施甸烟区植烟土壤肥力适宜性评价
2014-03-22龚加利李发平苏仕开苏德艳张儒和何在敏谢慧玲刘洪华
龚加利+李发平+苏仕开+苏德艳+张儒和+何在敏+谢慧玲+刘洪华
摘 要：该文对在2003-2013年间施甸县1 225个土壤样品的9项指标进行了测试分析，并利用模糊数学原理和多元统计方法进行了综合评价。结果表明：全县土壤肥力存在较大差异，甚至有的土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、水溶性氯极度缺乏；全县土壤肥力综合指标值平均为0.623，变幅为0.199～0.928，变异系数为19.74%，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级土壤所占比例分别为16.08%、54.04%、27.02%、2.86%，水长、仁和的Ⅰ～Ⅲ级土壤达100%。因此，施甸烟区在足量施用有机肥的基础上，控氮，增磷钾，补施氯硼锌，以实现烟区土壤养分平衡。
关键词：烤烟；模糊数学；多元统计；土壤肥力；综合指标值
中图分类号 S157.4 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）05-61-03
土壤养分是土壤肥力的基础，直接影响烟草生长发育的营养水平，进而影响烟叶的产量和品质，因此，优质烟叶的生产与土壤养分存在密切的联系[1-3]。植烟土壤肥力适宜性评价是指通过对区域内各土壤养分的综合评价来确定其对烤烟种植的适宜程度[4]。由于土壤类型的多样性及所处地域的差异，关于土壤肥力参评因素的选择、各因素的分级标准及其权值的确定等问题，目前尚无公认的、统一的标准[5]。因此，如何做到科学、合理地评价烤烟产区的土壤肥力，对指导烟叶生产具有重要意义。本文笔者结合模糊数学原理与多元统计方法对施甸烟区的土壤养分状况进行了综合评价，旨在为该区土壤的科学施肥提供理论依据，同时为植烟土壤改良、种植区域规划、烟区合理布局及烟叶质量提高提供重要参考依据。
1 材料与方法
1.1 土样采集与测定 2003-2013年，在施甸县的太平（188）、水长（95）、由旺（63）、老麦（143）、仁和（121）、何元（71）、甸阳（116）、木老元（11）、姚关（164）、摆榔（29）、万兴（92）、酒房（120）、旧城（12）等13个烤烟种植乡镇，采用随机布点法采集植烟土壤耕层0～20cm土壤样品共1 225个，采集时间选在烟草尚未施用底肥和移栽以前，以反映采样地块的真实养分状况和供肥能力；土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、有效镁、水溶性氯含量及pH的测定方法均参照文献[6]。
1.2 统计分析
1.2.1 土壤肥力适宜性评价方法 植烟土壤适宜性评价采用模糊数学隶属函数的数学模型进行。首先根据模糊数学和多元统计分析原理分别计算各土壤指标的隶属度和权重系数，最终根据模糊数学中的加乘法原则，计算出各样品土壤肥力综合评价指标（IFI）[7]采用下式计算：
[IFI=i=1nWiNi]
式中：Wi和N i分别为第i种养分指标的权重系数和隶属度值。
1.2.2 统计分析采用EXCEL2010和SPSS19.0 统计软件进行。
2 结果与分析
2.1 土壤养分指标的描述性统计 由表1可见，该烟区的土壤pH值的变幅为5.20～8.00，平均值较高为6.76，变异系数为11.24%；有机质的变幅为1.40～78.60g/kg，平均含量为27.37g/kg，变异系数为43.19%；碱解氮、速效磷、速效钾的变幅分别为5.72～276.84、0.04～78.55、7.89～745.30mg/kg，平均含量分别为109.09、18.28、234.52mg/kg，变异系数分别为38.30%、76.91%、45.36%；有效硼、有效锌、有效镁、水溶性氯的变幅分别为0.01～2.27、0.06～6.53、20.46～613.68、0～49.78mg/kg，平均含量分别为0.41、1.80、261.89、21.44mg/kg，变异系数分别为65.85%、61.11%、50.85%、43.80%。由此得出，该烟区土壤的9项养分肥力指标具有较大差异性，存在着一定的地域差异性。
