施甸县烟区土壤养分综合评价

杨锡永++段必挺++王朝军++杨海涛++杨堃++张平++戴曙伟++刘洪华

摘要 本文利用因子分析法和系统聚类分析法对施甸县781个土壤样品的养分进行了分析与综合评价，旨在为施甸县烟区特色优质烟叶生产提供科学合理的施肥方案。结果表明，土壤肥力最高的样本17个，占2.18%；土壤肥力较高的样本119个，占15.24%；土壤肥力较低的样本423个，占54.16%；土壤肥力最低的样本222个，占28.42%。对于土壤肥力处于较高水平以上的地块，建议农家肥施用量为4 500 kg/hm2左右、复合肥施用量控制在纯N 60～75 kg/hm2；对于土壤肥力处于较低水平的地块，建议农家肥施用量为7 500～15 000 kg/hm2、复合肥施用量控制在纯N 90～120 kg/hm2。

关键词 土壤养分；因子分析；系统聚类分析；综合评价；云南施甸；烟区

中图分类号 S158.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）19-0172-03

Abstract The nutrient of 781 soil samples were analyzed and evaluated by the Factor Analysis and Hierachical Cluster Analysis in this paper，in order to provide scientific and reasonable fertilization scheme for characteristic and high-quality tobacco production in tobacco-growing area of Shidian County. The results showed that the soil fertility of 17 samples were the highest，accounting for 2.18% of the total；119 samples were the second，accounting for 15.24% of the total；423 samples were the third，accounting for 54.16% of the total；222 samples were the lowest，accounting for 28.42% of the total. Therefore，the 4 500 kg/hm2 manure and 60-75 kg/hm2 pure nitrogen of compound-fertilizer were recommended for the higher soil fertility of fields，and 7 500-15 000 kg/hm2 manure and 90-120 kg/hm2 pure nitrogen of compound-fertilizer were recommended for the lower soil fertility of fields.

Key words soil nutrition；Factor Analysis；Hierachical Cluster Analysis；integrated evaluation；Shidian Yunnan；tobacco-growing area

土壤對烟叶质量的影响最大，优质烟叶生产的基础之一就是肥力适宜的土壤[1]，土壤肥力可以综合体现出土壤多种性质[2]。在同一区域内、统一的栽培和调制技术条件下，相同烟草品种产出的烟叶会因土壤不同而存在显著的质量差异[3]。烟草的生长发育、烟叶产量和质量都受到土壤养分供应的影响[4]。许多研究表明，烟草根系的生长发育、烟株的抗逆性及烟叶品质与土壤钾含量有密切关系；烟叶根系生长条件受pH值影响，pH值还对烟叶刺激性、杂气、香气等指标有一定影响；土壤氮和有机质含量适宜，有利于提高烟叶品质；土壤中镁、氯等元素含量对烟株生长和烟叶品质有重要的影响[5-7]。因此，如何利用土壤养分状况科学、合理地评价土壤肥力，为指导烤烟种植和合理施肥提供可靠依据，显得尤为重要。本文采用了因子分析法和系统聚类分析法对施甸县烟区近10年土壤养分状况进行综合评价，以期促进科学平衡施肥和充分发挥区域土壤潜力，为提高肥料利用效率和烟草品质提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集

于2008—2017年在施甸县13个烤烟种植乡镇采集土样781个。乡镇具体包括姚关、摆榔、万兴、酒房、太平、何元、水长、由旺、老麦、仁和、甸阳、木老元、旧城，样本数分别为96、20、56、80、118、56、42、36、93、75、75、18、16个。采用随机布点法采集植烟土壤耕层0～20 cm土壤，采集时间为烟草移栽以及施底肥以前，以充分反映采样地块的真实养分状况和供肥能力。

1.2 测定项目及方法

测定项目包括土壤有机质、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值，测定方法均参照文献[8]。

1.3 分析软件

试验数据统计分析采用软件Excel 2003和SPSS 19.0。

2 结果与分析

2.1 标准化土壤养分指标相关系数矩阵

由表1可知，大部分养分指标之间存在相关性，并且达到显著或者极显著水平。因此，如果土壤肥力综合评价直接采用土壤养分指标进行，将因为信息重叠而产生较大偏差，影响评价结果的准确性。

2.2 土壤养分指标的因子分析

2.2.1 Bartlett球度检验。为了判断土壤养分数据是否适宜进行因子分析，采用Bartlett球度检验法对养分指标原始数据进行检验，结果表明，其概率为0<0.05（显著性水平），即数据适宜进行因子分析。

2.2.2 主成分分析。对表1中的9个土壤养分指标进行因子分析，提取出5个主成分，结果见表2。可以看出，这5个主成分方差贡献率分别为35.61%、13.97%、12.08%、9.97%、8.52%，累积贡献率达80.15%，可以体现各个原变量的差异、特性及关系。

