熊維亮，潘興兵，馮文龍，劉 余，袁家富，徐祥玉

（1.四川省煙草公司攀枝花市公司，四川 攀枝花 617026；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所，武漢 430064）

煙草是中國重要的經(jīng)濟作物之一，在中國有悠久的種植歷史。包括海拔、營養(yǎng)元素供應等的土壤狀況是影響煙草產(chǎn)量產(chǎn)值的重要因子。一般而言，將土壤為植物生長提供適宜養(yǎng)分和環(huán)境的能力稱為土 壤 肥 力［1，2］，是 評 價 土 壤 生 產(chǎn) 力 高 低 的 重 要 指標［3-5］。不同海拔高度土壤肥力因受到自然條件和人為因素影響而不同，評估不同海拔高度土壤肥力變化對指導煙草栽培中肥料施用、制定施肥技術參數(shù)具有重要意義。

攀枝花市位于四川省西南角，是中國優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)基地之一［6］。鹽邊煙區(qū)是攀枝花烤煙主產(chǎn)區(qū)之一，鹽邊縣地處攀枝花市北部，介于北緯26°25′—27°21′和東經(jīng)101°08′—102°04′，屬南亞熱帶半干旱季風氣候，年溫差較小、日溫差較大。地勢以東西向為主，海拔變化大，土壤養(yǎng)分在不同海拔差異明顯。本研究以主成分分析法和模糊數(shù)學法相結合，通過對比分析2009—2010 年和2015—2017 年2 次取樣土壤養(yǎng)分狀況，對該區(qū)域不同海拔土壤養(yǎng)分變化進行分析，揭示耕種措施和自然因子在不同海拔上對土壤肥力的影響，為制定烤煙生產(chǎn)“大方案、小調(diào)整”的施肥方案提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

在2009—2010 年和2005—2017 年進行定位取樣，取樣數(shù)量分別為285 個和188 個。在每年3—4月煙田尚未進行整地施肥以前取樣，每個采樣點采集8～10 個0～20 cm 表層土壤混合為一個樣本。土壤樣品處理和分析參見魯如坤［7］和鮑士旦［8］的方法，測定指標包括pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效鋅、水溶性氯、有效硼8 個指標。

1.2 數(shù)據(jù)分析與評價方法

采用拉依達法（3 倍方差法）清洗數(shù)據(jù)［9，10］，以R語言mice 包進行缺失值插值處理，以R 語言psych包進行主成分分析并進一步計算各項指標的權重。根據(jù)實踐經(jīng)驗確定土壤肥力指標之間的隸屬度函數(shù)類型，常用的隸屬度函數(shù)類型有拋物線型和S 型隸屬函數(shù)［11］。S 型隸屬函數(shù)表達式如下。

拋物線型隸屬函數(shù)表達式如下。

式（1）和式（2）中，x為所測元素的實測值；x1、x2、x3、x4分別為下限、下限最優(yōu)、上限最優(yōu)和上限。根據(jù)生產(chǎn)實踐和有關專家建議，同時結合相關文獻［11］，確定各養(yǎng)分指標的隸屬度函數(shù)類型和曲線轉折點取值，如表1 所示。

表1 各指標的隸屬函數(shù)類型及曲線轉折點取值

通過對曲線轉折點取值計算出每個樣品的隸屬度值，通過權重和隸屬度值計算土壤肥力綜合指標值（IFI，Integrated fertility index）［3，4］。計算公式如下。

式中，IFI為土壤肥力綜合指標值；Wi為第i種養(yǎng)分指標權重系數(shù)；Ni為第i種養(yǎng)分指標隸屬度值。IFI的取值范圍為［0，1］，數(shù)值越大表示該土壤綜合肥力越高。

2 結果與分析

2.1 海拔狀況及不同海拔土壤養(yǎng)分狀況

從海拔變化（圖1）來看，2009—2010 年平均海拔為（1 768.7±246.3）m，2015—2017 年為（1 831.1±231.8）m，可見總體上海拔在不斷提高，其中，低海拔（＜1 600 m）平均提高了約25 m，高海拔（＞1 800 m）平均提高了約13 m，而中海拔（1 600～1 800 m）則降低了約10 m。同時可以看出，植煙土壤海拔高度離散程度在降低，說明海拔高度有集中趨勢。

