内乡烟区土壤养分状况及其综合评价

王念磊，刘 宏，甄焕菊，符云鹏，程玉渊，李 鹏，张 扬，吴文琪，樊 牛

(1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州450002； 2.河南省烟草公司南阳市公司，河南 南阳 473061； 3.中国烟草总公司职工进修学院，河南 郑州 450008； 4.南阳市烟草公司内乡县分公司，河南 内乡 474350； 5.湖北中烟工业有限责任公司襄樊卷烟厂，湖北 襄樊 441100；6.内乡县委统战部，河南 内乡 474350)

烟叶是卷烟工业的基础，其质量好坏直接影响着卷烟品质的高低．烟叶质量是由遗传因素、栽培技术、调制手段、生态环境等综合决定的[1]，但烟叶质量品质特点和风格区域特色主要是通过生态因素彰显的[2]，其中土壤是生态因素中一个重要因素．土壤养分含量是评价土壤肥力的重要标志，其丰缺状况、供应强度和各养分间的协调程度直接影响着烟草的生长发育、产量和品质[3～8]．因此，分析评价烟区土壤养分对生产实践具有重要的指导意义．目前对农田土壤肥力的评价已有较多研究[9～13]，且主要是通过主观打分法[14]、层次分析法[9,10]、相关分析法[15]、灰色关联分析法[16]、模糊数学[17]等确定指标的权重，但主观打分法主要根据经验来确定权重，主观性太强；灰色关联分析法和模糊数学，是根据各个指标的值在时空的变化的曲线相似性得出来的，需要样本较小，得出来的只是相似关系，没有办法检验，使得评价结果有一定的局限性．相关分析的两者之间的关联程度最经典，能够做出相关系数，有检验表，能对结果检验．本研究主要采用相关分析中的主成分分析和因子分析，避免了主观因素对权重确定的影响，减少了评价指标的个数，使对指标体系的分析更加简单有效．并通过等间距聚类分析，对该烟区的土壤肥力状况进行了综合评价，以期为烤烟优化种植制度，平衡施肥，提高肥料利用率，充分发挥土壤潜力，实现烤烟优质丰产提供理论依据．

1 材料与方法

1.1土壤样品的采集

2007年在南阳市内乡县赵店乡、余关乡、瓦亭镇、师岗镇4个主要植烟乡镇，在综合考虑土壤类型、地形地貌、海拔、栽培品种和技术水平的基础上，应用GPS定位技术共采集土壤样品601个．具体采样方法为：长方形土块采取“之”字形，较为方正的地块采用对角线或棋盘形采样，取耕层土壤0～20 cm深度的土样，每个地块取10～15个小样点土壤，用四分法弃去多余部分，制成一个混合样，1 kg左右．从田间采来的土样登记编号，风干、磨细、过0.3 mm筛后，装瓶备用．

