李自林 陸亞春 趙磊峰 范東升 韋 忠 周文亮黃利廣 黃 陽 黃經(jīng)鵬 顧新權(quán) 年夫照

（1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，650201，云南昆明；2云南省煙草公司麗江市公司華坪縣分公司，674800，云南麗江；3廣西壯族自治區(qū)煙草公司百色市公司，533000，廣西百色）

適宜的土壤條件是獲得優(yōu)質(zhì)煙草的基礎(chǔ)[1]。煙草生長發(fā)育需要適宜的土壤養(yǎng)分，土壤肥力的高低直接影響煙葉品質(zhì)[2]，肥力越高，煙葉品質(zhì)越佳。pH是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，與煙草的生長發(fā)育密切相關(guān)[3]；有機(jī)質(zhì)影響煙草的產(chǎn)量和品質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量適宜，煙葉質(zhì)量較佳，可用性好[4]；氮是煙草產(chǎn)量和品質(zhì)的決定性營養(yǎng)元素[5]；適量磷和鋅對煙草的生長發(fā)育、農(nóng)藝性狀和煙葉化學(xué)成分的形成有著重要影響[6]；煙草是喜鉀作物，鉀是煙草品質(zhì)元素[7]；硫能促進(jìn)煙株體內(nèi)化合物的合成[8]。煙草是忌氯作物，土壤氯含量≤30mg/kg為宜[9]，氯含量適宜，則煙株的抗旱能力越強(qiáng)，烤后煙葉油分充足，彈性和韌性強(qiáng)。土壤中養(yǎng)分適宜，能促進(jìn)煙株正常生長發(fā)育，提高煙葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。土壤肥力評價方法較多，聚類分析、主成分分析和模糊數(shù)學(xué)等方法廣泛應(yīng)用于土壤肥力評價。隸屬函數(shù)確定指標(biāo)的隸屬度值，主成分分析法是常用確定權(quán)重方法，基于模糊數(shù)學(xué)法得出反映土壤肥力高低的綜合性指標(biāo)[10-11]，為優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)規(guī)劃及煙草可持續(xù)發(fā)展利用提供參考依據(jù)[12-13]。

本研究利用模糊數(shù)學(xué)法評價靖西市植煙土壤肥力，明確煙區(qū)土壤養(yǎng)分豐缺及肥力適宜性狀況，為煙區(qū)烤煙施肥、土壤保育和煙區(qū)調(diào)整提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

靖西市隸屬廣西省百色市，海拔250～1400m，年均氣溫20.5℃左右，年總降水量1636.3mm左右，年日照1400h左右，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，以溶蝕高原地貌為主，土壤主要為黃紅壤、水稻土。靖西市是廣西主要的植煙區(qū)，植煙面積約為0.47萬km2，占廣西植煙面積的52.81%，占百色市的75.81%。

1.2 土壤樣品采集

1.2.1 樣品采集 2018年4月在煙草種植施用基肥移栽前，按照土壤類型、種植制度和生態(tài)環(huán)境[14]等，在靖西市10個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)（新靖、化峒、同德、武平、渠洋、新甲、祿峒、岳圩、壬莊和地州）確定了206個代表性煙田（表1），在每個代表性煙田內(nèi)，依據(jù)梅花形5點(diǎn)取樣法采集耕層（0～20cm）土壤，充分混勻后采用四分法取1kg帶回實(shí)驗(yàn)室。土樣經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干、去雜后，研磨過不同孔徑的篩，用于指標(biāo)的測定。

表1 土壤樣品取樣地點(diǎn)與取樣數(shù)Table 1 Sampling sites and sampling numbers of soil samples

1.2.2 樣品空間分布 從土壤樣品采集空間分布（圖1）可以看出，在煙區(qū)的各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)樣品采集比較均勻，新靖、地州、壬莊和岳圩采樣點(diǎn)比較集中，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)采樣較分散。

圖1 樣品采集空間分布Fig.1 Spatial distribution of sample collection

1.3 評價指標(biāo)測定及方法

結(jié)合評價地區(qū)的生態(tài)環(huán)境因素、土壤類型和耕作制度等合理選擇評價指標(biāo)[14-15]。選取pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效硫、有效鋅和水溶性氯8個指標(biāo)，并按照文獻(xiàn)[16]方法測定。

1.4 植煙土壤養(yǎng)分含量適宜性

參考中國土壤養(yǎng)分分級指標(biāo)準(zhǔn)[17-18]，同時結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[19-21]，得出該區(qū)植煙土壤養(yǎng)分含量豐缺適宜性標(biāo)準(zhǔn)體系（表2）。

表2 靖西市植煙土壤養(yǎng)分含量豐缺體系Table 2 Tobacco-planting soil nutrient abundance system in Jingxi

