畢節植煙區土壤pH的分布特征及其與主要養分的相關性

沈玉葉， 張忠啟 *， 王美艷， 史學正， 孫維俠， 張 龍， 劉燕翔， 楊莎莎

(1.江蘇師范大學 地理測繪與城鄉規劃學院， 江蘇 徐州 221116； 2.中國科學院 南京土壤研究所/土壤與農業可持續發展國家重點實驗室， 江蘇 南京 210008； 3.貴州省煙草公司 畢節市公司， 貴州 畢節 551713)

土壤酸堿度(pH)是評價土壤質量的重要指標，對于提高土壤肥力、改善土壤理化性質具有重要作用[1]。在煙草種植地區，土壤pH對土壤養分的形成、轉化和有效性產生影響，進而影響煙草生長發育及煙葉品質[2-3]，研究植煙區土壤pH與養分的關系具有現實意義。許自成等[4]分析了湖南植煙區土壤pH分布特點及其與土壤養分含量的關系。歐陽磊等[5]研究了云南沾益植煙區土壤pH分布特征及其與土壤養分含量的關系。而不同植煙區土壤的理化性狀不同，土壤pH與養分含量之間的關系存在較大差異[6-7]。此外，隨著自然條件和人為管理措施的不斷變化，也可導致植煙土壤pH和養分均可發生較大的改變，應及時掌握植煙區土壤特性的最新演變狀況[8-9]。貴州省是我國重要的煙草種植區之一，而畢節市是貴州省的主要煙草產區之一。符云鵬等[10]研究了畢節植煙區土壤pH分布狀況及與土壤養分的關系。張友杰等[11]分析了畢節植煙區主要土壤類型養分特征。王鑫等[12]研究了畢節市植煙土壤耕層厚度的空間分布與地形因子相關性。申玲等[13]分析了畢節地區4大類型土壤的養分含量及土壤C/N值。但關于土壤pH與土壤養分含量關系的相關研究相對缺乏。為此，利用貴州省畢節植煙區的2018年土壤調查采樣數據，通過相關性和灰色關聯度方法分析土壤的pH分布特征及與主要養分含量之間的量化關系，旨在揭示影響煙草生長的主要土壤障礙因素，以期為畢節植煙區土壤管理措施的制定及生產應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

畢節市位于貴州省西北部(E105°36′～106°43′，北緯N26°21′～27°46′)，總面積為2.69×104km2，下轄七星關、大方、黔西、金沙、織金、納雍、威寧和赫章8個縣區。地處滇東高原向黔中山原過渡地帶斜坡，地勢呈西高東低，平均海拔1 400 m。全市屬北亞熱帶季風濕潤氣候，降雨量較為充沛，年均降水量849～1 399 mm，各區縣年均溫10～15℃，年日照時數1 096～1 769 h，無霜期245～290 d。該地區屬于典型的巖溶山區，地形復雜，土壤類型多樣，主要包括黃壤、黃棕壤、石灰土、紫色土和粗骨土等[12-13]。畢節市以煙草種植為主，其他農作物主要有水稻、小麥和大豆等。

1.2 材料

土壤樣品共計985個，來源于貴州省畢節植煙區2018年土壤調查采樣數據。分別采自威寧縣(537個)、大方縣(125個)、赫章縣(67個)、金沙縣(40個)、納雍縣(70個)、黔西縣(77個)、織金縣(21個)和七星關區(48個)，各采樣點分布見圖1。

1.3 方法

1.3.1 土樣采集 在每個樣點30 m范圍內的5個位置取土，經混合后用四分法取1 000 g作為該樣點的土壤樣品。調查采樣于2018年10月進行，采樣時利用GPS定位儀記錄采樣點的經緯度和海拔，并記錄各采樣點的土壤類型、地形地貌等相關環境信息。

1.3.2 指標測定 測定指標包括pH、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀，按照土壤農化常規分析方法進行測定[13-14]。其中，土壤pH采用pH計法(水土比為1∶2.5)；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀滴定法測定；土壤堿解氮、速效磷和速效鉀分別采用堿解擴散法、鹽酸-氟化銨-鉬銻抗比色法和乙酸銨浸提-火焰光度計法測定。

1.3.3 土壤pH和主要養分的等級劃分標準 根據畢節植煙區土壤pH的已有研究結果[15-17]結合其煙草種植情況，將土壤pH、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量水平劃分為極低、偏低、適宜、偏高和極高5個等級(表1)。

