龙岩市植烟土壤pH空间分布及其与土壤有效养分的相关性研究

钱笑杰，张晓芳，曾文龙，蒋代兵，熊德中*

（1.福建农林大学资源与环境学院，福建福州350002；2.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215009；3.龙岩市烟草公司，福建龙岩364000）

龙岩市植烟土壤pH空间分布及其与土壤有效养分的相关性研究

钱笑杰1，张晓芳2，曾文龙3，蒋代兵3，熊德中1*

（1.福建农林大学资源与环境学院，福建福州350002；2.苏州科技学院环境科学与工程学院，江苏苏州215009；3.龙岩市烟草公司，福建龙岩364000）

为了调节龙岩烟区植烟土壤酸度，提高土壤养分有效性，促进优质烤烟生长，于2010年12月至2011年1月共采集龙岩烟区具有代表性的植烟土壤366个，测定了土壤有效养分和pH值。采用传统统计学方法和地统计学方法，分析土壤pH值的海拔差异、县际差异、空间分布和pH值与土壤有效养分的相关性。结果表明：土壤pH值空间分布呈条带状并存在两个高值区和两个低值区。交换性钙、有效锌、有效硫、碱解氮在一定程度上决定了龙岩烟区土壤pH值，其他有效养分对其影响从高到低依次为：交换性镁＞速效钾＞有效硼＞速效磷＞水溶性氯＞有效铜。低海拔地区以及在长汀县的南部和上杭县的西北部需多施碱性肥料；长汀的南部和上杭的西北部需多施K肥；武平的中赤乡、十方镇、岩前镇交界和长汀的大同镇、新桥镇交界，需施少量Cl肥，土壤pH值大于6.5地区，应适量施用Cl肥。

龙岩烟区；土壤pH；空间分布；有效养分；Kriging插值

土壤的酸碱度是土壤肥力的重要指标[1-2]。土壤pH值影响着土壤微生物的活性[3]，与土壤养分的形成、转化和有效性有着密切的关系[4]。土壤pH值还与烟叶的化学成分具有较高相关度，适宜的土壤酸碱度有利于烟叶碳氮化合物及较优比例的形成，提高烤烟品质和产量。自20世纪80年代以来，化肥施用量的逐年提高，导致烟区土壤酸化严重，土壤肥力下降[5]。徐尚平[6]、Lan Y Q[7]等研究表明，土壤pH值较低，土壤粘粒趋向聚合，土壤易板结。因此，调节烟区土壤酸度，提高土壤养分的有效性，对于优质烤烟的生长有其重要的意义。目前关于植烟土壤pH值与土壤有效养分的相关性已有较多理论性研究[2，4，8-10]，但在生产实践中的指导作用还不显著。

龙岩市在福建省乃至全国是著名的烤烟产区基地，烤烟生产是龙岩市重要的农业经济来源之一。龙岩烟区气候为亚热带季风气候，境内以山地和丘陵为主，植烟土壤多为水稻土，土壤酸性较强。目前，针对龙岩市植烟土壤pH空间分布及其与土壤有效养分的关系也未见系统报道。笔者利用传统统计学和地统计学相结合的方法，通过对龙岩市植烟土壤pH值空间分布状况及其与土壤有效养分关系的探讨，旨在为调节当地植烟土壤酸度，提高土壤养分有效性，促进优质烤烟生长提供一些理论依据和生产实践指导。

1 材料与方法

1.1 样品采集

福建省龙岩市烟区为烟稻轮作，采用GPS定位技术，采集了6个县（市）主栽烟区的代表性耕层土壤样品366个（见图1）。土壤样品的采集时间为2010年12月至2011年1月，均在烤烟移栽前且未施底肥。采集的土样登记编号，经过风干、磨细、过筛、混匀等预处理后，装入自封袋供测定分析用。

1.2 测定指标及方法

pH：水（去CO2）浸提（1∶2.5）—电位法；碱解氮：碱解—扩散法；有效磷：0.5 mol·L-1碳酸氢钠浸提（1∶20）—钼锑抗比色法；速效钾：1 mol·L-1乙酸铵交换—火焰光度法；交换性钙镁：1 mol·L-1乙酸铵交换—原子吸收分光光度法；有效硫：磷酸盐、乙酸浸提（1∶5）—硫酸钡比浊法；水溶性氯：水浸提（1∶5）—硝酸银滴定法；有效硼：沸水浸提（1∶2）—姜黄素比色法；有效铜锌：0.1 mol·L-1盐酸浸提（1∶5）—原子吸收分光光度法[9]。

