保康县烟区土壤肥力的变化特征及综合评价

佀国涵　饶雄飞　郭利　等

摘要：对2012年保康县烟区采集的450个土壤样品的养分指标进行分析，结果表明，2012年的烟区土壤的pH、速效磷和速效钾较2002年分别增加了0.6、30.8 mg/kg和147.9 mg/kg，增幅分别达到了8.6%、287.9%和122.3%；但土壤有机质和碱解氮的含量较2002年分别降低了9.2 g/kg和9.7 mg/kg，降幅分别为26.1%和6.9%。应用主成分分析对保康县烟区土壤肥力进行了综合评价，运用等间距法对主成分综合得分进行分级，结果表明保康县烟区土壤肥力高、较高、适中和低的土壤面积分别占调查总面积的26.7%、19.5%、26.7%和27.1%，各乡镇烟区土壤的肥力综合得分顺序为龙坪镇>两峪乡>重阳镇>店垭镇>歇马镇>后坪镇>马良镇>高堡镇。

关键词：保康县烟区；土壤肥力；综合评价

中图分类号：S158 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）22-5379-04

土壤肥力是土壤生产力的基础，土壤肥力的高低决定了作物的生产潜力[1]。土壤养分含量是评价土壤肥力的重要标志，其丰缺状况、供应强度和各养分间的协调程度直接影响着烟草的生长发育、产量和品质[2]。土壤肥力评价就是土壤肥力高低的评判和鉴定，但是由于目前关于土壤肥力的概念还缺乏一个统一的、严格的定义，因此土壤肥力的评价方法很多，在指标选择上也存在着很大的差异[3，4]。目前大多数研究仍局限于人为地划分土壤肥力的等级指标和相对权重系数等，这些方法简便明确，直观性强，其评价结果的准确性在很大程度上取决于评价者的专业水平，评价者之间缺乏统一性和可比性，导致结果的应用没有普遍意义。近年来，研究者们将多元统计分析方法如聚类分析、因子分析、主成分分析和模糊数学等应用于土壤肥力的综合评价，其中主成分分析法是土壤质量定量评价中应用最为广泛的数理统计方法[5，6]，它能够客观准确的筛选土壤属性的变异性，避免主观因素对权重确定的影响，减少评价指标的个数，对指标体系的分析更加简单有效。本研究通过分析近10年（2002～2012年）保康县植烟土壤养分的变化特征，并对植烟土壤肥力进行综合评估，旨在了解保康县植烟土壤肥力的变化，综合评估土壤的肥力状况，为保康县烟叶健康可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

保康县地处湖北省西北部，位于北纬31° 21′-32° 06′，东经110° 45′-111° 31′，属鄂西山地的一部分，是荆山山脉和武当山的余脉，平均海拔910 m；保康县属于亚热带大陆性季风气候，四季分明，降水集中，年均气温12.0～15.0 ℃，年均降雨量934.0 mm，年均无霜期240 d。保康县土壤母质以泥质岩类和碳酸盐类为主，作为湖北省主要产烟县，保康县的年均植烟面积超过4 000 hm2，已成为襄阳市最大的烟叶产区。

1.2 土样采集与指标测定

2012年在保康县烟区共采集土壤样品450个，土壤采样点选择与2001-2002年湖北省烟区开展的平衡施肥项目相同或相近的田块。土壤样品在施用底肥和移栽前采集，每个采样点采用多点混合法，即每个采样点设6～8个分样点采集0～20 cm的表层土壤，混匀后通过四分法弃取，保留混合土样1.0 kg左右。采集的土样经风干、剔除杂物后分别磨碎过筛后备用。

土壤样品的分析参照土壤农化分析方法[7]，土壤pH测定采用水浸提电位法（固液比1∶2.5）；土壤有机质测定采用外加热重铬酸钾氧化-容量法；碱解氮采用碱解扩散法测定；速效磷用Olsen法测定；速效钾采用醋酸铵浸提火焰光度法测定。

1.3 其他数据采集

2001-2002年湖北省烟区平衡施肥项目中获得保康县449个植烟土壤样品所对应的土壤肥力数据。

1.4 数据处理

利用Excel 2003和SAS 9.0统计分析软件对所获得数据进行描述性统计分析、相关性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 保康县植烟土壤养分变化特征

2.1.1 土壤肥力指标体系 以全国第二次土壤普查确定的土壤肥力分级标准为基础，参考襄樊烟区土壤属性和养分含量评价等级标准[8]，并结合2002年湖北省烟区平衡施肥项目的土壤分析数据以及本次土壤分析的结果，给出各单项肥力指标的分级标准（表1），土壤pH的分级标准参照文献[9]。