1.5 植煙土壤肥力適宜性評價

1.5.1 評價方法 采用模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行土壤肥力綜合評價，計(jì)算評價地塊土壤肥力適宜性指數(shù)（soil fertility suitability index，SFI）。

式中：Nij和Wij分別為第i個土壤樣品的第j個土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值和相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。

1.5.2 指標(biāo)隸屬度函數(shù)及隸屬度值 利用隸屬度函數(shù)計(jì)算指標(biāo)的隸屬度值[22]。評價指標(biāo)的隸屬度函數(shù)主要有3種，將指標(biāo)原始測定數(shù)據(jù)帶入相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，計(jì)算指標(biāo)的隸屬度值（表3）。評價指標(biāo)的隸屬度值介于0.1～1.0之間，值越大，優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)適宜性越好。pH、有機(jī)質(zhì)和堿解氮的函數(shù)類型為拋物線型，速效磷、速效鉀、有效硫和有效鋅的函數(shù)類型為“S”型。水溶性氯函數(shù)類型為反“S”型?！癝”型：

表3 各指標(biāo)所屬隸屬度函數(shù)及其拐點(diǎn)值Table 3 The membership function of each indicator and their turning point values

反“S”型：

拋物線型：

式中，x4和x1分別表示各指標(biāo)的上、下臨界值；x3和x2分別為各指標(biāo)的上、下限最優(yōu)值。

1.5.3 指標(biāo)權(quán)重的確定 根據(jù)專家建議和已有研究[23-25]、煙區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀和煙草生產(chǎn)情況，確定煙區(qū)土壤養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度函數(shù)類型、拐點(diǎn)值、指標(biāo)上下限值和最優(yōu)上下限值，并代入對應(yīng)的隸屬度函數(shù)計(jì)算隸屬度值[26]。

指標(biāo)隸屬度值介于0.1～1.0，值越大越適宜優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)[6-7]，據(jù)肥力指標(biāo)隸屬度值，劃分指標(biāo)對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)的適宜性，分值＜0.5為低，分值0.5～0.8為中等，分值≥0.8為適宜。

1.6 土壤肥力適宜性等級

參考廣西及百色市植煙土壤肥力評價相關(guān)文獻(xiàn)[27]及專家意見，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際生產(chǎn)情況，確定靖西市植煙土壤肥力適宜性等級標(biāo)準(zhǔn)。將煙區(qū)土壤肥力分為5個等級（表4）。肥力綜合指數(shù)表示土壤肥力等級[6]。分值越高，肥力越好，煙葉質(zhì)量越佳。

表4 植煙土壤肥力適宜性等級Table 4 Tobacco-planting fertility soil fertility suitability grade

1.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

利用SPSS 20.0軟件確定指標(biāo)的權(quán)重及評價指標(biāo)的方差分析；利用Excel 2013對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、處理、隸屬度值的計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙區(qū)土壤指標(biāo)含量特征及指標(biāo)隸屬度

由表5可知，煙區(qū)pH為7.17，適宜比例為54.37%；有機(jī)質(zhì)含量為21.04g/kg，適宜比例為27.18%；水溶性氯含量為32.64mg/kg，含量總體偏高；堿解氮含量123.41mg/kg，適宜比例為33.01%；速效磷含量為24.16mg/kg，適宜比例為26.70%；速效鉀含量126.51mg/kg，適宜比例為25.24%；有效硫含量為10.09mg/kg，適宜比例為28.64%；有效鋅含量2.74mg/kg，適宜比例為34.47%。土壤指標(biāo)特征pH及有機(jī)質(zhì)、水溶性氯、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效鋅和有效硫含量均呈右偏態(tài)。

表5 土壤指標(biāo)含量特征及其隸屬度Table 5 Content and membership of soil indicators

水溶性氯和堿解氮含量對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)最適宜，有機(jī)質(zhì)和有效鋅含量對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)適宜程度中等，pH、有效硫和速效鉀適宜性低，速效磷含量對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)不適宜。從指標(biāo)隸屬度可知，水溶性氯、堿解氮和有效鋅含量呈左偏態(tài)，pH及有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀和有效硫含量呈右偏態(tài)。

2.2 土壤肥力指標(biāo)權(quán)重值

主成分分析結(jié)果及公因子方差、指標(biāo)權(quán)重如表6所示，土壤pH權(quán)重最大，其次是有機(jī)質(zhì)，有效鋅的權(quán)重最小。

表6 土壤肥力評價指標(biāo)權(quán)重Table 6 Weights of soil fertility evaluation indicators

2.3 土壤肥力綜合評價

2.3.1 靖西植煙土壤肥力等級分布特征 由表7可知，該區(qū)土壤肥力均在Ⅴ級以上，靖西市肥力適宜性指數(shù)值為0.54，肥力適宜性等級中等偏下。10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，壬莊的適宜性指數(shù)值最高，為0.74，肥力水平較高和高占比為95%；其次為同德鄉(xiāng)，指數(shù)值為0.67，較高和高肥力占比75%；其次依次為化峒、新靖、渠洋、岳圩、地州、新甲、祿峒和武平，武平肥力最低。