表1 施甸烟区土壤养分指标的描述统计
[指标＼&样品数＼&平均值＼&标准差＼&变幅＼&变异系数（%）＼&pH＼&1 225＼&6.76＼&0.76＼&5.20～8.00＼&11.24＼&有机质＼&1 225＼&27.37＼&11.82＼&1.40～79.93＼&43.19＼&碱解氮＼&1 225＼&109.09＼&41.78＼&5.72～276.84＼&38.30＼&速效磷＼&1 225＼&18.28＼&14.06＼&0.04～95.86＼&76.91＼&速效钾＼&1 225＼&234.52＼&106.37＼&7.89～745.30＼&45.36＼&有效硼＼&1 225＼&0.41＼&0.27＼&0.01～2.27＼&65.85＼&有效锌＼&1 225＼&1.80＼&1.10＼&0.06～10.66＼&61.11＼&有效镁＼&1 225＼&261.89＼&133.16＼&20.46～613.68＼&50.85＼&水溶性氯＼&1 225＼&21.44＼&9.39＼&0～50.09＼&43.80＼&]
2.2 土壤肥力指标隶属度函数类型及转折点取值 隶属度函数常用的隶属度函数是抛物线型和S型隶属度函数[8]。笔者结合烤烟土壤中各种养分的实际含量、专家经验和全国农业地力等级划分标准等相关研究资料[9-11]，土壤肥力指标中pH、有机质、碱解氮、水溶性氯的隶属度函数采用抛物线型函数，而速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、有效镁镁的隶属度函数采用S型，各养分指标的隶属度函数曲线转折点的取值（见表2）。将各指标实测值代入相应表达式，便可得到各指标的隶属度值。
S型隶属度函数表达式为：
[f（x）=1.0 （x≥x2）0.9×（x-x1）/（x2-x1）+0.1 （x1≤x≤x2）0.1 （x≤x1）]
抛物线型隶属度函数表达式为：endprint
[fx=0.1x 表2 各项肥力指标所属隶属度函数及其阈值 [指标＼&隶属函 数类型＼&下限 x1＼&最优值 下限 x3＼&最优值 上限 x4＼&上限 x2＼&pH＼&抛物 线型＼&5＼&5.5＼&7＼&8＼&有机质＼&10＼&20＼&25＼&40＼&碱解氮＼&60＼&110＼&180＼&240＼&水溶性氯＼&4＼&10＼&30＼&60＼&速效磷＼&S型＼&10＼&＼&＼&20＼&速效钾＼&100＼&＼&＼&150＼&有效硼＼&0.5＼&＼&＼&1＼&有效锌＼&1.5＼&＼&＼&3＼&有效镁＼&192＼&＼&＼&384＼&] 2.3 烤烟土壤各项肥力指标权重系数的确定 本文采用主成分分析法[12]来确定各项肥力指标的权重。由表3可见，前6个主成分（PCl～PC6）的累积贡献率[B]=85.49%，因此，笔者选择前6个主成分作进一步分析后发现，第1、6主成分的贡献率分别为34.61%、7.65%，是有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌养分状况的综合反映；第2、5主成分的贡献率分别为14.09%、8.48%，是pH、有效镁养分状况的综合反映；第3、4主成分的贡献率分别为10.91%、9.75%，是水溶性氯的养分状况的综合反映。 表3 各参评因子的特征向量、特征值、贡献率、公因子方差与权重 [指标＼&PC1＼&PC2＼&PC3＼&PC4＼&PC5＼&PC6＼&公因子方差＼&权重＼&pH＼&0.177＼&0.745＼&-0.036＼&-0.297＼&0.526＼&-0.085＼&0.959＼&0.125＼&有机质＼&0.768＼&-0.068＼&0.291＼&-0.465＼&-0.054＼&0.066＼&0.902＼&0.117＼&碱解氮＼&0.784＼&-0.213＼&0.293＼&-0.318＼&-0.122＼&-0.074＼&0.867＼&0.113＼&速效磷＼&0.724＼&-0.061＼&-0.259＼&0.283＼&-0.025＼&0.097＼&0.685＼&0.089＼&速效钾＼&0.618＼&-0.097＼&-0.147＼&0.287＼&0.193＼&-0.630＼&0.930＼&0.121＼&有效硼＼&0.577＼&-0.304＼&-0.085＼&0.216＼&0.479＼&0.473＼&0.933＼&