2.1.2 土壤pH的变化特征 由表2可知，2012年保康县植烟土壤主要呈中性至碱性，其中pH处于6.6～7.5中性和>7.5碱性土壤面积分别占调查总面积的50.5%和24.2%，而pH处于<5.5的酸性土壤和pH处于5.6～6.5弱酸性土壤面积分别仅占调查总面积的6.0%和19.3%。相对于2002年，2012年保康县植烟土壤的平均pH增加了0.6个单位，增加幅度为8.6%；2012年保康县植烟土壤pH位于6.6～7.5的中性土壤和>7.5碱性土壤的面积较2002年分别提高了10.2和24.2个百分点。

2.1.3 土壤有机质的变化特征 保康县植烟土壤有机质样点分布见表3，结合表1可知，2012年土壤的有机质含量处于<10 g/kg缺水平和10～20 g/kg低水平的植烟面积分别占调查总面积的2.9%和26.4%，而有机质含量处于20～30 g/kg中水平和>30 g/kg高水平的植烟面积分别占调查总面积的38.4%和32.2%。与2002年相比，2012年的植烟土壤平均有机质含量呈下降趋势，主要表现在10～20 g/kg低水平和20～30 g/kg中水平的植烟面积分别增加了21.3个百分点和12.8个百分点，而>30 g/kg高水平的土壤面积较2002年则降低了36.2个百分点。2012年土壤平均有机质含量较2002年降低了9.2 g/kg，降幅达26.1%。

2.1.4 土壤速效养分的变化特征 由表4～6可知，与2002年相比，2012年保康县植烟土壤的速效磷和速效钾均出现不同程度的增加趋势，其中土壤速效磷和速效钾含量分别增加了30.8 mg/kg 和147.9 mg/kg，增加幅度分别为287.9%和122.3%；而2012年土壤碱解氮的含量较2002年调查结果则呈降低趋势，其土壤碱解氮含量降低了9.7 mg/kg，降低幅度为6.9%。

与2002年相比，2012年土壤速效磷>25 mg/kg高水平和速效钾含量>190 mg/kg高水平的植烟面积均有大幅的提高，其中速效磷>25 mg/kg和速效钾含量>190 mg/kg的植烟面积较2002年分别增加了56.0和57.1个百分点。2012年土壤碱解氮分布主要反映在50～90 mg/kg低水平和90～140 mg/kg中水平的植烟面积有所增加，而>140 mg/kg高水平和<50 mg/kg缺水平的植烟面积有所降低。

2.2 保康县烟区土壤肥力指标的相关性分析

保康县烟区土壤肥力指标的相关系数由表7可知，不同肥力指标间存在着不同程度的相关性，其中有机质与碱解氮、速效磷和速效钾均呈极显著正相关；速效钾与其他4项肥力指标均呈极显著正相关。由于这些相关性的存在，直接利用土壤肥力指标进行综合评价，将会产生信息的重叠，导致评价结果出现偏差，因此将进一步运用主成分分析法对土壤肥力进行综合评价。

2.3 保康县植烟土壤肥力指标的主成分分析

为了消除指标间数量级差别对综合评价带来的不良影响，将原始数据按照公式X*ij=（Xij-Xj）/Sj进行标准化处理[10]。由表8可知，前3个特征根的累积贡献率达到了96.69%，基本保留了原变量的特征、差异和相互关系。因此，根据累计贡献率≥90%的原则从众多的特征根中提取3个主成分是合适的。由表9可知，第1主成分的贡献率为48.49%，其中有机质、碱解氮的系数明显大于其他养分指标，说明第1主成分是有机质、碱解氮养分状况的综合反映；第2主成分的贡献率为22.45%，是pH和速效钾养分状况的综合反映；第3主成分的贡献率18.06%，其中速效磷含量有较大的负系数。

根据土壤肥料指标的得分系数矩阵计算3个主成分得分，主成分得分等于主成分得分系数与相对应的标准变量（X*ij）之积。然后再根据3个主成分的贡献率和得分，建立土壤肥料综合得分（F）的数学模型：F=F1×48.49%+F2×22.45%+F3×18.06%，并计算综合得分。

2.4 保康烟区土壤肥力等级的划分

将计算出的土壤肥力综合得分，按一定的方法即可划分土壤肥力等级。常用的划分方法有等间距法、系统聚类法、灰色关联聚类法等。本研究采用等间距法，以土壤肥力综合得分为划分指标，将土壤肥力划分为4个等级[11，12]，第I级土壤肥力综合得分≥0.50，土壤肥力高，包括120个土壤样品，占样品总数的26.7%；第II级土壤肥力综合得分0.00～0.50，土壤肥力较高，包括88个土壤样品，占样品总数的19.5%；第III级土壤肥力综合得分-0.50～0.00， 土壤肥力适中，包括120个土壤样品，占样品总数的26.7%；第IV级土壤肥力综合得分≤-0.50，土壤肥力低，包括122个土壤样品，占样品总数的27.1%。

