广东南雄烟区植烟土壤肥力特征及综合评价

王 军，丁效东，何振峰，田俊岭，刘 兰，陈泽鹏

（1.广东省烟草南雄科学研究所，广东 南雄 512400；2.广东烟草粤北烟叶生产技术中心，广东 南雄 512400；3.青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109；4.中国烟草总公司广东省公司，广州 510610）

广东南雄烟区植烟土壤肥力特征及综合评价

王 军1，2，丁效东3，何振峰1，2，田俊岭1，2，刘 兰1，2，陈泽鹏4*

（1.广东省烟草南雄科学研究所，广东 南雄 512400；2.广东烟草粤北烟叶生产技术中心，广东 南雄 512400；3.青岛农业大学资源与环境学院，青岛 266109；4.中国烟草总公司广东省公司，广州 510610）

对广东南雄烟区6个基地单元3种主要土壤类型共534个土壤样品的养分指标进行了测定，分析了各类土壤肥力限制因子，并运用主成分分析法确定各土壤养分指标的权重，通过估算土壤肥力综合指标值（IFI）进行综合评价。结果表明：（1）紫色土呈弱碱性，牛肝土呈中性，砂泥土呈较强的酸性；（2）牛肝土和砂泥土速效氮及有机质含量较高，紫色土二者普遍偏低；紫色土和牛肝土速效钾含量丰富，砂泥土普遍缺钾；3种土壤速效磷含量富足；（3）3种土壤不同程度缺乏硼、铜、锌和氯元素，而锰元素含量富足；紫色土不同程度缺乏铁元素；砂泥土不同程度缺乏钙和镁元素；（4）3种土壤综合肥力指标值（IFI）平均为0.577，变异系数为19.25%，雄州（IFI =0.641）和乌迳（IFI =0.655）基地单元土壤综合肥力指标平均值处于“较高”偏下档次，其他基地单元则处于“中等”偏上（0.6＞IFI＞0.5）档次；（5）牛肝土土壤肥力（IFI =0.649）处于“较高”偏下档次；砂泥土土壤肥力（IFI =0.574）处于“中等”偏上档次；紫色土土壤肥力（IFI =0.495）处于“中等”偏下档次。

南雄烟区；植烟土壤；肥力特征；主成分分析；综合评价

土壤是烟草赖以生存的物质基础，它不仅是烟草生长的基质，更重要的是烟草吸收养分的中介，土壤本身的理化性质直接关系到烤烟的生长状况［1］。土壤肥力则是土壤提供养分和生产生物物质的能力，是土壤属性的综合表现，反应了土壤在烟草生长全过程中供应和协调营养和环境条件的能力［2］。土壤养分含量作为衡量土壤肥力的重要指标，其丰缺状况和供应强度直接影响到烟草的生长发育、产量、品质的表现［3-4］。近年来，随着人们对烟叶生产施肥环节“精准化”、“精益化”要求越来越高，我国的云南［5-7］、贵州［8-9］、四川［10］、河南［11］、湖南［3］等烟区相继开展了植烟土壤的养分检测分析和评价工作，为各自烟区烟草种植区域布局规划及制定针对性的施肥措施提供了理论依据，有力地促进了资源的有效利用和烟叶产区的可持续发展。土壤的肥力演变受自然及人为因素影响较大［12］，而广东烟区自陈泽鹏等［13］早期报道广东省11个县（市）5种植烟土壤肥力状况后至今尚未见此类报道。

广东南雄烟区地处广东省北部，属于我国东南烟草种植区中湘南粤北桂东北丘陵山地烤烟区，是我国典型的浓香型烤烟产区［14］，现已规划建成5个国家级基地单元，主要植烟土壤类型为：（1）由紫色砂页岩或紫色砂页岩的残积物和坡积物形成的紫色土；（2）由紫色砂页岩的残积物、坡积物或洪积物形成的牛肝土；（3）由近代洪积物或谷底洪积冲积物形成的砂泥土［15］。本文以南雄烟区5个基地单元及其3种主要植烟土壤为研究对象，采用模糊数学原理标准化各评价指标和主成分分析法估算各评价指标的权重，对土壤肥力状况进行综合评价，旨在为优化基地单元布局、推动基地单元施肥“精准化”、“精益化”提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土壤样品采集

