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        襄陽市植煙區(qū)土壤養(yǎng)分特征及肥力綜合評價

        2021-11-29 07:07:18徐銳盧紅良王震郭利曹麗君王曉麗
        湖北農(nóng)業(yè)科學 2021年21期

        徐銳,盧紅良,王震,郭利,曹麗君,王曉麗

        (湖北省煙草公司襄陽市公司,湖北 襄陽 441000)

        植煙土壤是烤煙生長發(fā)育的基礎(chǔ)載體,植煙土壤養(yǎng)分狀況和供應(yīng)能力直接影響到烤煙的生長發(fā)育及產(chǎn)量、質(zhì)量[1]。土壤肥力是土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的綜合體現(xiàn)[2],植煙土壤肥力綜合評價是深入了解植煙土壤肥力狀況的重要方法,為平衡施肥、土壤保育和改良等基礎(chǔ)性工作提供依據(jù)[3]。對植煙土壤肥力進行綜合評價的方法較多,主要有指數(shù)和法、Fuzzy綜合評判法、聚類分析法及地統(tǒng)計學方法[4-8]等,其中Fuzzy綜合評判法應(yīng)用廣泛,已應(yīng)用于對廣東、云南、貴州、四川、湖南、河南等省份煙區(qū)植煙土壤肥力進行綜合評價[1,3,8-13]。

        隨著植煙年限的增加,植煙土壤發(fā)生不同程度的變化。應(yīng)用主成分分析法和模糊數(shù)學法相結(jié)合的綜合分析方法,對襄陽市植煙土壤肥力狀況進行綜合評價,了解襄陽市植煙土壤肥力特征,為襄陽市烤煙種植、土壤改良及平衡施肥提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 樣品采集

        利用GPS定位技術(shù),在全市3個產(chǎn)區(qū)采集土壤樣品共計961個,其中???95個,南漳243個,棗陽123個。取樣深度為耕層0~20 cm,根據(jù)各田塊面積和形狀布置取樣點,一般每個采樣單元設(shè)5~20個采樣點,取樣充分混合后,采用四分法制成1 kg樣品,風干、砸碎、過篩、裝袋、編號備用。

        1.2 樣品檢測方法

        檢測指標包括土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀及有效磷5項,檢測方法見表1[14,15]。

        表1 土壤樣品檢測方法

        1.3 土壤肥力綜合評價方法

        因土壤養(yǎng)分指標單位及量綱不同,需對檢測數(shù)據(jù)進行標準化處理,采用模糊函數(shù)方法對各養(yǎng)分指標進行標準化處理[16],確定隸屬度。利用主成分分析法[17](PCA)計算各養(yǎng)分指標權(quán)重,再采用加乘法計算土壤綜合肥力指標值(Integrated fertility index,IFI)[18]。

        1.3.1 隸屬度函數(shù) 根據(jù)前人研究結(jié)果[1-3],土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮采用拋物線型(1)隸屬度函數(shù)計算隸屬度,速效鉀、有效磷采用S型(2)隸屬度函數(shù)計算隸屬度。隸屬度函數(shù)如下:

        參照文獻[19,20],結(jié)合襄陽煙區(qū)植煙土壤實際情況,確定各項養(yǎng)分指標相應(yīng)的拐點閾值見表2。

        表2 土壤養(yǎng)分因子隸屬函數(shù)類型及閾值

        1.3.2 土壤肥力指標權(quán)重確定土壤養(yǎng)分指標權(quán)重是土壤肥力綜合評價的關(guān)鍵步驟[21],權(quán)重的確定主要有主成分分析法[17]、層次分析法[22]、相關(guān)分析法[23]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[24]等方法。主成分分析法是較常用的方法,選用該法確定權(quán)重。用SPSS 19.0軟件對5項土壤養(yǎng)分指標進行主成分分析,獲得公因子方差,將公因子方差進行歸一化處理,得出各養(yǎng)分指標的權(quán)重。

        1.3.3 土壤肥力綜合評價 利用土壤綜合肥力指標值(Integrated fertility index,IFI)來反映植煙土壤綜合肥力,計算公式為:

        式中Wij和Nij分別表示第i個土壤樣品第j種土壤養(yǎng)分指標的權(quán)重和隸屬度[18]。

        依據(jù)已有研究結(jié)果[1,25],結(jié)合襄陽植煙土壤實際情況,將襄陽市植煙土壤肥力適宜性分為5級,分別為:高,IFI≥0.80;較高,0.60<IFI<0.80;中,0.40<IFI≤0.60;較低,0.20<IFI≤0.40;低,IFI≤0.20。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        利用Excel對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計性分析,應(yīng)用SPSS 19.0進行方差分析及主成分分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 pH分布狀況