1.3 分析方法

统计学分析：Excel 2010、SPSS18进行相关性分析、差异显著性分析，分析土壤pH值的海拔差异、县际差异和pH与土壤有效养分的相关性。

地统计学分析：Arcgis9.3 Kriging插值方法，分析土壤pH空间分布。

图1 龙岩烟区植烟土壤采样点分布

2 结果与分析

2.1 龙岩市植烟土壤pH空间分布

2.1.1 土壤pH值

烤烟对于土壤的酸碱度的适应性比较强，在pH值为3.5～9.0的土壤中均能生长，但优质烤烟生产的土壤酸碱度具有一定的范围，适宜烤烟生长的土壤pH值为5.5～6.5[3-4]。龙岩烟区植烟土壤pH值的状况见表1。由表1可知，龙岩烟区土壤pH值为4.20～6.85，平均值为5.22，龙岩烟区土壤pH值的变异系数较小，为9.16%，说明大部分土壤pH值集中在平均值附近。龙岩烟区植烟土壤以酸性土为主，pH值＜5.5的土样有262个，占总样品数的71.58%；pH值在5.5～6.5的微酸性土有100个，占总样品数的27.32%；而pH值＞6.5的近中性土仅占调查烟区土壤的1.10%。表明龙岩烟区大多数土壤pH值偏低，不利于优质烤烟的生长。

表1 龙岩烟区土壤pH状况

2.1.2 不同县（市）、海拔土壤pH的差异性

由表1可知，龙岩烟区6个主产烟县（市）植烟土壤pH值大小顺序为：武平县＞连城县＞漳平市＞长汀县＞永定县＞上杭县，其中武平县较高，平均值为5.43；连城县、漳平市、长汀县、永定县的pH值处于中等水平；上杭县植烟土壤pH值平均值仅为5.05。经方差分析，表明不同县（市）之间的植烟土壤pH值差异达极显著水平（F=12.235；Sig=0.000）。经Duncan多重比较，表明武平县植烟土壤pH值最高，与长汀、永定、上杭三个县的植烟土壤pH值达显著差异；上杭县植烟土壤pH值最低，与武平、漳平、连城三县（市）的植烟土壤pH值差异达显著水平，而长汀、永定、漳平、连城等县的植烟土壤pH值差异不大。

龙岩烟区土壤地形多以丘陵山地为主，不同海拔状况下土壤pH的分布情况鲜有报道。SPSS软件Pearson相关性分析表明（图2），土壤pH值和海拔高度有极显著关系，相关系数为0.156**（**表示在0.01水平上显著相关）。龙岩烟区植烟土壤pH与海拔密切相关，这可能是由于龙岩烟区处于亚热带季风气候降水较多，低海拔气温高土壤淋溶作用较强；海拔升高，土壤有机质矿化速度变慢使土壤pH值升高[11]。

2.1.3 土壤pH值空间分布特点

由于各县（市）内部植烟土壤pH值也存在着差异，仅讨论县（市）际差异不能完全反映龙岩烟区植烟土壤pH值在空间上的差异。通过检验（P=0.909＞0.05），表明龙岩烟区植烟土壤pH值满足正态分布，可进行Kriging空间拟合。该文借助Arcgis9.3，通过克里格插值方法对龙岩烟区植烟土壤pH值空间分布进行最优无偏空间拟合，绘出龙岩烟区植烟土壤pH值空间分布图，见图3。拟合结果表明，龙岩烟区植烟土壤pH值成条带状分布，在武平县的中赤乡、十方镇、岩前镇交界和长汀县的大同镇、新桥镇的交界土壤pH各有一个高值区，在长汀县的南部和上杭县的西北部各存在一个低值地区。永定县的东北部、连城县的中部地区、漳平市的东北地区和武平县的大部分植烟土壤pH较有利于优质烟叶的生长。

图2 土壤pH与海拔高度的相关性

图3 龙岩市烟区植烟土壤pH空间分布

2.2 龙岩市植烟土壤pH与土壤有效养分的关系

2.2.1 龙岩市植烟土壤pH与土壤有效养分的相关性

从龙岩烟区植烟土壤pH与土壤有效养分相关分析（表2）可见，龙岩烟区植烟土壤pH与速效钾、交换性钙、交换性镁呈极显著正相关，与有效锌呈极显著负相关，与土壤有效硼呈正相关，与碱解氮、有效硫呈显著负相关，与速效磷、水溶性氯、有效铜的相关性不显著。