通过对不同乡镇的综合得分进行排序，由表10可知，保康县各乡镇植烟土壤的肥力综合得分顺序为龙坪镇>两峪乡>重阳镇>店垭镇>歇马镇>后坪镇>马良镇>高堡镇。不同乡镇的肥力水平差异较大，其中龙坪镇、两峪乡、店垭镇和重阳镇达到较高肥力水平，马良镇、歇马镇和后坪镇的土壤综合肥力达到适中的肥力水平，而高堡镇的土壤综合肥力达到低水平。

3 结论与讨论

3.1 讨论

经过10年左右的耕作，保康县烟区土壤的酸碱性发生了很大的变化，2012年保康县烟区土壤的酸碱度基本处于中性至碱性范围内，其中位于6.6～7.5中性土壤和>7.5碱性土壤的面积分别较2002年提高了10.2和24.2个百分点，土壤的平均pH增加了0.6个单位，这可能与烟农长期有施用生石灰的习惯有关。长期施用石灰使保康县最适宜烟叶生长的弱酸性土壤（pH 5.5～6.5）面积降低了37.7个百分点，土壤碱化已是目前保康县烟叶可持续发展所面临的紧迫问题。

保康县烟区土壤的有机质含量中等偏低，仅有32.2%的土壤处于高水平，与2002年相比，土壤有机质含量处于高水平的土壤面积降低了36.2个百分点，土壤平均有机质含量降低了9.2 g/kg，可见经过10年左右的耕作，保康县土壤有机质含量出现明显的降低趋势。目前，农村农家肥来源逐渐减少，烟农在烟草种植中少施甚至不施有机肥，这可能是本区域土壤有机质含量快速降低的主要原因，因此为了进一步培肥土壤，改善烟叶的品质，应鼓励烟农种植绿肥，增施有机肥或农家肥。

保康县烟区土壤中速效磷和速效钾的含量较高，其中土壤速效磷>25 mg/kg高水平和速效钾含量>190 mg/kg高水平的植烟面积分别达到了59.3%和67.3%，其在过去的10年间，土壤的速效磷和速效钾含量呈迅速增加的趋势，其中土壤速效磷和速效钾含量较2002年分别增加了30.8 mg/kg和147.9 mg/kg，增加幅度分别为287.9%和122.3%。对于土壤速效磷和速效钾的变化，大部分研究认为施用磷肥和钾肥使土壤速效磷和速效钾含量明显提高[13]，而且在保康县的烟叶生产中也重视磷肥和钾肥的施用，烟草种植中N∶P2O5比例一般在1∶1～1∶1.5，N∶K2O的比例一般在1∶3，其施用比例远高于普通农田，这可能是近10年来本区域植烟土壤速效磷和速效钾含量呈迅速增加趋势的主要原因。土壤碱解氮含量处于中等偏上水平，且其土壤碱解氮的含量较2002年有所降低的趋势，其中土壤碱解氮含量降低了9.7 mg/kg，降低幅度为6.9%。氮素是对烤烟产量与质量影响最为敏感的养分[14]，施氮肥过多会造成烟叶贪青晚熟，品质变差，因此烟农在烟叶种植中严格控制氮肥的施用量，从而使得本区域植烟土壤中碱解氮含量呈降低趋势。

通过主成分分析和等间距法将450个土壤样品分为了4类，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力低的样品占样本总数的27.1%，说明保康县烟区整体土壤肥力中等水平。通过对保康县不同乡镇土壤肥力进行了综合评价，其中龙坪镇、两峪乡、店垭镇和重阳镇达到较高肥力水平，马良镇、歇马镇和后坪镇的土壤综合肥力达到适中的肥力水平，而高堡镇的土壤综合肥力达到低水平。土壤肥力综合评价的结果仅代表一种潜在的生产能力，在实际生产中，还应结合烟草品种、栽培制度、需肥规律以及土壤养分的有效性等统筹考虑。

3.2 结论

1）2012年保康烟区土壤的pH均值为7.0，土壤全氮、速效磷和速效钾的含量处较高水平，但有机质、碱解氮的含量处于中等水平。

2）相对于2002年，2012年保康县植烟土壤的pH、速效磷和速效钾含量均出现明显的升高趋势，而土壤碱解氮和有机质含量则出现降低趋势。

3）通过主成分分析和等间距法综合评价了2012年保康县烟区土壤的肥力状况，保康县烟区整体土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力较低的样品占样本总数的27.1%。

4）通过综合评价得出2012年保康县不同乡镇的土壤肥力状况，其综合肥力为龙坪镇>两峪乡>重阳镇>店垭镇>歇马镇>后坪镇>马良镇>高堡镇。

参考文献：

[1] 李晓宁，高 明，王子芳.重庆市植烟土壤肥力数值化综合评价[J].西南农业学报，2007，20（1）：67-72.

