沈玉葉， 張忠啟 *， 王美艷， 史學(xué)正， 孫維俠， 張 龍， 劉燕翔， 楊莎莎

(1.江蘇師范大學(xué) 地理測(cè)繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院， 江蘇 徐州 221116； 2.中國(guó)科學(xué)院 南京土壤研究所/土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210008； 3.貴州省煙草公司 畢節(jié)市公司， 貴州 畢節(jié) 551713)

土壤酸堿度(pH)是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)于提高土壤肥力、改善土壤理化性質(zhì)具有重要作用[1]。在煙草種植地區(qū)，土壤pH對(duì)土壤養(yǎng)分的形成、轉(zhuǎn)化和有效性產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響煙草生長(zhǎng)發(fā)育及煙葉品質(zhì)[2-3]，研究植煙區(qū)土壤pH與養(yǎng)分的關(guān)系具有現(xiàn)實(shí)意義。許自成等[4]分析了湖南植煙區(qū)土壤pH分布特點(diǎn)及其與土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系。歐陽(yáng)磊等[5]研究了云南沾益植煙區(qū)土壤pH分布特征及其與土壤養(yǎng)分含量的關(guān)系。而不同植煙區(qū)土壤的理化性狀不同，土壤pH與養(yǎng)分含量之間的關(guān)系存在較大差異[6-7]。此外，隨著自然條件和人為管理措施的不斷變化，也可導(dǎo)致植煙土壤pH和養(yǎng)分均可發(fā)生較大的改變，應(yīng)及時(shí)掌握植煙區(qū)土壤特性的最新演變狀況[8-9]。貴州省是我國(guó)重要的煙草種植區(qū)之一，而畢節(jié)市是貴州省的主要煙草產(chǎn)區(qū)之一。符云鵬等[10]研究了畢節(jié)植煙區(qū)土壤pH分布狀況及與土壤養(yǎng)分的關(guān)系。張友杰等[11]分析了畢節(jié)植煙區(qū)主要土壤類(lèi)型養(yǎng)分特征。王鑫等[12]研究了畢節(jié)市植煙土壤耕層厚度的空間分布與地形因子相關(guān)性。申玲等[13]分析了畢節(jié)地區(qū)4大類(lèi)型土壤的養(yǎng)分含量及土壤C/N值。但關(guān)于土壤pH與土壤養(yǎng)分含量關(guān)系的相關(guān)研究相對(duì)缺乏。為此，利用貴州省畢節(jié)植煙區(qū)的2018年土壤調(diào)查采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)性和灰色關(guān)聯(lián)度方法分析土壤的pH分布特征及與主要養(yǎng)分含量之間的量化關(guān)系，旨在揭示影響煙草生長(zhǎng)的主要土壤障礙因素，以期為畢節(jié)植煙區(qū)土壤管理措施的制定及生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

畢節(jié)市位于貴州省西北部(E105°36′～106°43′，北緯N26°21′～27°46′)，總面積為2.69×104km2，下轄七星關(guān)、大方、黔西、金沙、織金、納雍、威寧和赫章8個(gè)縣區(qū)。地處滇東高原向黔中山原過(guò)渡地帶斜坡，地勢(shì)呈西高東低，平均海拔1 400 m。全市屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，降雨量較為充沛，年均降水量849～1 399 mm，各區(qū)縣年均溫10～15℃，年日照時(shí)數(shù)1 096～1 769 h，無(wú)霜期245～290 d。該地區(qū)屬于典型的巖溶山區(qū)，地形復(fù)雜，土壤類(lèi)型多樣，主要包括黃壤、黃棕壤、石灰土、紫色土和粗骨土等[12-13]。畢節(jié)市以煙草種植為主，其他農(nóng)作物主要有水稻、小麥和大豆等。

1.2 材料

土壤樣品共計(jì)985個(gè)，來(lái)源于貴州省畢節(jié)植煙區(qū)2018年土壤調(diào)查采樣數(shù)據(jù)。分別采自威寧縣(537個(gè))、大方縣(125個(gè))、赫章縣(67個(gè))、金沙縣(40個(gè))、納雍縣(70個(gè))、黔西縣(77個(gè))、織金縣(21個(gè))和七星關(guān)區(qū)(48個(gè))，各采樣點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

