盐源县植烟土壤速效养分空间变异特征研究
肖怡1, 冯浪1, 王鹏2, 张新3, 李启权1,*, 王勇4, 陈玉蓝4, 罗琳4, 王昌全1
1.四川农业大学 资源学院,四川 成都 611130
2.武汉市汉阳区卷烟厂 原料部,湖北 武汉 430051
3.筠连县筠连镇政府,四川 宜宾 645250
4.四川省烟草公司 凉山州公司,四川 凉山 615000
*通信作者,李启权,E-mail: liqq@lreis.ac.cn

作者简介:肖怡(1993—),女,四川宜宾人,硕士研究生,主要从事土壤环境质量研究。E-mail: yiguaer@sina.con

摘要

为揭示盐源烟区土壤速效养分空间变异特征及前茬作物对其的影响,基于野外采集的237个土壤样本,采用反距离权重插值和方差分析方法对植烟土壤3种速效养分进行分析。结果表明,研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为22.75~158.54、1.25~68.90和34.37~362.59 mg·kg-1,变异系数在29.17%~77.04%之间。空间插值结果表明,研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾的空间变异明显,集中分布于适宜水平,处于较低及以下水平的面积较小,呈斑块状分布全区。方差分析结果表明,前茬作物对研究区土壤碱解氮和有效磷影响显著,但对速效钾影响并不显著。当前茬作物为烤烟时,土壤碱解氮、有效磷和速效钾的均值含量最小,分别为77.00、13.15和126.39 mg·kg-1;当前茬作物为紫花苕时,土壤有效磷和速效钾均值含量最大,分别为27.06和170.41 mg·kg-1;当前茬作物为水稻时,碱解氮均值含量最大,为97.97 mg·kg-1

关键词: 空间变异; 速效养分; 反距离权重插值; 前茬作物
中图分类号:S158 文献标志码:A 文章编号:1004-1524(2017)08-1329-07 doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2017.08.14
Study on spatial variability of soil available nutrients in tobacco planting soil in Yanyuan County
XIAO Yi1, FENG Lang1, WANG Peng2, ZHANG Xin3, LI Qiquan1,*, WANG Yong4, CHEN Yulan4, LUO Lin4, WANG Changquan1
1. College of Resources, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
2.Raw Material Department of Cigevette Factory in Hanyang District, Wuhan City, Wuhan 430051, China
3. The People‘s Government of Junlian Town, Junlian County, Yibin 645250, China;
4. Liangshan Company of Sichuan Provincial Tobacco Co., Ltd, Liangshan 615000, China
Abstract

In order to reveal the spatial distribution of available nutrients in tobacco planting soils and the influence of previous crops, 273 soil samples were collected in tobacco-growing areas in Yanyuan County, and inverse distance weighting was adopted in combination with variance analysis. It was shown that the concentration of soil available N (AN), available P (AP) and available K (AK) ranged from 22.75 to 158.54, 1.25 to 68.90 and 34.37 to 362.59 mg·kg-1, respectively, and the variation coefficient of AN, AP and AK ranged from 29.17% to 77.04%. The spatial variability of AN, AP and AK was obvious. The concentrations of AN, AP and AK were mainly in the appropriate level, while the areas with lower AN, AP and AK were small, which were scattered plaques. The former crops had significant effects on soil AN and AP, yet no significant effect on AK in the study area. The average value of soil AN, AP and AK was the lowest when the previous crop was tobacco, which were 77.00, 13.15and 126.39 mg·kg-1 respectively. The average value of soil AP and AK was the highest when the previous crop was Vicia villosa, which was 27.06 and 170.41 mg·kg-1, respectively. The average value of soil AN was the highest when the previous crop was rice, which was 97.97 mg·kg-1.