以土壤pH值对应的土壤有效养分分为6个区组（表3），方差分析结果表明土壤速效磷、有效硫、有效铜区组间差异不显著；经Duncan多重比较分析表明土壤碱解氮、速效钾、交换性钙、交换性镁、水溶性氯、有效硼、有效锌区组间达到差异显著。通过对各区组间土壤有效养分分析（图4）龙岩烟区植烟土壤交换性钙镁、速效钾、有效硼随着pH的升高而升高。碱解氮随着pH的升高而降低，速效磷、有效铜、有效锌随pH升高有下降趋势。水溶性氯在pH大于6.5时，有效性明显降低，其余差异不显著。有效硫在pH4.50～5.00时，有效性最好，且随着pH的升高有下降趋势。同时，福建龙岩烟区植烟土壤pH5.5～6.5时，氮、磷、钾、钙、镁和硼的有效性均能达到一个较高水平，而硫、铜、锌和氯的有效性较低。综合考虑，土壤pH5.5～6.5较有利龙岩烟区优质烤烟的形成。

表2 龙岩烟区土壤pH值（x）与有效养分（y）的相关性

2.2.2 土壤pH与碱解氮、速效磷、速效钾的关系

土壤中氮素随着pH值的上升而降低，表明土壤氮素含量受到pH影响。同时，氮素的含量也与有机质的含量密切有关，pH值升高有机质含量降低也是导致氮素含量不高的原因之一[12]。土壤速效磷和pH相关性不显著，但速效磷随着pH上升，有下降趋势。有研究表明土壤中的钙镁含量的增加，可以降低速效磷的有效性。在第二次土壤普查时，我国大多数地区土壤缺磷。之后农民每年施用大量的磷肥以获得作物高产，然而磷素在南方土壤中不容易淋失且易叠加。因此，这有可能是目前龙岩烟区植烟土壤磷素提高且与pH有相关性不显著的原因[13]。土壤钾素与pH有极显著相关性，土壤速效钾随pH的升高而升高。随着pH的增加有利于胶体负电荷的增加和胶体吸附陪伴离子的变化，使得速效钾有效性的提高。同时，钾素在亚热带高度风化的酸性土壤流失量相当可观。这可能是造成龙岩烟区植烟土壤钾素随pH的升高而升高但整体水平不高的原因[13]。

表3 土壤pH组间与有效养分差异性状况/mg·kg－1

图4 土壤pH组间与有效养分状况

2.2.3 土壤pH与交换性钙、交换性镁、有效硫的关系

交换性钙、镁随pH的升高而升高，土壤pH与交换性钙、交换性镁相关性达到极显著，分别为0.443**、0.249**。这主要由于pH大于5.0时，由于H+离子较低对钙的吸收影响不大。在土壤pH值较低时由于高浓度的H+与钙的竞争，同时低pH对植物根系发育和活性的不良影响也是钙和镁吸收量降低的原因。酸性土壤中，pH较低时也会使Mg2+容易流失[13]。土壤有效硫随pH的升高而降低，呈负显著相关。这可能是随着土壤pH值升高，土壤胶体所带正电荷数目减少，吸附硫酸根的数量减少所致[14]。

2.2.4 土壤pH与微量元素的关系

龙岩烟区植烟土壤有效铜相关性不显著，随pH的升高有效铜有下降趋势，差异没达到显著水平。李社新等[15]认为，土壤有效铜与有机质之间关系密切，当土壤中有机质含量较低，对土壤有效铜的络合作用减弱，这可能是有效铜空间分布差异的原因。土壤有效锌随pH的升高而下降，呈极负显著相关，原因可能是在酸性土壤中，有效锌因可溶而有效含量增加，而pH值较高时，锌的吸附能力增强[16]易产生沉淀，故其有效性降低[17]。土壤有效硼随pH的升高而升高，相关系数为0.126*，呈显著正相关。理论上pH的升高导致随着硼酸的转化而有效性降低，但试验条件的不同是有一定区别[13]，该文与梁颁捷、林毅、陈朝阳等对于福建省烟区土壤有效硼的研究相似。土壤pH与水溶性氯相关性不显著，pH在小于6.5时氯含量在氯丰缺临界值附近；在大于6.5时，远远低于氯丰缺的临界值，氯素较缺乏。

2.2.5 土壤pH与有效养分的逐步回归模型的建立

土壤pH和有效养分之间的相关关系并不是单一的，为了进一步了解其关系，该文引用逐步回归数学模型。将土壤各养分碱解氮（X1）、速效磷（X2）、速效钾（X3）、交换性钙（X5）、交换性镁（X6）、有效硫（X7）、水溶性氯（X8）、有效硼（X9）、有效铜（X10）、有效锌（X11）作为自变量，pH值作为因变量，做逐步回归分析。土壤有效养分和土壤pH值的非标准化回归方程为：Y=5.430-0.01X1+0.01X6-0.05X7-0.92X11；标准化回归方程为：Y=-0.092X1+0.533X6-0.133X7-0.308X11，R2=0.305（注：R2较小，因样品数较多，样品总数为366个；r=0.553，在0.5至0.8之间，为中度相关[18]。）经检验，F=39.694，Sig=0.000＜0.001，模型具有统计学意义。分析结果表明，龙岩烟区土壤pH与交换性钙、有效锌、有效硫、碱解氮的关系度较高，交换性钙与土壤pH的关系最为密切。龙岩烟区土壤pH的30.5%，可由交换性钙、有效锌、有效硫、碱解氮来解释。由此可知：交换性钙、有效锌、有效硫、碱解氮在一定程度上决定了龙岩烟区土壤pH的值，同时各有效养分作用是相互的。