1.3 方法

1.3.1 土樣采集 在每個(gè)樣點(diǎn)30 m范圍內(nèi)的5個(gè)位置取土，經(jīng)混合后用四分法取1 000 g作為該樣點(diǎn)的土壤樣品。調(diào)查采樣于2018年10月進(jìn)行，采樣時(shí)利用GPS定位儀記錄采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度和海拔，并記錄各采樣點(diǎn)的土壤類(lèi)型、地形地貌等相關(guān)環(huán)境信息。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定 測(cè)定指標(biāo)包括pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀，按照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法進(jìn)行測(cè)定[13-14]。其中，土壤pH采用pH計(jì)法(水土比為1∶2.5)；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀滴定法測(cè)定；土壤堿解氮、速效磷和速效鉀分別采用堿解擴(kuò)散法、鹽酸-氟化銨-鉬銻抗比色法和乙酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.3.3 土壤pH和主要養(yǎng)分的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)畢節(jié)植煙區(qū)土壤pH的已有研究結(jié)果[15-17]結(jié)合其煙草種植情況，將土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量水平劃分為極低、偏低、適宜、偏高和極高5個(gè)等級(jí)(表1)。

表1 植煙土壤pH和主要養(yǎng)分適宜性等級(jí)劃分

1.3.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析 灰色關(guān)聯(lián)分析法(GRA)是建立在灰色系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上的一種定量評(píng)價(jià)方法，根據(jù)評(píng)價(jià)因素之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度衡量評(píng)價(jià)因素之間的關(guān)聯(lián)程度[18]。按照該方法原理，將植煙土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量作為一個(gè)灰色系統(tǒng)，設(shè)土壤pH為參考數(shù)列X0，其他4個(gè)參數(shù)設(shè)為比較數(shù)列Xi，Xi與土壤pH的關(guān)聯(lián)系數(shù)〔ξi(k)〕和各因素的關(guān)聯(lián)度(ri)計(jì)算公式如下：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS 20.0對(duì)土壤pH及有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷及速效鉀4種土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與單因素方差分析和相關(guān)性分析，利用DPS 7.05對(duì)pH和土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析[19-21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 畢節(jié)植煙區(qū)及其各區(qū)域土壤pH的變化特征

從表2看出，畢節(jié)植煙區(qū)及各區(qū)域土壤pH的變化特征。畢節(jié)植煙土壤pH總體變幅為3.84～8.88，平均6.34，變異系數(shù)為0.18，波動(dòng)性不大，變異幅度較小，處于適宜烤煙種植范圍。從樣品數(shù)量不同等級(jí)占比看，極低、偏低、適宜、偏高和極高分別占13.30%、14.72%、25.48%、12.99%和33.50%。其中，較適宜等級(jí)(5.0織金縣>赫章縣>黔西縣>納雍縣>七星關(guān)區(qū)>威寧縣>大方縣，變異系數(shù)為0.11～0.18，依次為威寧縣=大方縣>七星關(guān)區(qū)>赫章縣>金沙縣>納雍縣>黔西縣>織金縣。處于較適宜(5.07.0的比例較高，其中赫章縣和金沙縣的分別達(dá)40.30%和55.00%。說(shuō)明，這2個(gè)縣堿性土壤比例較高，可對(duì)煙株的根系發(fā)育造成不利影響，因此在施肥時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)措施調(diào)節(jié)土壤酸堿度，確保土壤pH保持在煙株生長(zhǎng)的適宜水平。