0.121＼&有效锌＼&0.696＼&0.107＼&-0.218＼&0.049＼&-0.306＼&-0.011＼&0.639＼&0.083＼&有效镁＼&0.350＼&0.646＼&-0.302＼&0.071＼&-0.326＼&0.199＼&0.782＼&0.102＼&水溶性氯＼&0.182＼&0.359＼&0.759＼&0.506＼&-0.042＼&0.039＼&0.996＼&0.129＼&特征值＼&3.12＼&1.27＼&0.98＼&0.88＼&0.76＼&0.69＼&＼&＼&贡献率（%）＼&34.61＼&14.09＼&10.91＼&9.75＼&8.48＼&7.65＼&＼&＼&累计贡献率（%）＼&34.61＼&48.70＼&59.61＼&69.36＼&77.84＼&85.49＼&＼&＼&] 当m=6时，求出各项肥力评价指标的公因子方差，其大小表示该指标对土壤肥力总体变异的贡献，经归一化处理可确定各项肥力指标的权重（见表3）。 2.4 土壤肥力综合评价 对施甸县烤烟种植区土壤养分肥力综合评价得分进行描述性统计（见表4），施甸县的IFI值平均为0.623，变幅为0.199～0.928，变异系数为19.74%，其中太平、水长、仁和、姚关、万兴较高，由旺、老麦、何元、甸阳、摆榔、酒房次之，旧城最低为0.427。 表4 全县各乡镇土壤肥力IFI值的描述统计 [乡镇＼&样品数＼&变幅＼&平均值＼&标准差＼&变异系数（%）＼&太平＼&188＼&0.236～0.928＼&0.645＼&0.129＼&20.00＼&水长＼&95＼&0.405～0.904＼&0.688＼&0.095＼&13.81＼&由旺＼&63＼&0.324～0.829＼&0.566＼&0.117＼&20.67＼&老麦＼&143＼&0.297～0.804＼&0.589＼&0.093＼&15.79＼&仁和＼&121＼&0.410～0.910＼&0.630＼&0.108＼&17.14＼&何元＼&71＼&0.328～0.840＼&0.575＼&0.129＼&22.43＼&甸阳＼&116＼&0.199～0.873＼&0.574＼&0.124＼&21.60＼&木老元＼&11＼&0.308～0.865＼&0.594＼&0.147＼&24.75＼&姚关＼&164＼&0.297～0.914＼&0.660＼&0.120＼&18.18＼&摆榔＼&29＼&0.364～0.797＼&0.616＼&0.113＼&18.34＼&万兴＼&92＼&0.356～0.875＼&0.656＼&0.117＼&17.84＼&酒房＼&120＼&0.338～0.871＼&0.622＼&0.119＼&19.13＼&旧城＼&12＼&0.234～0.586＼&0.427＼&0.102＼&23.89＼&全县＼&1225＼&0.199～0.928＼&0.623＼&0.123＼&19.74＼&] 将计算出的土壤肥力综合指标值，采用等间距法划分土壤肥力等级，具体为Ⅰ级（IFI≥0.745）、Ⅱ级（0.563≤IFI<0.745）、Ⅲ级（0.381≤IFI<0.563）和Ⅳ级（IFI<0.381）。由表5可知，全县Ⅰ级（197个土样）、Ⅱ级（662个土样）、Ⅲ级（331个土样）、Ⅳ级（35个土样）土壤数量分别占土壤总数的16.08%、54.04%、27.02%、2.86%，各个乡镇的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土壤的比例较高，其中水长、仁和达100%。总体而言，施甸县烤烟种植区的土壤总体养分含量水平较高，但存在不同地块的养分含量差异性较大的问题。
表5 全县各乡镇的土壤等级分布
