洱海流域植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价

郭迎新，陈永亮，苗琪，范志勇，孙军伟，崔振岭，李军营

洱海流域植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价

1中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2云南省烟草农业科学研究院，云南玉溪 653100；3云南省烟草公司大理州公司，云南大理 671000

【目的】通过研究洱海流域植烟土壤养分时空变异特征，实现对该区域植烟土壤肥力分级评价及其空间可视化的目标，进而为洱海流域烟田养分分区管理、平衡施肥、农业面源污染防控等提供科学依据。【方法】以2011—2013年、2018年和2020年洱海流域植烟区964个土壤样品为研究对象，采用地统计学和地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）技术探究养分的时空变异特征和区域分布格局，并采用Fuzzy综合评价法对植烟区土壤肥力进行定量评价。【结果】2011—2020年洱海流域植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的均值为7.3、59.6 g·kg-1、3.5 g·kg-1、54.4 mg·kg-1、192.0 mg·kg-1，均表现为中等变异。植烟土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量丰富，丰缺等级处于中上等级及以上的区域面积占比分别为85.2%、93.8%、94.5%及78.8%，存在明显的区域变异性。植烟土壤肥力处于I—V级的区域面积占比分别为8.4%、25.0%、40.3%、23.3%、3.0%。洱海流域植烟土壤整体偏碱性，pH值呈现出洱海北部高于南部的现状；有机质和全氮含量高值区主要分布于洱海北部和西部；有效磷含量高值区以斑块状分布在洱海北部、东部和西部；速效钾含量高值区呈片状分布在洱海北部和东部。【结论】洱海流域植烟土壤整体肥力较高，III级及以上高肥力区主要分布在洱海北部和东部。同时，洱海北部和西部植烟土壤氮磷元素含量丰富，区域内存在农业面源污染风险。

烟田；土壤养分；时空变异；土壤肥力评价；洱海流域

0 引言

【研究意义】烟草是我国重要的经济作物，也是宝贵的化工原料和重要的蛋白质来源[1]。烟草生态适应性较强，从60°N到45°S的范围内均有适合烤烟种植的地方，但生态环境的差异决定着烟叶特定品质和风味特色[2-3]。洱海流域是传统农业发展区，得益于区域内丰富的光热条件和充沛的水资源，烟叶具有油份足，香气质清香，气味纯净的特点，烤烟产业成为该区域农业经济的重要支柱[4]。近年来，由于不合理的农业结构、旅游过度开发、生态意识淡薄等原因致使大量营养元素排入洱海，2008—2017年中洱海水质仅有两年为Ⅱ类优质水源[5]。据估算，2018年洱海流域农业面源污染的总氮排放量为2 752.56 t，总磷排放量为259.33 t，远超出洱海Ⅱ类水质的水环境承载力[6-7]。流域内种植业导致的面源污染在总污染负荷中占比最高，其中植烟土壤氮磷元素流失系数较高[7-9]。土壤养分是烤烟生长发育过程中营养元素的直接来源，极大程度决定了烟叶的产量与品质。基于GIS技术探究土壤养分时空变异具有管理空间不均匀分布资源的功能，可以直接反映区域内烟田施肥策略及耕作方式等农业制度的合理性，为洱海流域潜在养分淋失风险评价奠定基础。在此基础上，烟田土壤肥力定量评价是评价烟草生态适宜性和营养诊断的前提，更是区域养分管理策略的重要科学依据[10]。鉴于此，明确洱海流域植烟土壤养分时空变异特征，建立植烟土壤肥力分级评价体系并实现空间可视化，是烟田养分资源高效利用和降低淋失风险的基础，对发挥洱海流域烟田生产潜力以及农业发展可持续具有指导意义。【前人研究进展】当前，地统计学和GIS技术相结合宏观研究土壤养分时空变异特征，并运用数理统计方法综合评价土壤肥力是土壤养分研究的热点。我国土壤养分变异特征研究起步相对较晚，研究方法经历了由经典统计学到地统计学再到新型辅助技术的过程[11]。基于地统计学与GIS技术可在不同尺度范围内将土壤属性与地理数据有机结合，更加高效直观地反映出整个研究区土壤养分变异特征和分布状况[12-13]。常乃杰等以云南省玉溪市植烟区土壤为研究对象，得出土壤养分的变异特征和空间分布，以乡镇作为管理单元提出5个烤烟养分管理分区及相应的基肥和追肥配方[14]。土壤肥力评价方法有灰色关联法、模糊评判法、聚类分析法等，目前没有统一的标准，需根据实际情况选取适宜的评价方法。徐辰生等在结合地统计学和GIS技术基础上，采用Fuzzy综合评价法建立南平烟区植烟土壤肥力评价体系[15]。倪明等研究了保山市植烟土壤养分的时空变异特征，并根据土壤肥力指数对土壤肥力适宜性进行综合评价，为指导植烟施肥实践提供理论基础[16]。在不同尺度上，土壤养分的变异规律不尽相同[17]。【本研究切入点】以往大理州植烟土壤研究仅停留在经典数理统计层面，并缺乏植烟土壤的量化评价，对洱海流域施肥策略合理化和防控烟田面源污染缺乏精确性指导[4,18-20]。【拟解决的关键问题】本研究以2011—2020年以来964个洱海流域植烟土壤样点为研究对象，基于地统计学和GIS技术探究了土壤养分的时空变异特征和区域分布格局，并对植烟区土壤肥力进行了定量化评价，旨在为洱海流域烟田养分分区管理、平衡施肥、农业面源污染防控等提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

