張建東 郭全忠 周飛 楊帥 徐非 雒昆利

摘要：為研究旬陽市植煙土壤主要肥力指標(biāo)水平、空間分布特征及綜合適宜性，采集125 份土壤樣本，檢測pH、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)、主成分分析法、聚類分析法、土壤肥力指標(biāo)法對土壤主要肥力指標(biāo)含量、分布特征和適宜性進(jìn)行評價。結(jié)果表明，旬陽市土壤pH 值在5.52～7.23，空間分布整體以中性偏弱堿為主，適宜區(qū)主要分布于東部、南部和西部，面積占66.52%；堿解氮含量在6～536 mg/kg，平均值為100.92 mg/kg，空間分布整體偏低，偏低區(qū)面積占81.95%，適宜區(qū)面積占17.51%，成斑塊狀主要分布于西部、中南部和東部；有效磷含量在5.87～743.06 mg/kg，平均值為46.01 mg/kg，空間分布整體偏高，偏高區(qū)面積占98.4%，適宜區(qū)分布于西部和中部，面積占1.48%；有機(jī)質(zhì)含量在1.61～30.16 g/kg，平均值為11.61 g/kg，空間分布整體偏低，含量很低面積占40.58%，適宜區(qū)面積占0.27%，主要以斑點(diǎn)狀分布；速效鉀含量在2～542 mg/kg，平均值為162.72 mg/kg，空間分布以適宜和偏低為主，適宜區(qū)分布于北部及東南部，面積占51.14%。旬陽市植煙土壤適宜性等級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，分別占1.68%、89.07%、9.52%，土壤肥力屬于偏上水平，適宜煙草種植；在種植過程中應(yīng)遵循“控磷，固鉀、補(bǔ)氮、補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)”的原則，精準(zhǔn)合理調(diào)整施肥比例，注重腐熟有機(jī)肥和氮肥的施用，控制磷肥的使用。

關(guān)鍵詞：植煙區(qū)；土壤肥力；模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)；主成分分析法；聚類分析法；空間分布；適宜性；旬陽市

中圖分類號：S158 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002?2481（2023）03?0293?06

土壤肥力安全影響著糧食、水資源、生態(tài)環(huán)境安全，對社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要影響，土壤養(yǎng)分含量水平和空間分布對農(nóng)作物生長的數(shù)量和質(zhì)量有決定性的影響。在我國，煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，土壤肥力指標(biāo)的水平對煙草的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響，適宜的土壤養(yǎng)分條件是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的重要基礎(chǔ)[1-4]，同時施肥水平對植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量狀況會產(chǎn)生影響[5]。所以，準(zhǔn)確分析植煙區(qū)土壤養(yǎng)分含量水平和空間分布狀況，精準(zhǔn)配方平衡施肥才能保證土壤養(yǎng)分的有效供給，改善煙葉品質(zhì)，提高煙葉生產(chǎn)整體水平[6]。旬陽市是陜西省煙葉主產(chǎn)區(qū)，隸屬于長江中上游植煙區(qū)，經(jīng)過多年的種植和發(fā)展，烤煙業(yè)已成為當(dāng)?shù)氐闹鲗?dǎo)產(chǎn)業(yè)之一[7]，但是由于旬陽市多以山地為主，土壤肥力分布不均，精準(zhǔn)施肥技術(shù)水平較低，導(dǎo)致烤煙業(yè)收益較低。

本研究在旬陽市采集植煙區(qū)土壤樣本，檢測土壤中pH 值、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量，采用GIS 方法繪制植煙土壤主要肥力指標(biāo)空間分布圖，運(yùn)用土壤肥力指標(biāo)法（Soil fertility index，SFI）對旬陽市植煙區(qū)土壤適宜性進(jìn)行綜合評價，為制定科學(xué)精準(zhǔn)的施肥方案，合理布局煙草種植，有效提高種煙農(nóng)戶收益提供參考。