表1 植煙土壤pH和主要養分適宜性等級劃分

1.3.4 灰色關聯度分析 灰色關聯分析法(GRA)是建立在灰色系統理論基礎上的一種定量評價方法，根據評價因素之間發展態勢的相似或相異程度衡量評價因素之間的關聯程度[18]。按照該方法原理，將植煙土壤pH、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀含量作為一個灰色系統，設土壤pH為參考數列X0，其他4個參數設為比較數列Xi，Xi與土壤pH的關聯系數〔ξi(k)〕和各因素的關聯度(ri)計算公式如下：

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 20.0對土壤pH及有機質、堿解氮、速效磷及速效鉀4種土壤養分含量進行統計與單因素方差分析和相關性分析，利用DPS 7.05對pH和土壤養分含量進行灰色關聯度分析[19-21]。

2 結果與分析

2.1 畢節植煙區及其各區域土壤pH的變化特征

從表2看出，畢節植煙區及各區域土壤pH的變化特征。畢節植煙土壤pH總體變幅為3.84～8.88，平均6.34，變異系數為0.18，波動性不大，變異幅度較小，處于適宜烤煙種植范圍。從樣品數量不同等級占比看，極低、偏低、適宜、偏高和極高分別占13.30%、14.72%、25.48%、12.99%和33.50%。其中，較適宜等級(5.0織金縣>赫章縣>黔西縣>納雍縣>七星關區>威寧縣>大方縣，變異系數為0.11～0.18，依次為威寧縣=大方縣>七星關區>赫章縣>金沙縣>納雍縣>黔西縣>織金縣。處于較適宜(5.07.0的比例較高，其中赫章縣和金沙縣的分別達40.30%和55.00%。說明，這2個縣堿性土壤比例較高，可對煙株的根系發育造成不利影響，因此在施肥時應采取相應措施調節土壤酸堿度，確保土壤pH保持在煙株生長的適宜水平。

表2 畢節植煙區及其各區域土壤pH的變化特征

2.2 畢節植煙區不同土壤類型pH的差異

從表3可知，畢節植煙區潮土、粗骨土、黃壤、黃棕壤、石灰土和紫色土各類型土壤pH的變化。pH平均為6.02～6.62，依次為潮土>石灰土>紫色土>黃壤>黃棕壤>粗骨土，潮土與石灰土顯著高于粗骨土和黃棕壤，潮土/黃壤/石灰土/紫色土間和粗骨土/黃壤/黃棕壤間差異均不顯著。變異系數為14.91%～20.70%，依次為粗骨土>黃棕壤>石灰土>黃壤>紫色土>潮土。潮土pH較高是因為其成土母質為河流沖積土，多分布在河流谷地，加上其結構和通透性好，地下水補給條件較好，通常pH較接近中性。粗骨土pH較低是因為其土層淺薄，富含巖石碎屑，加上該地區較為濕熱，有機質分解強烈，風化產物和成土產物的分解和淋溶程度高，因此土體呈弱酸性。

表3 畢節植煙區不同土壤類型pH的變化特征

2.3 畢節植煙區土壤主要養分含量的變化

從表4看出，畢節植煙區土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的平均含量分別為28.36 g/kg、122.75 mg/kg、32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，變異系數分別為33.92%、27.68%、59.86%和49.21%，土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀均屬于偏高等級。變異系數，土壤速效磷最高，為59.86%；速效鉀其次，為49.21%；堿解氮最低，為27.68%，畢節植煙區土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的變異程度均屬于中等變異。

表4 畢節植煙區土壤主要養分含量的變化

2.4 畢節植煙區土壤pH與主要養分的相關性及關聯度

從表5可知，植煙土壤pH與有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的相關性及關聯度的變化。相關性，pH與有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的相關系數分別為0.10、-0.28、-0.34和 0.03，pH與有機質呈極顯著正相關，與速效鉀呈正相關；與堿解氮和速效磷呈極顯著呈負相關。關聯度，pH與有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的關聯系數分別為0.72、0.70、0.71和 0.76，關聯度依次為速效鉀>有機質>速效磷>堿解氮，這表明土壤速效鉀對土壤pH的影響較為敏感，與胡國松[1]的研究結果一致。

表5 土壤pH與主要養分的相關性及關聯度

2.5 畢節植煙區土壤pH對主要養分的影響

從表6看出，土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀在極低(pH<5.0)、偏低(pH 5.0～5.5)、適宜(pH 5.5～6.5)、偏高(pH 6.5～7.0)和極高(pH>7.0)不同等級pH下的含量變化。