按照“代表性、覆盖性、可比性、操作性”原则，综合考虑各基地单元地形地貌、土壤类型及肥力情况进行取样点规划。遵循“随机、等量、多点混合”取样，以每个取样点为中心，半径为10 m范围内取5～10个0～20 cm耕层土样混合而成，同时用GPS记录采样区中心点的位置。土样经风干研磨后，分别过10、60和100目尼龙筛备用。本次取样于2012年11—12月进行，南雄烟区6个基地单元共取土样534个，详细情况见表1。

1.2 土壤样品测定方法

土壤测定项目及方法见表2［16-17］。

1.3 土壤肥力评价方法

1.3.1 土壤肥力指标隶属度 因各评价因子的单位和量纲不尽相同，本文采用模糊函数方法对各评价因子进行标准化处理［18-19］。根据烟草产量和品质对土壤肥力指标需求效应［20］，参照前人［21-23］研究方法，采用S型（正相关型）和抛物线型2种隶属函数计算各评价因子的隶属度。两种函数的公式和折线图分别为公式（1）、公式（2）和图1。各评价因子适用的隶属函数类型及其相应的转折点见表3。

1.3.2 土壤肥力指标的权重 由于各评价指标对土壤肥力影响程度不同，参照前人研究方法［24-25］，采用主成分分析法（PCA）先根据公式j个变量的权系数；αij为第i个主成分的特征向量（主成分得分）；Ci为提取主成分之后，第i个主成分因素在所有主成分因素中的方差相对贡献率，k为提取主成分个数）计算出评价各指标的权系数。再根据公式为第j个变量的权重，n为评价指标体系的变量数）将权系数归一，得到最终权重系数。结果见表4。

表1 土壤样品分布情况Table 1 Soil sample distribution of six base units in Nanxiong tobacco area

表2 土壤样品测定方法Table 2 Determination methods of soil samples

图1 S型和抛物线型隶属度函数折线图Fig. 1 Curve diagram of S-type function and parabola-type function

表3 土壤肥力评价因子所属隶属函数的类型及其转折点Table 3 Types of membership function and turning point of each soil fertility index

1.3.3 土壤肥力综合指标值 根据公式IFI=∑Wi× Ni计算出综合指标值，Ni和Wi分别表示第i种评价指标的隶属度（f（x））和权重（Wj）［26］。

表4 各评价指标的权系数和权重Table 4 Weight coefficient and value of each soil fertility index

2 结 果

2.1 土壤肥力因子描述性统计

从表5可以看出，广东南雄烟区主要植烟土壤各评价指标皆存在着较大幅度的变异。全市pH变幅为3.85～8.83，平均6.37，其中40.1%的土壤pH在5.5以下，36.6%在7.5以上；速效氮含量变幅为13.72～250.42 mg/kg，平均108.04 mg/kg，23.2 %土壤含量低于60.0 mg/kg，42.5 %高于120.0 mg/kg；速效磷含量变幅为1.22～265.69 mg/kg，平均123.66 mg/kg，总体上处于较高水平，其中59.5 %土壤高于20.0 mg/kg，仅3.1 %低于5.0 mg/kg；有机质含量在3.30～48.50 g/kg范围内，平均21.50 g/kg，37.9%土壤在适宜范围内（20.0～30.0 g/kg），42.7%处于不同程度的缺乏状态，19.3%含量偏高。

