毕节植烟区土壤pH的分布特征及其与主要养分的相关性
2020-11-22沈玉叶张忠启王美艳史学正孙维侠刘燕翔杨莎莎
沈玉叶， 张忠启 *， 王美艳， 史学正， 孙维侠， 张 龙， 刘燕翔， 杨莎莎
(1.江苏师范大学 地理测绘与城乡规划学院， 江苏 徐州 221116； 2.中国科学院 南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室， 江苏 南京 210008； 3.贵州省烟草公司 毕节市公司， 贵州 毕节 551713)
土壤酸碱度(pH)是评价土壤质量的重要指标，对于提高土壤肥力、改善土壤理化性质具有重要作用[1]。在烟草种植地区，土壤pH对土壤养分的形成、转化和有效性产生影响，进而影响烟草生长发育及烟叶品质[2-3]，研究植烟区土壤pH与养分的关系具有现实意义。许自成等[4]分析了湖南植烟区土壤pH分布特点及其与土壤养分含量的关系。欧阳磊等[5]研究了云南沾益植烟区土壤pH分布特征及其与土壤养分含量的关系。而不同植烟区土壤的理化性状不同，土壤pH与养分含量之间的关系存在较大差异[6-7]。此外，随着自然条件和人为管理措施的不断变化，也可导致植烟土壤pH和养分均可发生较大的改变，应及时掌握植烟区土壤特性的最新演变状况[8-9]。贵州省是我国重要的烟草种植区之一，而毕节市是贵州省的主要烟草产区之一。符云鹏等[10]研究了毕节植烟区土壤pH分布状况及与土壤养分的关系。张友杰等[11]分析了毕节植烟区主要土壤类型养分特征。王鑫等[12]研究了毕节市植烟土壤耕层厚度的空间分布与地形因子相关性。申玲等[13]分析了毕节地区4大类型土壤的养分含量及土壤C/N值。但关于土壤pH与土壤养分含量关系的相关研究相对缺乏。为此，利用贵州省毕节植烟区的2018年土壤调查采样数据，通过相关性和灰色关联度方法分析土壤的pH分布特征及与主要养分含量之间的量化关系，旨在揭示影响烟草生长的主要土壤障碍因素，以期为毕节植烟区土壤管理措施的制定及生产应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
毕节市位于贵州省西北部(E105°36′～106°43′，北纬N26°21′～27°46′)，总面积为2.69×104km2，下辖七星关、大方、黔西、金沙、织金、纳雍、威宁和赫章8个县区。地处滇东高原向黔中山原过渡地带斜坡，地势呈西高东低，平均海拔1 400 m。全市属北亚热带季风湿润气候，降雨量较为充沛，年均降水量849～1 399 mm，各区县年均温10～15℃，年日照时数1 096～1 769 h，无霜期245～290 d。该地区属于典型的岩溶山区，地形复杂，土壤类型多样，主要包括黄壤、黄棕壤、石灰土、紫色土和粗骨土等[12-13]。毕节市以烟草种植为主，其他农作物主要有水稻、小麦和大豆等。
1.2 材料
土壤样品共计985个，来源于贵州省毕节植烟区2018年土壤调查采样数据。分别采自威宁县(537个)、大方县(125个)、赫章县(67个)、金沙县(40个)、纳雍县(70个)、黔西县(77个)、织金县(21个)和七星关区(48个)，各采样点分布见图1。
1.3 方法
1.3.1 土样采集 在每个样点30 m范围内的5个位置取土，经混合后用四分法取1 000 g作为该样点的土壤样品。调查采样于2018年10月进行，采样时利用GPS定位仪记录采样点的经纬度和海拔，并记录各采样点的土壤类型、地形地貌等相关环境信息。
1.3.2 指标测定 测定指标包括pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾，按照土壤农化常规分析方法进行测定[13-14]。其中，土壤pH采用pH计法(水土比为1∶2.5)；土壤有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定；土壤碱解氮、速效磷和速效钾分别采用碱解扩散法、盐酸-氟化铵-钼锑抗比色法和乙酸铵浸提-火焰光度计法测定。
1.3.3 土壤pH和主要养分的等级划分标准 根据毕节植烟区土壤pH的已有研究结果[15-17]结合其烟草种植情况，将土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量水平划分为极低、偏低、适宜、偏高和极高5个等级(表1)。