圖1 海拔變化趨勢

從不同海拔養(yǎng)分指標（圖2）來看，①2009—2010 年總體土壤pH 介于4.4～7.9，均值為5.99±0.60，其中低海拔土壤pH 最高，中海拔最低；2015—2017年土壤pH 介于4.7～8.5，均值為6.1±0.8，其中低海拔土壤pH 最高，高海拔最低。2 次普查結果顯示，pH有提高趨勢，這可能與有意識的改良土壤酸化有關。②2009—2010 年土壤有機質(zhì)平均含量為（23.76±13.28）g/kg，中海拔有機質(zhì)平均含量最高、低海拔最低；2015—2017 年土壤有機質(zhì)平均含量為（26.13±13.50）g/kg，高海拔最高、低海拔最低。③2 次普查結果顯示，土壤堿解氮低海拔降低25.0 mg/kg、中海拔降低15.4 mg/kg、高海拔提高8.7 mg/kg，總體降低3.32 mg/kg。④水溶性氯含量低海拔降低5.9 mg/kg、中海拔提高0.5 mg/kg、高海拔降低11.5 mg/kg，總體降低6.87 mg/kg。⑤土壤有效鋅在低海拔和中海拔稍有降低，高海拔稍有提高，總體上保持穩(wěn)定。而土壤速效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂4 個指標大幅度提高，總體均值分別提高35.4%、49.5%、396.8%和274.7%，且中高海拔提高幅度遠高于低海拔。

圖2 土壤養(yǎng)分指標值的描述統(tǒng)計

從離散程度（變異系數(shù)）來看，2 次調(diào)查結果顯示，堿解氮和水溶性氯變異系數(shù)降低，速效鉀、交換性鈣和交換性鎂變異系數(shù)大幅度增加，說明這些養(yǎng)分指標在時間尺度上離散程度增加；其他指標變異系數(shù)基本維持不變。從不同海拔來看，2 次普查結果顯示，pH 和速效鉀變異系數(shù)在低海拔升高；pH、堿解氮、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂變異系數(shù)在中海拔升高；pH、交換性鎂、有效鋅變異系數(shù)在高海拔升高，說明不同養(yǎng)分在不同海拔上隨時間推移離散程度變化并不一致，如交換性鈣、交換性鎂的變異系數(shù)在中、高海拔大幅度提高，而水溶性氯變異系數(shù)則在低海拔和高海拔大幅度降低。

2.2 不同海拔土壤養(yǎng)分狀況及綜合分析

2.2.1 不同海拔肥力指標權重 不同養(yǎng)分在不同海拔的公因子方差和權重結果（表2）顯示，①低海拔2009—2010 年土壤pH、有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、交換性鈣權重較高，交換性鎂權重最低；2015—2017年則有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀和有效鋅權重較高，水溶性氯最低。②中海拔2009—2010 年土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、交換性鎂、水溶性氯、有效鋅權重較高，pH 權重最低；2015—2017 年則有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、有效鋅權重較高，交換性鎂和水溶性氯最低。③高海拔2009—2010 年土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀、有效鋅權重較高，交換性鎂權重最低；2015—2017 年則有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、交換性鈣、有效鋅權重較高，速效磷和水溶性氯權重最低。從全縣尺度來看，2009—2010 年土壤堿解氮權重最高、水溶性氯權重最低，2015—2017年則有效鋅權重最高、水溶性氯權重最低?？梢姴徽撌菚r間尺度上還是空間尺度上，土壤養(yǎng)分各項指標對綜合肥力貢獻處于不斷變化狀態(tài)，總體上有機質(zhì)、堿解氮、有效鋅的權重保持較高水平，而水溶性氯較低，速效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂則變化較大。