2.5.1 有機質 不同等級pH下的含量為25.30～29.34 g/kg，平均28.05 g/kg，依次為極高>偏低>適宜>偏高>極低，極低等級顯著低于其余等級，其余等級間差異不顯著。當土壤pH>7.0時，土壤有機質含量最高，原因是當土壤堿性大時煙草根系活性和土壤微生物的活動程度顯著下降，從而影響土壤有機質的分解速率，利于有機質的積累。

2.5.2 堿解氮 不同等級pH下的含量為111.99～138.81 mg/kg，平均124.98 mg/kg，依次為偏低>極低>適宜>偏高>極高，偏低等級顯著高于除極低等級外的其余等級；偏高等級和極高等級間差異不顯著，二者均顯著低于適宜等級和極低等級；當土壤pH為5.0～5.5時，土壤堿解氮含量最高，是由于土壤處在微酸的環境中，H-與NH+競爭性增強，導致煙草根系對氮的吸收受到競爭性抑制，從而對氮的吸收量減少，使得土壤中堿解氮的含量較高，當土壤pH變高時則增加氮的吸收量，土壤堿解氮的含量則相應地下降。

2.5.3 速效磷 不同等級pH下的含量為25.45～44.57 mg/kg，平均34.09 mg/kg，依次為極低>偏低>適宜>偏高>極高，極低等級顯著高于其余等級，偏低等級與適宜等級差異顯著，偏高等級和極高等級間差異不顯著，二者均顯著低于其余等級。當pH<5.0時，土壤速效磷的含量最高，且隨著土壤pH的增大，土壤速效磷的含量呈下降趨勢，是因為高pH土壤中磷素的礦化速率較快，使得土壤中磷的含量降低。

2.5.4 速效鉀 不同等級pH下的含量為233.93～272.34 mg/kg，平均259.93 mg/kg，依次為適宜>偏高>偏低>極高>極低，適宜等級和偏高等級顯著高于極低等級，極低/偏低/極高間和偏低/適宜/偏高/極高間差異均不顯著。當pH<5.0時，土壤速效鉀含量最低，其原因是土壤pH過低時，土壤鉀素容易流失，造成煙株可利用的土壤鉀素減少，而隨著pH的增大，土壤膠體對鉀離子的吸附量隨之提高，從而增加土壤鉀含量。

表6 土壤pH各等級主要養分的含量

3 結論與討論

研究結果表明，畢節植煙土壤pH總體呈弱酸性，變幅為3.84～8.88，平均6.34，處于較適宜烤煙種植范圍，與闕勁松等[22]研究的云南植煙土壤pH相近。參照霍沁建等[15-17, 23-24]的研究結果，畢節植煙區土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀的平均含量均屬于偏高等級，其變異程度均屬于中等變異。其中，有機質含量均值為28.36 g/kg，較劉建峰等[25]在云南羅平縣植煙土壤的研究結果略低；堿解氮含量均值為122.75 mg/kg，與劉剛等[26]在湖北宜昌市植煙區的研究結果相近；土壤速效磷和土壤速效鉀含量均值分別為32.36 mg/kg和261.84 mg/kg，其速效磷含量與張曉亮等[27]在湖北十堰市秦巴山植煙區的研究結果相近；而土壤速效鉀含量顯著高于李曉婷等[28]對云南植煙區的研究結果。土壤pH與速效鉀的關聯系數最大(0.76)，關聯度依次速效鉀>有機質>速效磷>堿解氮，表明土壤速效鉀對土壤pH的影響較為敏感。胡國松[1]認為，pH對土壤鉀素影響較大，土壤鉀素在土壤pH較低時容易流失，造成煙株可利用的鉀減少。

研究結果表明，pH處于較適宜(5.0～7.0)水平的比例為53.19%；處于偏酸(pH<5.0)和偏堿(pH>7.0)等級的比例分別為13.30%和33.50%。各縣區中，金沙縣的土壤pH最大(6.87)，大方縣的pH最小(6.02)；各土壤類型中，潮土pH最大(6.62)，而粗骨土pH最小(6.02)。土壤pH與有機質呈極顯著正相關，與堿解氮和速效磷呈極顯著負相關。土壤pH與速效鉀的關聯系數最大(0.76)，說明速效鉀含量與土壤pH的高低存在密切關系，土壤pH與主要養分的關聯度依次為速效鉀>有機質>速效磷>堿解氮。表明，土壤速效鉀對土壤pH的影響較為敏感。當pH處于較適宜烤煙生長范圍時，土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量均較高，可為畢節煙區烤煙生長提供良好的土壤養分供應能力。