表2 畢節(jié)植煙區(qū)及其各區(qū)域土壤pH的變化特征

2.2 畢節(jié)植煙區(qū)不同土壤類(lèi)型pH的差異

從表3可知，畢節(jié)植煙區(qū)潮土、粗骨土、黃壤、黃棕壤、石灰土和紫色土各類(lèi)型土壤pH的變化。pH平均為6.02～6.62，依次為潮土>石灰土>紫色土>黃壤>黃棕壤>粗骨土，潮土與石灰土顯著高于粗骨土和黃棕壤，潮土/黃壤/石灰土/紫色土間和粗骨土/黃壤/黃棕壤間差異均不顯著。變異系數(shù)為14.91%～20.70%，依次為粗骨土>黃棕壤>石灰土>黃壤>紫色土>潮土。潮土pH較高是因?yàn)槠涑赏聊纲|(zhì)為河流沖積土，多分布在河流谷地，加上其結(jié)構(gòu)和通透性好，地下水補(bǔ)給條件較好，通常pH較接近中性。粗骨土pH較低是因?yàn)槠渫翆訙\薄，富含巖石碎屑，加上該地區(qū)較為濕熱，有機(jī)質(zhì)分解強(qiáng)烈，風(fēng)化產(chǎn)物和成土產(chǎn)物的分解和淋溶程度高，因此土體呈弱酸性。

表3 畢節(jié)植煙區(qū)不同土壤類(lèi)型pH的變化特征

2.3 畢節(jié)植煙區(qū)土壤主要養(yǎng)分含量的變化

從表4看出，畢節(jié)植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的平均含量分別為28.36 g/kg、122.75 mg/kg、32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，變異系數(shù)分別為33.92%、27.68%、59.86%和49.21%，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀均屬于偏高等級(jí)。變異系數(shù)，土壤速效磷最高，為59.86%；速效鉀其次，為49.21%；堿解氮最低，為27.68%，畢節(jié)植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的變異程度均屬于中等變異。

表4 畢節(jié)植煙區(qū)土壤主要養(yǎng)分含量的變化

2.4 畢節(jié)植煙區(qū)土壤pH與主要養(yǎng)分的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)度

從表5可知，植煙土壤pH與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)度的變化。相關(guān)性，pH與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的相關(guān)系數(shù)分別為0.10、-0.28、-0.34和 0.03，pH與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與速效鉀呈正相關(guān)；與堿解氮和速效磷呈極顯著呈負(fù)相關(guān)。關(guān)聯(lián)度，pH與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.72、0.70、0.71和 0.76，關(guān)聯(lián)度依次為速效鉀>有機(jī)質(zhì)>速效磷>堿解氮，這表明土壤速效鉀對(duì)土壤pH的影響較為敏感，與胡國(guó)松[1]的研究結(jié)果一致。

表5 土壤pH與主要養(yǎng)分的相關(guān)性及關(guān)聯(lián)度

2.5 畢節(jié)植煙區(qū)土壤pH對(duì)主要養(yǎng)分的影響

從表6看出，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀在極低(pH<5.0)、偏低(pH 5.0～5.5)、適宜(pH 5.5～6.5)、偏高(pH 6.5～7.0)和極高(pH>7.0)不同等級(jí)pH下的含量變化。

2.5.1 有機(jī)質(zhì) 不同等級(jí)pH下的含量為25.30～29.34 g/kg，平均28.05 g/kg，依次為極高>偏低>適宜>偏高>極低，極低等級(jí)顯著低于其余等級(jí)，其余等級(jí)間差異不顯著。當(dāng)土壤pH>7.0時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，原因是當(dāng)土壤堿性大時(shí)煙草根系活性和土壤微生物的活動(dòng)程度顯著下降，從而影響土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率，利于有機(jī)質(zhì)的積累。

2.5.2 堿解氮 不同等級(jí)pH下的含量為111.99～138.81 mg/kg，平均124.98 mg/kg，依次為偏低>極低>適宜>偏高>極高，偏低等級(jí)顯著高于除極低等級(jí)外的其余等級(jí)；偏高等級(jí)和極高等級(jí)間差異不顯著，二者均顯著低于適宜等級(jí)和極低等級(jí)；當(dāng)土壤pH為5.0～5.5時(shí)，土壤堿解氮含量最高，是由于土壤處在微酸的環(huán)境中，H-與NH+競(jìng)爭(zhēng)性增強(qiáng)，導(dǎo)致煙草根系對(duì)氮的吸收受到競(jìng)爭(zhēng)性抑制，從而對(duì)氮的吸收量減少，使得土壤中堿解氮的含量較高，當(dāng)土壤pH變高時(shí)則增加氮的吸收量，土壤堿解氮的含量則相應(yīng)地下降。

