永州植烟土壤几种主要化学性状特征及聚类分析

2021-01-18靳志丽陈梦思邵兰军喻杰周向平王锡春袁芳

农学学报 2021年8期

靳志丽陈梦思邵兰军喻杰周向平王锡春袁芳

摘要：为掌握烟区土壤化学性状特征，2015年对永州市79个种烟乡镇689个植烟土壤取样调查和统计分析。结果表明，烟区土壤pH偏高，土壤有机质和阳离子交换量（CEC）丰富，分别有92.6%的土壤有机质和91.6%的CEC处于中等级别以上水平，植烟土壤肥力水平较高。土壤pH、有机质和CEC均存在正相关关系。通过聚类分析将烟区划分为2大特征区域，因地制宜，合理施肥及土壤保育。

关键词：植烟土壤；化学性状；pH；有机质；CEC；聚类分析

中图分类號：S572文献标志码：A论文编号：cjas20190900202

Yongzhou Tobacco-growing Soil： Main Chemical Characteristics and Cluster Analysis Jin Zhili1， Chen Mengsi2， Shao Lanjun3， Yu Jie1， Zhou Xiangping1， Wang Xichun1， Yuan Fang1

（1Yongzhou Company of Hunan Tobacco Company， Yongzhou 425000， Hunan， China；

2China Tobacco Company， Beijing 100055， China；

3China Tobacco Guangdong Industrial Co.， Ltd.， Guangzhou 510000， Guangdong， China）

Abstract： To understand the chemical characteristics of tobacco-growing soil in Yongzhou， 689 tobaccogrowing soil samples from 79 tobacco-planting towns in Yongzhou of Hunan were investigated and analyzed in 2015. The results showed that the collected soil samples had the characteristics of high pH and were abundant in content of soil organic matter and cation exchange capacity， and up to 92.6% and 91.6% of the soil samples were above medium level respectively in organic matter and CEC. Tobacco-growing soil had high soil fertility， and there was a positive correlation between the soil pH， organic matter and cation exchange capacity. The results of cluster analysis suggested that tobacco planting area in Yongzhou could be divided into two different characteristic regions， and measures of rational fertilization and soil conservation accorded with local conditions should be considered.

Keywords： Tobacco-planting Soil； Chemical Characteristics； pH； Organic Matter； Cation Exchange Capacity； Cluster Analysis

0引言

烟草生长适应性强，多种土壤上都可以生长发育，但优质烟叶生产对土壤条件要求比较严格[1-2]。土壤化学性状是土壤重要属性之一，其中土壤酸碱度是土壤化学性质的重要参数[3]，也是土壤肥力的重要指标之一[4-5]，对矿物质风化、盐基淋溶、养分有效性、微生物数量和活性均产生影响[6]；土壤有机质是土壤质量和肥力水平的重要指标[7]，能增强土壤保水保肥能力[4]；CEC是表征土壤化学性质、评价土壤保肥能力的重要指标[8]，是改良土壤和合理施肥的重要依据[3，9]。近年来，多位学者对土壤pH、有机质、CEC的空间变异、影响因素及其与土壤其他性状的相互关系进行研究[1，3，10-12]。阙劲松等[1]研究表明，植烟土壤pH随海拔升高呈现“M”型变化趋势，而有机质则呈现“W”型变化趋势；植烟土壤pH与有机质呈负相关关系。林清火等[3]研究表明，添加生物质炭土壤调理剂，具有同步提高酸性土壤pH和CEC的能力，且其二者之间达到极显著相关。李强等[10]研究表明，植烟土壤pH空间结构为指数模型，空间变异主要由土壤化学因素决定。郭乃嘉等[11]研究表明，有机质水平在黑土区受环境因子影响为主，在水稻土区受人为因子主导。

永州位于湖南省西南部，属于南岭丘陵区焦甜纯甜香型烤烟产区，是全国烤烟种植适宜区和优势区。目前对永州烟区土壤主要化学性状特征缺乏系统调查和全面分析研究。本文在对永州烟区土壤养分丰缺现状全面调查的基础上，对土壤几种主要化学性状空间分布特征进行系统分析和区域分类，以期为本区烤烟合理施肥、用地养地和特色优质烟叶区域优化布局提供科学依据。

1材料与方法

1.1调查时间、地点

调查试验于2015年1—2月在永州市各烟区进行样品采集，3—11月在湖南省土壤肥料研究所进行土壤样品前处理和室内分析检测工作。

1.2试验材料

2015年在永州市所有产烟县（宁远、新田、蓝山、江华、江永、道县、东安），以种烟村为单位采集代表性土壤样品689个，其中宁远193个、新田115个、蓝山80个、江华136个、江永55个、道县80个、东安30个。

土壤样品的采集时间选在前茬作物收获后，烟田尚未施用底肥和移栽以前完成，同时避开降雨。在采样地块，GPS定位，采用“S”形或对角线取样法，多点取耕层0～20 cm深度的土壤样品，制成1个约1.0 kg的混合土样。土樣登记编号后进行预处理，经风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备用。

1.3项目测定方法

土壤pH用pH计测定（水土比为1：2.5）；有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定；CEC采用乙二胺四乙酸二钠、乙酸铵混合液提取法测定。各养分具体测定方法按文献[13]的方法进行。