[乡镇＼& Ⅰ ＼& Ⅱ ＼& Ⅲ ＼& Ⅳ ＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&太平＼&45＼&3.67＼&97＼&7.92＼&40＼&3.27＼&6＼&0.49＼&水长＼&26＼&2.12＼&60＼&4.90＼&9＼&0.73＼&＼&＼&由旺＼&3＼&0.24＼&31＼&2.53＼&26＼&2.12＼&3＼&0.24＼&老麦＼&3＼&0.24＼&90＼&7.35＼&47＼&3.84＼&3＼&0.24＼&仁和＼&14＼&1.14＼&75＼&6.12＼&32＼&2.61＼&＼&＼&何元＼&7＼&0.57＼&28＼&2.29＼&33＼&2.69＼&3＼&0.24＼&甸阳＼&10＼&0.82＼&52＼&4.24＼&48＼&3.92＼&6＼&0.49＼&木老元＼&1＼&0.08＼&7＼&0.57＼&2＼&0.16＼&1＼&0.08＼&姚关＼&35＼&2.86＼&98＼&8.00＼&28＼&2.29＼&3＼&0.24＼&摆榔＼&5＼&0.41＼&16＼&1.31＼&4＼&0.33＼&4＼&0.33＼&万兴＼&26＼&2.12＼&45＼&3.67＼&20＼&1.63＼&1＼&0.08＼&酒房＼&22＼&1.80＼&61＼&4.98＼&36＼&2.94＼&1＼&0.08＼&旧城＼&＼&＼&2＼&0.16＼&6＼&0.49＼&4＼&0.33＼&全县＼&197＼&16.08＼&662＼&54.04＼&331＼&27.02＼&35＼&2.86＼&]
3 结论与讨论
（1）研究结果表明，施甸县土壤在不同等级间土壤肥力存在较大差异，甚至有的土壤的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、水溶性氯极度缺乏，在实际生产过程中应根据具体的土壤肥力状况制定合理的施肥措施，在足量施用有机肥的基础上，控氮，增磷钾，补施氯硼锌，适量施用碱性肥料。
（2）全县土壤肥力等级划分结果表明，Ⅰ级（197个土样）、Ⅱ级（662个土样）、Ⅲ级（331个土样）、Ⅳ级（35个土样）土壤数量分别占土壤总数的16.08%、54.04%、27.02%、2.86%，各种烟乡镇的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土壤的比例较高，其中水长、仁和达100%。
（3）土壤肥力综合评价得出的结果仅代表一种潜在的生产能力，还应该将气候、水、热状况、施肥和经营制度等因素综合加以考虑。本文仅从土壤养分指标这一侧面对该地区的植烟土壤肥力进行综合评价，尚存在不完善和缺乏整体性的缺陷。但仅从土壤养分供应能力和丰缺方面，能够较好地为烤烟平衡施肥提供参考依据。
参考文献
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[12]郭笃发，王秋兵.主成分分析法对土壤养分与小麦产量关系的研究[J].土壤学报，2005，42（3）：523-527.
（责编：张长青）endprint
表5 全县各乡镇的土壤等级分布
[乡镇＼& Ⅰ ＼& Ⅱ ＼& Ⅲ ＼& Ⅳ ＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&太平＼&45＼&3.67＼&97＼&7.92＼&40＼&3.27＼&6＼&0.49＼&水长＼&26＼&2.12＼&60＼&4.90＼&9＼&0.73＼&＼&＼&由旺＼&3＼&0.24＼&31＼&2.53＼&26＼&2.12＼&3＼&0.24＼&老麦＼&3＼&0.24＼&90＼&7.35＼&47＼&3.84＼&3＼&0.24＼&仁和＼&14＼&1.14＼&75＼&6.12＼&32＼&2.61＼&＼&＼&何元＼&7＼&0.57＼&28＼&2.29＼&33＼&2.69＼&3＼&0.24＼&甸阳＼&10＼&0.82＼&52＼&4.24＼&48＼&3.92＼&6＼&0.49＼&木老元＼&1＼&0.08＼&7＼&0.57＼&2＼&0.16＼&1＼&0.08＼&姚关＼&35＼&2.86＼&98＼&8.00＼&28＼&2.29＼&3＼&0.24＼&摆榔＼&5＼&0.41＼&16＼&1.31＼&4＼&0.33＼&4＼&0.33＼&万兴＼&26＼&2.12＼&45＼&3.67＼&20＼&1.63＼&1＼&0.08＼&酒房＼&22＼&1.80＼&61＼&4.98＼&36＼&2.94＼&1＼&0.08＼&旧城＼&＼&＼&2＼&0.16＼&6＼&0.49＼&4＼&0.33＼&全县＼&197＼&16.08＼&662＼&54.04＼&331＼&27.02＼&35＼&2.86＼&]
3 结论与讨论
（1）研究结果表明，施甸县土壤在不同等级间土壤肥力存在较大差异，甚至有的土壤的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、水溶性氯极度缺乏，在实际生产过程中应根据具体的土壤肥力状况制定合理的施肥措施，在足量施用有机肥的基础上，控氮，增磷钾，补施氯硼锌，适量施用碱性肥料。
