贵州铜仁植烟土壤阳离子交换量时空变异特征及其影响因素分析

谭智勇 谌潇雄 刘杰 徐大红 周兴华 白彬 赵辉

摘要：分别于 2000、2001、2019年对贵州省铜仁市基本烟田进行土壤取样，研究区域植烟土壤阳离子交换量时空变异特征及其影响因素。结果表明：（1）铜仁市2000、2001、2019年植烟土壤CEC平均值分别为12.06、13.75、13.81 cmol/kg，单从平均值来看，植烟土壤CEC均处于中等水平，且呈现增加的趋势;从分布频率来看，3年間其含量处于中等水平以上的频率呈现增加的趋势，说明铜仁市土壤保肥供肥能力整体在增强。（2）铜仁市各植烟县土壤CEC平均值为12.83～14.16 cmol/kg，其中松桃县最高，印江县最低;铜仁市各植烟县土壤CEC的空间变异中等;从分布频率来看，各县土壤CEC含量处于中等水平以上的为66.67%～98.55%，其中沿河县最高，思南县最低。（3）随着土壤pH值、有机质含量的升高，土壤阳离子交换量呈升高趋势;随着土壤碱解氮、交换性钾、交换性镁含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后趋于平缓的趋势;随着土壤交换性钙含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后下降的趋势。方差分析结果表明，不同土壤 pH 值、有机质、交换性钾、交换性钙、交换性镁含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平;不同土壤碱解氮含量组间的土壤阳离子交换量差异达显著水平。

关键词：植烟土壤;阳离子交换量;时空变异;影响因素

中图分类号：S572.06   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0231-04

收稿日期：2021-05-01

基金项目：贵州省烟草公司科技项目（编号：201908）;绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室开放基金课题（编号：黔教合KY字[2019]036）;贵州省教育厅青年科技人才成长项目（编号：黔教合KY字[2019]175）;铜仁学院博士启动基金（编号：trxyDH1615）。

作者简介：谭智勇（1986—），男，湖南常德人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事农业科学领域的教学与研究工作。E-mail：daydayupccc@163.com。

通信作者：刘 杰，博士，主要从事烟草栽培技术研究。E-mail：25256757@qq.com。

土壤阳离子交换量（CEC）是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，其含量能作为评价土壤保肥能力的指标，同时也是土壤环境容量和污染物迁移转化的重要影响因素[1-4]。

土壤 CEC 的时空变异特征及影响因素已有相关研究。陈忠柳等研究耕地、草地、林草间作地、退耕还草地4种不同生态恢复模式下土壤CEC的分布情况，结果表明各土壤层次阳离子交换量均表现为退耕还草地显著低于其他生态恢复模式[5]。刘莉等研究表明，紫色土CEC显著高于红壤和砖红壤[6]。李海鹰等研究表明，江苏省南京市溧水区不同的地形中，CEC为5～10 cmol/kg的土壤在低山的面积百分比大，CEC为10～20 cmol/kg的土壤在平原的面积百分比大，CEC>20 cmol/kg的土壤只在平原中出现[7]。白志强等对四川盆地西缘黄壤等5种土壤CEC进行系统比较及影响因素研究，结果表明黄壤、水稻土和紫色土CEC显著低于黄棕壤，显著高于潮土，温度和降水组成的气候因素为该区土壤CEC的决定性影响因素[8]。关于植烟土壤中CEC 的时空变异特征及影响因素研究相对较少，本研究以贵州省铜仁市植烟土壤为例，研究其土壤CEC时空变异特征及其影响因素，以期为植烟区域土壤保肥和污染物防治提供基础数据和理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

贵州省铜仁市地处107°45′～109° 30′E、27°7′～29°5′N，位于贵州省东北部，与湖南省、重庆市接壤，气候属于典型的中亚热带湿润气候，年平均温度稳定在18 ℃左右，日照时数为1 250 h，年平均降水量在 1 100～1 400 mm[9]。铜仁市是贵州省重要的植烟市，年烟叶种植面积达7 300 hm2，烟区烟叶外观质量和内在品质相对较好，烤烟深得国内烟草公司青睐。

1.2 样品采集与分析

试验分别于 2000、2001、2019年进行，共采集土壤样品343个。取样遵循均匀性和代表性的原则，取样工具使用木铲（防止取样工具对土壤养分测定值的影响），取样深度 0～20 cm，用四分法取约 1 kg 土样。土样经风干、研磨、过筛后装袋备用。土壤pH值测定采用玻璃电极法;有机质含量测定采用重铬酸钾-硫酸氧化法;碱解氮含量测定采用碱解扩散法;有效磷含量测定采用钼锑抗比色法;交换性钾、钙和镁含量测定采用乙酸铵交换法[8-10]。