1材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

旬陽市位于陜西省安康市北部，介于103°58?～109°48?E、32°29?～33°13?N，總面積3 554 km2，下轄21 個鎮(zhèn)。漢江自西向東把旬陽市劃分為南北兩大自然區(qū)，地勢呈南北高中間低，海拔185～2 358 m，以山地地貌為主，并伴有丘陵、河谷，溝壑分布。氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年均降水量805 mm，年均氣溫15.9 ℃，溫暖濕潤，四季分明，冬季最低氣溫小于0 ℃的日數(shù)達(dá)39 d，極端最高氣溫43.1 ℃，日照最少為2 月，僅103.9 h，7 月最多為212.7 h，平均初霜期出現(xiàn)在11 月中旬，終霜期在3 月中旬初，平均無霜期261 d。市內(nèi)農(nóng)作物29 類385 個品種，中藥材496 種，是國際型優(yōu)質(zhì)烤煙基地，煙草種植面積5 500 hm2，特色農(nóng)副產(chǎn)品獅頭柑、櫻桃、核桃、柿子、拐棗、花椒、油桐等富有勝名。

1.2 樣品采集與檢測

在旬陽市植煙區(qū)采集土壤樣品125 份（圖1），采用梅花布點(diǎn)法采集土壤混合樣，每個混合樣都以一個中心10 m 范圍按照S 形取5 個小樣組合而成，在各點(diǎn)取0～20 cm 土壤，取得的土壤充分混合按四分法取300～500 g。在實(shí)驗(yàn)室按文獻(xiàn)[8]的方法檢測土壤樣品pH 值、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 植煙土壤養(yǎng)分分析

植煙土壤主要肥力指標(biāo)分級如表1 所示。

參照文獻(xiàn)[9-10]制定的中國植煙土壤養(yǎng)分評價標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)植煙區(qū)土壤肥力指標(biāo)綜合評價研究，確定研究區(qū)植煙土壤主要肥力指標(biāo)豐缺評價體系（表1）。運(yùn)用ArcGIS 10.5 軟件進(jìn)行地統(tǒng)計學(xué)分析，按照確定的評價分類體系，采用反距離權(quán)重插值法繪制旬陽市植煙土壤主要肥力指標(biāo)含量空間分布圖[11-12]。

1.4 植煙土壤肥力綜合評價

采用土壤肥力指標(biāo)法（Soil fertility index，SFI）對旬陽市植煙土壤主要肥力指標(biāo)進(jìn)行綜合評價[9-10]，利用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)公式計算各指標(biāo)的隸屬度值[13]，主要有拋物線型（公式（1））和S 型（公式（2））隸屬函數(shù)。

各主要肥力指標(biāo)數(shù)據(jù)的隸屬度主成分分析、累計方差貢獻(xiàn)率計算在SPSS 中完成[14]，再確定各指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)公式（3）對植煙土壤主要肥力指標(biāo)進(jìn)行適宜性評分，最后對評分進(jìn)行聚類分析，以4 個界限（0.8、0.6、0.4、0.2）將其分為5 類不同等級的土壤[1，13]：Ⅰ . 較高（SFI≥0.8）；Ⅱ . 高（0.6≥SFI<0.8）；Ⅲ . 中等（0.4≥SFI<0.6）；Ⅳ . 低（0.2≥SFI<0.4）；Ⅴ . 較低（SFI<0.2）。

2結(jié)果與分析

2.1 植煙土壤主要肥力指標(biāo)含量特征

依據(jù)植煙土壤主要肥力指標(biāo)豐缺評價體系（表1），統(tǒng)計旬陽市植煙區(qū)土壤pH 值、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量和分級特征（表3）。