进行方差极大正交旋转，得到因子载荷矩阵见表3。可以看出，第1主成分主要反映了有机质、碱解氮的作用；第2主成分主要反映了速效磷、速效钾、有效硼的作用；第3主成分主要反映了有效锌、有效镁的作用；第4主成分主要反映了土壤pH值的作用；第5主成分主要反映了水溶性氯的作用。因为以上5个主因子的累积贡献率达到80.15%，所以利用它们对土壤肥力进行不同方面的综合评价是合理、可行的。

2.2.3 因子得分函数模型构建。主成分得分系数矩阵见表4，由此对5个主成分得分进行计算，即得分系数与相对应的标准化变量（Zi）之积，其数学模型如下：

F1=-0.031Z1+0.534Z2+0.473Z3+0.006Z4-0.323Z5+0.034Z6+0.187Z7-0.109Z8-0.052Z9；

F2=0.022Z1-0.218Z2-0.107Z3+0.369Z4+0.641Z5+0.426Z6-0.089Z7-0.106Z8+0.002Z9；

F3=-0.085Z1-0.004Z2-0.049Z3+0.040Z4-0.056Z5-0.198Z6+0.462Z7+0.813Z8+0.013Z9；

F4=1.000Z1+0.049Z2-0.081Z3+0.004Z4+0.062Z5-0.048Z6-0.032Z7-0.081Z8-0.017Z9；

F5=-0.017Z1-0.042Z2+0.043Z3-0.053Z4+0.122Z5-0.097Z6-0.158Z7+0.099Z8+0.978Z9。

将各养分标准化处理后的数据带入上述5个公式，可以求出各样品的因子得分F1、F2、F3、F4、F5的值。

2.2.4 主成分因子得分。依据主成分因子的权重计算方法，以5个主因子各自的方差贡献率与入选因子累计贡献率的比例为权数进行加权综合，可以得出施甸县烟区土壤肥力综合得分评价数学模型如下：

F=0.444×F1+0.174×F2+0.151×F3+0.124×F4+0.106×F5

将数据带入公式，得出土壤肥力综合得分F值，F值的高、低相应地表征土壤肥状况的好、差。

2.3 土壤肥力的聚类分析

采用重心法对土壤样本主成分综合得分进行系统聚类分析，将781个样本的综合得分划为4类（表5）。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类综合得分F分别为[1.260 6，2.050 5]、[0.470 7，1.260 6）、[-0.319 2，0.470 7）、（-1.109 1，-0.319 2]，样本数分别为17、119、423、222个，分别占总样本数的2.18%、15.24%、54.16%、28.42%。根据F值可以看出，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类分别表示土壤肥力最高、较高、较差、差。

在全县范围内，17.42%的土壤肥力较高（Ⅰ类、Ⅱ类），还有82.58%的土壤肥力不足（Ⅲ类、Ⅳ类）。因此，全县大部分植烟土壤的肥力較低。

3 结论与讨论

因子分析和系统聚类分析结果表明，施甸县土壤肥力较高的样本有17个，占2.18%；土壤肥力较高的有119个，占15.24%；土壤肥力较低的有423个，占54.16%；土壤肥力最低的有222个，占28.42%。由此可见，在全县范围内，全县很大部分植烟土壤的肥力仍较低，占82.58%，仅有17.42%的土壤肥力处于较高水平以上。因此，要依据不同地块的土壤分析结果，制订相应的施肥方案，做到科学合理施肥，对于土壤肥力处于较高水平以上的地块，要施用适量的有机肥和复合肥，建议农家肥施用量为4 500 kg/hm2左右、复合肥施用量控制在纯N 60～75 kg/hm2；对于土壤肥力处于较低水平的，要确保有机肥和复合肥的足量、配合施用，建议农家肥施用量为7 500～15 000 kg/hm2、复合肥施用量控制在纯N 90～120 kg/hm2。

4 参考文献

[1] 王彦亭，谢剑平，李志宏.中国烟草种植区划[M].北京：科学出版社，2010：28-35.

[2] 赵文田，刘海轮，吕家珑，等.陕西陇县烤烟种植区土壤养分的测定与肥力综合评价[J]. 西北农林科技大学学报，2009，37（9）：123-128.

[3] 中国农业科学院烟草研究所.中国烟草栽培学[M].上海：科学技术出版社，1987：1-133.

[4] 曹志洪.优质烤烟生产的土壤与施肥[M].南京：江苏科学技术出版社，1991.

[5] 王林，卢秀萍，许自成，等.浏阳植烟土壤肥力状况的综合评价[J].河南农业大学学报，2006，40（6）：597-601.

[6] 胡国松，郑伟，王震东，等.烤烟营养原理[M].北京：科学出版社，2000：57-89.

[7] 黄燕翔，刘淑欣，熊德中，等.福建烟区土壤条件与烤烟品质的关系[J].福建农业大学学报，1995，24（2）：201-204.

[8] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000：64-237.