唐佐芯，李天壁，陳澤斌，李銀花，楊啟凡，陳麗娟，任 禛，王彬彬，付亞麗，王 坤，夏體淵*

(1.昆明學院，云南 昆明 650214；2.云南省煙草公司紅河州公司技術中心，云南 彌勒 652300；3.云南圣清環(huán)?？萍加邢薰?，云南 昆明 650093)

【研究意義】隨著統(tǒng)計分析軟件的普遍應用，土壤質(zhì)量評價越來越側(cè)重多因子的綜合評價?！厩叭搜芯窟M展】主成分分析和聚類分析在煙草農(nóng)業(yè)研究領域應用較廣泛，但多集中于烤煙物理質(zhì)量[1]、化學品質(zhì)[2]、烤煙品種綜合評價[3]、烤煙成品穩(wěn)定性評價[4]、煙葉香氣物質(zhì)分析[5]等方面。而土壤條件是控制煙葉質(zhì)量形成的關鍵因素之一，適宜的土壤養(yǎng)分是煙草優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的基礎?；谥矡熗寥鲤B(yǎng)分狀況分析多集中于養(yǎng)分本身特性的評價[6-7]，有研究利用聚類分析綜合評價土壤并將土壤分為5大類，同時提出施肥建議[8]?！颈狙芯壳腥朦c】云南省紅河哈尼族彝族自治州(以下簡稱紅河州)以高原山地為主，烤煙生產(chǎn)分為地煙和田煙，海拔差異大，植煙區(qū)域主要分布于海拔1135～2169 m范圍，不同海拔的土壤溫度、水分和土壤肥力等環(huán)境異質(zhì)性會對作物的生長和土壤的微環(huán)境產(chǎn)生影響[9-10]。紅河州土壤有磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、石灰土、燥紅土、紫色土、水稻土9類[11]。研究植煙土壤，要考慮植煙區(qū)域的海拔、地形、土壤類型、前茬作物等環(huán)境因素?！緮M解決的關鍵問題】利用主成分分析和聚類分析方法綜合評價紅河州植煙土壤養(yǎng)分，并結(jié)合環(huán)境要素對其植煙土壤進行分類，以期為烤煙平衡施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

紅河州屬低緯高原亞熱帶季風氣候區(qū)，北回歸線穿越全州，境內(nèi)山巒起伏，地貌復雜多樣，有北熱帶、南亞熱帶、中亞熱帶、北亞熱帶、南溫帶和中溫帶6種氣候類型，紅河州大部分耕作區(qū)域處于熱帶和亞熱帶氣候區(qū)，光、熱、水條件比較優(yōu)越。年平均日照時數(shù)1065～2300 h，烤煙生育期的5-9月，州內(nèi)主要植煙區(qū)日照時數(shù)為646.4～821.8 h，日照百分率為32.4 %～41.2 %，有利于煙葉生產(chǎn)。無霜期在300 d左右，氣候溫和，降水量較為充沛，平均降水量約1491mm，年平均降雨日數(shù)為152 d，雨季(5-10月)降水量約占全年總降水量的80 %以上。降水時空分布極不均勻，呈南多北少，山區(qū)多于壩區(qū)，夏秋降水集中，冬春干旱明顯。在烤煙生長大田期，各地月均降水量均在100 mm以上，能滿足烤煙生長發(fā)育的需要。在正常年景下，州內(nèi)植煙區(qū)域降水量及降水規(guī)律，基本上與烤煙種植需水相吻合，能滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的需要[12]。

1.2 土壤樣品采集與分析

2018年由紅河州煙草公司組織，以紅河州個舊、建水、開遠、瀘西、蒙自、彌勒和石屏7個縣(市)的植煙土壤為對象，烤煙移栽前分別采集21，76，53，246，68，251，166個，共計881個樣品。取樣點數(shù)量按照不同土壤類型、種煙規(guī)模、品種、海拔(以200 m為1個海拔段)等因素進行確定。海拔分為1350 m以下、1350～1550 m、1551～1750 m、1751～1950 m、1951～2150 m 5個梯度，同一海拔段內(nèi)，種煙面積>133.33 hm2、視其品種、土壤類型的代表性，設立土壤取樣點2～3個；種煙面積<66.67 hm2的行政村，視其品種、土壤類型的代表性，設立土壤取樣點1～2個；種煙面積<20 hm2的行政村，除特殊情況外、原則上不設取樣點。取樣點數(shù)量的確定須兼顧當?shù)乜緹煼N植基地單元規(guī)劃(或行政區(qū)劃)；要兼顧土壤類型；田煙和地煙；品種區(qū)劃等情況。采集土壤樣品要進行GPS定位編號登記，按照“S”型采樣法采集耕作層0～20 cm土壤。土壤樣品去除根系、石塊等雜物，自然風干，過篩后備用。