洱海流域位于我国云南省大理白族自治州，流域面积为2 565 km2，主要包括大理市及洱源县的16个乡镇。洱海流域属低纬高原亚热带季风气候，温暖湿润，干湿分明，年均气温15.1℃，全年平均降水量1 000 mm，其中，85%以上的降雨集中在5—10月的雨季，年相对湿度为66%。洱海隶属澜沧江-湄公河水系，湖面高程1 966 m时湖面积为252.191 km2。流域内大小河溪117条，主要有北部的罗时江、弥苴河、永安江，西部的“苍山十八溪”和南部的波罗江、金星河等。该流域位于大理的平坝地区并且水资源丰富，拥有着优越的农业生产条件，是大理人民赖以生存和经济社会可持续发展的基础。流域内种植业主要是种植粮食作物和经济作物，经济作物主要包括烤烟、蔬菜等。根据大理州烟草公司制订的《大理州洱海流域烤烟生态种植实施方案》，每年在洱海流域种植烤烟近4 000 hm2，其中，大理市约1 600 hm2，洱源县约2 400 hm2。

1.2 样品采集与分析

根据洱海流域烤烟种植情况，选取成片性好的植烟土壤每13.3 hm2布1个取样点，于2011—2013年、2018年、2020年分别采集88个、233个、643个土壤样品（图1）。土样采集时间避开雨季选在烤烟前茬作物收获后未进行翻耕和施肥时，以反映取样点的真实理化性状，同时使用GPS定位，记录经纬度、海拔高度等采样点信息。田间取样时，按“S”形方式取耕层（0—20 cm）的混合土样，除去石块、植物根系和凋落物后，用四分法取1 kg土样带回实验室。土样登记编号后风干、磨细、过筛、混匀、装瓶备分析测定用，测定项目包括土壤pH、有机质、全氮、有效磷及速效钾等。采用玻璃电极法（水土比为2.5﹕1）测定土壤pH；采用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质含量；采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量；采用钼锑抗比色法测定土壤有效磷含量；采用火焰光度法测定土壤速效钾含量[21]。

1.3 植烟土壤肥力评价方法

1.3.1 土壤肥力指标隶属度值和权重 采用Fuzzy综合评价法对洱海流域植烟土壤肥力定量评价。参考洱海流域植烟土壤肥力特征和陈美球等的研究[22-24]，选取土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾5项指标作为洱海流域植烟土壤肥力综合指标值（integrated fertility index，IFI）的评价因子。隶属度是模糊数学中的一个重要概念，土壤各项肥力指标隶属度值由隶属度函数计算得来。隶属度函数可将实测的土壤pH和土壤养分数值进行归一化处理，进而转化为0—1的无量纲值，其值的大小反映出该项指标的贡献程度。据作物效应曲线的差异性可将隶属度函数分为抛物线型和S型两种，其中pH、有机质、全氮属于抛物线型，有效磷和速效钾属于S型。其函数表达式为：