1.3 数据处理

参考文献[8]根据土壤保肥供肥能力强弱将铜仁市植烟土壤CEC按大小分为强（>20 cmol/kg）、中等（10～20 cmol/kg）、弱（<10 cmol/kg ）3个等级，常规数据分析用SPSS 19.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 铜仁市植烟土壤CEC时间变化特征

由表1可知，铜仁市2000、2001、2019年植烟土壤CEC平均值分别为12.06、13.75、 13.81 cmol/kg，单从平均值来看，铜仁市这3年间植烟土壤CEC均处于中等水平，且呈现增加的趋势;其变异系数3年间分别为34.33%、27.49%和29.62%，均属于中等变异，表明各年度土壤CEC的空间变异中等;从分布频率来看，3年间其含量处于中等水平以上的频率分别为63.29%、87.10%和90.59%，呈现增加的趋势，说明铜仁市土壤保肥供肥能力整体在增强。

2.2 铜仁市植烟土壤CEC空间变化特征

由表2可知，铜仁市各植烟县土壤CEC平均值为12.83～14.16 cmol/kg，单从平均值来看，均处于中等水平，其中松桃县最高，印江县最低，其含量大小依次为松桃县>德江县>石阡县>沿河县>江口县>思南县>印江县;各县变异系数为17.66%～42.11%，均属于中等变异，表明铜仁市各植烟县土壤CEC的空间变异中等;从分布频率来看，各县土壤CEC含量处于中等水平以上的频率为66.67%～98.55%，其中沿河县最高，思南县最低，其频率分布大小依次为沿河县>松桃县>江口县>印江县>石阡县>德江县>思南县，思南县植烟土壤中有33.33%的CEC含量较低，其植烟土壤保肥供肥能力有待进一步提高。

2.3 铜仁市植烟土壤阳离子交换量影响因素分析

2.3.1 土壤pH值

由图1可知，土壤阳离子交换量与pH值符合二次模型（y=0.326x2-2.642x+16.957，r2=0.149，P=0.000），随着土壤pH值的升高，土壤阳离子交换量呈升高趋势。将土壤样品按 pH 值大小分成极低（≤5.0）、低（>5.0～5.5）、中等（>5.5～7.0）、高（>7.0～7.5）、极高（>7.5）5组，方差分析结果表明，不同土壤 pH 值组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平（F=15.486，P=0.000）。

2.3.2 土壤有机质含量

由图2可以看出，土壤阳离子交换量与有机质含量符合指数模型（y=10.465e0.008x，r2=0.059，P=0.000），随着土壤有机质含量的升高，土壤阳离子交换量呈升高趋势。将土壤样品按有机质含量大小分成极低（≤10 g/kg）、低（>10～20 g/kg）、中等（>20～30 g/kg）、高（>30～45 g/kg）、极高（>45 g/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤有机质含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平（F=4.301，P=0.002）。

2.3.3 土壤碱解氮含量

由图3可知，土壤阳离子交换量与碱解氮含量符合幂模型（y=9.260x0.077，r2=0.035，P=0.000），随着土壤碱解氮含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后趋于平缓的趋势。将土壤样品按碱解氮含量大小分成极低（≤30 mg/kg）、低（>30～60 mg/kg）、中等（>60～120 mg/kg）、高（>120～150 mg/kg）、极高（>150 mg/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤碱解氮含量组间的土壤阳离子交换量差异达显著水平（F=3.343，P=0.011）。

2.3.4 土壤有效磷含量

由图4可知，土壤阳离子交换量与有效磷符合指数模型（y=12.681e0.000 6x，r2=0.002，P=0.455），但曲线拟合度一般。将土壤样品按有效磷含量大小分成极低（≤10 mg/kg）、低（>10～15 mg/kg）、中等（>15～30 mg/kg）、高（>30～40 mg/kg）、极高（>40 mg/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤有效磷含量组间的土壤阳离子交换量差异不显著（F=0.350，P=0.844）。

2.3.5 土壤速效钾含量

由图5可知，土壤阳离子交换量与速效钾含量符合幂模型（y=6.825 6x0.120，r2=0.096，P=0.000），随着土壤速效钾含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后趋于平缓的趋势。将土壤样品按有效磷含量大小分成极低（≤80 mg/kg）、低（>80～150 mg/kg）、中等（>150～220 mg/kg）、高（>220～350 mg/kg）、极高（>350 mg/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤速效钾含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平（F=7.454，P=0.000）。