土壤樣品分析項目包括：pH、有機質(zhì)、全氮、水解氮、有效磷、速效鉀、有效鋅、有效硼、有效鉬、水溶性氯和交換性鎂等11個指標。分析方法依據(jù)各標準(表1)。土壤理化性狀參考和借鑒《中國植煙土壤及煙草養(yǎng)分綜合管理》的中國植煙土壤養(yǎng)分豐缺指標和《全國第二次土壤普查土壤養(yǎng)分劃分指標》，土壤環(huán)境質(zhì)量評價采用《GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量標準》評價(表2～3)。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

應用Excel 2007對土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行篩選、分類和整理；用變異系數(shù)(c.v.) 的大小表示土壤特性空間變異性的強弱，c.v. ≤0.1 時為弱變異性，0.1

對所有指標進行標準化處理，求出相對應的相關矩陣，然后計算相關矩陣的特征根、方差貢獻率及累計貢獻率，確定因子個數(shù)，完成因子分析。同時，為減少土壤養(yǎng)分分類的指標數(shù)量，保證樣品分類結(jié)果的可信度與科學性，根據(jù)因子分析結(jié)果進行聚類分析，在方法上采用歐氏距離測量，使用平均聯(lián)接(組間)的樹狀圖重新調(diào)整距離聚類合并，每2 個樣本間用 Average linkage 法連結(jié)，采用 SPSS 22. 0聚類分析程序?qū)颖具M行聚類分組。最后根據(jù)分類進行共性匯總。

表1 土壤樣品檢測指標、檢測方法及依據(jù)標準

表2 土壤酸堿度分級標準

2 結(jié)果與分析

2.1 紅河州植煙土壤養(yǎng)分特性

如表4所示，2018年，紅河州土壤pH平均值為6.27，土壤酸堿性整體呈微酸性；有機質(zhì)含量平均為27.35 g/kg，屬中等；全氮含量平均為1.45 g/kg，屬中等；水解性氮含量平均為115.89 mg/kg，屬中等；有效磷含量平均為28.08 mg/kg，屬中等；速效鉀含量平均為214.30 mg/kg，屬中等；水溶性氯含量平均為9.67 mg/kg，屬很低；交換性鎂含量平均為261.23 mg/kg，屬高；有效鋅含量平均為2.82 mg/kg，屬很高；有效硼含量平均為0.41 mg/kg，屬低；有效鉬含量平均0.79 mg/kg，屬很高。其中，土壤pH變異程度最低，水溶性氯、有效鋅和有效鉬具有強變異特性，其他養(yǎng)分則屬于中等變異。

表3 土壤大量、中量和微量元素分級標準

表4 紅河州7個縣(市)土壤養(yǎng)分狀況

2.2 主成分分析

結(jié)合地形、前茬作物、土壤類型、海拔因子和土壤理化等指標，為確定各指標的相對重要性，利用SPSS軟件進行主成分分析。具體步驟如下：標準化處理各指標，進行 Bartlett 檢驗，其中 KMO 檢驗值為0.735(P<0.05)，以此進行主成分分析。結(jié)果如表5所示：以特征值大于0.9，共提取8個因子，主成分的方差貢獻率第 1 個約18.96 %、第 2 個約 12.37 %、第 3 個約 10.60 %、第 4 個約 8.32 %、第 5 個約 7.95 %、第 6個約 7.02 %、第 7個約 6.95 %、第 8個約 6.77 %，累計解釋78.95 %。

如表6所示：第1主成分和土壤有機質(zhì)高度正相關，第2主成分和土壤pH高度正相關， 第3主成分與土壤有效磷高度正相關，第4主成分與地形高度正相關，第5主成分與海拔高度正相關，第6主成分與土壤有效硼含量高度正相關，第7主成分與土壤水溶性氯含量高度正相關，第8主成分與土壤有效鉬含量高度正相關。因為總方差近78.95 %的貢獻率來自于這8個因素，由此認為地形、海拔、pH、有機質(zhì)、有效磷、有效鉬、有效硼和水溶性氯是紅河州植煙土壤的特征元素。

2.3 聚類分析

將主成分分析的結(jié)果(即所有樣本的地形、海拔、pH、有機質(zhì)、有效磷、有效鉬、有效硼和水溶性氯) 通過聚類分析。紅河州植煙土壤可分為6大類，結(jié)果見表7。

第一類：789個樣品，占總樣品的89.56 %，分布于7個縣(市)59個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔變幅1170～2169 m，平均海拔1787 m，屬地煙。主要特征：土壤pH微酸，有機質(zhì)和有效磷含量中等，有效鉬含量高，有效硼和水溶性氯含量低。

表5 主要因子的特征值和貢獻率

表6 8個主要因子對應的載荷矩陣

第二類：62個樣品，占總樣品的7.04 %，分布于4個縣(市)10個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔變幅1278～2041 m，平均海拔1840 m，屬田煙。主要特征：土壤pH中性，有機質(zhì)和有效磷含量高，有效鉬含量很高，有效硼和水溶性氯含量低。

第三類：24個樣品，占總樣品的2.72 %，分布于4個縣(市)9個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔變幅1343～2074 m，平均海拔1794 m，屬地煙。主要特征：土壤pH微酸，有機質(zhì)中等，有效磷、有效硼和水溶性含量低，有效鉬含量很高。

