永州植烟土壤大量养分分布特征及聚类分析

张大纯，杨清林，张双双，贾少成，蒋尊龙，靳志丽*，王锡春

（1河南中烟工业有限责任公司，郑州450016；2山东中烟工业有限责任公司，济南250100；3湖南省烟草公司永州市公司，永州425000）

土壤养分是评价土壤肥力的重要指标［1］。诸多研究表明，植烟土壤养分供应水平影响烟草生长发育水平，进而影响烟叶的产量和品质［2～4］。其中氮、磷、钾大量养分是植物营养三要素，是决定烤烟产质量水平的关键因素［5］。

永州位于湖南省西南部，属于南岭丘陵区焦甜纯甜香型烤烟产区，是全国烤烟种植适宜区和优势区。土壤营养状况的调查和分析是烤烟平衡施肥的基础和关键［6］，继2000年第一次土壤养分普查后，永州市于2015年启动了第二次土壤普查，全面调查了植烟土壤养分丰缺状况并做出客观评价，以为本区烤烟配方施肥、特色优质烟叶区域优化布局提供基础支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料

2015年在永州市所有产烟县（宁远、新田、蓝山、江华、江永、道县、东安），以种烟村为单位采集代表性土壤样品689个，其中宁远193个、新田115个、蓝山80个、江华136个、江永55个、道县80个、东安30个。土壤样品的采集时间选在前茬作物收获后，烟草尚未施用底肥和移栽以前完成，同时避开降雨。在采样地块，GPS定位，采用“S”形或对角线取样法，多点取耕层0～20 cm深度的土壤样品，制成一个约1.0 kg的混合土样。土样登记编号后进行预处理，经风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备用。

1.2 测定方法

土壤全氮采用硫酸－硫酸钾－硫酸铜消煮、蒸馏滴定法测定；全磷采用氢氧化钠熔融、钼锑抗比色法测定；全钾采用氢氧化钠熔融、火焰光度法测定；碱解氮采用扩散法；有效磷采用碳酸氢钠浸提、钼锑抗比色法测定；速效钾采用醋酸铵浸提、火焰光度法测定。其具体测定方法参考文献［7］。

1.3 植烟土壤养分丰缺状况评价标准

参照罗建新等［8］建立的湖南省植烟土壤养分丰缺状况评价体系，同时结合烟区多年肥料试验结果，建立土壤养分分级标准。

1.4 试验数据分析方法

采用DPS统计软件和EXCEL进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤大量养分描述性评价

各指标均值均大于临界值，各指标数据离散程度由大到小依次为有效磷、速效钾、全磷、全氮、全钾、碱解氮（表1）。土壤有效磷和速效钾数据变异较大，数据分布范围分别为5.59～120.10 mg／kg和34～515 mg／kg。因此，施用磷、钾肥时，应因地制宜，合理施用。

表1 永州烟区土壤养分统计描述

2.2 植烟土壤养分现状分析

2.2.1 土壤全氮分布特征

土壤全氮含量是衡量土壤肥力的重要指标［9］。研究表明，成土母质和土地利用方式是土壤全氮空间变异的显著影响因子［10］。永州市土壤全氮含量总体水平较高，全氮含量水平较低的样本没有，中等水平的样本占比1.3%，较高和高水平的样本占比98.7%，较高和高水平样本比例从高到低依次为东安、道县、宁远、江华、新田、蓝山、江永（表2）。统计表明，各产区之间的土壤全氮含量达到了极显著差异，东安、蓝山全氮含量总体较高，与其它产区均达到了极显著差异水平，江永全氮含量相对较低，与大部分产区差异达极显著水平。

2.2.2 土壤碱解氮分布特征

土壤碱解氮受降雨量、海拔高度、质地、施肥等因素的影响，可作为当季烟草推荐施氮量的关键参考指标［5］。全市大部分样本土壤碱解氮处于中等和较高水平，占比80.9%，低水平的样本没有，中等及以上水平的样本比例从高到低依次为东安、蓝山、江华、宁远、新田、道县、江永（表3）。统计表明，各产区之间的土壤碱解氮含量达到了极显著差异，东安、蓝山全氮含量总体较高，与其它产区均达到了极显著差异水平，其它5个产区碱解氮含量差异不显著。

