豫西南丘陵区植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价_李倩.pdf
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1、河南农业科学,2023,52(1):7385Journal of Henan Agricultural Sciencesdoi:10.15933/ki.10043268.2023.01.008豫西南丘陵区植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价李倩1,贾晓果1,李亮2,张翔2,程玉渊1,李鹏1(1.河南省烟草公司 南阳市公司,河南 南阳 473000;2.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所,河南 郑州 450002)摘要:为明确豫西南丘陵区植烟土壤养分时空变化特征,选取内乡县2002、2020年植烟土壤数据,运用地统计学和地理信息系统(GIS)技术,分析土壤养分时空变异特征及空间分布格局,并
2、采用模糊数学模型对土壤肥力进行综合评价。结果表明,18 a来,内乡县植烟土壤pH值平均值由7.74降至6.59,下降了1.15,速效钾和水溶性氯平均含量分别降低了7.31%、34.29%,有机质、碱解氮和有效磷平均含量分别增加了21.00%、109.77%、20.77%;土壤肥力指数由0.54提升至0.61,土壤肥力以级为主提升至以级为主;土壤pH值、碱解氮和水溶性氯含量空间变异较大,其中土壤pH值和水溶性氯含量偏高的植烟面积占比分别下降了79.14、16.84个百分点,碱解氮含量中等及以上植烟面积占比增加了97.46个百分点。2020年全县土壤肥力等级以良好为主,且相同等级区域呈集中分布,6
3、5.51%植烟区域碱解氮含量偏高,83.16%的植烟区域水溶性氯含量偏高,表明该研究区长期科学管理有效提高了植烟土壤肥力,但仍需因地制宜采取控氮、降氯措施,进一步提升植烟土壤肥力。关键词:豫西南;丘陵区;烟草;土壤养分;时空变异;土壤肥力评价中图分类号:S158.2文献标志码:A文章编号:1004-3268(2023)01-0073-13收稿日期:2022-10-23基金项目:河南省烟草公司重点科技项目(2021410000240020);中国烟草总公司重大科技项目 110202101047(LS-07)作者简介:李倩(1987-),女,河南郑州人,农艺师,博士,主要从事植物营养与烟草栽培研究
4、。E-mail:通信作者:李亮(1982-),女,甘肃通渭人,副研究员,博士,主要从事烟草施肥研究。E-mail:SpatialTemporal Variability of Nutrients and Assessment of Fertilityin TobaccoPlanting Soil in Hilly Areas of Southwest HenanLI Qian1,JIA Xiaoguo1,LI Liang2,ZHANG Xiang2,CHENG Yuyuan1,LI Peng1(1.Nanyang Prefecture Branch of Henan Tobacco Compa
5、ny,Nanyang 473000,China;2.Institute of Plant Nutrient,Resources and Environment,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)Abstract:To clarify the spatialtemporal variation characteristics of tobaccoplanting soil nutrients inhilly areas of southwest Henan under longterm field mana
6、gement,the data of tobaccoplanting soil inNeixiang County in 2002 and 2020 were selected as the study object.The spatialtemporal variationcharacteristics and spatial distribution patterns of soil nutrients were analyzed by using geostatistics andgeographicinformationsystem(GIS)techniques.Afuzzymathe
7、maticalmodelwasusedtocomprehensively assess the soil fertility.The results showed that the average pH value of tobaccoplantingsoil in Neixiang County decreased by 1.15 from 7.74 to 6.59 over the past 18 years,the average contentsof available potassium and water soluble chloride decreased by 7.31%and
8、 34.29%,and the averagecontents of organic matter,alkalihydrolyzable nitrogen and available phosphorous increased by 21.00%,109.77%and 20.77%,respectively.The soil fertility index increased from 0.54 to 0.61,mostly河南农业科学第 52 卷upgrading from grade to grade .Soil pH value,alkalihydrolyzable nitrogen a