由表3 可知，土壤pH 值在5.52～7.23，均值6.85，標(biāo)準(zhǔn)差0.39，變異系數(shù)5.69%，變化不大。土壤pH 值樣本處于適宜水平占56.8%，偏高占43.2%，沒有≤5.0、≥7.5 的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性土壤，整體以中性偏弱堿為主，適宜煙草種植。土壤堿解氮含量在6.00～536.00 mg/kg，均值為100.92 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為68.51 mg/kg，變異系數(shù)為67.88%，中等變異。處于適宜水平樣本占24.8%，偏低占68.0%，偏高占7.2%，其中，23.2% 樣本含量很低，土壤堿解氮含量整體處于中等偏低水平。土壤有效磷含量在5.87～743.06 mg/kg，均值為46.01 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為66.91 mg/kg，變異系數(shù)145.45%，變異程度強(qiáng)。處于適宜水平樣本占14.4%，低占3.2%，偏高占82.4%，含量很高占56.8%，無含量很低樣本，土壤有效磷含量整體處于偏高水平。土壤有機(jī)質(zhì)含量在1.61～30.16 g/kg，均值為11.61 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為6.30 g/kg，變異系數(shù)54.26%，弱變異。處于適宜范圍樣本占3.2%，96.8% 有機(jī)質(zhì)含量偏低，其中，76.0% 有機(jī)質(zhì)含量很低，土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于缺乏水平。土壤速效鉀含量在2.00～542.00 mg/kg，平均值為162.72 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為104.47 mg/kg，變異系數(shù)64.2%，中等變異。處于適宜范圍樣本占24.0%，偏低占58.4%，偏高占17.6%，其中，含量很低占21.6%，很高占7.2%，土壤速效鉀含量整體處于中等偏低水平。

2.2 植煙土壤主要肥力指標(biāo)空間分布特征

用ArcGIS 10.5 軟件繪制旬陽市植煙土壤主要肥力指標(biāo)含量空間分布圖，對土壤pH 值、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)和速效鉀空間分布特征進(jìn)行分析（圖2）。

土壤pH 值分布較為均勻，整體以中性偏弱堿為主，適宜區(qū)主要分布于東部、南部和西部，面積占66.52%，偏高區(qū)主要分布于西北部和中部，面積占33.48%。土壤堿解氮含量空間分布整體偏低，偏低區(qū)面積占81.95%，其中10.85% 面積含量很低，主要分布于中北部紅軍鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)、關(guān)口鎮(zhèn)、構(gòu)元鎮(zhèn)；適宜區(qū)面積占17.51%，成斑塊狀主要分布于西部、中南部和東部；偏高區(qū)呈點(diǎn)狀分布于趙灣鎮(zhèn)、白柳鎮(zhèn)、呂河鎮(zhèn)、棕溪鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)，面積占0.54%。最小值6 mg/kg 位于雙河鎮(zhèn)，最大值536 mg/kg 位于神河鎮(zhèn)。土壤有效磷含量空間分布整體偏高，偏高區(qū)面積占98.4%，其中含量很高面積占82.86%；適宜區(qū)分布于西部和中部，面積占1.48%；偏低區(qū)面積很小，占0.12%，也分布于西部和北部。有效磷最小值（5.87 mg/kg）位于石門鎮(zhèn)，有效磷最大值（743.06 mg/kg）位于銅錢關(guān)鎮(zhèn)。土壤有機(jī)質(zhì)含量空間分布整體偏低，偏低區(qū)面積占99.73%，其中40.58% 面積很低；適宜區(qū)面積占0.27%，主要以斑點(diǎn)狀分布于甘溪鎮(zhèn)、蜀河鎮(zhèn)、仙河鎮(zhèn)和棕溪鎮(zhèn)。有機(jī)質(zhì)最小值（1.61 g/kg）位于棕溪鎮(zhèn)，有機(jī)質(zhì)最大值（30.16 g/kg）位于蜀河鎮(zhèn)。土壤速效鉀含量空間分布以適宜和偏低為主，適宜區(qū)分布于北部及東南部，面積占51.14%；偏低區(qū)分布于南部，面積占42.92%，其中很低區(qū)占1.58%；偏高區(qū)以斑塊狀分布于北部和東南部，面積占5.95%，其中很高區(qū)占0.94%。速效鉀最小值（2 mg/kg）位于棕溪鎮(zhèn)，速效鉀最大值（542 mg/kg）位于城關(guān)鎮(zhèn)。

2.3 植煙土壤肥力綜合評價

采用SFI 對旬陽市植煙土壤進(jìn)行綜合評價，評價因子為土壤pH、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)和速效鉀。對照表2 確定各肥力指標(biāo)閾值隸屬度函數(shù)類型：土壤pH、堿解氮、有機(jī)質(zhì)使用拋物線型隸屬度函數(shù)，土壤有效磷、速效鉀使用S 型隸屬度函數(shù)。