表2 各指標公因子方差和權重

2.2.2 不同海拔土壤肥力綜合評價 參照已有方法［4］將土壤肥力綜合指標值（IFI）劃分為4 個等級：Ⅰ級，IFI≥0.75；Ⅱ級，0.50≤IFI＜0.75；Ⅲ級，0.25≤IFI＜0.50；Ⅳ級，IFI＜0.25。由 表3 可 知，2009—2010 年低海拔、中海拔、高海拔IFI平均值分別為0.52、0.53、0.55，IFI隨海拔升高而提高；2015—2017年IFI平均值分別為0.56、0.58、0.59，IFI隨海拔升高而提高。就全縣而言，2009—2010 年和2015—2017年IFI分別為0.54 和0.60，可見隨著種植年限的延長，不同海拔以及總體上土壤肥力綜合指標值在逐步提高。從分布狀況來看，隨著種植年限延長，在低海拔上土壤肥力變異增大，在中海拔和高海拔土壤肥力變異降低；不同海拔，土壤肥力IFI以Ⅱ級比例為主，且I級和Ⅱ級比例提高、Ⅲ級比例降低。

表3 土壤肥力綜合評價

2.3 海拔高度與各指標的相關關系

2009—2010 年顯示海拔高度與pH、有效鋅呈負相關，與其他指標均呈正相關，其中與速效磷、速效鉀呈顯著正相關；2015—2017 年海拔高度與pH、交換性鈣、交換性鎂呈顯著負相關，與其他指標呈正相關，其中與有機質(zhì)、堿解氮、速效鉀、有效鋅、有效硼呈顯著正相關（圖3）。

圖3 海拔、pH 與土壤養(yǎng)分之間的相關系數(shù)

3 討論與小結

3.1 不同海拔肥力指標時空變化

土壤自然酸化非常緩慢，但在人為干擾下土壤酸化急劇增加，因此改良土壤酸化是土壤保育重要內(nèi)容之一［12］。植煙土壤適宜pH 為5.5～7.0［13，14］，鹽邊縣植煙土壤總體pH 適宜，低海拔稍高，中高海拔稍低，且低海拔有升高趨勢，而中高海拔保持穩(wěn)定。這可能主要是由于低海拔更加注重土壤酸化改良，同時說明在施用堿性材料改良土壤時應該注意施用量和施用頻率，以防止土壤pH 急劇升高。

就全縣而言，有機質(zhì)含量始終呈升高趨勢。從不同海拔來看，中、低海拔土壤有機質(zhì)降低（分別降低3.6%和16.9%），高海拔土壤有機質(zhì)提高（提高22.5%），這主要可能與高海拔土壤溫度較低，同樣的施肥情況下土壤呼吸量較低，導致有機質(zhì)礦化速率較慢有關。目前認為，植煙土壤堿解氮含量適宜范圍為65～120 mg/kg［15］。本研究結果表明，總體上鹽邊縣植煙土壤堿解氮含量高于120 mg/kg。從時間尺度來看，低海拔堿解氮大幅度降低（降低20.7%），中海拔稍有降低、高海拔稍有提高，總體上稍有降低（降低2.6%），基本穩(wěn)定。從空間尺度來看，2009—2010 年以中海拔堿解氮最高，而2015—2017 年則以高海拔堿解氮最高。不論從時間尺度還是空間尺度來看，目前的施氮量均較為適宜。

2010—2017 年鹽邊縣植煙土壤速效磷、速效鉀含量有較大幅度提高，總體上磷、鉀分別提高21.4%和49.5%，且速效磷、速效鉀含量隨海拔升高而增加。土壤速效磷、速效鉀含量逐步提高可能與超量施肥有關，該地區(qū)年均投入量（kg/hm2）為N∶P2O5∶K2O=100∶116∶320，按8.0、1.2、10.0 g/株計算煙株氮、磷、鉀累積量［16］，每公頃按16 500 株計算，則每公頃煙株帶走氮、磷、鉀分別為132.0、19.8、165.0 kg，可見磷、鉀投入量遠高于煙株需要量，即使降雨會導致鉀素流失，但長期高量投入肯定引起土壤磷、鉀累積，這可以從前人研究得到印證［17］。