[2] 许自成，刘国顺，刘金海，等.铜山烟区生态因素和烟叶质量特点[J].生态学报，2005，25（7）：1749-1753.

[3] 张 华，张甘霖.土壤质量指标和评价方法[J].土壤，2001，33（6）：326-330.

[4] 朱祖祥.土壤学[M].北京：农业出版社，1983.

[5] 陈留美，桂林国，吕家珑，等.应用主成分分析和聚类分析评价不同施肥处理条件下新垦淡灰钙土土壤肥力质量[J].土壤， 2008，40（6）：971-975.

[6] YEMEFACK M， JETTEN V G， ROSSITER D G. Developing a minimum data set for characterizing soil dynamics in shifting cultivation systems[J].Soil and Tillage Research， 2006， 86（1）： 84-98.

[7] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2005.

[8] 唐启楹，王学龙.襄樊烟区土壤施肥区划研究[M].北京：中国农业出版社，2006.

[9] 黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[10] 汪显国，申晓锋，刘 泽，等.基于主成分分析法的烟丝加香均匀性评价[J].中国烟草学报，2013，19（5）：33-39.

[11] 闫铁军，吴风光，毛福利，等.襄樊烟区土壤养分状况的综合评价[J].华北农学报，2010，25（s1）：200-203.

[12] 张凤荣，安萍莉，王军艳，等.耕地分类中的土壤质量指标体系与分等方法[J].资源科学，2002，24（2）：72-75.

[13] 张德才，罗 颖，刘 涛.湖北省主要耕地土壤地力检测结果分析及对策[J].湖北农业科学，2004（3）：53-55.

[14] 周柳强，黄美福，周兴华，等.不同氮肥用量对田烤烟生长、养分吸收及产质量的影响[J].西南农业学报，2010（4）：1166-1172.

通过主成分分析和等间距法将450个土壤样品分为了4类，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力低的样品占样本总数的27.1%，说明保康县烟区整体土壤肥力中等水平。通过对保康县不同乡镇土壤肥力进行了综合评价，其中龙坪镇、两峪乡、店垭镇和重阳镇达到较高肥力水平，马良镇、歇马镇和后坪镇的土壤综合肥力达到适中的肥力水平，而高堡镇的土壤综合肥力达到低水平。土壤肥力综合评价的结果仅代表一种潜在的生产能力，在实际生产中，还应结合烟草品种、栽培制度、需肥规律以及土壤养分的有效性等统筹考虑。

3.2 结论

1）2012年保康烟区土壤的pH均值为7.0，土壤全氮、速效磷和速效钾的含量处较高水平，但有机质、碱解氮的含量处于中等水平。

2）相对于2002年，2012年保康县植烟土壤的pH、速效磷和速效钾含量均出现明显的升高趋势，而土壤碱解氮和有机质含量则出现降低趋势。

3）通过主成分分析和等间距法综合评价了2012年保康县烟区土壤的肥力状况，保康县烟区整体土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力较低的样品占样本总数的27.1%。

4）通过综合评价得出2012年保康县不同乡镇的土壤肥力状况，其综合肥力为龙坪镇>两峪乡>重阳镇>店垭镇>歇马镇>后坪镇>马良镇>高堡镇。

参考文献：

[1] 李晓宁，高 明，王子芳.重庆市植烟土壤肥力数值化综合评价[J].西南农业学报，2007，20（1）：67-72.

[2] 许自成，刘国顺，刘金海，等.铜山烟区生态因素和烟叶质量特点[J].生态学报，2005，25（7）：1749-1753.

[3] 张 华，张甘霖.土壤质量指标和评价方法[J].土壤，2001，33（6）：326-330.

[4] 朱祖祥.土壤学[M].北京：农业出版社，1983.

[5] 陈留美，桂林国，吕家珑，等.应用主成分分析和聚类分析评价不同施肥处理条件下新垦淡灰钙土土壤肥力质量[J].土壤， 2008，40（6）：971-975.

