李宏圖 朱曉紅 許曉婭 章欽印 李航 楊家裕 孫軍偉
摘要 為了全面分析南澗縣植煙土壤肥力狀況,以7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)469個代表性植煙土壤的理化指標為基礎數(shù)據(jù),通過主成分分析法,計算了各個土壤養(yǎng)分指標的權重,并估算出土壤肥力綜合指標值(IFI),對南澗縣植煙土壤的肥力狀況進行了全面評價。結果表明,全縣土壤樣本IFI加權平均值為0.70,達到Ⅱ級,土壤肥力總體水平較高,但不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間土壤肥力差異較大;南澗縣煙區(qū)有機質、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂、有效硫、有效鋅、有效錳較為豐富,適宜烤煙的種植,而有效鉬含量普遍偏低,可能是影響南澗縣整體煙葉質量的限制因子,需要當?shù)責煵菁夹g人員重視鉬肥的科學施用;南澗縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)間小灣東鎮(zhèn)綜合土壤肥力最高,最適宜烤煙種植,其次是擁翠鄉(xiāng)、寶華鎮(zhèn)、無量山鎮(zhèn)、碧溪鄉(xiāng)、樂秋鄉(xiāng),均是Ⅱ級,南澗鎮(zhèn)肥力最低,IFI值僅為0.56,為Ⅲ級??傊?,南澗縣整體適宜烤煙種植,但各鄉(xiāng)鎮(zhèn)肥力差異較大,在烤煙生產過程中需因地制宜,科學施肥,科學管理,穩(wěn)步提高土壤質量,從而推動煙草品質的提升和煙草產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
關鍵詞 植煙土壤;土壤肥力;綜合評價;南澗縣
中圖分類號 S158? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611(2024)11-0139-05
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2024.11.030
Comprehensive Evaluation of Soil Fertility in Tobacco Growing Areas of Nanjian County
LI Hong-tu1, ZHU Xiao-hong2, XU Xiao-ya1 et al
(1.Yunnan Tobacco Company Dali Prefecture Company, Dali, Yunnan 671000;2.College of Resources and Environment, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650051)
Abstract In order to comprehensively analyze the status of soil fertility of tobacco planting soil in Nanjian County, based on the physical and chemical indicators of 469 representative tobacco planting soils in 7 townships, the weight of each soil nutrient indicator was calculated through the principal component analysis method, and the comprehensive index value (IFI) of soil fertility was estimated, and the fertility status of tobacco planting soil in Nanjian County was comprehensively evaluated.The results showed that the average IFI of soil samples in the whole county was 0.70, reaching Grade II.The overall level of soil fertility was high, but there was a large difference in soil fertility among different towns;organic matter, total phosphorus, total potassium, available phosphorus, available potassium, exchangeable calcium magnesium, available sulfur, available zinc, and available manganese were relatively abundant in the tobacco area of Nanjian County, making it suitable for tobacco cultivation.However, the available molybdenum content was generally low, which may be a limiting factor affecting the overall quality of tobacco leaves in Nanjian County.Local tobacco technicians need to pay attention to the scientific application of molybdenum fertilizer.Among the seven townships in Nanjian County, Xiaowandong Town had the highest comprehensive soil fertility, which was most suitable for flue-cured tobacco planting, followed by Yongcui Township, Baohua Town, Wuliangshan Town, Bixi Township and Leqiu Township, which were all Grade II.Nanjian Town has the lowest fertility, with an IFI value of 0.56, which is Grade III.Nanjian County is generally suitable for tobacco cultivation, but there were significant differences in fertility among different townships.In the tobacco production process, it was necessary to adapt to local conditions, scientifically fertilize and manage, and steadily improve soil quality, thereby promoting the improvement of tobacco quality and the sustainable development of the tobacco industry.