Keyword: spatial variability; available nutrients; inverse distance weighting; previous crops

土壤是影响烟叶品质的重要条件, 选择具有良好结构和肥力状况的土壤是提高烟叶产量和质量的关键[1, 2]。土壤中的速效养分— — 氮、磷、钾是烤烟生长必需的营养元素[3, 4], 对烤烟的生长发育和新陈代谢具有重要的作用[5, 6]。由于作物在生长过程中其农艺栽培措施、根系微生物种群和根系分泌物等各不相同, 因此, 前茬作物对土壤理化性状的影响也必将有所区别[7, 8]。深入研究前茬作物对烟区速效养分的影响, 对建立烟区不同前茬作物土壤养分数据库、合理施肥和烟区土壤改良等具有积极意义。

近年来, 学者针对土壤速效养分的空间变异及其影响因素开展了大量研究。王永豪等[9]研究表明, 前茬作物对土壤氮素水平有极显著影响; 赵业婷等[10]研究了西安市粮食主产区耕层土壤速效养分的空间变异特征, 并指出土壤质地和地貌类型是主要影响因素; 刘杨等[11]研究了板栗主产区土壤氮磷钾的空间变异特征, 并探讨了氮磷钾全量与有效态的相关关系; 王云全等[12]研究表明, 成土母质、土壤类型和土地利用方式等是氮磷钾空间变异特征的主要影响因素。

四川省盐源县是烤烟种植大县, 盛产以“ 清、甜、香” 为特色的优质烟叶, 在四川优质烟叶生产中占有重要地位。当前盐源县烤烟种植通常采用轮作制, 前茬作物种类较多。以往关于盐源土壤养分空间变异及影响因素的研究已较丰富[13, 14], 然而涉及前茬作物对烟区土壤速效养分影响的研究仍较欠缺。本研究以盐源烟区土壤为研究对象, 应用地统计学方法系统评价该区域3种速效养分(碱解氮、有效磷、速效钾)含量丰缺状况, 并拟探讨土壤速效养分的空间变异特征及前茬作物的影响, 以期为科学施肥和提高烟叶品质提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 研究区概况

盐源县位于四川省西南部, 青藏高原东南缘, 雅砻江下游西岸, 地理坐标为100° 42'09″~102° 03'44″E, 27° 06'31~28° 16'31″N, 面积8 398.6 km2。盐源县境内地形以四周高山峡谷、中部丘陵盆地为总特征, 研究区海拔在2 300~2 500 m之间。属于亚热带季风气候区, 四季分明, 年温差小, 日温差大, 年均气温12.1 ℃, 冬春干旱, 夏秋雨量集中, 雨热同季, 年均降水量855.2 mm, 光照资源丰富。烟区前茬作物主要包括海椒、烤烟、水稻、玉米和紫花苕(Vicia villosa)5种类型。近年来烤烟种植面积约4 500 hm2, 年烟叶收购量约11 200 t[15]

1.2 样品采集与测定

根据盐源县主要烟草种植情况, 在兼顾代表性与均匀性的基础上, 遵循随机、等量、同层次、多点混合的原则, 利用GPS获取每个采样点的坐标, 选用网格法和多点混合法采集土壤样本。土样采集时间为2013年2月烟田尚未施底肥和烟叶移栽前, 采集代表性烟田耕作层(0~20 cm)土壤样品237个(图1), 采集土壤样品时详细记录其地形地貌、土壤类型、前茬作物以及施肥状况等环境信息。

土样碱解氮、速效磷和速效钾分别采用碱解扩散法、盐酸-氟化铵浸提— 钼锑抗比色法和乙酸铵浸提— 火焰光度计法测定[16], 土样测定时间为2013年5月。

图1 研究区位置及土壤采样点分布Fig.1 Location of the study area and distribution of soil sampling sites

1.3 数据处理与分析

运用ArcGIS 10.0平台的反距离加权法对盐源烟区土壤速效养分进行插值, 得出研究区速效养分的空间分布状况。

土壤速效养分的常规统计分析、方差分析和Kolmogorov-Smimov(K-S)检验在SPSS 22.0平台上进行。并依据《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》及相关文献[17, 18]中的植烟土壤养分含量分级评价标准(表1), 对研究区土壤养分含量进行分析评价。

表1 植烟土壤速效养分分级评价标准 Table 1 Evaluation criteria of soil available nutrients in tobacco growing area mg· kg-1
2 结果与分析
2.1 土壤速效养分总体特征