表3 永州烟区土壤碱解氮均值及各等级所占比例

2.2.3 土壤全磷分布特征

土壤磷素既是影响植物生长和土壤肥力的关键指标，也是调控土壤碳、氮生物化学循环过程的重要元素［11］。从表4可以看出，全市大部分样本土壤全磷含量各等级均占有一定比例，其中以含量中等和较高的样本比例较高，全市全磷含量中等及以上样本占比91.4%，各产区从高到低依次为新田、蓝山、江华、宁远、东安、江永、道县。统计结果表明，各产区土壤全磷含量达到了极显著差异，蓝山全磷含量总体较高，与其它产区均达到了极显著水平，道县、东安全磷含量相对较低，与大部分产区差异达极显著水平。

表4 永州烟区土壤全磷均值及各等级所占比例

2.2.4 土壤有效磷分布特征

土壤有效磷常作为土壤磷素用量的重要参考指标［5］。由表5可知，全市大部分样本土壤有效磷含量处于中等及以上水平，占比96.7%，较低含量水平的样本只占3.3%，低水平的没有。各产区中等及以上水平样本比例从高到低依次为江华、蓝山、道县、东安、新田、江永、宁远。统计结果表明，各产区之间的土壤有效磷含量达到了极显著差异，江华、蓝山有效磷含量总体较高，与其它产区均达到了极显著水平，其它5产区之间的差异不显著。

表5 永州植烟土壤有效磷均值及各等级所占比例

2.2.5 土壤全钾分布特征

土壤全钾含量取决于成土母质风化程度、土壤质地和耕作措施，反映土壤钾素贮量状况［12］。由表6可以看出，全市土壤样本全钾含量各级别均占有一定比例，其中以含量中等样本比例较高，含量较低和较高样本也占有一定比例，含量处于高级别的样本比例较小。全市全钾含量中等及以上样本占比82.3%，各产区从高到低依次为东安、江华、蓝山、江永、道县、新田、宁远。统计结果表明，各产区之间的土壤全钾含量达到了极显著差异，东安、江华全钾含量总体较高，与大多数产区差异达极显著水平，其它5产区全钾含量差异不显著。

表6 永州植烟土壤全钾均值及各等级所占比例

2.2.6 土壤速效钾分布特征

表7显示全市土壤速效钾含量分布范围较宽，变异较大，各含量等级均有一定比例分布，其中以较低、中等和较高三个级别所占比例相对较高，中等及以上水平样本占比59.2%，各产区这一比例从高到低依次为蓝山、宁远、新田、江华、东安、道县、江永。统计结果表明，各产区之间的土壤速效钾含量达到了极显著差异，蓝山速效钾含量总体较高，与其它产区均达极显著水平，其它6产区速效钾含量差异不显著。

表7 永州植烟土壤速效钾均值及各等级所占比例

2.3 各产区土壤大量养分聚类分析

将各乡镇植烟土壤大量养分进行中间距离法系统聚类分析，得到78个主要产烟乡镇土壤大量养分聚类图（图1），可将产烟乡镇分为5种类别（表8）。第Ⅰ类别：全氮高、全磷中、全钾中、碱解氮较高、有效磷高、速效钾中。第Ⅱ类别：全氮高、全磷较高、全钾中、碱解氮高、有效磷高、速效钾中。第Ⅲ类别：全氮高、全磷中、全钾中、碱解氮中、有效磷较高、速效钾较低。第Ⅳ类别：全氮高、全磷较高、全钾中、碱解氮较高、有效磷高、速效钾较高。第Ⅴ类别：全氮高、全磷较高、全钾中、碱解氮较高、有效磷高、速效钾高。对各类别统计分析表明，全磷、碱解氮、有效磷、速效钾在类别之间的差异达显著水平，全氮、全钾在各类别之间差异不显著。

表8 各类别土壤大量元素含量比较

3 结论及施肥策略

永州烟区土壤全氮含量丰富，碱解氮中等或较高，土壤潜在供氮能力强，当季供氮水平比较充足；土壤全磷大多数中等及较高，速效磷绝大多数中等或较高，磷贮存量和供应能力比较适宜；土壤全钾及速效钾分布范围较宽，40%以上的土壤速效钾含量不足，土壤钾贮存和供应能力相对不足。

聚类分析将永州土壤大量养分分为五大类型，五种类型土壤应根据其养分含量，因地制宜合理施肥。

根据永州各烟区土壤养分特征和分区类型，推荐施肥策略为：烟田氮肥用量应控制在127.5～150 kg／hm2；推荐氮磷比 1∶0.8～1；适当增加钾肥用量，推荐氮钾比1∶2.5～3。速效氮较高以上水平烟田，N用量127.5～135.0 kg／hm2；速效氮中等水平烟田，N用量142.5 kg／hm2左右；速效氮较低水平烟田，N用量约150 kg／hm2。根据各类别区氮肥用量和氮磷、氮钾比例，确定磷、钾肥用量。