Key words Tobacco planting soil;Soil fertility;Comprehensive evaluation;Nanjian County
基金項目 中國煙草總公司云南省煙草公司“云南核心煙區(qū)種植制度優(yōu)化及應用”(2022530000241030);中國煙草總公司云南省煙草公司“烤煙-紅花協(xié)同發(fā)展關鍵技術研究與應用”(DLYC2023002)。
作者簡介 李宏圖(1986—),男,甘肅靖遠人,農藝師,碩士,從事煙葉生產工作。
*通信作者,農藝師,從事煙草施肥研究。
收稿日期 2023-07-12
土壤、氣候、栽培技術等因素均會直接或間接影響烤煙質量,而土壤養(yǎng)分情況是決定優(yōu)質烤煙生產的基礎[1],合理的土壤養(yǎng)分供應是影響煙葉品質的首要因素[2] 。因此科學地評價土壤肥力是農業(yè)生產上最重要的工作之一[3]。
云南省大理州南澗縣干濕季分明,雨熱同期,氣候適于煙葉生長,是云南省最重要的煙葉生產基地之一[4]。但由于南澗縣地形復雜,土壤理化性質差異較大,南澗縣內鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間煙葉品質也存在較為明顯的差異。因此科學合理地評價南澗縣不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間土壤理化性質差異,對科學指導烤煙精準施肥、充分利用南澗縣優(yōu)異的氣象資源具有重要意義。
目前,國內對植煙土壤肥力狀況的評價方法,在具體的研究過程中,尚無統(tǒng)一的標準,因此要從具體出發(fā),選擇科學、合理的評價方法,才能較好地客觀評價植煙土壤的肥力狀況。張加云等[5]、王婉秋等[6]分別利用模糊數(shù)學原理合理地評價云南省、四川省新煙區(qū)的土壤養(yǎng)分情況,并對各地區(qū)的施肥情況進行科學指導,提高了當?shù)乜緹煹姆N植水平。因此通過模糊數(shù)學方法不但能夠綜合評價不同地區(qū)的土壤養(yǎng)分情況,也可以根據(jù)實際情況對各地的烤煙種植進行科學的施肥指導。
基于此,筆者從生產實際出發(fā),在南澗縣的7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)采集469個土壤樣品,結合前人的土壤肥力定量評價的基礎,運用主成分分析和模糊數(shù)學原理估算土壤綜合肥力指數(shù),評價南澗縣不同縣區(qū)的土壤肥力情況,旨在充分合理利用土壤養(yǎng)分資源,為指導煙田科學平衡施肥、實現(xiàn)煙葉優(yōu)質適產和可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
南澗縣位于云南省西部,地處100°06′~100°41′E、24°39′~25°10′N。南澗屬于第4類植煙區(qū)[7],以山地為主,90%以上為山區(qū),海拔為300~3 200 m,屬于中南亞熱帶山區(qū)半干燥低緯高原季風氣候,降雨量少于蒸發(fā)量。年平均溫度為15.9~18.9 ℃,對應的50 cm深度土壤溫度狀況為熱性(年均溫度為16~23 ℃)。
1.2 土樣采集與測定
2022年在南澗縣內南澗鎮(zhèn)、無量山鎮(zhèn)、小灣東鎮(zhèn)、碧溪鄉(xiāng)、樂秋鄉(xiāng)、寶華鎮(zhèn)和擁翠鄉(xiāng)7個植煙鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行采樣試驗。依據(jù)海拔、地形、母質類型、土壤類型等因素,采用“S”型采樣方法,采集20個點作為一個混合樣,采用四分法獲得2 kg土樣作為最終樣品,帶回實驗室。樣品土壤經過自然風干、研磨、過篩之后混勻保存,用于測定各項指標。
選擇對煙葉生長發(fā)育具有重大影響的主導限制因素作為代表性指標,并依據(jù)獨立性和系統(tǒng)性原則,選取土壤pH(水土比=2.5:1)、有機質、全氮、水溶性氯、水解性氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣、交換性鎂、全磷、全鉀、有效硫、有效錳、有效鋅、有效硼及有效鉬16個常規(guī)參數(shù)作為植煙土壤肥力的評價指標,對不同煙區(qū)的土壤肥力狀況進行綜合性評價。各養(yǎng)分的具體測定方法參見文獻[8] 。