从中、微量元素来看（表5），南雄烟区主要植烟土壤交换性钙和镁变异皆较大，变幅分别为5.19～1974.80 mmol/kg和1.84～39.50 mmol/kg，平均分别为415.49 mmol/kg和13.20 mmol/kg，其中交换性钙含量较高，90.2%的土壤高于35.0 mmol/kg，而交换性镁则有33.4%的土壤不同程度缺乏（＜8.0 mmol/kg）；有效铜和有效锌都有超过50.0%的植烟土壤不同程度缺乏（Cu＜2.0 mg/kg；Zn＜1.5 mg/kg）；南雄烟区几乎全部（96.9%）的植烟土壤不同程度缺硼（＜0.5 mg/kg），但铁和锰含量较高，有70.0%的植烟土壤铁含量超过10.0 mg/kg，99.6%的植烟土壤锰含量超过3.0 mg/kg；氯离子含量变幅在3.20～74.55 mg/kg，平均值为15.15 mg/kg，其中有23.2%的植烟土壤不同程度缺乏（＜10.0 mg/kg），有21.9%的植烟土壤含量偏高（＞20.0 mg/kg）。

表6为南雄烟区3种主要植烟土壤各肥力因子描述性统计结果。从表6可以看出，总体上紫色土呈微碱性，pH在7.5～8.5之间分布比例最大，占该类土壤总数的63.8%；牛肝土则呈中性，pH在5.5～7.5之间分布比例最大，占该类土壤总数的54.7%；而砂泥土明显偏酸性，其中69.2%的该类土壤pH低于5.5。牛肝土与砂泥土土壤速效氮含量及其不同含量频数分布差异不大，二者平均含量皆＞120.0 mg/kg；而紫色土速效氮平均含量为58.95 mg/kg，明显低于其他2种土壤，其中58.0%的该类土壤不同程度偏低。3种主要植烟土壤的速效磷含量总体上较为富足，其中砂泥土＞牛肝土＞紫色土，但变异较大，意味着存在个别缺磷的土壤。从速效钾含量来看，总体上紫色土＞牛肝土＞砂泥土，有19.9%的砂泥土土壤不同程度缺钾。牛肝土和紫色土有机质平均含量分别为21.41和21.73 mg/kg，二者分别有49.3%和54.5%的土壤有机质含量在适宜范围内（20.0～30.0 mg/kg），分别有32.5%和35.9%在10.0～20.0 mg/kg范围内；紫色土有机质含量平均值为11.36 mg/kg，明显低于牛肝土和砂泥土土壤，有44.8%的该类土壤有机质含量明显偏低（＜10.0 mg/kg）。

表5 广东南雄烟区整体植烟土壤肥力因子描述性统计Table 5 Descriptive statistics of each soil fertility index from whole Nanxiong tobacco area

南雄烟区3种主要植烟土壤中、微量元素含量差异较大（表6）。紫色土铜元素平均含量为0.64 mg/kg，98.3%的该类土壤不同程度缺乏；牛肝土和砂泥土铜元素平均含量皆为2.09 mg/kg，分别有52.7%和50.6%土壤不同程度存在着缺铜。3种植烟土壤锌元素含量平均值顺序为砂泥土（1.52 mg/kg）＞牛肝土（1.23 mg/kg）＞紫色土（1.00 mg/kg），相应地有57.1%、75.4%和89.7%的土壤不同程度锌缺乏。总体上牛肝土和砂泥土土壤有效铁含量较为丰富，平均值分别达到170.60和253.90 mg/kg，而紫色土平均值明显低于上述土壤类型（33.82 mg/kg），有25.9%的该类土壤不同程度存在缺铁。3种主要植烟土壤的有效锰含量平均值皆大于10.0 mg/kg，表现富余，而水溶性硼含量3种土壤几乎100%缺乏。紫色土、牛肝土和砂泥土3种土壤交换性钙量平均含量分别为814.13、312.26和105.18 mmol/kg，交换性镁含量分别为17.27、13.60和8.14 mmol/kg，其中紫色土和牛肝土这两种中量元素含量较为富足，但砂泥土分别有26.3%和85.9%的土壤不同程度缺乏钙和镁。紫色土、牛肝土和砂泥土分别有24.7%、23.7%和26.3%的土壤水溶性氯不同程度缺乏，分别也有16.1%、10.3%和10.2%的土壤不同程度偏高。