        全市土壤pH分布見表3。全市土壤pH平均為5.98~7.17,變異系數(shù)為7.87%~10.44%,變異系數(shù)較小,表明全市pH變異幅度小。普遍認為,土壤pH在5.50~6.50區(qū)間內(nèi)最適宜烤煙生長[25],全市處于最適宜(5.50~6.50)范圍占比為19.67%,其中棗陽最高,占比達62.60%,明顯高于其他兩個產(chǎn)區(qū)。???、南漳pH整體偏高,處于弱堿性范圍(>7.00)的占比分別達65.21%、64.20%,應(yīng)引起足夠的重視。

        表3 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤pH分布狀況

        2.2 速效鉀分布狀況

        速效鉀分布狀況見表4。全市速效鉀平均值為310.58 mg/kg,變異系數(shù)為64.20%,表明全市植煙土壤速效鉀含量空間變異處于中等水平。南漳速效鉀處于高水平(>190.00 mg/kg)占比最高,達74.07%,速效鉀含量比較豐富。棗陽42.28%土壤速效鉀處于高水平(>190.00 mg/kg),33.33%處于極低水平(<120.00 mg/kg),且均值顯著低于其他兩個產(chǎn)區(qū),表明棗陽植煙土壤速效鉀含量較低。

        表4 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤速效鉀分布狀況

        2.3 有效磷分布狀況

        全市植煙土壤有效磷含量見表5。全市植煙土壤有效磷含量平均值為57.14 mg/kg,有效磷含量較豐富,其中南漳最高,為77.96 mg/kg,棗陽最低,為34.83 mg/kg,3個產(chǎn)區(qū)之間存在顯著性差異。變異系數(shù)全市達99.42%,屬于強變異,其中棗陽最高,??荡沃险淖畹?,分別為139.78%、106.85%、69.50%,表明全市植煙土壤有效磷含量存在較大空間變異;處于高水平(>25.00 mg/kg)占比由南漳、???、棗陽依次降低,其中南漳處于高水平(>25.00 mg/kg)占比為83.95%。

        2.4 有機質(zhì)分布狀況

        有機質(zhì)分布狀況見表6。全市有機質(zhì)含量平均值為29.16 g/kg,???、南漳、棗陽分別為28.50、35.66、19.48 g/kg,南漳最高,保康次之,棗陽最低,3個產(chǎn)區(qū)間存在顯著性差異。變異系數(shù)為30.17%~49.84%,屬于中等變異,表明全市植煙土壤有機質(zhì)含量空間變異中等。全市處于高水平(>40.00 g/kg)占比僅為18.73%,其中南漳最高為,34.98%,??荡沃?5.97%,棗陽為0。全市處于中等級以下水平的占比達57.23%,由此可以看出,全市植煙土壤有機質(zhì)含量偏低。

        2.5 堿解氮分布狀況

        全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤堿解氮分布狀況見表7。全市堿解氮平均值為122.72 mg/kg,保康、南漳、棗陽3個產(chǎn)區(qū)分別為119.86、141.83、98.80 mg/kg,3個產(chǎn)區(qū)之間差異達到顯著水平。變異系數(shù)為23.15%~41.07%,屬于中等變異,表明全市植煙土壤堿解氮空間變異小。全市堿解氮含量處于較高及高水平的占比為63.47%,其中南漳56.38%植煙土壤堿解氮含量超過140 mg/kg,堿解氮含量較高。

        2.6 植煙土壤肥力綜合評價

        2.6.1 權(quán)重利用主成分分析法,提取各個養(yǎng)分的公因子方差,進行歸一化處理,得到各項養(yǎng)分的權(quán)重,結(jié)果見表8。在5項指標中,pH所占權(quán)重最大,為0.291,表明pH對土壤綜合肥力影響較大。速效鉀、有效磷權(quán)重分別為0.161、0.160,所占權(quán)重相當。有機質(zhì)、堿解氮權(quán)重分別為0.192、0.196,所占權(quán)重接近。

        表8 各項養(yǎng)分指標公因子方差及權(quán)重

        2.6.2 隸屬度土壤養(yǎng)分指標單位和量綱有所不同,無法由測定值直接進行相互比較,需利用各指標的隸屬度進行標準化處理,圖1反映全市各養(yǎng)分指標隸屬度平均值。由圖1可知,??禑焻^(qū)各養(yǎng)分指標中土壤pH隸屬度最低,為0.315,堿解氮次之,為0.550;南漳與??递^為一致,土壤pH隸屬度最低,為0.300,堿解氮次之,為0.366;棗陽與其他2個產(chǎn)區(qū)有所不同,堿解氮隸屬度最低,為0.532,速效鉀次之,為0.573;綜合全市來看,土壤pH隸屬度最低,為0.466,堿解氮次之,為0.483。

        圖1 土壤養(yǎng)分指標隸屬度雷達

        2.6.3 土壤綜合肥力指標值全市植煙土壤綜合肥力指標見表9。全市植煙土壤綜合肥力指標平均值為0.58,屬于中等肥力范圍。經(jīng)方差分析表明,各產(chǎn)區(qū)綜合肥力指標值達到顯著性差異。變異系數(shù)為31.28%,屬于中等變異,表明全市植煙土壤綜合肥力變異空間較小,分布比較均衡。全市植煙土壤綜合肥力處于中等以上水平(IFI≥0.40)達80.85%,17.38%植煙土壤處于較低水平,1.77%處于低水平。全市綜合肥力水平較高的為棗陽,87.80%植煙土壤綜合肥力處于中等水平以上,64.22%處于較高水平以上。南漳綜合肥力水平稍差,處于高水平的占比僅為7.82%,處于中等及中等水平以下的占比達64.61%。由此可見,襄陽市植煙土壤綜合肥力區(qū)域之間有差異。整體而言,大部分處于中等及以上水平,較適宜種植烤煙。