在SPSS 中對各肥力指標(biāo)隸屬度進(jìn)行主成分分析，如表4 所示，前4 主成分包含了原始數(shù)據(jù)88.341% 的信息。根據(jù)主成分分析結(jié)果，計算旬陽市植煙土壤主要肥力指標(biāo)的權(quán)重（表5），土壤主要肥力指標(biāo)權(quán)重由高到低排序?yàn)椋簆H、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、堿解氮。

根據(jù)表5 各土壤主要肥力指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用公式（3）計算旬陽市土壤適宜性，并進(jìn)行空間插值分析。SFI 均值0.67，標(biāo)準(zhǔn)差0.07，變異系數(shù)10.61%，呈弱變異，說明旬陽市土壤整體質(zhì)量差距不大。如圖3所示，全市植煙土壤適宜性等級為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級，分別占1.68%、89.07% 和9.52%，無Ⅳ和Ⅴ級分布，土壤肥力屬于偏上水平，適宜煙草種植。Ⅱ級主要分布于中部、西部，Ⅰ級主要分布于仁河口鎮(zhèn)、小河鎮(zhèn)、趙灣鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)、仙河鎮(zhèn)、棕溪鎮(zhèn)、神河鎮(zhèn)。

3結(jié)論與討論

本研究表明，旬陽市土壤pH 整體以中性偏弱堿為主，偏高區(qū)分布于西北部和中部，面積占33.48%。偏高區(qū)可采取添加少量生理酸性肥料、深耕曬垡、秸稈還田等措施來增加土壤腐植酸含量，降低土壤pH 值[15-16]。土壤堿解氮含量整體偏低，10.85% 面積含量很低，主要分布于中北部紅軍鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)、關(guān)口鎮(zhèn)、構(gòu)元鎮(zhèn)。在偏低區(qū)烤煙種植當(dāng)季應(yīng)注重施加氮肥，以補(bǔ)充土壤堿解氮含量。有效磷含量整體偏高，含量很高面積占82.86%。土壤有效磷過高會影響煙葉香味[17-18]，應(yīng)控制磷肥的施用量。有機(jī)質(zhì)含量整體偏低，40.58% 面積含量很低。在偏低區(qū)可施加腐熟有機(jī)肥，以增加土壤有機(jī)質(zhì)和腐植酸含量，進(jìn)而促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，吸附礦質(zhì)養(yǎng)分元素，提高有機(jī)質(zhì)含量。速效鉀含量以適宜和偏低為主，偏低區(qū)分布于南部，面積占42.92%。在偏低區(qū)可適當(dāng)增施鉀肥，補(bǔ)充水淋流失的鉀素。另外，本研究針對植煙土壤，且采樣土壤也均為植煙地塊，但使用ArcGIS 插值時沒有考慮各地具體的種植作物，使得本研究所得結(jié)論可能會與實(shí)際生產(chǎn)狀況有所出入。

全市植煙土壤適宜性等級為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級，分別占1.68%、89.07% 和9.52%，無Ⅳ 和Ⅴ 級分布，土壤肥力屬于偏上水平，適宜煙草種植。Ⅱ級主要分布于中部、西部，Ⅰ級主要分布于仁河口鎮(zhèn)、小河鎮(zhèn)、趙灣鎮(zhèn)、城關(guān)鎮(zhèn)、雙河鎮(zhèn)、仙河鎮(zhèn)、棕溪鎮(zhèn)、神河鎮(zhèn)。按照旬陽市土壤肥力現(xiàn)狀來看，應(yīng)該遵循“控磷，固鉀、補(bǔ)氮、補(bǔ)充有機(jī)質(zhì)”的原則，精準(zhǔn)合理調(diào)整施肥比例，注重腐熟有機(jī)肥和氮肥的施用，控制磷肥的使用[19-22]，改善土壤肥力狀況，提高煙葉品質(zhì)，增加植煙農(nóng)戶收益。

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