1.2测定指标与方法

测定指标主要包括土壤pH值、有机质、全氮、有效磷、缓效钾、速效钾、有效铁、有效锰、有效铜、有效锌．各养分的具体测定方法参见文献[18～20]进行．

1.3评价方法

1.4数据处理

试验数据利用SPSS 19.0数据处理系统进行分析，用Excel 2007进行表格的生成．

2 结果与分析

2.1内乡烟区土壤肥力指标值的描述性统计

内乡烟区土壤各项肥力指标值的统计分析结果见表1．土壤肥力与土壤的酸碱度密切相关，曹志洪[21]研究表明，烤烟适宜生长的最佳pH 值范围为5.8～8.0．从表1可以看出，内乡烟区土壤pH值平均值为6.9，在最适宜范围之内，变幅为5.4～8.6.土壤有机质含量也是决定土壤肥力高低的主要条件，一般认为，优质烟生产所需要的最佳土壤有机质为10～15 g·kg-1.内乡烟区土壤有机质的平均值为13.93 g·kg-1，说明内乡烟区的土壤有机质含量中等偏低；土壤全氮含量在一定程度上反映了土壤氮素的贮量和供应能力.一般认为，土壤全氮量为0.35～0.65 g·kg-1适宜优质烟生长，内乡烟区土壤全氮的平均值达到了0.93 g·kg-1，属于偏高水平，说明内乡烟区土壤具有较强的供氮能力.土壤有效磷是烟草磷素的直接来源，也是土壤磷素有效性的标志，从分析结果来看，有效磷平均值为17.28 mg·kg-1，含量比较丰富.钾素是烟草的品质元素，内乡烟区的速效钾、缓效钾平均值分别达到了176.04 mg·kg-1和973.00 mg·kg-1，说明内乡烟区钾素水平比较高.胡国松[22]研究表明，植烟土壤有效铁的临界值为2.5 mg·kg-1，2.5～4.5 mg·kg-1为两可之间，>4.5 mg·kg-1一般认为不缺铁．内乡烟区土壤有效铁的平均值为19.28 mg·kg-1，变幅为1.07～64.61 mg·kg-1，变异系数为47%，含量分布不匀，差异较大.土壤有效锰的临界值为1.0 mg·kg-1．内乡烟区土壤有效锰的平均值为14.33 mg·kg-1，变幅为0.02～64.70 mg·kg-1，变异系数为68%，含量分布不匀，差异较大.植烟土壤有效铜的临界值为0.2 mg·kg-1，0.2～1.0 mg·kg-1为中等，>1.0 mg·kg-1为丰富．内乡烟区土壤有效铜的平均值为1.22 mg·kg-1，变幅为0.30～2.74 mg·kg-1，变异系数为42%，含量分布较为分散，差异较大．土壤有效铜的最低含量为0.30 mg·kg-1，高于临界值，因此，内乡烟区不存在铜缺乏问题.植烟土壤有效锌的临界值为1.0 mg·kg-1，<0.5 mg·kg-1为极缺乏，0.5～1.0 mg·kg-1为缺乏．内乡烟区土壤有效锌的平均值为1.05 mg·kg-1，变幅0.01～9.90 mg·kg-1，变异系数95%，含量分布不均，差异大.偏度和峰度分别是描述变量取值分布形态对称性及陡缓程度的统计量，从偏度、峰度可以看出，有效磷偏度和峰度较大，说明取样的正偏差值大.一般认为变异系数<10%为弱变异性，变异系数10%～100%为中等变异性，变异系数>100%为强变异性．从变异系数方面可以看出，内乡烟区土壤中的有效磷及4种微量元素的变异系数较大，说明这几项指标在内乡烟区的分布不均匀．

表1 内乡烟区土壤肥力指标值的描述性统计

2.2内乡烟区土壤肥力指标间的相关分析

内乡烟区土壤肥力指标间的相关系数见表2，指标间存在着不同程度的相关关系．其中，pH值与全氮、速效钾呈极显著正相关，与缓效钾、有效铁、有效锰、有效铜呈极显著负相关；有机质与全氮、有效磷、速效钾、有效铜、有效锌呈极显著正相关；全氮与有效磷、速效钾、有效铁、有效铜、有效锌呈极显著正相关，与缓效钾、有效锰呈极显著负相关；有效磷与缓效钾、速效钾、有效铜、有效锌呈显著或极显著正相关；缓效钾与有效锰呈显著正相关；速效钾与有效铜、有效锌呈极显著正相关，与有效锰呈极显著负相关；有效铁与有效锰、有效铜、有效锌呈显著或极显著正相关；有效锰与有效铜呈极显著正相关；有效铜与有效锌成极显著正相关．土壤肥力各指标间具有较强的相关性，部分指标相关性达到了极显著水平．可见，内乡烟区土壤部分指标间存在着极显著的相关性，任何一个指标都受多个指标变化的影响．由于这些相关性的存在，想直接利用土壤肥力指标分布状况进行评价时，将会产生信息的重叠，导致评价结果出现偏差．

2.3内乡烟区土壤肥力指标的因子分析和主成分分析

Bartlett球度检验的概率P值为0.000，小于显著性水平0.01，可以认为相关系数矩阵与单位矩阵有显著差异．同时，KMO值为0.709，根据KMO度量标准可知，原变量适合进行因子分析．由表3可知，第1个因子的特征根为2.81，解释10个原始变量总方差的28.15%；第2个因子的特征根为1.81，解释了10个原始变量总方差的18.10%；第3个因子的特征根为1.03，解释了10个原始变量总方差的10.34%；第4个因子的特征根为0.95，解释了10个原始变量总方差的9.49%；第5个因子的特征根为0.87，解释了10个原始变量总方差的8.67%，累积方差贡献率达到了74.75%，基本保留了原变量的特征、差异和相互关系．由表4可知，第1主成分的贡献率为28.15%，其中全氮、有效磷、有效锌和有效铜的系数明显大于其他养分指标，说明第1主成分是全氮、有效磷、有效锌和有效铜状况的综合反映；第2主成分的贡献率为18.10%，是pH、速效钾状况的综合反映；第3主成分的贡献率为10.34%，其中有机质有较大的正系数，是有机质状况的综合反映；第4主成分的贡献率为9.49%，是有效铁状况的综合反映；第5主成分的贡献率为8.67%，是缓效钾状况的综合反映.