1.3 土壤肥力綜合評價方法
土壤綜合肥力指標值(integrated fertility index,IFI)是一個反映土壤養(yǎng)分肥力狀況的指標值,其大小表示土壤綜合肥力的等級。采用主成分分析和模糊數(shù)學原理相結合的方法綜合評價土壤肥力。隸屬度函數(shù)采用模糊統(tǒng)計得出,養(yǎng)分指標隸屬度值的估算采用下述步驟。首先標準化處理各項肥力指標值,以避免或消除各指標數(shù)量級和單位差異產生的誤差。常用的隸屬函數(shù)有2種類型,即S型和拋物線型,根據(jù)烤煙研究資料和煙田實際情況,并結合專家建議,綜合確定各隸屬函數(shù)的下限、下優(yōu)、上優(yōu)和上限,用x1、x2、x3、x4表示為函數(shù)的拐點,相應的函數(shù)見公式(1)和(2)。
f(x)=1,(x≥x2)
0.9(x-x1)x2-x1+0.1,(x1 0.1,(x≤x1)(1) f(x)=1,(x 0.9(x-x1)x2-x1+0.1,(x1≤x 0.1,(x3≤x≤x4) 1-0.9(x-x4)x2-x4,(x4 (2) 在確定各養(yǎng)分指標權重系數(shù)和隸屬度值的基礎上,利用乘法原則得出綜合養(yǎng)分指標值,計算公式為(3)。 IFI=pi=1WiNi(3) 式中,Wi和Ni分別為第i種養(yǎng)分指標的權重系數(shù)和隸屬度值,求得的IFI值在0~1,植煙土壤綜合肥力指數(shù)分為5個等級(Ⅴ級,IFI≤0.20;Ⅳ級,0.20<IFI≤0.40;Ⅲ級,0.40<IFI≤0.60;Ⅱ級,0.60<IFI≤0.80;Ⅰ級,IFI>0.80),值越大,說明土壤的養(yǎng)分肥力狀況越好[9] 。根據(jù)煙草生長發(fā)育對養(yǎng)分的需求,結合相關研究成果,并根據(jù)云南當?shù)厣a經驗,確定各項肥力指標所選用的隸屬度函數(shù)類型和閾值(表1)。 土壤養(yǎng)分狀況評價所選指標是以全國第二次土壤普查、煙草界和土壤肥料學界沿用的分級標準為依據(jù),并與前人研究相結合,建立土壤養(yǎng)分分級標準(表2) 1.4 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Excel 2010對獲土壤數(shù)據(jù)進行整理,并采用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計分析。 2 結果與分析 2.1 植煙土壤養(yǎng)分狀況 南澗縣植煙區(qū)土壤肥力描述性指標見表3,土壤pH是衡量土壤酸性強度的重要指標,與土壤養(yǎng)分的有效性顯著相關,南澗縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)植煙土壤pH均在最適范圍內;土壤有機質是肥力的最根本要素之一,與土壤的結構、耕性、持水率、保肥供肥特性及生產性能密切相關,進而會對土壤資源的可持續(xù)利用和農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產生影響。有機質平均含量為24.11 g/kg,其中以寶華鎮(zhèn)最高,達30.96 g/kg,利于農作物生長,南澗鎮(zhèn)最低,為16.06 g/kg,南澗鎮(zhèn)、無量山鎮(zhèn)、碧溪鄉(xiāng)和樂秋鄉(xiāng)的有機質含量較缺乏;全縣除寶華鎮(zhèn)與擁翠鄉(xiāng)的全氮、全磷和水解性氮均處于中等水平,其余均有所缺乏,小灣東鎮(zhèn)的全氮較缺乏,但全磷則較適宜;全鉀含量平均為19.48 g/kg,不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異不大且均較適宜;有效磷含量平均值為28.47 mg/kg,不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)存在一定差異,其中以無量山鎮(zhèn)有效磷含量缺乏(9.84 mg/kg),寶華鎮(zhèn)有效磷含量達54.44 mg/kg,較為豐富;全縣的速效鉀平均含量為307.23 mg/kg,有效錳平均含量為36.25 