2.2 土壤肥力综合评价

参照前人［13，23］研究方法，将土壤综合肥力指标值划分为5个等级，即：高（IFI≥0. 8）、较高（0.6≤IFI＜0.8）、中等（0.4≤IFI＜0.2）、较低（0.2≤IFI＜0.4）和低（IFI＜0.2），南雄烟区各基地单元土壤综合肥力指标值及其各等级分布情况见表7。从表7可以看出，南雄烟区6个基地单元3种主要植烟土壤综合肥力指标值（IFI）平均为0.577，变异系数为19.25%，其中绝大部分植烟土壤综合肥力处于“中等”（44.47%）和“较高”（48.59%）档次。从各基地单元植烟土壤综合肥力指标值来看，雄州（IFI=0.641）和乌迳（IFI=0.655）基地单元植烟土壤综合肥力指标平均值处于“较高”偏下档次，其他基地单元则处于“中等”偏上（0.6＞IFI＞0.5）档次。各基地单元植烟土壤肥力等级分布结果显示，雄州和乌迳单元全部植烟土壤肥力在“中等”以上，其中有超过70%的植烟土壤肥力等级处于“较高”档次；水口、黄坑和古市基地单元各有超过60%的植烟土壤肥力等级处于“中等”档次；湖口基地单元各有近50%的植烟土壤肥力等级分别处于“中等”和“较高”档次。

从南雄烟区3种主要植烟土壤综合肥力指标平均值来看（图2），牛肝土＞砂泥土＞紫色土。其中，总体上牛肝土土壤肥力（IFI =0.649）处于“较高”偏下档次；砂泥土土壤肥力（IFI =0.574）处于“中等”偏上档次；紫色土土壤肥力（IFI =0.495）处于“中等”偏下档次。

各类型土壤不同肥力等级频数分布见图3。从图3可以看出，南雄烟区紫色土、牛肝土和砂泥土3种主要植烟土壤肥力等级频数分布最高的档次分别为“中等”（72.99%）、“较高”（78.82%）和“中等”（57.69%），其次分别为“较高”（13.79%）、“中等”（19.21%）和“较高”（37.18%）。

表6 南雄烟区3种主要植烟土壤肥力因子描述性统计Table 6 Descriptive statistics of fertility index between three types of soils from Nanxiong tobacco area

表7 南雄烟区各基地单元植烟土壤肥力综合评价Table7 The soil quality comprehensive evaluation results of various base units in Nanxiong tobacco area

图2 南雄烟区3种主要植烟土壤综合肥力指标值Fig.2 The values of three types of soil integrated fertility index （IFI） in Nanxiong tobacco area

图3 南雄烟区3种主要植烟土壤综合肥力各等级比例Fig.3 The IFI distribution of three types of soil integrated fertility in Nanxiong tobacco area