图1 洱海流域植烟土壤采样点分布图

抛物线型隶属度函数：

S型隶属度函数：

式中，N表示第个样品的第个土壤肥力指标隶属度值，为土壤肥力指标的测定值。参考王政等[15-16,25]的方法确定土壤各养分指标的转折点阈值，各指标的阈值为1、2、3、4（表1）。

权重系数是反映土壤各肥力指标贡献度的关键参数，直接作用于植烟土壤肥力评价的结果。确定权重系数的方法有相关系数法、主成分分析法、专家评分法等。本研究权重系数采用相关系数法，首先计算出土壤各肥力指标之间相关系数的平均数，以其占土壤全部肥力指标间相关系数平均数之和的比作为该项指标的权重系数。

1.3.2 模糊数学综合评价方法 IFI可由隶属度值和权重计算得出，其值的大小受各项土壤养分指标丰缺情况共同影响。根据相关文献资料分类标准[16,26]，可将IFI分为5个等级，并对洱海流域植烟土壤进行评价分级，即I级（0.8

式中，W为第个土壤样品的第个土壤养分指标的权重系数，N同1.3.1。表示为土壤样品个数，表示每个样品中土壤养分指标的个数。

1.4 数据统计分析

原始数据的异常值剔除、正态性检验、相关系数计算采用SPSS 18.0，常规性统计由Microsoft Excel 2019完成。在Minitab 19.2中将土壤数据进行对数或Box-Cox变换，使之服从正态分布。使用GS+9.0软件完成地统计分析，获取最优变异函数半方差理论模型及参数。运用ArcGIS 10.6中Geostatistical Analyst模块的普通克里金插值法进行插值并完成空间分布图，最后运用Reclassify工具，将土壤养分指标的插值结果重新分类栅格，从而计算得到每个丰缺等级的面积百分比。

表1 抛物线和S型函数曲线各指标的阈值

“/”表示空值“/” Means null

2 结果

2.1 洱海流域植烟土壤养分含量统计分析

从统计结果来看（表2），2011—2020年以来土壤pH、有机质和全氮含量均值整体呈现上升趋势，2018—2020年上升幅度较大；有效磷含量均值表现为2011—2018年迅速上升，之后增幅减缓并趋于稳定；速效钾含量均值则先增加后减少。2011—2020年植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的均值为7.3、59.6 g·kg-1、3.5 g·kg-1、54.4 mg·kg-1、192.0 mg·kg-1。变异系数（coefficient of variation，CV）是数据离散程度的表现，2011—2020年植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾的变异系数为11.6%、44.9%、47.3%、52.0%、52.7%，均属于中等程度变异，各年份中以土壤pH的变异系数最小，速效钾的变异系数最大。

峰度和偏度表示数据分布的正态性，分别用来衡量数据的非对称特征和集中程度。由偏度和峰度检验结果可以看出，各项土壤指标均不服从正态分布，各年份土壤指标呈现不同程度的正偏态或负偏态，2011—2013年土壤pH偏斜程度最大。为提高地统计学分析和克里金插值的准确性，需对土壤各项指标进行对数或Box-Cox正态化处理。

表2 洱海流域植烟土壤养分含量描述性统计特征

2.2 植烟土壤养分的空间变异特征

利用GS+软件对2011—2020年土壤养分指标进行模型拟合，选取最优半方差函数模型及参数，定量地展示了土壤肥力特征的空间变异结构（表3）。拟合模型的优劣可通过决定系数和残差来判断，决定系数越大，残差越小，说明拟合的半方差函数模型和参数最优。表3结果表明，洱海流域内的土壤养分指标均存在较好的半方差结构，皆为高斯模型。从决定系数上来看，速效钾拟合效果最佳，决定系数为0.705。