表7 土壤肥力適宜性等級及指數(shù)特征值Table 7 Soil fertility suitability levels and index characteristic values

2.3.2 靖西植煙土壤肥力等級空間分布 由圖2可知，壬莊土壤肥力適宜性等級最高，其中壬莊、同德南部肥力較高；渠洋的肥力較高的均集中在東北部；岳圩北部部分區(qū)域肥力較高；新靖土壤肥力分布較均勻，整個區(qū)域基本為Ⅱ和Ⅲ級；地州中部肥力偏低，四周肥力高；祿峒肥力整體偏低；武平肥力最低，北部區(qū)域肥力極低。

圖2 土壤肥力適宜性等級空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of soil fertility suitability levels

3 討論

靖西市煙區(qū)土壤肥力均在Ⅴ級以上，適宜性指數(shù)為0.54，肥力中等。靖西市pH適宜和高，有機(jī)質(zhì)適宜和低，水溶性氯偏高，堿解氮適宜和較高，速效磷、速效鉀和有效硫均適宜和較低，有效鋅適宜和偏高。水溶性氯和堿解氮對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)最適宜，有機(jī)質(zhì)和有效鋅對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)適宜程度中等，pH、有效硫和速效鉀適宜性低，速效磷對優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)不適宜。

靖西市是廣西主要的煙草種植區(qū)。馮誠等[28]研究得出，百色煙區(qū)土壤肥力整體較好，有機(jī)質(zhì)和速效鉀為中等水平，pH偏低。盧亮帆等[29]研究得出，靖西市田七種植區(qū)土壤pH偏低，有機(jī)質(zhì)和速效鉀較適宜。高華軍等[30]研究得百色煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)偏低。宋承鑒等[31]研究得廣西植煙土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量適宜，速效鉀含量偏高，速效磷偏低。張一揚(yáng)等[32]認(rèn)為靖西市植煙土壤有機(jī)質(zhì)含量均值有隨著時間推移而增加的趨勢。相較于其他研究，譚智勇等[33]研究得出保山市植煙土壤得pH、活性氯、有效磷、速效鉀含量適宜，肥力中等。胡玲等[34]研究表明，云南省大部分植煙土壤肥力均處于中等水平，但氮、鉀含量豐富。蔡寒玉等[15]研究麗江植煙土壤pH適宜，有機(jī)質(zhì)和速效磷較豐富，堿解氮及速效鉀含量較高，肥力中等以上。李強(qiáng)等[25]研究云南省曲靖植煙土壤得pH、有機(jī)質(zhì)、有效硫和活性氯適宜性高，堿解氮含量偏高，速效鉀和有效鈣鋅含量豐富，有效磷含量中等，植煙土壤肥力適宜煙草種植。本研究與上述他人的研究結(jié)論有差異，其原因有：其他研究覆蓋空間區(qū)域尺度相對較廣，本研究集中在靖西市；研究地域不同，所屬區(qū)域生態(tài)氣候環(huán)境、降雨量、光熱條件、土壤類型、耕作種植制度、上茬作物和肥水管理等方面均存在差異；另外，采樣年限、樣品數(shù)量、肥力指標(biāo)和評價方法等都影響研究結(jié)果。在今后土壤肥力評價中，加大研究廣度與深度，科學(xué)評價煙區(qū)土壤肥力，根據(jù)靖西市煙區(qū)土壤肥力狀況，制定合理的施肥方案，培育煙區(qū)土壤肥力，從而提高煙葉質(zhì)量。

4 結(jié)論

運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)法評價靖西市煙區(qū)土壤肥力，描述植煙區(qū)土壤養(yǎng)分及土壤肥力適宜性現(xiàn)狀。在靖西市煙草種植過程中，30.58%煙區(qū)減少堿性肥料的施用；33.98%煙區(qū)多施有機(jī)肥；19.90%煙區(qū)減少含氯物料的輸入；14.56%煙區(qū)土壤減少氮肥施用；20.39%煙區(qū)土壤增加磷肥的施用量，10.19%減少磷肥的施用量；13.59%煙區(qū)土壤增施鉀肥，14.08%減少鉀肥；33.01%煙區(qū)土壤應(yīng)增施含硫物料；24.76%煙區(qū)土壤需減少含鋅物料的施用。在植煙過程中，建議地州、新甲、祿峒、武平、岳圩西部南部減少或控制煙草種植面積；化峒、新靖、岳圩西部南部控制煙草種植面積；壬莊、同德、渠洋與岳圩北部增加煙草種植面積。