mg/kg,含量豐富;全縣交換性鈣、交換性鎂含量偏高;全縣水溶性氯含量表現(xiàn)為無量山鎮(zhèn)缺乏,南澗鎮(zhèn)和樂秋鄉(xiāng)較缺乏,其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)整體處于適宜范圍;全縣有效硫以樂秋鄉(xiāng)最低,為29.06 mg/kg,擁翠鄉(xiāng)最高,達71.90 mg/kg,不同地區(qū)差異明顯,含量較為豐富;全縣有效鋅平均為3.39 mg/kg,除小灣東鎮(zhèn)、寶華鎮(zhèn)和擁翠鄉(xiāng)含量超過適宜含量范圍上限外,其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)有效鋅含量差異不大均較豐富;全縣僅無量山鎮(zhèn)有效鉬含量豐富,南澗鎮(zhèn)、寶華鎮(zhèn)有效鉬含量缺乏,土壤有效硼則與之相反。 2.2 養(yǎng)分指標隸屬度和權重 將各個指標的數(shù)值帶入其相應的函數(shù)公式中,得出其對應的指標隸屬度值,該值反映了該指標在土壤中所占的比重,較低的隸屬度值在煙田中有可能成為障礙因素,需要針對性改良,隸屬度值越高表明越適宜烤煙生長(表4)。同時,在主成分分析法(PCA)中,公因子方差的大小反映了變量在公共性部分的作用或重要性程度。采用將共同度歸一化之后的結果作為權重值,各權重系數(shù)總和為1,全氮、全磷和交換性鈣含量權重系數(shù)較高,分別為0.082、0.084、0.084,是提高土壤肥力的關鍵,水溶性氯、有效硫和有效錳指標相對于其余指標對植煙土壤的貢獻率較小,權重系數(shù)分別為0.043、 0.041、0.039。 2.3 土壤肥力綜合評價 由隸屬度(表4)和權重計算出土壤肥力指標(表5)。 從表5可以看出,南澗縣土壤樣本IFI加權平均值為0.70,變幅為0.56~0.81。植煙土壤肥力狀況良好,小灣東鎮(zhèn)綜合土壤肥力大于0.80,達到Ⅰ級,南澗鎮(zhèn)為Ⅲ級,IFI僅為0.56,其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)為Ⅱ級。 3 討論 3.1 南澗縣土壤肥力綜合評價 通過對煙區(qū)土壤肥力進行全面評估,可以為烤煙的精準施肥和煙草品種引種等工作奠定基礎[10],也可以為煙草可持續(xù)發(fā)展提供可靠的理論及實踐依據(jù)[11] 。如在土壤綜合肥力比較高的地區(qū),有針對性采取減少化肥用量的措施,并引進耐肥的品種;在土壤綜合肥力不高的地區(qū),采用有機肥增施培土,適當加大肥料用量改善土壤養(yǎng)分狀況,引進和推廣吸肥性能好的煙草品種。 南澗縣煙區(qū)全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂、有效硫、有效鋅、有效錳較為豐富,不必補充即可滿足烤煙生長需要,應注意適當控制。此外,一般認為烤煙最適宜pH在5.5~7.0[12],南澗縣煙區(qū)土壤pH為5.55~6.05,在最適范圍內,有利于作物生長。其次,南澗縣有機質為20.0~30.0 g/kg,平均為24.11 g/kg,絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤有機質均處在烤煙生長適宜范圍內,非常適于烤煙的生長。南澗縣土壤有機質與土壤供氮能力呈正相關,南澗縣全氮含量處于適中至豐富水平,速效氮含量基本適宜。然而全縣有效鉬含量普遍偏低,要重視鉬肥的科學施用。 3.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)間植煙土壤養(yǎng)分狀況評價 南澗縣大部分以山地為主,鄉(xiāng)鎮(zhèn)間土壤肥力差異較大,針對有機質含量適宜的寶華鎮(zhèn)、擁翠鄉(xiāng)、小灣東鎮(zhèn)地區(qū)則可以減少有機肥的投入。但南澗鎮(zhèn)、無量山鎮(zhèn)土壤有機質含量較低,需要更多有機肥和農家肥投入。 煙田投入有機肥后能為煙草提供大量氮素,特別是煙草生長后期高溫高濕的環(huán)境條件下,大量供應氮素使煙草貪青晚熟,大幅度降低煙葉吸味品質[13],氮過多還可能誘發(fā)煙株缺鋅,誘發(fā)和加重病蟲害。