表3 土壤养分的半方差函数模型及参数

土壤养分指标的空间变异特征存在随机性和结构性两个明显的特征，随机性是由耕作制度、施肥方式和土地利用方式等人类活动所导致，而结构性则是依赖于成土母质、地形地貌、自然气候等自然条件形成。块基比（块金值/基台值）表示随机性变异占系统总变异（随机性和结构性）的比例，其值的大小反映了随机因素对总空间变异特征的影响程度。从块基效应来看，2011—2020年植烟土壤pH块基比<25%，土壤属性存在强烈的空间自相关性，表明母质、气候和地形等自然因素对其空间变异起主导作用；相比之下，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾块基比处于25%—75%，表现为中等空间自相关性，表明空间变异由人为和自然因素共同影响。

2.3 植烟土壤养分的空间分布格局

土壤养分的空间分布格局是其空间变异特征的具体表现。在获得最优半方差函数模型及参数的基础上，运用ArcGIS 10.6中的普通克里金插值法绘制洱海流域植烟土壤主要养分（pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾）空间分布图，可以直观地反映各乡镇植烟土壤的肥力状况（图2）。根据图2-a，pH分布总体上呈现北高南低的趋势，pH处于6.5—7.0为主要分布区域，普遍分布于洱海西部、东部和除下关镇以外的南部；其次pH处于7.0—8.0的区域主要集中分布在包括三营镇、茈碧湖镇、右所镇和邓川镇在内的洱海北部；pH处于8.0以上的高值地区主要以斑块状分布于洱海北部和下关镇的大部分区域。

图2 洱海流域植烟土壤养分含量空间分布格局

根据图2-b和2-c，土壤有机质和全氮含量的空间分布呈现高度的相似性，这与两者间相关系数为0.965有关。有机质和全氮均总体上呈由洱海西北部向东南部逐渐递减的趋势，空间分布有较好的规律性，其高值区主要位于在包括牛街乡、三营镇、茈碧湖镇、右所镇在内的洱海北部和包括喜洲镇、湾桥镇、银桥镇、大理镇在内的洱海西部，整体呈聚集分布；低值区主要以斑块状分布于洱海南部和东北部。

根据图2-d，洱海流域不同乡镇烟田土壤有效磷含量呈现明显的区域差异性，但规律性不突出，总体上呈现由湾桥镇、挖色镇北部向南部方向逐渐减少的趋势。植烟土壤有效磷以大于40 mg·kg-1为主要分布区域，以斑块状分布在洱海北部、东部和西部。根据图2-e，速效钾分布空间连续性好，总体上呈现由洱海东北部向西南部逐渐减小的趋势。速效钾含量大于200 mg·kg-1的区域呈片状分布在洱海北部和东部；速效钾含量小于50 mg·kg-1的区域以插花状分布在洱海流域速效钾的低值区。

2.4 植烟土壤养分含量丰缺等级分布及其相关分析

结合全国第二次土壤普查养分分级标准确定土壤主要养分（有机质、全氮、有效磷、速效钾）6个丰缺评价等级，并计算出2011—2020年洱海流域植烟区土壤养分丰缺等级面积比例现状（表4）。从表4结果来看，植烟土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量丰富，处于中上等级及以上的区域面积占比分别为85.2%、93.8%、94.5%及78.8%，各项指标属于低等级的区域面积只占零星比例。

由表5可知洱海流域植烟土壤各项肥力指标间的相关关系（Pearson相关系数），除速效钾与有机质、速效钾与全氮外，其余养分两两互相在0.01水平存在极显著相关性。其中，土壤pH和有效磷含量呈负向相关关系，其余均为正向相关；土壤有机质含量和全氮含量相关关系最为密切，相关系数为0.965。权重系数采用相关系数法来确定，是植烟土壤肥力评价的重要参数。由表5可以看出，土壤有机质和全氮的权重系数较大，分别为0.278和0.269，速效钾的权重系数最小。

