临沧市双江县植烟土壤养分特征及生态位适宜度评价

彭丽丽，王文学，冀 浩，钟庆荣，孔广超，曾鹏飞，李 岗，卢 叶*

(1. 广东中烟工业有限责任公司，广东 广州 510000；2. 云南省烟草公司临沧市公司，云南 临沧 677300；3. 云南瑞升烟草技术(集团)有限公司，云南 昆明 650106)

【研究意义】在土壤的形成过程中，母质与环境之间发生了一系列的物质、能量交换和转化，形成了层次分明的土壤剖面，出现了肥力特性，其与气候、母质、生物、地形和时间五大成土因素密切相关[1]。海拔是一个重要的地形因子，海拔梯度上温度和水分等环境因子剧烈变化[2-3]较大地影响到土壤母质的风化、矿物质的分解和合成，以及物质积累和淋失[1]，从而造成土壤肥力的差异。土壤肥力实际上是土壤生态位的一种表现形式，土壤肥力愈高，基础土壤生态位愈宽，供给植物水、热、气、肥的能力愈强[4]。烟草适应性较强，在多种土壤上都可以生长发育，但优质烟叶对土壤条件的要求比较严格[5]。【前人研究进展】目前，土壤肥力评价的方法较多，主要有隶属函数法[6-8]、主成分分析法[9]、因子分析法[10-11]、聚类分析法[12]、投影寻踪模型法[13]、灰色关联分析法[14]和生态位适宜度[15]等。【本研究切入点】生态位适宜度在土壤肥力评价中的应用鲜见[15]，但评价效果较理想，目前在植烟土壤评价中的应用还未见报道。【拟解决的关键问题】本文以双江县植烟区域不同海拔梯度的土壤化学指标为出发点，通过描述统计和线性回归分析探讨不同海拔梯度的土壤养分特征及变化趋势，并采用土壤基础生态位适宜度方法综合评价烤烟种植土壤肥力，以便为当地烤烟施肥管理提供参考和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于云南省西南部的临沧市双江县，地处东经99°35′15″～100°09′33″，北纬23°11′58″～23°48′50″，北回归线横穿县境中部，属南亚热带半湿润山地季风气候类型，干湿分明，雨热同季。其境内地势高差悬殊较大，土壤呈垂直分布：海拔670～800 m为砖红壤，800～1300 m为赤红壤，1300～2100 m为红壤，2100～2500 m为黄壤，2500～2800 m为黄棕壤，2800～3200 m为棕壤，3200 m以上为亚高山草甸土，零星分布有紫色土和水稻土，烤烟种植区域主要分布在海拔约1200～2100 m，主要植烟土壤类型为赤红壤和红壤。

1.2 样品采集

2012年，在双江县勐库镇、勐勐镇、沙河乡、邦丙乡、大文乡、忙糯乡等6个主要种烟乡镇，海拔高度1021～2044 m，采集具有代表性的土壤样品，共计89个样品。于植烟整地之前进行采集，样点分布情况见图1，具体采样方法如下：长方形地块采取之字形、较为方正的地块采用对角线或棋盘形采集耕层土壤20 cm 深的土样，在同一采样单元内每8～10个点的土样构成一个0.5～2.0 kg的混合土样。从田间采集的土样经登记编号后进行预处理，经过风干、磨细、过筛、混匀、装瓶后备用。

1.3 土壤检测方法

图1 样品采集点分布情况Fig.1 The distribution of sample collection points

1.4 数据处理

采用Excel2010和SPSS19.0软件进行数据处理和分析，ArcGIS10.2进行作图。

2 结果与分析

2.1 土壤养分特征描述统计分析

由表1可知，有机质、pH值、速效氮、速效磷和速效钾非参数检验差异不显著，符合正态分布，而有效锌、有效硼和水溶性氯等微量元素指标非参数检验均呈显著性差异，呈非正态分布。有机质含量和pH值平均值分别为(3.31±1.13) %、5.18±0.26，其变化幅度分别为1.50 %～6.13 %，4.54～5.89，其中有机质变异系数较大(34.3 %)，pH值较小(5.1 %)；速效氮、速效磷、速效钾等大量元素的平均值分别为(109.58±35.47)、(23.57±18.44)、(135.61+69.66) mg/kg，以上指标的变异系数均较大(32.4 %～78.0 %)，其相应的变化幅度分别为43.00～200.00、3.00～82.00、11.01～394.00 mg/kg；不同海拔植烟土壤中的有效锌、有效硼和水溶性氯等微量元素的中位数分别为1.17(0.90)、0.45(0.30)、10.85(9.21) mg/kg，其变化幅度分别为0.15～9.80、0.01～1.43、0.00～60.94 mg/kg，有效锌和有效硼的变异系数较小，不足1 %。

2.2 土壤养分空间分布情况

据表2可知，pH值、速效氮、速效磷和有效硼均是Gaussian模型，有机质、速效锌和水溶性氯符合J-Bessel模型，而速效钾的最优模型为Stable模型。一般认为，块金值/基台值<25 %，表示存在强烈空间相关性；块金值/基台值在25 %～75 %，表示存在中等空间相关性；块金值/基台值>75 %则空间相关性小[17]。由此说明，有效硼的空间变异性较大，由土壤结构因素决定，有机质、速效氮、速效磷、速效钾和有效锌由随机因素和结构性因素共同决定，pH值和水溶性氯人为施肥等操作影响较大。

表1 土壤养分特征描述统计

注：*表示呈显著性差异，**表示呈极显著性差异。

Note：*represents significant difference and **represents super significant difference.