9、nd water solublechlorine content showed significant spatial variation characteristics.Among them,the proportion oftobaccoplanting area with higher pH value and water soluble chlorine content decreased by 79.14 and16.84 percentage points respectively,and the proportion of tobaccoplanting area with me
10、dium and abovealkalihydrolyzable nitrogen content increased by 97.46 percentage points.The countywide soil fertilitywas mainly good in 2020,and the areas with the same grade were concentrated,with 65.51%and83.16%of tobaccoplanting areas having higher alkalihydrolyzable nitrogen and water soluble chl
11、oridecontent,respectively,indicating that the longterm scientific management effectively improved thefertility of tobaccoplanting soil in the study area,but there was still a need to further improve the fertilityof tobaccoplanting soil by taking sitespecific measures to control nitrogen and reduce c
12、hlorine.Key words:Southwest Henan;Hilly area;Tobacco;Soil nutrient;Spatialtemporal variability;Assessment of soil fertility长期农业生产中土壤易受结构因素(气候、生物、母质和地形等)和人为作用(耕作模式、水肥管理和土地利用方式等)的双重影响,常表现出高度的时空异质性12。土壤养分是土壤肥力最重要的因素,直接影响烟株的生长发育,决定着烤烟的产量和品质。在现代烟草农业体系下,随着烟叶标准化、集约化及原料定制化生产的推进,以植烟为主的耕作制度及水肥调控等田间管理措施,逐渐成为改变
13、植烟土壤养分时空分布的主要影响因素34。因此,厘清植烟土壤养分时空变化特征和当前肥力本底水平,可为植烟土壤培肥和烟田规划提供合理建议,对保障优质烟叶的可持续生产具有重要意义。近年来,诸多学者将地统计学方法和地理信息系统(GIS)技术结合,从流域5、区域67、县域89、镇域10等尺度开展土壤养分时空变化特征研究,评价施肥策略和耕作制度的合理性,旨在优化烟田土壤管理方式,提升土地生产力。20112020年洱海流域施肥量的差异引起了植烟土壤有效磷含量分布的变异5;湖南浏阳烟区15 a间持续施用生石灰,土壤pH值得到有效提升6;遵义烟区近10 a土壤养分较稳定,归因于统一的田间施肥和管理技术4;云南马
14、龙植烟土壤酸化与氮肥大量施用有关11;湘西州花垣烟区土壤肥力因前茬作物和施肥的不同而有差异12。在烤烟实际生产中,因各植烟区生态气候、地形因子和土壤类型等结构因素的差别,与之配套的烟田管理措施也存在差异,两者相互作用下最终形成各地独有的烟叶风格。豫西南是我国浓香型优质烟叶特色产区,所产烟叶焦甜焦香风格突出,且多年来坚持构建以烟为主的多产业融合发展模式,但尚未有关于其植烟土壤养分时空变化特征的研究。因此,以豫西南丘陵区植烟面积最大的县内乡县为研究区,拟通过采集该区 2002、2020年植烟土壤数据,分析其土壤养分的时空变化特征及空间分布格局,探讨水肥管理、栽培措施等对土壤养分的影响,旨在为后续烟
15、田管理和土壤可持续利用提供参考。1材料和方法1.1研究区概况内乡县位于河南省西南部,南阳盆地西缘,介于北纬32493336、东经1113411209,面积36 975 hm2。属亚热带季风气候,全年日照总时数2 200 h以上,年均气温 15.7,10 有效积温为2 150,年降雨量762 mm,无霜期232 d。地形主要为丘陵和低山,土壤质地以黏土和壤土为主,黄褐土和黄棕壤土占植烟面积的70%以上。内乡县是河南浓香型烟叶典型产区,其中部和西南部丘陵地带为主要植烟区,海拔 180350 m,中部包括湍东、赵店、赤眉、余关、马山口、王店、灌涨 7 个乡(镇),西南部包括师岗、瓦亭和砟岖3个乡(镇
16、),年种植烤烟2 000 hm2,收购量约3 500 t,是中华、利群和黄金叶品牌的优质原料产地。1.2土壤数据采集2002年 80份数据来源于全国植烟土壤普查,2020年 213份数据来源于南阳市烟草公司内乡县分公司植烟土壤调查。2002年的数据分别包括湍东镇5份、赵店乡8份、赤眉镇6份、余关乡10份、马山口镇4份、王店镇10份、灌涨镇10份、师岗镇11份、瓦亭镇11份、砟岖乡5份,2020年的数据分别包括湍东镇 12份、赵店乡 27份、赤眉镇 4份、余关乡34份、马山口镇9份、王店镇28份、灌涨镇20份、师岗镇21份、瓦亭镇41份、砟岖乡17份(图1)。74第 1 期本图基于自然资源部标准
17、地图服务系统下载的标准地图制作 审图号:GS(2019)1822号,底图无修改,下同The map is based on the standard map downloaded from the standard map service system of the Ministry of Natural Resourcesdrawing check:GS(2019)1822,the base map is not modified,the same below图1内乡县植烟土壤采样点分布Fig.1Sampling points of tobacco-planting soil in Neix