根据土壤肥力指标的得分系数矩阵(表5)计算5个主成分得分，主成分得分为主成分得分系数与相对应的标准化变量的乘积.然后采用方差贡献率作为权重，根据5个主成分的贡献率和得分，建立土壤肥力综合得分(F)的数学模型，F=FAC1_1×28.15%+FAC2_1×18.10%+FAC3_1×10.34%+FAC4_1×9.49%+FAC5_1×8.67%，并计算综合得分.

表2 内乡烟区土壤肥力指标间的相关系数

表3 内乡烟区土壤肥力指标的特征根、贡献率和累积贡献率

表4 内乡烟区土壤肥力指标前5个特征值对应的特征向量

表5 因子得分系数矩阵

2.4内乡烟区土壤肥力的等级划分及综合评价

土壤肥力等级的划分主要是依据计算出的土壤肥力综合得分.根据土壤肥力综合得分采用等间距法，按等间距统计绘制出综合得分的频率直方图，然后根据直方图中存在的明显的拐点，依据拐点对应的综合分值来确定分级标准.将土壤肥力划分为4类:第Ⅰ类土壤肥力综合得分≥0.50，土壤肥力高，包括48个土壤样品，占样品总数的7.99%；第Ⅱ类土壤肥力综合得分0.00～0.50，土壤肥力较高，包括212个土壤样品，占样品总数的35.27%；第Ⅲ类土壤肥力综合得分-0.50～0.00，土壤肥力中等，包括312个土壤样品，占样品总数的51.91%；第Ⅳ类土壤肥力综合得分≤-0.50，土壤肥力低，包括29个土壤样品，占样品总数的4.83%.其中肥力高和较高的样品占样本总数的43.26%，肥力较低的样品仅占样本总数的4.83%，肥力中等的样品占了51.91%，说明内乡烟区整体土壤肥力水平较高，总体上应注意适当控制施氮量；在配方施肥策略上，应根据大田烟株营养诊断实施平衡施肥技术，注意“有机与无机”、“增氮与控氮”、“补磷与调磷”、“增钾与稳钾”相结合，同时调节土壤酸碱度，并适当增施一些微肥，以满足烟草生长发育所需的各种养分，为生产优质烟叶提供良好的土壤环境.

3 结论与讨论

要达到准确评价土壤综合肥力的目的，应依据主导性原则，选择影响土壤肥力的主要因素，因为土壤肥力是土壤多项肥力指标共同作用的结果，各肥力因素之间错踪复杂[23].本研究表明，pH值大小影响烟草根系生长发育的环境条件，以及烟叶杂气、刺激性、香气等[24]，内乡烟区pH值大部分在适宜范围内，但也有部分地区偏酸或偏碱，应注意调节这些地区的pH，使其适宜烤烟生长.内乡烟区有机质含量中等偏低，全氮含量较高，说明土壤有较强的供氮能力，因此应合理施用氮肥，并注意有机无机相结合，避免烟叶贪青晚熟，不正常落黄，甚至黑暴[25].有效磷含量丰富，但变异较大，在内乡烟区分布不均匀，对含量不足地区应分类施用磷肥，注意补磷与调磷相结合.胡国松等[26]研究表明，植烟土壤中速效钾含量越高对烤烟生长越有利，土壤钾不仅能促进烟草根系的生长发育而且与烟叶品质的形成密切相关，提高钾素的营养水平，能明显增强烟株的抗逆性[26,27]，内乡烟区土壤缓效钾、速效钾含量都很丰富，但变异系数分别达到了36%和30%，说明其在内乡烟区分布不均匀，部分地区仍缺钾，应注意补充钾肥，注意增钾与稳钾相结合.土壤有效铁、有效锰、有效铜、有效锌等4种微量元素变异较大，分布不均匀，对于缺少地区应注意补充相应微量元素.

本研究从土壤养分丰缺状况和供应能力方面，能够较好地为烤烟平衡施肥提供理论依据，但完善性和整体性有所欠缺.同时，目前用于计算和评价土壤综合肥力的方法也很多，本研究主要采用的是主成分分析和因子分析的方法，因子分析的主要目的是用来描述隐藏在一组测量到的变量中的一些更基本的、但又无法直接测量到的隐形变量，它把错综复杂的诸多变量综合为少数几个公因子，并在初始变量和公因子之间建立某种联系.主成分分析通过数学上的线性变换，把具有一定相关性的初始变量重新组合成一组不相关的指标，由各个指标提供的信息量相对大小来确定指标权重，对权重的确定更加客观，减少了评价指标的个数，提高了对指标体系的分析效率.

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