表4 2011—2020年洱海流域植烟土壤养分丰缺等级面积百分比

表5 土壤肥力指标间的相关系数、相关系数平均值和权重系数

**表示在0.01水平（双侧）上显著相关**Significant correlation at the levels of 0.01 (2-tailed)

2.5 洱海流域植烟土壤肥力评价

采用Fuzzy综合评价法计算出IFI值并进行分级，以量化评价洱海流域植烟土壤肥力（图3）。由图3可知，研究区土壤肥力处于III级及以上的区域面积占比73.7%，V级土壤占比3.0%。为进一步研究土壤IFI空间分布的差异性，通过克里金插值绘制出土壤分级空间分布图（图4）。如图4所示，I级和II级高质量土壤主要以斑块状分布在洱海北部、洱海东部和包括凤仪镇在内的洱海南部；III级土壤分布具有较好的连续性，主要分布在包括牛街乡、三营镇、茈碧湖镇等乡镇在内的洱海北部和包括喜洲镇和银桥镇在内的部分洱海西部；IV级和V级主要以斑块状分布在洱海北部、包括喜洲镇和大理镇在内的海西地区和包括下关镇和凤仪镇在内的洱海南部。

3 讨论

3.1 土壤pH和有机质

土壤酸碱度是影响土壤养分形态转化和根系活力的重要因素之一[27-28]。本研究表明2011—2020年洱海流域植烟土壤存在pH升高现象，pH均值由7.2增长为7.4。前人研究了大理州2012年以前植烟土壤pH时，发现大理烟区土壤酸碱度适中，呈现偏酸性[4,18-19]，与本研究结果不一致，可能由于是取样年份不同，也可能是取样尺度不同产生的差异。黄俊杰[20]发现洱源县植烟土壤的pH为7.27，显著高于大理州其他县市，而洱海流域涵盖了洱源县的大部分乡镇。由表2和表3可知，该区域内植烟土壤pH主要受成土母质、地形条件和土壤类型等自然因素影响，同时其变异系数相较于其他指标最小，表明土壤pH在一定区域内的变异性较小，与赵晴月等研究结果相似[29]。洱海流域植烟土壤有机质含量丰富，丰缺等级处于中上等级及以上的区域面积占为85.2%。相比于2011—2013年，2020年植烟土壤有机质含量提升了18.9%。值得注意的是，2018—2020年土壤有机质含量、全氮和pH上升趋势显著高于2011—2018年，可能与近年在洱海流域烟田开展有机肥全面替代化肥的施肥策略有关。蔡泽江等发现施用有机肥可提升土壤pH，可能是由于有机肥中碱性物质释放，降低硝化作用、较少硝态氮和H+产生量、以及增加H+消耗等机制所致[30-31]。该区域内有机质含量变化受人类活动的影响，也印证了上述猜想（表3）。有机肥具有提升土壤物理性质、优化农田微生物群落等积极作用，李春俭则指出烟草栽培中要控制有机肥的施用量，避免烤烟生育后期氮素吸收过多进而影响烟叶品质[1]。漆智平等认为适宜优质烤烟生长的土壤pH为5.5—7.0，施用NH4Cl和(NH4)2SO4可以降低植烟土壤pH[32]。因此，针对洱海流域植烟土壤pH偏高的现状，建议(NH4)2SO4等生理酸性肥料与有机肥适量配合施用以进行土壤改良。