1.4植烟土壤养分丰缺状况评价标准

参照湖南省土壤肥料研究所提出的《湖南省第二次植烟土壤普查土壤养分分级标准》。

1.5统计分析

采用DPS统计软件[14]和Excel表格进行数据统计分析。

2结果与分析

2.1土壤主要化学性状总体评价

表1中有机质、pH、CEC均值均大于临界值。各指标数据极差较大，离散程度由大到小依次为有机质、CEC、pH，土壤有机质和CEC数据变异较大，分布范围分别为4.30～91.60 g/kg和5.10～41.70 cmol/kg，从变异系数来看，各指标均呈中等变异性，其中pH变异系数较小，数据集中度较高。

2.2永州各产区土壤主要化学性状分布特征分析

2.2.1土壤pH状况分析表2全市土壤均值为pH 6.95，61.4%的样本大于pH 7，表明全市植烟土壤pH偏高，pH 5.5～7适宜范围的样本仅占25.7%，各产区这一比例从高到低依次为道县、江华、蓝山、宁远、东安、新田、江永。统计分析表明，各产区土壤pH差异达到了极显著水平，其中新田pH相对较高，与其他产区差异均达到了显著水平，宁远、江华、道县、东安pH相对其他产区有所下降。

2.2.2土壤有机质状况分析土壤有机质是最重要的土壤肥力因素，直接或间接影响土壤诸多属性，过高或过低均不利于优质烤烟的形成[11，15]。表3全市土壤有机质均值为42.3 g/kg，92.6%的样本处于中等及以上含量，表明全市土壤有机质含量丰富。全市55.3%的样本处于中等和较高的适宜范围，这一比例从高到低依次为江华、新田、江永、宁远、道县、东安、蓝山。统计分析表明，各产区土壤有机质含量达到了极显著差异，其中蓝山、东安有机质含量较高，与其它产区差异均达到了极显著水平，江永、道县土壤有机质比其它产区有所下降。

2.2.3土壤CEC状况分析表4来看，全市土壤CEC均值为20.6 cmol/kg，全市91.6%的样本处于中等及以上含量水平，表明全市植烟土壤CEC含量相当丰富，各产区处于中等及以上级别的样本比例从高到低依次为东安、新田、蓝山、宁远、道县、江永、江华。统计分析表明，各产区土壤CEC达到了极显著差异，其中蓝山CEC较高，与其它产区差异均达极显著水平，江华、道县土壤CEC比其它产区有所下降。

2.3土壤主要化学性状相关关系分析

从表5来看，土壤pH、有机质、CEC之间均存在正相关关系，其中pH与CEC相关关系达到了极显著水平，有机质与CEC之间的相关关系达到了显著水平，pH与有机质的相关关系在90%程度上达到显著水平。这表明CEC随pH的升高呈极显著的升高趋势、随有机质的升高呈显著的升高趋势；pH随有机质含量的升高呈现升高趋势，在90%程度上达到了显著水平。

2.4各产区土壤主要化学性状聚类分析

为探讨区域间养分分布的相似性和差异性，将永州植烟土壤pH、有机质和CEC标准化转换，选择卡方距离和可变类平均法进行系统聚类分析，得到79个产烟乡镇土壤养分聚类图（见图1），以卡方距离1.8进行分类，各产烟乡镇分为2大典型区域，分别以S1、S2代表，S1包括27个乡镇，主要特征：土壤pH微酸性、有机质含量较高、CEC含量中等；S2包括52个乡镇，主要特征：土壤pH微碱性、有机质含量高、CEC含量较高。表6为各类别统计分析结果，S2 pH、有机质和CEC均极显著高于S1。

3结论与讨论

（1）土壤pH过高或过低均降低烟株对养分的吸收效率，并改变营养元素的形态和有效性[16]，永州烟区土壤pH偏高，51.4%的土壤pH>7.5，土壤pH与成土母质、土壤类型、烟稻轮作制度、长期秸秆还田有直接关系[10，17-19]。烤烟生产过程中，密切关注烟田施肥和土壤保育措施对土壤pH可能造成的影响，避免因肥料种类或外源物料的施入导致土壤pH的升高，同时，适当使用腐殖酸、饼肥等酸性有机肥，一定程度上中和土壤碱性，降低土壤pH[20-21]。

（2）研究表明，水稻土区降水、地形、施肥、秸秆还田等对土壤有机质积累的影响明显[11]。永州烟区92.6%的土壤有机质处于中等及以上含量，土壤有机质含量丰富，容易引起土壤N素供应滞后、上部叶发育过度等问题，生产上应因地制宜，采取重施基肥、早施追肥；使用碳氮比较低的有机物料还田等措施，缓解土壤高有机质对烤烟生产的不利影响。

（3）永州烟区91.6%的植烟土壤CEC处于中等及以上水平，土壤保肥、供肥和缓冲能力较高，适宜烤烟生产。

（4）永州烟区土壤pH、有机质成正相关，在90%程度上达显著水平，这与林北森、李强的研究结果相一致[10，20-21]。土壤pH与CEC呈极显著相关，与林清火、李强的研究结果相一致[3，10]。土壤CEC随有机质的升高而呈显著升高的结论与许亚琪的研究结果相一致[8]。

（5）系统聚类分析将永州植烟土壤主要化学性状聚合为2大特征区域，S1土壤pH微酸性、有机质较高、CEC中等；S2土壤pH微碱性、有机质高、CEC较高。两区域各指标差异均达到极显著水平。

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