18、iang County表1内乡县植烟土壤肥力指标分级标准Tab.1Classification standard of tobacco-planting soil fertility index in Neixiang County指标IndexpH有机质含量/(g/kg)Organic matter content碱解氮含量/(mg/kg)Alkalihydrolyzable nitrogen content有效磷含量/(mg/kg)Available phosphorus content速效钾含量/(mg/kg)Available potassium content水溶性氯含量/(mg/k
19、g)Water soluble chlorine content偏低 Lower极低 Very low5.06305507.53512040250451.3测定项目与方法土壤pH值采用电位法测定(土 水=1 2.5),土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定,碱解氮含量采用碱解扩散法测定,有效磷含量采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法(Olsen法)测定,速效钾含量采用火焰光度法测定13,水溶性氯含量采用硝酸银滴定法测定14。变异系数是数据离散程度的表现,计算公式:变异系数=(标准差/平均值)100%。通常认为变异系数100%为强变异9。1.4土壤肥力评价方法1.4.1土壤肥力指标分级标准参照中国植烟土
20、壤养分评价标准15及叶协峰等16的方法,制定了内乡县植烟土壤肥力指标分级标准(表1)。1.4.2土壤肥力指标的隶属函数类型及阈值采用模糊数学模型对土壤肥力进行评价。先利用隶属度函数对原始数据进行归一化处理,将原始数据李倩等:豫西南丘陵区植烟土壤养分时空变异特征及肥力评价75河南农业科学第 52 卷1.4.3土壤肥力指数采用因子分析法计算各指标的权重系数,加成法计算土壤肥力指数(SFI),公式为:SFI=Wij Nij,Wij和Nij分别表示第i个土壤第j个指标的隶属度值和对应的权重系数5。根据评价结果,将植烟土壤划分为4个等级:优质(级,SFI0.80)、良好(级,0.60SFI0.80)、中
21、等(级,0.40SFI0.60)和较差(级,SFI0.40)。1.5数据处理采用 Microsoft Excel 2016进行数据计算,采用SPSS 21.0 进行统计分析,采用 ArcGIS 10.2 绘制养分空间分布图,其他图利用Origin 2018绘制,采用最小显著差数法(LSD)进行差异显著性分析。2结果与分析2.1内乡县植烟土壤养分含量统计分析2.1.1土壤养分描述性统计分析20022020年,土壤pH值和养分含量平均值出现不同程度的变化(表3)。18 a来,全县土壤pH值平均值由7.74降至6.59,下降了1.15;速效钾和水溶性氯含量均值显著降低,分别下降了7.31%、34.2
22、9%;有机质、碱解氮和有效磷含量均值显著增加,分别提高了 21.00%、109.77%、20.77%。2002年仅pH值的变异系数10%,为弱变异;其他指标变异系数介于10%100%,属中等强度变异9。2020年各指标变异系数均属中等强度变异。与 2002年相比,2020年各肥力指标的变异系数均有所增加,水溶性氯的增幅最小,为1.18%,碱解氮的增幅最大,为322.09%。2.1.2土壤养分各等级占比图2是各肥力指标对应等级采样点数占总采样点数比值情况。与2002年相比,2020年土壤养分各等级占比发生不同程度的变化。从适宜等级占比来看,pH值、碱解氮、速效钾、水溶性氯含量分别提高了 52.4
23、1、29.58、19.76、18.18个百分点,有机质和有效磷含量分别降低了10.76、1.57个百分点。2002年碱解氮含量偏低等级占比较大,pH值、速效钾、水溶性氯含量偏高等级占比较大,但 2020年分别下降了 82.63、62.74、25.40、46.82个百分点。2020年,碱解氮、速效钾和水溶性氯含量偏高等级占比分别达到 53.05%、68.54%、38.03%。另 外,2020 年 有 10.33%的 采 样 点 pH值5.5。表2土壤肥力指标隶属度函数类型及阈值Tab.2Type of membership function and threshold of soil ferti
24、lity index指标IndexpH有机质含量/(g/kg)Organic matter content碱解氮含量/(mg/kg)Alkalihydrolyzable nitrogen content有效磷含量/(mg/kg)Available phosphorus content速效钾含量/(mg/kg)Available potassium content水溶性氯含量/(mg/kg)Water soluble chlorine content函数类型Functiontype抛物线型抛物线型抛物线型S型S型抛物线型下限值Lower limitvalue5.063055010最优下限值Low
25、er limit ofoptimal value5.5106020最优上限值Upper limit ofoptimal value7.0209030上限值Upper limitvalue7.5351204025045注:“”表示不存在。Note:“”means does not exist.转化为01分布的、无量纲差异的隶属度值。参考胡瑞文等12、武德传等17的研究方法,土壤有效磷和速效钾含量采用S型隶属函数,pH值、有机质、碱解氮和水溶性氯离子含量采用抛物线型隶属函数,分别见表达式(1)和(2),并确定了土壤评价指标的阈值(表2)。f()x=0.1x x10.9()x-x1x4-x1+0.1
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