        表9 全市及各產(chǎn)區(qū)植煙土壤肥力綜合評價

        3 小結(jié)與討論

        通過對植煙土壤各項養(yǎng)分指標及綜合肥力分析,了解植煙土壤質(zhì)量,為煙葉種植及土壤保育等提供依據(jù)。

        通常認為,植煙土壤pH呈中性或弱酸性更有利于烤煙生長發(fā)育[3]。本研究調(diào)查分析表明,襄陽市植煙土壤pH處于適宜范圍的占比為41.73%,植煙土壤pH高于7.0的占比達57.44%,處于偏堿性范圍占比較高,土壤呈堿化趨勢。全市植煙土壤偏堿性占比較高狀況,應(yīng)引起足夠的重視,可通過改變耕作習慣、施用酸性肥料等措施,改善土壤pH狀況。全市植煙土壤主要養(yǎng)分指標中,速效鉀、有效磷含量整體較豐富,處于高水平范圍占比分別達60.87%、66.29%,但空間變異較大,表明不同田塊之間含量有較大差異。因此在施肥上要差異化、針對性施用鉀肥或磷肥,平衡不同田塊差異。有機質(zhì)含量整體偏低,處于高水平范圍占比僅為18.73%。閆鐵軍等[26]指出,2010年襄陽煙區(qū)有機質(zhì)含量豐富??梢?,2010—2019年襄陽煙區(qū)植煙土壤有機質(zhì)含量呈降低趨勢。因此,在有機質(zhì)偏低田塊應(yīng)通過增施生物有機肥、發(fā)酵餅肥、秸稈還田、綠肥種植等措施,提高有機質(zhì)含量。全市植煙土壤堿解氮含量處于高水平范圍的占比為34.96%,其中南漳植煙土壤堿解氮含量處于高水平占比達56.38%,針對堿解氮含量較高的田塊,應(yīng)及時采取適當?shù)目氐胧?,減少氮肥施用量,平衡施肥。

        通過對各項養(yǎng)分指標隸屬度分析可知,全市植煙土壤pH隸屬度低,表明土壤pH為土壤肥力的主要限制因子。但各個產(chǎn)區(qū)之間限制因子略有差異,??怠⒛险闹饕拗埔蜃訛橥寥纏H,由該地區(qū)土壤pH呈堿性的占比較大引起;棗陽主要限制因子為堿解氮,是由于堿解氮含量偏低引起的。通過對各項養(yǎng)分指標權(quán)重分析可知,土壤pH在土壤肥力綜合指標中所占權(quán)重大,這與王宏偉等[3]研究的結(jié)果一致,表明土壤pH在襄陽市植煙土壤綜合肥力中起關(guān)鍵性作用,這與隸屬度反映的結(jié)果一致,實際生產(chǎn)中應(yīng)采取綜合措施控制土壤pH范圍。通過全市植煙土壤綜合肥力分析可知,襄陽市植煙土壤綜合肥力指標值平均為0.58,變異系數(shù)為31.28%,空間變異小,綜合肥力處于中等及以上水平占比達80.85%,表明襄陽市大部分植煙土壤較適宜優(yōu)質(zhì)烤煙種植。閆鐵軍等[26]2010年應(yīng)用主成分分析和等間距聚類分析的方法,對全市262個土壤樣品的9項土壤養(yǎng)分指標進行綜合肥力分析,結(jié)果表明,50.77%植煙土壤肥力處于高和較高范圍,整體土壤肥力水平較高。其評價方法與本研究不同,本研究應(yīng)用主成分分析法和模糊數(shù)學法相結(jié)合的綜合分析方法。

        同時,也應(yīng)看出,在有效磷、堿解氮、有機質(zhì)3項養(yǎng)分指標上,南漳產(chǎn)區(qū)均顯著高于其他2個產(chǎn)區(qū),在速效鉀上南漳與保康相當,顯著高于棗陽。但在土壤綜合肥力上,南漳顯著低于其他2個產(chǎn)區(qū)。由此表明,部分養(yǎng)分指標高出適宜范圍,反而會引起綜合肥力的下降。

        另外,全市只有11.76%植煙土壤綜合肥力處于高水平,仍有19.15%區(qū)域綜合肥力較低。建議在煙葉生產(chǎn)中,進一步加大土壤保育力度,繼續(xù)深入開展測土配方施肥措施,平衡土壤各養(yǎng)分指標含量,切實改善土壤質(zhì)量,持續(xù)增強植煙土壤供肥能力。

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