2.5.3 速效磷 不同等級(jí)pH下的含量為25.45～44.57 mg/kg，平均34.09 mg/kg，依次為極低>偏低>適宜>偏高>極高，極低等級(jí)顯著高于其余等級(jí)，偏低等級(jí)與適宜等級(jí)差異顯著，偏高等級(jí)和極高等級(jí)間差異不顯著，二者均顯著低于其余等級(jí)。當(dāng)pH<5.0時(shí)，土壤速效磷的含量最高，且隨著土壤pH的增大，土壤速效磷的含量呈下降趨勢(shì)，是因?yàn)楦遬H土壤中磷素的礦化速率較快，使得土壤中磷的含量降低。

2.5.4 速效鉀 不同等級(jí)pH下的含量為233.93～272.34 mg/kg，平均259.93 mg/kg，依次為適宜>偏高>偏低>極高>極低，適宜等級(jí)和偏高等級(jí)顯著高于極低等級(jí)，極低/偏低/極高間和偏低/適宜/偏高/極高間差異均不顯著。當(dāng)pH<5.0時(shí)，土壤速效鉀含量最低，其原因是土壤pH過(guò)低時(shí)，土壤鉀素容易流失，造成煙株可利用的土壤鉀素減少，而隨著pH的增大，土壤膠體對(duì)鉀離子的吸附量隨之提高，從而增加土壤鉀含量。

表6 土壤pH各等級(jí)主要養(yǎng)分的含量

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，畢節(jié)植煙土壤pH總體呈弱酸性，變幅為3.84～8.88，平均6.34，處于較適宜烤煙種植范圍，與闕勁松等[22]研究的云南植煙土壤pH相近。參照霍沁建等[15-17, 23-24]的研究結(jié)果，畢節(jié)植煙區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀的平均含量均屬于偏高等級(jí)，其變異程度均屬于中等變異。其中，有機(jī)質(zhì)含量均值為28.36 g/kg，較劉建峰等[25]在云南羅平縣植煙土壤的研究結(jié)果略低；堿解氮含量均值為122.75 mg/kg，與劉剛等[26]在湖北宜昌市植煙區(qū)的研究結(jié)果相近；土壤速效磷和土壤速效鉀含量均值分別為32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，其速效磷含量與張曉亮等[27]在湖北十堰市秦巴山植煙區(qū)的研究結(jié)果相近；而土壤速效鉀含量顯著高于李曉婷等[28]對(duì)云南植煙區(qū)的研究結(jié)果。土壤pH與速效鉀的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大(0.76)，關(guān)聯(lián)度依次速效鉀>有機(jī)質(zhì)>速效磷>堿解氮，表明土壤速效鉀對(duì)土壤pH的影響較為敏感。胡國(guó)松[1]認(rèn)為，pH對(duì)土壤鉀素影響較大，土壤鉀素在土壤pH較低時(shí)容易流失，造成煙株可利用的鉀減少。

研究結(jié)果表明，pH處于較適宜(5.0～7.0)水平的比例為53.19%；處于偏酸(pH<5.0)和偏堿(pH>7.0)等級(jí)的比例分別為13.30%和33.50%。各縣區(qū)中，金沙縣的土壤pH最大(6.87)，大方縣的pH最小(6.02)；各土壤類(lèi)型中，潮土pH最大(6.62)，而粗骨土pH最小(6.02)。土壤pH與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與堿解氮和速效磷呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤pH與速效鉀的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大(0.76)，說(shuō)明速效鉀含量與土壤pH的高低存在密切關(guān)系，土壤pH與主要養(yǎng)分的關(guān)聯(lián)度依次為速效鉀>有機(jī)質(zhì)>速效磷>堿解氮。表明，土壤速效鉀對(duì)土壤pH的影響較為敏感。當(dāng)pH處于較適宜烤煙生長(zhǎng)范圍時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效鉀含量均較高，可為畢節(jié)煙區(qū)烤煙生長(zhǎng)提供良好的土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力。