表1 植烟土壤pH和主要养分适宜性等级划分
1.3.4 灰色关联度分析 灰色关联分析法(GRA)是建立在灰色系统理论基础上的一种定量评价方法，根据评价因素之间发展态势的相似或相异程度衡量评价因素之间的关联程度[18]。按照该方法原理，将植烟土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量作为一个灰色系统，设土壤pH为参考数列X0，其他4个参数设为比较数列Xi，Xi与土壤pH的关联系数〔ξi(k)〕和各因素的关联度(ri)计算公式如下：
1.4 数据统计与分析
采用SPSS 20.0对土壤pH及有机质、碱解氮、速效磷及速效钾4种土壤养分含量进行统计与单因素方差分析和相关性分析，利用DPS 7.05对pH和土壤养分含量进行灰色关联度分析[19-21]。
2 结果与分析
2.1 毕节植烟区及其各区域土壤pH的变化特征
从表2看出，毕节植烟区及各区域土壤pH的变化特征。毕节植烟土壤pH总体变幅为3.84～8.88，平均6.34，变异系数为0.18，波动性不大，变异幅度较小，处于适宜烤烟种植范围。从样品数量不同等级占比看，极低、偏低、适宜、偏高和极高分别占13.30%、14.72%、25.48%、12.99%和33.50%。其中，较适宜等级(5.0
表2 毕节植烟区及其各区域土壤pH的变化特征
2.2 毕节植烟区不同土壤类型pH的差异
从表3可知，毕节植烟区潮土、粗骨土、黄壤、黄棕壤、石灰土和紫色土各类型土壤pH的变化。pH平均为6.02～6.62，依次为潮土>石灰土>紫色土>黄壤>黄棕壤>粗骨土，潮土与石灰土显著高于粗骨土和黄棕壤，潮土/黄壤/石灰土/紫色土间和粗骨土/黄壤/黄棕壤间差异均不显著。变异系数为14.91%～20.70%，依次为粗骨土>黄棕壤>石灰土>黄壤>紫色土>潮土。潮土pH较高是因为其成土母质为河流冲积土，多分布在河流谷地，加上其结构和通透性好，地下水补给条件较好，通常pH较接近中性。粗骨土pH较低是因为其土层浅薄，富含岩石碎屑，加上该地区较为湿热，有机质分解强烈，风化产物和成土产物的分解和淋溶程度高，因此土体呈弱酸性。
表3 毕节植烟区不同土壤类型pH的变化特征
2.3 毕节植烟区土壤主要养分含量的变化
从表4看出，毕节植烟区土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的平均含量分别为28.36 g/kg、122.75 mg/kg、32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，变异系数分别为33.92%、27.68%、59.86%和49.21%，土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾均属于偏高等级。变异系数，土壤速效磷最高，为59.86%；速效钾其次，为49.21%；碱解氮最低，为27.68%，毕节植烟区土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的变异程度均属于中等变异。
表4 毕节植烟区土壤主要养分含量的变化
2.4 毕节植烟区土壤pH与主要养分的相关性及关联度
从表5可知，植烟土壤pH与有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的相关性及关联度的变化。相关性，pH与有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的相关系数分别为0.10、-0.28、-0.34和 0.03，pH与有机质呈极显著正相关，与速效钾呈正相关；与碱解氮和速效磷呈极显著呈负相关。关联度，pH与有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的关联系数分别为0.72、0.70、0.71和 0.76，关联度依次为速效钾>有机质>速效磷>碱解氮，这表明土壤速效钾对土壤pH的影响较为敏感，与胡国松[1]的研究结果一致。
表5 土壤pH与主要养分的相关性及关联度
2.5 毕节植烟区土壤pH对主要养分的影响