由图2可知，双江县植烟区域土壤的养分空间分布情况为：有机质和有效锌含量整体适宜；速效氮含量大部分地区适宜，仅西北部和南部地区分别偏低；有效硼和水溶性氯分别在南部、北部地区，以及中部地区偏低，其它地方均较适宜；pH值、速效磷和速效钾大部分地区偏低，速效磷、速效钾分别在东部和西南地区较适宜。

2.3 植烟区域土壤基础生态位适宜度评价

2.3.1 数据标准化 烤烟生产提倡优质适产，土壤肥力要求适中，土壤pH值和各养分指标的最优值均在某区间，根据曲线函数将数据进行无量纲化处理[18]，标准化后值在[0,1]之间。根据各土壤养分指标与烟叶品质的关系，各指标标准化函数可分为抛物型和S型函数，具体的函数类型和指标范围[19-29]详见表3，其公式如下所示：

抛物型函数：

S型函数：

(2)

式中，x1、x2、x3、x4分别代表指标下限、上限、最优值下限、最优值上限，要求x1

表2 土壤养分半方差函数特征参数

图2 双江县植烟区域土壤养分的空间分布情况Fig.2 The spatial distribution of soil nutrient in Shuangjiang planting tobacco area

2.3.2 熵权法求权重 “熵权”理论是一种客观赋权方法，它借用信息论中熵的概念。它主要是根据各指标传递给决策者的信息量大小来确定其权数[30]。假设在m项指标、n个被评价对象的评价体系中，根据熵权法理论，由式(3)计算得第j项指标的熵值，由式(4)计算得j项指标的熵权(权重)[31]。

(3)

(4)

根据公式(3)、(4)，计算得到各土壤指标的权重，结果详见表4。土壤8项指标权重大小依次是速效氮(0.267)>速效钾(0.127)>有效接上(0.126)>pH值、速效磷(0.118)>有机质(0.088)>有效硼(0.078)>水溶性氯(0.073)，这与烤烟生产实际基本吻合。

表3 函数类型及指标阈值

表4 土壤肥力指标权重

图3 不同海拔土壤基础生态位适宜度分布情况Fig.3 Distribution of SBNF at different altitudes

2.3.3 土壤基础生态位适宜度评价 89个土壤样品经过标准化后构成89维生态向量，作为8项土壤评价指标的现实基础生态位，以及8个土壤因子的最适区间值，形成土壤最适基础生态位。参照聂艳等[15]的研究结果，计算土壤基础生态适宜度。

(5)

由图3可知，双江县植烟区域土壤基础生态位适宜度接近50 %的样品低于平均值(0.578)，整体生态位适宜度在中等水平。随着海拔高度的上升，土壤基础生态位适宜度是缓慢下降的，但两者间的相关性不显著(P>0.05)。通过系统聚类分析，双江县植烟区域土壤肥力可分为5个等级，主要集中在III类至V类，分别占27.0 %、39.3 %、21.4 %，II类的比例较低，10.1 %，I类仅2.2 %。I类土壤主要分布在1200～1400 m，II类和III类在1000～1200 m和>1400 m的海拔地区，IV类和V类在所有海拔梯度上(1000～2050 m)均有分布。

3 讨 论

在一定海拔范围内，双江县植烟区域土壤的有效锌与海拔高度呈显著性负相关，有机质、速效氮、速效磷、速效钾和有效硼呈显著性正相关；其中位数或平均值分别为1.17(0.90)mg/kg、(3.31±1.13) % 、(109.58±35.47) mg/kg、(23.57±18.44) mg/kg、(135.61+69.66) mg/kg、0.45(0.30) mg/kg。pH值和水溶性氯与海拔高度呈负相关，但相关性不显著，pH平均值为5.18±0.26，水溶性氯中位数为10.85(9.21) mg/kg。吕贻忠[32]、党坤良[33]、薛沛沛[14]、张春[34]等研究表明有机质、速效氮、速效磷、速效钾、有效硼与海拔呈高度相关，本研究与之相符。付彭辉[35]等研究发现有效锌与海拔高度呈显著正相关，本研究结果与之相反。这可能与研究的海拔高度及生态环境差异有关。双江县植烟区域土壤有机质含量普遍较高(平均值3.31 %)，有效锌易与有机化合物络合，形成较复杂的络合物被固定[1]，从而降低锌的有效性。

双江县植烟区域土壤基础生态位适宜度平均值为0.578±0.098，生态位适宜度属中等水平。双江县植烟土壤肥力可分5个等级，主要集中在III、IV、V类中低等级，占87.7 %，较高肥力等级的土壤较少，且主要集中在1000～1400 m；随着海拔高度的升高，土壤基础生态位适宜度有下降的趋势。在不同海拔梯度间均有各等级肥力土壤的分布，这可能是由于双江县不同乡镇所处的小尺度环境(地形、气候、人为因素)有差异，造成土壤肥力的不同。结合烤烟土壤养分指标阈值分析表明，双江县植烟区域土壤的有机质和速效氮偏高，速效磷、速效钾和有效锌丰富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低，这与杨美仙[36]等研究相符。因此，在双江县烤烟生产实际中，应注意控制氮肥的施用，同时建议适当增施氯肥和硼肥。

表5 双江植烟区域土壤肥力评价结果

4 结 论

双江县植烟区域土壤的有机质和速效氮偏高，速效磷、速效钾和有效锌丰富，有效硼和水溶性氯缺乏，pH值偏低；双江县土壤基础生态位适宜度和土壤肥力均属中等水平。

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