表7 紅河州各類群主要土壤理化特征差異

第四類：1個樣品，占樣品總數(shù)的0.11 %，分布于1個縣(市)的1個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔1135 m，屬田煙。主要特征：土壤pH中性，有機質(zhì)和有效磷含量中等，有效鉬含量很高，有效硼和水溶性氯含量低。

第五類：3個樣品，占樣品總數(shù)的0.34 %，分布于2個縣(市)的2個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔變幅1765～1840 m，平均海拔1796 m，屬地煙。主要特征：土壤pH中性，有機質(zhì)和有效磷含量中等，有效鉬含量很高，有效硼和水溶性氯含量低。

第六類：2個樣品，占樣品總數(shù)的0.23 %，分布于2個縣(市)的2個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，海拔變幅1565～1920 m，平均海拔1743 m，屬地煙。主要特征：土壤pH中性，有機質(zhì)和有效磷含量中等，有效鉬含量很高，有效硼和水溶性氯含量低。

3 討 論

目前，用于土壤養(yǎng)分分類和綜合肥力評價的方法較多，主要有隸屬函數(shù)法[7]、生態(tài)適宜度評價[13]、灰色關聯(lián)度分析[14]等。采用因子分析和聚類分析結(jié)合的方法，在復雜的土壤養(yǎng)分指標中，通過因子分析篩選出若干個能有效反應全部指標所提供的大部分信息的指標，并以此指標作為聚類分析的依據(jù)，陳朝陽用此方法將福建南平煙區(qū)的土壤分為5大類，并根據(jù)分類統(tǒng)計信息給出相應的施肥建議[8]。紅河州海拔變幅為1135～2169 m，海拔差異大，1350～1550、1550～1750、1750～1950 m海拔范圍內(nèi)的土壤樣品分別占8 %、24 %和55 %。研究表明，云南主要烤煙種植區(qū)不同海拔(1200～2200 m)對煙葉鉀和氯含量有顯著影響[15]。

地形對土壤養(yǎng)分和土壤微環(huán)境[16]的影響十分顯著；在云南陸良煙區(qū)，李強[17]用土壤分形維數(shù)表征土壤養(yǎng)分，研究表明，海拔高度和土壤類型及有機質(zhì)含量、地形和輪作模式對植煙土壤分形維數(shù)有顯著影響。紅河州植煙土壤主要分為田和地兩種，采集的881個樣品中，818個樣品屬地煙類型，占92.85 %，分布于緩坡、平緩、平地、坡地和臺地等幾種類型中，其中，緩坡、平緩分別占44.74 %、31.05 %；屬田煙類型的有63個樣品，占7.15 %，均分布在平地。研究顯示，地形條件是影響土壤分類的主要因子之一。紅河州地煙類型豐富，在后續(xù)施肥管理中可加以細化，以提高施肥管理的精準度。

紅河州植煙區(qū)前茬作物主要包括糧食作物(61.41 %)，如小麥、大麥、玉米、豌豆、蠶豆等；蔬菜作物(10.78 %)，如白菜、鐵頭、苦菜、油菜、青花等；茄科植物(3.75 %)，如辣椒和烤煙；其他作物(1.70 %)如綠肥和萬壽菊等，還有22.36 %的冬閑。前茬作物的影響在第6主成分中也比較顯著。前茬非烤煙作物一般不施用微肥，前茬為茄科煙草屬作物的比例僅為2.95 %，而有效鉬的變異程度最高(227.83 %)，有效鋅(190.48 %)和水溶性氯(179.88 %)次之，前茬作物對微量元素變異產(chǎn)生了顯著影響。氯、鋅和鉬等微量元素是烤煙生長的重要元素，紅河州植煙土壤有效鉬含量的富集，氯和鋅含量的消耗，會因為局部施肥差異導致微量元素的空間變化[18]。

大量的研究表明，土壤酸堿度在5.5～6.5最適宜烤煙生長[19]，聚類分析的前三類土壤酸堿度為適宜，而后三類土壤酸堿度屬中性偏堿，可采取施用有機肥、種植綠肥、秸稈還田等措施增加土壤腐殖酸含量[9]，降低土壤pH。有機質(zhì)含量在20～40 g/kg范圍內(nèi)，比較適宜烤煙的生長和品質(zhì)的形成[20]，本研究的6個土壤類型中，有機質(zhì)含量平均屬中等偏高，僅第二類有機質(zhì)含量較高，對此，有機肥可用在前茬作物上，烤煙種植當季少施或不施有機肥[9]，通常情況下，在植物的吸收利用中磷與氮相互影響，施用氮肥能促進磷的吸收，但還需控制氮肥用量。有效磷含量低的第三類土壤可增施磷肥。

4 結(jié) 論

紅河州植煙土壤有效鉬含量高，有效硼和水溶性氯含量低，土壤類型受地形、海拔和pH的顯著影響。紅河州植煙土壤以第一類為主，占比89.56 %，土壤pH為微酸，有機質(zhì)和有效磷含量中等，土壤養(yǎng)分屬中等水平。