南澗縣擁翠鄉(xiāng)、寶華鎮(zhèn)和小灣東鎮(zhèn)本身有機質含量適宜,氮素含量也極為豐富,因此可適當減少有機肥、氮肥施用;而南澗鎮(zhèn)水解性氮含量偏低,但全氮含量較適宜,需嚴格控制氮素投入。 南澗縣植煙區(qū)磷素缺乏和磷素富集的土壤并存,磷素在植物新陳代謝過程中起到了關鍵作用,促進部分重要化合物的合成,從而提高煙株抗逆性,改善煙葉品質[14-15] 。無量山鎮(zhèn)的土壤全磷、速效磷含量缺乏,對于該地區(qū)土壤應以增施磷肥為重點,才能保證煙草正常新陳代謝和品質的形成。過多施用將會抑制烤煙對氮、鉀的吸收利用,因此針對土壤富磷的寶華鎮(zhèn),需要在施肥中注意控制磷肥的用量。 烤煙是喜鉀作物,煙葉含鉀量在國際上是一項重要的衡量煙葉質量的指標之一[16],土壤中鉀供應缺乏與否,對烤煙品質有重要影響。鉀不僅與煙株的生長發(fā)育和產量形成有重要關系,而且與煙葉外觀、內在質量關系更為密切。南澗縣土壤速效鉀含量平均307.23 mg/kg,全鉀含量平均19.48 g/kg,全縣鉀含量豐富。土壤中的速效鉀在土壤中具有很強的移動性,易被淋失,尤其是南澗縣高溫多雨的季節(jié)較長,淋失現(xiàn)象更為嚴重,因此縣內應注意鉀肥的施入,不可盲目提高鉀肥用量。 氯對于煙草品質具有重要作用,煙草需要適當施氯,氯能夠增加煙葉的彈性和油潤性[17] 。其中,南澗鎮(zhèn)和樂秋鄉(xiāng)、無量山鎮(zhèn)是水溶性氯含量偏低的植煙區(qū)縣,需要適當?shù)穆人匮a充。由于煙草對氯特別敏感,為防止氯化鉀的施用不當,建議在煙草配方肥中每50 kg配入3~5 kg氯化鉀為宜,既能保證煙草對氯的需要,又能避免因氯化鉀施用不當而產生的負面效應[18] 。 煙草是需硼較多的作物,隨著氮、磷和鉀大量元素的大量施用,土壤中可利用的硼素嚴重缺乏,是制約烤煙產質量提高的一個關鍵因子。硼素的主要生理功能是參與糖的轉運與代謝,硼素缺乏是煙株主根和側根發(fā)育過程中影響最大,也是造成煙葉中煙堿含量和糖分合成障礙的主要原因[19] 。從土壤有效硼來看,南澗縣、無量山鎮(zhèn)煙田土壤有效硼含量缺乏,所以煙區(qū)更應該注重硼肥的施用,通過土壤施用硼砂等措施補充硼,從而協(xié)調煙株營養(yǎng)、提高煙葉品質。 結合上述情況,南澗縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中以南澗鎮(zhèn)有機質、水解性氮、水溶性氯、有效硼、有效鉬含量缺乏,土壤肥力綜合水平偏低,為Ⅲ級;小灣東鎮(zhèn)綜合土壤肥力最高,達到Ⅰ級。 4 結論 (1)全縣土壤樣本IFI加權平均值為0.70,達到Ⅱ級,土壤肥力總體水平較高,但不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間土壤肥力差異較大。 (2)南澗縣煙區(qū)有機質、全磷、全鉀、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂、有效硫、有效鋅、有效錳較為豐富,不必補充即可滿足烤煙生長需要,應注意適當控制,而有效鉬含量普遍偏低,是影響南澗縣植煙土壤肥力的限制因子,全縣均應重視鉬肥的科學施用。 (3)南澗縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中以小灣東鎮(zhèn)綜合土壤肥力最高,達到Ⅰ級;其次是擁翠鄉(xiāng)、寶華鎮(zhèn)、無量山鎮(zhèn)、碧溪鄉(xiāng)、樂秋鄉(xiāng),均為Ⅱ級;南澗鎮(zhèn)土壤肥力綜合水平偏低,僅為0.56,為Ⅲ級。 綜上所述,南澗縣煙田土壤肥力總體狀況較好,南澗煙區(qū)烤煙施肥時應結合當?shù)貙嶋H優(yōu)化煙草專用肥配方,嚴格控制氮肥用量,因地制宜調整磷鉀配比,微量元素因缺補缺,構建基于南澗縣土壤肥力的“大配方”施肥方案。根據(jù)土壤具體類型按照“控氮,適當補磷、硼,增鉬”的總體原則進行適當調整,因地制宜,科學施肥,科學管理,穩(wěn)步提高土壤質量,以促進煙葉質量的提高,實現(xiàn)煙葉生產的可持續(xù)發(fā)展。 參考文獻 [1] 褚旭,王珂清,魏建榮,等.云南植煙土壤肥力狀況的組合評價法研究[J].中國煙草學報,2019,25(2):48-54. 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