（2）全县土壤肥力等级划分结果表明，Ⅰ级（197个土样）、Ⅱ级（662个土样）、Ⅲ级（331个土样）、Ⅳ级（35个土样）土壤数量分别占土壤总数的16.08%、54.04%、27.02%、2.86%，各种烟乡镇的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土壤的比例较高，其中水长、仁和达100%。
（3）土壤肥力综合评价得出的结果仅代表一种潜在的生产能力，还应该将气候、水、热状况、施肥和经营制度等因素综合加以考虑。本文仅从土壤养分指标这一侧面对该地区的植烟土壤肥力进行综合评价，尚存在不完善和缺乏整体性的缺陷。但仅从土壤养分供应能力和丰缺方面，能够较好地为烤烟平衡施肥提供参考依据。
参考文献
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[12]郭笃发，王秋兵.主成分分析法对土壤养分与小麦产量关系的研究[J].土壤学报，2005，42（3）：523-527.
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表5 全县各乡镇的土壤等级分布
[乡镇＼& Ⅰ ＼& Ⅱ ＼& Ⅲ ＼& Ⅳ ＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&个数（个）＼&比例（%）＼&太平＼&45＼&3.67＼&97＼&7.92＼&40＼&3.27＼&6＼&0.49＼&水长＼&26＼&2.12＼&60＼&4.90＼&9＼&0.73＼&＼&＼&由旺＼&3＼&0.24＼&31＼&2.53＼&26＼&2.12＼&3＼&0.24＼&老麦＼&3＼&0.24＼&90＼&7.35＼&47＼&3.84＼&3＼&0.24＼&仁和＼&14＼&1.14＼&75＼&6.12＼&32＼&2.61＼&＼&＼&何元＼&7＼&0.57＼&28＼&2.29＼&33＼&2.69＼&3＼&0.24＼&甸阳＼&10＼&0.82＼&52＼&4.24＼&48＼&3.92＼&6＼&0.49＼&木老元＼&1＼&0.08＼&7＼&0.57＼&2＼&0.16＼&1＼&0.08＼&姚关＼&35＼&2.86＼&98＼&8.00＼&28＼&2.29＼&3＼&0.24＼&摆榔＼&5＼&0.41＼&16＼&1.31＼&4＼&0.33＼&4＼&0.33＼&万兴＼&26＼&2.12＼&45＼&3.67＼&20＼&1.63＼&1＼&0.08＼&酒房＼&22＼&1.80＼&61＼&4.98＼&36＼&2.94＼&1＼&0.08＼&旧城＼&＼&＼&2＼&0.16＼&6＼&0.49＼&4＼&0.33＼&全县＼&197＼&16.08＼&662＼&54.04＼&331＼&27.02＼&35＼&2.86＼&]
3 结论与讨论
（1）研究结果表明，施甸县土壤在不同等级间土壤肥力存在较大差异，甚至有的土壤的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、有效硼、有效锌、水溶性氯极度缺乏，在实际生产过程中应根据具体的土壤肥力状况制定合理的施肥措施，在足量施用有机肥的基础上，控氮，增磷钾，补施氯硼锌，适量施用碱性肥料。
（2）全县土壤肥力等级划分结果表明，Ⅰ级（197个土样）、Ⅱ级（662个土样）、Ⅲ级（331个土样）、Ⅳ级（35个土样）土壤数量分别占土壤总数的16.08%、54.04%、27.02%、2.86%，各种烟乡镇的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级土壤的比例较高，其中水长、仁和达100%。
（3）土壤肥力综合评价得出的结果仅代表一种潜在的生产能力，还应该将气候、水、热状况、施肥和经营制度等因素综合加以考虑。本文仅从土壤养分指标这一侧面对该地区的植烟土壤肥力进行综合评价，尚存在不完善和缺乏整体性的缺陷。但仅从土壤养分供应能力和丰缺方面，能够较好地为烤烟平衡施肥提供参考依据。
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