2.3.6 土壤交换性钙含量

由图6可知，土壤阳离子交换量与交换性钙含量符合二次模型（y=-0.000 000 2x2+0.003x+8.897， r2=0.369， P=0.000），随着土壤交换性钙含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后下降的趋势。将土壤样品按交换性钙含量大小分成极低（≤400 mg/kg）、低（>400～800 mg/kg）、中等（>800～1 200 mg/kg）、高（>1 200～2 000 mg/kg）、极高（>2 000 mg/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤交换性钙含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平（F=2218.616，P=0.000）。

2.3.7 土壤交换性镁含量

由图7可知，土壤阳离子交换量与交换性镁含量符合幂模型（y=6.490x0.135，r2=0.181，P=0.000），随着土壤交换性镁含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后趋于平缓的趋势。将土壤样品按交换性镁含量大小分成极低（≤50 mg/kg）、低（>50～100 mg/kg）、中等（>100～200 mg/kg）、高（>200～400 mg/kg）、极高（>400 mg/kg）5组，方差分析结果表明，不同土壤交换性镁含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平（F=14.657，P=0.000）。

3 讨论与结论

铜仁市2000、2001、2019年植烟土壤CEC平均值分别为12.06、13.75、13.81 cmol/kg，单从平均值来看，植烟土壤CEC均处于中等水平，且呈现增加的趋势;从分布频率来看，3年间其含量处于中等水平以上的频率呈现增加的趋势，说明铜仁市土壤保肥供肥能力整体在增强。

铜仁市各植烟县土壤CEC平均值为12.83～14.16 cmol/kg，单从平均值来看均处于中等水平，其中松桃县最高，印江县最低;各县变异系数均属于中等变异，表明铜仁市各植烟县土壤CEC的空间变异中等;从分布频率来看，各县土壤CEC含量处于中等水平以上的频率为66.67%～98.55%，其中沿河县最高，思南县最低，思南县植烟土壤中有33.33%的CEC含量较低，其植烟土壤保肥供肥能力有待进一步提高。

土壤CEC含量的影响因素较多[5-10]，本研究重点从土壤养分对土壤CEC含量影响的角度作了分析，结果表明：随着土壤pH值、有机质含量的升高，土壤阳离子交换量呈现升高趋势;随着土壤碱解氮、交换性钾、交换性镁含量的升高，土壤阳离子交换量呈现先升高后趋于平缓的趋势;随着土壤交换性钙含量的升高，土壤阳离子交换量呈先升高后下降的趋势。方差分析结果表明，不同土壤 pH 值、有机质、速效鉀、交换性钙、交换性镁含量组间的土壤阳离子交换量差异达极显著水平;不同土壤碱解氮含量组间的土壤阳离子交换量差异达显著水平。

参考文献：

[1]Qaryouti M，Bani-Hani N，Abu-Sharar T M，et al. Effect of using raw waste water from food industry on soil fertility，cucumber and tomato growth，yield and fruit quality[J]. Scientia Horticulturae，2015，193：99-104.

[2]Aikelaimu A，Jiang J G，Li D A，et al. The interactions of metal concentrations and soil properties on toxic metal accumulation of native plants in vanadium mining area[J]. Journal of Environmental Management，2018，222：216-226.

[3]Paz-Ferreiro J，Marinho M，Abreu C A，et al. Soil texture effects on multifractal behaviour of nitrogen adsorption and desorption isotherms

[J]. Biosystems Engineering，2018，168：121-132.

[4]王幼奇，张 兴，赵云鹏，等. 基于GIS和地理加权回归的砂田土壤阳离子交换量空间预测[J]. 土壤，2020，52（2）：421-426.

[5]陈忠柳，舒英格，周鹏鹏. 喀斯特山区不同生态恢复模式土壤盐基离子的交换及分布特征[J]. 水土保持学报，2020，34（4）：304-311，319.

[6]刘 莉，谢德体，李忠意，等. 酸性紫色土的阳离子交换特征及其对酸缓冲容量的影响[J]. 土壤学报，2020，57（4）：887-897.

[7]李海鹰，姜小三，潘剑君，等. 土壤阳离子交换量分布规律的研究——以江苏省溧水县为例[J]. 土壤，2007，39（3）：443-447.

[8]白志強，张世熔，钟钦梅，等. 四川盆地西缘土壤阳离子交换量的特征及影响因素[J]. 土壤，2020，52（3）：581-587.

[9]付瑞滢. 贵州省铜仁市玉米生长的气象条件分析[J]. 北京农业，2015（6）：179-180.

[10]普继琼，廖 萍，吴建芳. 红塔区农产品产地土壤中阳离子交换量与有机质含量和pH值的测定及相关性分析[J]. 云南农业科技，2020（4）：13-14.