统计结果(表2)表明, 研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾的均值分别为86.11、15.86和139.94 mg· kg-1, 均处于适宜水平(Ⅲ 级)。从等级分布来看, 碱解氮、有效磷和速效钾含量处于适宜水平的比例分别为63.37%、36.63%和30.77%, 低于适宜水平的(Ⅰ 、Ⅱ 级)样点比例分别为12.82%、29.67%和25.64%。碱解氮、有效磷和速效钾的变异系数分别为29.17%、77.04%和44.89%, 均属于中等强度变异, 说明三者的空间分布并不均匀, 且有效磷的变异程度明显大于碱解氮和速效钾。数据正态性(K-S)检验结果表明, 碱解氮符合正态分布, 有效磷和速效钾符合对数分布。

表2 研究区植烟土壤速效养分含量统计特征 Table 2 Descriptive statistical characteristics of soil available nutrients content in tobacco growing area in study area
2.2 土壤速效养分空间分布特征

采用反距离权重法对研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾进行插值, 得出空间分布(图2)。研究区土壤碱解氮含量处于适宜水平(60~120 mg· kg-1)的面积最大, 呈大片面状分布全区; 只有极少数地区含量处于适宜水平以下(< 60 mg· kg-1), 零星分布于研究区东北部。有效磷含量处于适宜水平(10~20 mg· kg-1)的面积最大, 除研究区西部、东部和东北部少量地区外均有分布; 处于较高及以上水平(> 20 mg· kg-1)的面积次之, 呈星状散落分布全区; 仅有少量地区处于适宜水平以下(< 10 mg· kg-1), 集中分布于研究区西部。速效钾含量空间分布与有效磷较为相似, 处于适宜水平(100~150 mg· kg-1)的面积最大, 除研究区东北部和西北部外均有分布; 处于适宜水平以下(< 100 mg· kg-1)的面积较少, 主要分布于研究区西北部和中部地区。总体来看, 研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾的空间变异明显, 有效磷和速效钾的空间分布趋势相似。碱解氮整体处于中等偏上水平, 有效磷和速效钾整体处于中等水平。生产上应根据研究区碱解氮、有效磷和速效钾含量的差异来进行氮、磷、钾肥的控制或补充, 避免进一步加剧土壤养分失衡。

图2 植烟土壤速效养分空间分布Fig.2 Spatial distribution of soil available nutrients in tobacco-growing soil

2.3 不同前茬作物对速效养分的影响

表3为不同前茬作物下研究区速效养分状况。当前茬作物为烤烟时, 研究区土壤碱解氮均值最小, 为77.00 mg· kg-1; 当前茬作物为水稻时, 碱解氮均值最大, 为97.97 mg· kg-1。不同前茬作物下碱解氮均值均属于适宜水平。从等级分布来看, 当前茬作物为烤烟时, 碱解氮含量处于适宜水平及以上的样点比例最小, 为81.25%; 当前茬作物为海椒和紫花苕时, 处于适宜水平及以上的样点比例较大, 均大于90%。从变异系数来看, 前茬作物为海椒时最小, 前茬作物为烤烟时最大。前茬作物对研究区土壤碱解氮影响显著。前茬作物为水稻时的碱解氮含量显著(P< 0.05)高于前茬作物为烤烟时的含量, 但与其他3种前茬作物下的差异不显著。

表3 前茬作物对植烟土壤速效养分的影响 Table 3 Effects of previous crops on soil available nutrients in tobacco growing soils

当前茬作物为烤烟时, 有效磷均值最小, 为13.15 mg· kg-1; 当前茬作物为紫花苕时, 有效磷含量最大, 为27.06 mg· kg-1。除前茬作物为紫花苕时有效磷均值处于较高水平外, 其余4种前茬作物下有效磷均值含量均处于适宜水平。从等级分布来看, 当前茬作物为烤烟时, 有效磷含量处于适宜水平及以上的样点比例最小, 为56.25%; 当前茬作物为紫花苕时, 处于适宜水平及以上的样点比例最大, 为80.00%。从变异系数来看, 前茬作物为烤烟时最小, 前茬作物为水稻时最大。前茬作物对研究区土壤有效磷影响显著。当前茬作物为紫花苕时, 有效磷含量显著(P< 0.05)高于其余4种前茬作物下的含量。