2 次普查結果顯示，土壤交換性鈣、交換性鎂含量大幅度上升，交換性鈣總體上升幅度達396.8%、交換性鎂上升幅度達274.7%。從海拔角度來看，2009—2010 年普查交換性鈣、交換性鎂均以中海拔最高，而2015—2017 年則以低海拔最高、高海拔最低，本研究結果與前人研究結論基本一致［18］。這與土壤pH 結果也基本一致，推測是受到酸化土壤改良措施（施用石灰）的影響，該改良劑價格便宜、改良效果好，同時可補充土壤鈣含量，但過量和不合理使用石灰會引起短期內(nèi)土壤pH 急劇升高［19］，因此在施用石灰時應該注意用量和頻率。

氯是煙草必需營養(yǎng)元素之一［20］，但煙草是忌氯作物，土壤水溶性氯含量是植煙土壤的重要指標，煙葉氯含量的61.8%來自土壤［21，22］，植煙土壤適宜水溶性氯含量為20～30 mg/kg［23］。氯含量主要受施肥和降雨的影響。本研究結果表明，目前的施肥水平和降雨量條件下土壤水溶性氯含量有緩慢降低風險。從不同海拔來看，中海拔土壤水溶性氯含量基本保持穩(wěn)定，而低海拔和高海拔則降低明顯，說明海拔對水溶性氯含量有明顯影響，因此在施肥時應該加以區(qū)別，做到因地制宜。

3.2 土壤肥力指標的關系

海拔是影響山地植煙土壤的重要因子，土壤理化性質(zhì)隨海拔高度而變化，如低海拔土壤堿解氮、有機質(zhì)、有效硫含量明顯低于中、高海拔［11］。植煙土壤pH 與土壤養(yǎng)分的關系已有大量報道［6，13］，但結果并不完全一致，這說明研究對象、樣本量大小等對土壤pH 與養(yǎng)分之間關系均有影響，但就pH 與交換性鈣、交換性鎂關系而言，已有報道均表明土壤pH 與土壤交換性鈣、交換性鎂呈顯著正相關［13，14］，這與本研究結果一致，說明交換性鈣、交換性鎂與土壤pH的關系在更普遍的范圍上仍有密切關系。

土壤有機質(zhì)對土壤肥力的重要性不言而喻，一般認為土壤有機質(zhì)的高低直接反映了土壤肥力的高低。本研究結果顯示，2 次調(diào)查中土壤有機質(zhì)與速效氮、速效磷、速效鉀、有效鋅呈極顯著正相關，與交換性鈣、交換性鎂、pH 呈顯著負相關，這從側面表明了土壤有機質(zhì)可以直接反映養(yǎng)分指標的高低。

土壤速效鉀、水溶性氯含量直接影響煙葉中鉀和氯的含量，在植煙土壤養(yǎng)分管理中尤為重要。土壤中的速效鉀、水溶性氯含量輸入主要受施肥量的影響，而輸出受降雨量和作物吸收的影響強烈，由于煙草是喜鉀忌氯作物，在長期施肥中一般都是高鉀無氯或極低氯配方，由此導致土壤速效鉀累積較高，而氯含量則相對降低，因此，在施肥中應該注意控制鉀、平衡氯。

3.3 綜合肥力評價指標值的時空變化

2009—2010、2015 —2017 年2 次普查結果顯示，總體上土壤肥力綜合指標值有升高趨勢。從不同海拔來看，2 次結果均顯示不同肥力因子在相同海拔或相同肥力因子在不同海拔的權重并不相同，說明在相同施肥制度下，隨著海拔的升高，不同肥力因子對綜合肥力的貢獻相對重要性發(fā)生了變化，如有機質(zhì)、堿解氮在2 次普查中的任何一個海拔高度都比較重要，而其他肥力因子則時空變化較大。這有可能是單一施肥情況下，作物對養(yǎng)分的消耗比例不同，導致某些養(yǎng)分在土壤中累積，而某些養(yǎng)分則保持不變或稍有降低，進而對土壤綜合肥力的影響比重發(fā)生相對變化，表明養(yǎng)分不均衡度在增加，故平衡施肥比單純提高某一個養(yǎng)分指標更重要。