[6] YEMEFACK M， JETTEN V G， ROSSITER D G. Developing a minimum data set for characterizing soil dynamics in shifting cultivation systems[J].Soil and Tillage Research， 2006， 86（1）： 84-98.

[7] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2005.

[8] 唐启楹，王学龙.襄樊烟区土壤施肥区划研究[M].北京：中国农业出版社，2006.

[9] 黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[10] 汪显国，申晓锋，刘 泽，等.基于主成分分析法的烟丝加香均匀性评价[J].中国烟草学报，2013，19（5）：33-39.

[11] 闫铁军，吴风光，毛福利，等.襄樊烟区土壤养分状况的综合评价[J].华北农学报，2010，25（s1）：200-203.

[12] 张凤荣，安萍莉，王军艳，等.耕地分类中的土壤质量指标体系与分等方法[J].资源科学，2002，24（2）：72-75.

[13] 张德才，罗 颖，刘 涛.湖北省主要耕地土壤地力检测结果分析及对策[J].湖北农业科学，2004（3）：53-55.

[14] 周柳强，黄美福，周兴华，等.不同氮肥用量对田烤烟生长、养分吸收及产质量的影响[J].西南农业学报，2010（4）：1166-1172.

通过主成分分析和等间距法将450个土壤样品分为了4类，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力低的样品占样本总数的27.1%，说明保康县烟区整体土壤肥力中等水平。通过对保康县不同乡镇土壤肥力进行了综合评价，其中龙坪镇、两峪乡、店垭镇和重阳镇达到较高肥力水平，马良镇、歇马镇和后坪镇的土壤综合肥力达到适中的肥力水平，而高堡镇的土壤综合肥力达到低水平。土壤肥力综合评价的结果仅代表一种潜在的生产能力，在实际生产中，还应结合烟草品种、栽培制度、需肥规律以及土壤养分的有效性等统筹考虑。

3.2 结论

1）2012年保康烟区土壤的pH均值为7.0，土壤全氮、速效磷和速效钾的含量处较高水平，但有机质、碱解氮的含量处于中等水平。

2）相对于2002年，2012年保康县植烟土壤的pH、速效磷和速效钾含量均出现明显的升高趋势，而土壤碱解氮和有机质含量则出现降低趋势。

3）通过主成分分析和等间距法综合评价了2012年保康县烟区土壤的肥力状况，保康县烟区整体土壤肥力水平中等偏下，其中肥力高和较高的样品仅占样本总数的46.2%，肥力较低的样品占样本总数的27.1%。

4）通过综合评价得出2012年保康县不同乡镇的土壤肥力状况，其综合肥力为龙坪镇>两峪乡>重阳镇>店垭镇>歇马镇>后坪镇>马良镇>高堡镇。

参考文献：

[1] 李晓宁，高 明，王子芳.重庆市植烟土壤肥力数值化综合评价[J].西南农业学报，2007，20（1）：67-72.

[2] 许自成，刘国顺，刘金海，等.铜山烟区生态因素和烟叶质量特点[J].生态学报，2005，25（7）：1749-1753.

[3] 张 华，张甘霖.土壤质量指标和评价方法[J].土壤，2001，33（6）：326-330.

[4] 朱祖祥.土壤学[M].北京：农业出版社，1983.

[5] 陈留美，桂林国，吕家珑，等.应用主成分分析和聚类分析评价不同施肥处理条件下新垦淡灰钙土土壤肥力质量[J].土壤， 2008，40（6）：971-975.

[6] YEMEFACK M， JETTEN V G， ROSSITER D G. Developing a minimum data set for characterizing soil dynamics in shifting cultivation systems[J].Soil and Tillage Research， 2006， 86（1）： 84-98.

[7] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2005.

[8] 唐启楹，王学龙.襄樊烟区土壤施肥区划研究[M].北京：中国农业出版社，2006.

[9] 黄昌勇.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[10] 汪显国，申晓锋，刘 泽，等.基于主成分分析法的烟丝加香均匀性评价[J].中国烟草学报，2013，19（5）：33-39.

[11] 闫铁军，吴风光，毛福利，等.襄樊烟区土壤养分状况的综合评价[J].华北农学报，2010，25（s1）：200-203.

[12] 张凤荣，安萍莉，王军艳，等.耕地分类中的土壤质量指标体系与分等方法[J].资源科学，2002，24（2）：72-75.

[13] 张德才，罗 颖，刘 涛.湖北省主要耕地土壤地力检测结果分析及对策[J].湖北农业科学，2004（3）：53-55.

[14] 周柳强，黄美福，周兴华，等.不同氮肥用量对田烤烟生长、养分吸收及产质量的影响[J].西南农业学报，2010（4）：1166-1172.