当前茬作物为烤烟时, 速效钾均值最小, 为126.39 mg· kg-1; 当前茬作物为紫花苕时, 速效钾均值最大, 为170.41 mg· kg-1。除前茬作物为水稻和紫花苕时速效钾均值含量处于较高水平外, 其余3种前茬作物下速效钾均值含量均处于适宜水平。从等级分布来看, 当前茬作物为海椒时, 速效钾含量处于适宜水平及以上的样点比例最小, 为63.64%; 当前茬作物为烤烟、水稻和紫花苕时, 处于适宜水平及以上的样点比例均大于80%。从变异系数来看, 前茬作物为烤烟时最小, 前茬作物为紫花苕时最大。但前茬作物对研究区速效钾无显著影响。

3 讨论

土壤速效养分的空间变异受自然因子(成土母质、地形、水文等)和人为因子(前茬作物、施肥方式等)的共同影响。本研究表明, 当前茬作物为水稻时, 研究区土壤碱解氮均值最大, 有效磷和速效钾均值亦较大。这是由于烟稻轮作属于水旱轮作范畴, 不仅能改善土壤通气条件与理化性状, 调节土壤肥力, 还能全面均衡利用土壤中的营养、水分, 充分发挥肥效, 大幅度减少烤烟病虫害[19]。但此条件下, 碱解氮、有效磷和速效钾含量处于适宜水平及以上的样点比例不大。造成这一结果的原因可能是不合理的肥料施用和水分调控, 加上地表氮、磷的流失, 使得土壤中速效养分含量出现一定程度的降低[20]。因此, 既要适当控制研究区氮、磷、钾肥的施用, 避免土壤中速效氮磷钾过剩, 又要合理调控水分, 防止土壤中速效养分的流失。

当前茬作物为紫花苕时, 研究区土壤有效磷和速效钾均值最大, 碱解氮均值较大, 且有效磷含量处于适宜水平及以上的样点比例最大。这是由于紫花苕根部大量的根瘤菌能够起到固氮作用, 且其发达的根系可为下茬作物创造深厚而通透性好的根系活动层, 通过根系分泌的有机酸, 将土壤中难溶性磷分解释放, 易于作物吸收[21, 22]

当前茬作物为玉米或海椒时, 研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾均值相对较低。已有的研究表明, 玉米对氮、磷吸收量大, 对钾吸收较少, 容易造成土壤氮、磷、钾的比例失衡, 加上农民对肥料过分依赖和单一追求高产, 形成了玉米季投入重氮轻钾的不合理施肥习惯, 所以玉米茬土壤一般氮残留高, 钾含量低[23, 24]。这与本研究结果有所不同, 这可能与氮素的大量损失有关。海椒茬土壤氨化细菌和固氮菌数量较多, 反硝化细菌数量较少, 有利于土壤中氮素的转化和积累[25]。因此, 要适当控施氮肥, 加大磷肥和钾肥的施用, 避免土壤中氮磷钾素的失衡。

当前茬作物为烤烟时, 研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾均值最低。烤烟连作不仅会严重降低土壤养分含量, 使土壤养分的比例发生较大变化, 引起土壤养分失调, 还会降低氮、磷、钾肥料的利用率[26]。烟草是喜钾作物, 其生长过程中对钾素有更多的需求, 但研究区速效钾含量整体水平较高, 这可能与钾肥的过度施用有关。因此, 当前茬作物为烤烟时, 研究区应当根据实际情况加大氮肥和磷肥的施用, 适当减少钾肥的施用。

4 结论

研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾的均值分别为86.11、15.86和139.94 mg· kg-1, 三者均处于适宜水平。从不同等级的样本分布来看, 碱解氮、有效磷和速效钾分别有63.37%、36.63%和30.77%的样本处于适宜水平。碱解氮、有效磷和速效钾的变异系数分别为29.17%、77.04%和44.89%, 均属于中等强度变异。研究区土壤碱解氮处于中等偏上水平, 有效磷和速效钾均处于中等水平。研究区土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量的空间变异明显, 但分布趋势不同。碱解氮、有效磷和速效钾含量处于适宜水平的面积均最大, 且分布最广; 适宜水平以下的面积较小, 零星分布于研究区全境。不同前茬作物下, 土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量存在差异, 应当根据实际情况采取不同的施肥措施。总体上看, 当前茬作物为水稻和紫花苕时, 研究区土壤速效养分状况较好, 更适宜烤烟的生长。

The authors have declared that no competing interests exist.

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