]。假設(shè)在m項(xiàng)指標(biāo)、n個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)體系中，根據(jù)熵權(quán)法理論，由式(3)計(jì)算得第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，由式(4)計(jì)算得j項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)(權(quán)重)[31]。

(3)

(4)

根據(jù)公式(3)、(4)，計(jì)算得到各土壤指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果詳見(jiàn)表4。土壤8項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重大小依次是速效氮(0.267)>速效鉀(0.127)>有效接上(0.126)>pH值、速效磷(0.118)>有機(jī)質(zhì)(0.088)>有效硼(0.078)>水溶性氯(0.073)，這與烤煙生產(chǎn)實(shí)際基本吻合。

表3 函數(shù)類(lèi)型及指標(biāo)閾值

表4 土壤肥力指標(biāo)權(quán)重

圖3 不同海拔土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度分布情況Fig.3 Distribution of SBNF at different altitudes

2.3.3 土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度評(píng)價(jià) 89個(gè)土壤樣品經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后構(gòu)成89維生態(tài)向量，作為8項(xiàng)土壤評(píng)價(jià)指標(biāo)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)生態(tài)位，以及8個(gè)土壤因子的最適區(qū)間值，形成土壤最適基礎(chǔ)生態(tài)位。參照聶艷等[15]的研究結(jié)果，計(jì)算土壤基礎(chǔ)生態(tài)適宜度。

(5)

由圖3可知，雙江縣植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度接近50 %的樣品低于平均值(0.578)，整體生態(tài)位適宜度在中等水平。隨著海拔高度的上升，土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度是緩慢下降的，但兩者間的相關(guān)性不顯著(P>0.05)。通過(guò)系統(tǒng)聚類(lèi)分析，雙江縣植煙區(qū)域土壤肥力可分為5個(gè)等級(jí)，主要集中在III類(lèi)至V類(lèi)，分別占27.0 %、39.3 %、21.4 %，II類(lèi)的比例較低，10.1 %，I類(lèi)僅2.2 %。I類(lèi)土壤主要分布在1200～1400 m，II類(lèi)和III類(lèi)在1000～1200 m和>1400 m的海拔地區(qū)，IV類(lèi)和V類(lèi)在所有海拔梯度上(1000～2050 m)均有分布。

3 討 論

在一定海拔范圍內(nèi)，雙江縣植煙區(qū)域土壤的有效鋅與海拔高度呈顯著性負(fù)相關(guān)，有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀和有效硼呈顯著性正相關(guān)；其中位數(shù)或平均值分別為1.17(0.90)mg/kg、(3.31±1.13) % 、(109.58±35.47) mg/kg、(23.57±18.44) mg/kg、(135.61+69.66) mg/kg、0.45(0.30) mg/kg。pH值和水溶性氯與海拔高度呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著，pH平均值為5.18±0.26，水溶性氯中位數(shù)為10.85(9.21) mg/kg。呂貽忠[32]、黨坤良[33]、薛沛沛[14]、張春[34]等研究表明有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀、有效硼與海拔呈高度相關(guān)，本研究與之相符。付彭輝[35]等研究發(fā)現(xiàn)有效鋅與海拔高度呈顯著正相關(guān)，本研究結(jié)果與之相反。這可能與研究的海拔高度及生態(tài)環(huán)境差異有關(guān)。雙江縣植煙區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)含量普遍較高(平均值3.31 %)，有效鋅易與有機(jī)化合物絡(luò)合，形成較復(fù)雜的絡(luò)合物被固定[1]，從而降低鋅的有效性。

雙江縣植煙區(qū)域土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度平均值為0.578±0.098，生態(tài)位適宜度屬中等水平。雙江縣植煙土壤肥力可分5個(gè)等級(jí)，主要集中在III、IV、V類(lèi)中低等級(jí)，占87.7 %，較高肥力等級(jí)的土壤較少，且主要集中在1000～1400 m；隨著海拔高度的升高，土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度有下降的趨勢(shì)。在不同海拔梯度間均有各等級(jí)肥力土壤的分布，這可能是由于雙江縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)所處的小尺度環(huán)境(地形、氣候、人為因素)有差異，造成土壤肥力的不同。結(jié)合烤煙土壤養(yǎng)分指標(biāo)閾值分析表明，雙江縣植煙區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低，這與楊美仙[36]等研究相符。因此，在雙江縣烤煙生產(chǎn)實(shí)際中，應(yīng)注意控制氮肥的施用，同時(shí)建議適當(dāng)增施氯肥和硼肥。

表5 雙江植煙區(qū)域土壤肥力評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié) 論

雙江縣植煙區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)和速效氮偏高，速效磷、速效鉀和有效鋅豐富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低；雙江縣土壤基礎(chǔ)生態(tài)位適宜度和土壤肥力均屬中等水平。

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