从表6看出，土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾在极低(pH<5.0)、偏低(pH 5.0～5.5)、适宜(pH 5.5～6.5)、偏高(pH 6.5～7.0)和极高(pH>7.0)不同等级pH下的含量变化。
2.5.1 有机质 不同等级pH下的含量为25.30～29.34 g/kg，平均28.05 g/kg，依次为极高>偏低>适宜>偏高>极低，极低等级显著低于其余等级，其余等级间差异不显著。当土壤pH>7.0时，土壤有机质含量最高，原因是当土壤碱性大时烟草根系活性和土壤微生物的活动程度显著下降，从而影响土壤有机质的分解速率，利于有机质的积累。
2.5.2 碱解氮 不同等级pH下的含量为111.99～138.81 mg/kg，平均124.98 mg/kg，依次为偏低>极低>适宜>偏高>极高，偏低等级显著高于除极低等级外的其余等级；偏高等级和极高等级间差异不显著，二者均显著低于适宜等级和极低等级；当土壤pH为5.0～5.5时，土壤碱解氮含量最高，是由于土壤处在微酸的环境中，H-与NH+竞争性增强，导致烟草根系对氮的吸收受到竞争性抑制，从而对氮的吸收量减少，使得土壤中碱解氮的含量较高，当土壤pH变高时则增加氮的吸收量，土壤碱解氮的含量则相应地下降。
2.5.3 速效磷 不同等级pH下的含量为25.45～44.57 mg/kg，平均34.09 mg/kg，依次为极低>偏低>适宜>偏高>极高，极低等级显著高于其余等级，偏低等级与适宜等级差异显著，偏高等级和极高等级间差异不显著，二者均显著低于其余等级。当pH<5.0时，土壤速效磷的含量最高，且随着土壤pH的增大，土壤速效磷的含量呈下降趋势，是因为高pH土壤中磷素的矿化速率较快，使得土壤中磷的含量降低。
2.5.4 速效钾 不同等级pH下的含量为233.93～272.34 mg/kg，平均259.93 mg/kg，依次为适宜>偏高>偏低>极高>极低，适宜等级和偏高等级显著高于极低等级，极低/偏低/极高间和偏低/适宜/偏高/极高间差异均不显著。当pH<5.0时，土壤速效钾含量最低，其原因是土壤pH过低时，土壤钾素容易流失，造成烟株可利用的土壤钾素减少，而随着pH的增大，土壤胶体对钾离子的吸附量随之提高，从而增加土壤钾含量。
表6 土壤pH各等级主要养分的含量
3 结论与讨论
研究结果表明，毕节植烟土壤pH总体呈弱酸性，变幅为3.84～8.88，平均6.34，处于较适宜烤烟种植范围，与阙劲松等[22]研究的云南植烟土壤pH相近。参照霍沁建等[15-17, 23-24]的研究结果，毕节植烟区土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的平均含量均属于偏高等级，其变异程度均属于中等变异。其中，有机质含量均值为28.36 g/kg，较刘建峰等[25]在云南罗平县植烟土壤的研究结果略低；碱解氮含量均值为122.75 mg/kg，与刘刚等[26]在湖北宜昌市植烟区的研究结果相近；土壤速效磷和土壤速效钾含量均值分别为32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，其速效磷含量与张晓亮等[27]在湖北十堰市秦巴山植烟区的研究结果相近；而土壤速效钾含量显著高于李晓婷等[28]对云南植烟区的研究结果。土壤pH与速效钾的关联系数最大(0.76)，关联度依次速效钾>有机质>速效磷>碱解氮，表明土壤速效钾对土壤pH的影响较为敏感。胡国松[1]认为，pH对土壤钾素影响较大，土壤钾素在土壤pH较低时容易流失，造成烟株可利用的钾减少。
研究结果表明，pH处于较适宜(5.0～7.0)水平的比例为53.19%；处于偏酸(pH<5.0)和偏碱(pH>7.0)等级的比例分别为13.30%和33.50%。各县区中，金沙县的土壤pH最大(6.87)，大方县的pH最小(6.02)；各土壤类型中，潮土pH最大(6.62)，而粗骨土pH最小(6.02)。土壤pH与有机质呈极显著正相关，与碱解氮和速效磷呈极显著负相关。土壤pH与速效钾的关联系数最大(0.76)，说明速效钾含量与土壤pH的高低存在密切关系，土壤pH与主要养分的关联度依次为速效钾>有机质>速效磷>碱解氮。表明，土壤速效钾对土壤pH的影响较为敏感。当pH处于较适宜烤烟生长范围时，土壤有机质、碱解氮和速效钾含量均较高，可为毕节烟区烤烟生长提供良好的土壤养分供应能力。