图3 洱海流域植烟土壤等级面积百分比

图4 洱海流域植烟土壤肥力分级空间分布图

3.2 土壤全氮、有效磷和速效钾

植烟土壤全氮、有效磷和速效钾含量在其产量和品质形成中发挥着举足轻重的作用，是反映土壤供肥能力的重要指标。本研究表明，洱海流域93.8%植烟土壤的全氮含量丰缺等级处于中上等级及以上，2011年以来洱海流域烟田土壤全氮含量均值表现为逐年升高，直到2020年其含量升高至3.7 g·kg-1，可能与农户过量氮肥投入有关。优化氮素供应是当下烤烟实现农田养分资源高产高效的关键措施，氮肥用量不足和过量都会导致烤烟产值下降[33]。洱海流域主要种植烤烟品种为K326和红花大金元，SU等发现二次模型适用于两个品种对氮素的响应，其最适施氮量分别为90和60 kg N·hm-2，在此施氮量下可取得提升烤烟品质与生态环境保护的双赢效果[34-35]。洱海流域植烟土壤全氮和有机质在变异系数、最优插值模型、空间分布格局等方面呈现出高度的一致性，与两者之间较高的相关系数有密切关系。谢国雄等认为陆地生态系统中的氮素主要储存于土壤有机质库，导致两者存在紧密相关性[36]，而LIU等认为这种相关关系与复杂的生物地球化学有关[37]。分析结果显示，全氮含量的高值区主要分布在洱海北部和西部，而洱海北部的三营镇等乡镇及入湖河流恰为流域重点污染源区[8,38-39]。同时，洱海西部降雨量高于东部约25%—30%，增加了海西地区养分流失造成农业面源污染的风险[40]。依据实际土壤氮素含量分布情况，建议洱海西部和北部烟田氮肥施用量参考品种需肥特性进行减施，其他各区域可结合实际情况合理化土壤氮素含量，对烤烟品质提升和生态环境保护具有重要意义。

流域植烟土壤有效磷处于高和极高水平区域面积占比81.5%，速效钾总体处于高和极高水平区域面积占比50.2%。2011—2018年土壤有效磷和速效钾含量提升明显（表2），表明期间烟田施肥量普遍较高，2018年以后可能受到肥料政策推广的影响，导致有效磷含量不再大幅升高且速效钾含量呈现下降趋势。从各年份的变异系数来看，有效磷和速效钾均高于土壤其他指标，同时两者的块基比均处于25%—75%之间，说明土壤中磷、钾的空间分布具有一定随机性，受到施肥、灌溉、土地利用方式等人为因素和自然因素的共同作用，与张玲娥等的研究结果一致[41-42]。在一定范围内，土壤有效磷的含量随施磷量的增加而上升，农户施肥量的差异导致了有效磷含量的分布变异。同时，磷素在土壤中易发生吸附、沉积和转化作用，大部分以难溶性的化合物形式被土壤固定[43]，较差的移动性加剧了空间分布的差异性。虽然钾素具有一定的移动性，但实际农事操作因经济状况致使农户的施钾量有所差异[14]。洱海流域植烟土壤磷素含量丰富，烤烟生育期对磷素吸收平稳且吸收量相对较低[1]，尤其是洱海北部及洱海西部的磷素含量高值区应适量减少磷肥投入，减少土壤磷素累积；钾素则是烤烟的品质元素，当前土壤速效钾含量基本可以满足烤烟的正常生长需要，洱海东部地区可适量减少钾肥投入。因此，针对洱海流域土壤氮、磷、钾养分资源现状和烤烟养分吸收特征，提出“控氮、减磷、稳钾”的总体施肥方案。

3.3 土壤肥力评价

本文以土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾为肥力评价指标，采用Fuzzy综合评价法对2011—2020年洱海流域植烟土壤肥力作出评价。研究结果表明，洱海流域植烟土壤肥力处于III级及以上的占比73.7%，肥力高值区主要分布在洱海北部和东部，说明洱海流域植烟土壤整体上质量较优，可以为烟株提供良好的生长发育条件。吴杰等发现IFI值与烤烟等级结构和均价均呈显著的正相关关系，该评价方法可以代表研究区域内烤烟的实际生产状况[44]。李晓宁等则认为土壤肥力评价结果仅代表土壤潜在肥力，烤烟最终产量还受到生态因子和施肥措施等因素影响[45]。高肥力土壤往往存在较大养分淋失风险，流失的营养元素会引起水体富营养化，致使周边区域生态系统遭受破坏[46-47]，所以如何高效利用土壤养分资源成为提升洱海流域烟田经济效益和环境效益的关键。烤烟的初生根和大量次生根以丛状分布，通常集中在0—20 cm土层，氮磷养分淋失也会降低烟株根层对养分的吸收。HOU等用15N标记NH4NO3方法探究烟田氮素去向，4年试验结果表明烤烟氮素积累利用率仅为34.3%[48]。目前，养分高效利用研究在三大粮食作物中取得可喜进展，前人在不增加氮肥投入的情况下充分发挥农田的生产潜力，并有效降低活性氮的损失[49-51]。笔者认为洱海作为我国“新三湖”重点保护湖泊之一，植烟土壤的养分在部分地区富集现状将会加剧该区域内的生态环境退化，在洱海流域烟田应采取“分区管理，以需定量，分期调控”的肥料管理策略，使肥料供应和烟株养分需求达到数量上匹配、时间上同步、空间上的耦合，提升肥料利用率。