3 讨 论

土壤理化性状与烟株的正常生长发育［27］及烤后原烟的内在化学成分［28］及感官质量［29］关系密切。本文在对广东南雄烟区6个基地单元土壤养分分析的基础上，采用综合评价方法估算土壤肥力综合指标值，对全市以及不同单元和土壤类型的土壤肥力状况进行了综合评价。评价结果显示，广东南雄烟区植烟土壤综合肥力指标平均值为0.577，总体上处于“中等”偏上肥力水平，分别有48.59%和6.00%的植烟土壤肥力处于“较高”及“较低”水平。6个基地单元中雄州及乌迳单元植烟土壤综合肥力总体上处于“较高”偏下肥力水平，其他4个基地单元皆处于“中等”偏上肥力水平。就3种植烟土壤而言，紫色土pH呈碱性，有机质及速效氮含量偏低，速效钾含量较高；牛肝土pH呈中性，有机质及速效氮含量适中，速效钾含量略低于紫色土；砂泥土酸化严重，速效氮含量适中速效钾含量偏低，有效铁、锰富余，缺镁；3种植烟土壤速效磷皆较为富足，皆存在着不同程度的缺硼、铜和锌元素；综合肥力牛肝土“较高”偏下，砂泥土“中等”偏上，紫色土“中等”偏下，与早期广东全省评价结果［13］相比，牛肝土和紫色土综合肥力不同程度下降，砂泥土则有所增加。

土壤肥力是土壤养分针对特定植物的供应能力，以及土壤养分供应植物时环境条件相互作用的综合体现［18］，其高低不仅受土壤养分和植物吸收能力的独立作用，更取决于各因子的协调程度［20］。因此本文选择的评价指标仅是一种潜在能力，还需经光照、温度、施肥、灌溉、技术、经济和社会因素的校正后，才能形成最终的产量，即土地现实生产力［30］。

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The Soil Fertility Characteristics and Comprehensive Evaluation of Nanxiong Tobacco-growing Area in Guangdong Province

WANG Jun1，2， DING Xiaodong3， HE Zhenfeng1，2， TIAN Junling1，2， LIU Lan1，2， CHEN Zepeng4*
（1. Nanxiong Tobacco Science Institute of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400， China； 2. Northern Guangdong Technology Center of Tobacco Production of Guangdong， Nanxiong， Guangdong 512400， China； 3. Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109 China； 4. Guangdong Tobacco Co. of China National Tobacco Corporation， Guangzhou 510610， China）

Thirteen nutrient indices of 534 soil samples from six base units， three major soil types in Guangdong Nanxiong tobacco growing areas were determined and soil fertility limiting factors were analyzed. The principal component analysis method was used in determining the weights of the indices of soil nutrients. A comprehensive evaluation was conducted by estimating the soil fertility comprehensive index of scalar values （IFI）. The results showed that∶ （1） The purple soil showed a weak alkaline reaction， and the Niugantu soil was neutral， and the Shanitu soil showed a strong acid reaction； （2） The contents of available nitrogen and organic matter in Niugantu and Shanitu soil were higher， and those in purple soil were generally low； The content of available potassium in purple soil and Niugantu soil was higher， and the content of potassium in Shanitu soil was deficient； All 3 of soil types were rich in available phosphorus； （3） The three major soil types were lack of boron， copper， zinc and chlorine in various degrees， and rich in manganese；There is a lack of iron element in purple soil， and lack of calcium and magnesium in Shanitu soil； （4） The average integrated fertility index （IFI） of the three soil types was 0.577 with a variation coefficient of 19.25%. Xiongzhou （IFI =0.641） and Wujing （IFI =0.655）base units showed higher soil integrated fertility indices while the other base units had "medium" IFI （0.6 ＞ IFI ＞ 0.5）； （5） The IFI of Niugantu soil fertility （0.649） was higher while that of Shanitu soil （0.574） and purple soil （0.495） were lower.

Nanxiong tobacco-growing area； tobacco planting soil； soil fertility characteristics； principal component analysis；comprehensive evaluation

S572.06

1007-5119（2015）06-0030-07

10.13496/j.issn.1007-5119.2015.06.006

中国烟草总公司重大专项“浓香型特色优质烟叶开发”（110201101001TS-01）；“广东植烟土壤时空演变特征研究”［粤烟科（2014）1号］

王 军，男，博士，高级农艺师，主要从事烟草营养及品质生理研究。E-mail：wangjun4170@126.com

*通信作者，E-mail：chenzp1380888@163.com

2015-07-19

2015-10-06