4 结论

与2011—2013年相比，近10年洱海流域植烟土壤pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均呈上升趋势。区域内植烟土壤营养元素含量较高，有机质和全氮含量高值区主要分布于洱海北部和西部；有效磷以大于40 mg·kg-1为主要分布区域，以斑块状分布在洱海北部、东部和西部；速效钾含量大于200 mg·kg-1的区域呈片状分布在洱海北部和东部。

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Spatial-Temporal Variability of Soil Nutrients and Assessment of Soil Fertility in Erhai Lake Basin

1College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193;2Yunnan Academy of Tobacco Agriculture Science, Yuxi 653100, Yunnan;3Yunan Dali Tobacco Company, Dali 671000, Yunan

【Objective】By studying the spatial-temporal variation characteristics of tobacco-planting soil nutrients in Erhai Lake Basin (ELB), the objective of grading evaluation and spatial visualization of tobacco-planting soil fertility in this region was achieved, so as to provide a scientific basis for the nutrient management, balanced fertilization, and the control of agricultural non-point source pollution of tobacco-planting areas in ELB.【Method】Based on the 964 tobacco-planting soil samples in ELB collected in 2011-2013, 2018 and 2020, this study explored the spatial-temporal variability of nutrients and regional distribution patterns by using Geostatistics, Geographic Information Systems (GIS) technology, and Fuzzy integrated fertility index method to quantify the soil fertility in tobacco-planting areas. 【Result】The average values of soil pH, soil organic matter (SOM), total nitrogen (TN), Olsen-P (AP) and available potassium (AK) of tobacco-planting soil in ELB were 7.3, 59.6 g·kg-1, 3.5 g·kg-1, 54.4 mg·kg-1, and 192.0 mg·kg-1, respectively, all of which belonging to moderate variation. Tobacco-planting soil was rich in SOM, TN, AP and AK, and the proportions of areas within the upper-middle level accounted for 85.2%, 93.8%, 94.5% and 78.8%, respectively, showing obvious variation at regional scale. The area of tobacco-planting soil fertility were graded to five levels (from high to low: I to V), which accounted for 8.4%, 25.0%, 40.3%, 23.3% and 3.0%, respectively. The pH of tobacco-planting soil was relatively alkaline in ELB, which was higher in the northern than in the southern; the highest concentrations of SOM and TN occurred in the northern and the western region; the areas with high AP concentration were distributed in patches in the northern, eastern and western region of Erhai Lake; the areas with high AK concentration were distributed in flakes in the northern and eastern of Erhai Lake. 【Conclusion】Collectively, the fertility of the tobacco-growing soil in ELB was in high level, and the high-quality soil areas above grade III were mainly distributed in the northern and eastern region. Meanwhile, the tobacco-planting soil in the northern and western Erhai Lake were rich in nitrogen and phosphorus, and there was a risk of agricultural non-point source pollution in the region.

tobacco field; soil nutrient; spatial-temporal variability; assessment of soil fertility; Erhai Lake Basin

2021-03-17；

2021-06-28

中国烟草总公司云南省公司科技项目（2020530000241005）

郭迎新，Tel：18810755191；E-mail：yingxguo@163.com。通信作者李军营，Tel：13508778753；E-mail：ljy1250@163.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.10.009

（责任编辑 李云霞）