3 结语

福建龙岩烟区植烟土壤pH值的范围在4.20～6.85，平均值为5.22。福建建龙岩烟区，在烤烟生长期降水较多，土壤淋溶强烈，植烟土壤pH值与海拔间有显著相关性。福建龙岩主要产烟县（市）植烟土壤pH值存在差异，pH值从高到低依次为：武平＞连城＞漳平＞长汀＞永定＞上杭。传统统计学方法不能反应县（市）内部的空间差异状况，该文利用地统计学方法，借助Arcgis9.3软件功能，绘出龙岩烟区植烟土壤pH值空间分布图。通过传统统计学方法与地统计学方法的结合，较直观且具体地分析了龙岩烟区植烟土壤pH值的空间分布及差异状况。

土壤pH与各有效养分的关系主要表现在，土壤pH与速效钾（r=0.139**）、交换性钙（r=0.443**）、交换性镁（r=0.249**）含量呈极显著正相关；与有效锌含量呈极显著负相关（r=-0.141**）；与土壤有效硼含量呈显著正相关（r=0.126*）；与碱解氮（r=-0.103*）、有效硫（r=-0.122*）含量呈显著负相关；与速效磷、水溶性氯、有效铜的相关性不显著。土壤有效养分和土壤pH值的非标准化回归方程为：Y=5.430-0.01X1+0.01X6-0.05X7-0.92X11，R2=0.305。上述结论表明，交换性钙、有效锌、有效硫、碱解氮在一定程度上决定了龙岩烟区土壤pH的值，其他有效养分的影响大小为：交换性镁＞速效钾＞有效硼＞速效磷＞水溶性氯＞有效铜。该文从理论上论证了通过调节碱解氮、交换性钙、有效锌、有效硫含量可以调节龙岩烟区土壤pH值，提高土壤养分的有效性，但土壤养分的调节对土壤pH的影响有限，且碱解氮、交换性钙、有效锌、有效硫也需要满足适宜烤烟生长的含量范围。同时，影响土壤pH的因子也有很多，土壤母质、海拔、种植制度、人为施肥管理等对土壤pH均有影响[11，19-20]。因此，植烟土壤pH的调节，有效养分的提高需今后进一步研究。

近年植烟土壤酸化现象普遍，碱性肥料的施用，有利于减缓土壤酸化[4]。建议龙岩烟区植烟土壤需重视草木灰、石灰、白云石粉等碱性肥料[21]的施用，调节土壤酸度，提高土壤养分的有效性。对于不同海拔植烟土壤，施用石灰、白云石的量要有所区别，低海拔需要多施用。不同地区植烟土壤，长汀县的南部和上杭县的西北部，碱性肥料需多施。

为了提高龙岩烟区植烟土壤养分的有效性，应考虑龙岩烟区植烟土壤pH的空间分布规律和龙岩烟区植烟土壤pH对有效养分的影响，对烤烟生长所需养分进行适当补充。长汀的南部和上杭的西北部的pH的低值区域，更需重视K肥的施用；武平的中赤乡、十方镇、岩前镇交界和长汀的大同镇、新桥镇的交界土壤pH的高值区，需要少量施用Cl肥，其中在土壤pH大于6.5地区，氯肥应适量施用，以提高烟叶的品质。

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A study of soil pH spatial distribution and its correlation with the available nutrients in tobacco-growing areas of Longyan City

QIAN Xiaojie1，ZHANG Xiaofang2，ZENG Wenlong3，JIANG Daibing3，XIONG Dezhong1
（1.College of Resources and Environment，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002 China；2.School of Environmant Science and Engineering，SUST，Suzhou 215009 China；3.Longyan Tobacco Company，Longyan 364000，China）

To adjust the acidity of tobacco-planting soil in Longyan tobacco areas,enhance the availability of soil nutrients and promote the growth of high quality flue-cured tobacco,366 representative tobacco-planting soils were collected and the soil available nutrients and pH values were determined from December 2010 to January 2011.The traditional statistic method and geostatistic method were applied to the analysis of the correlation among the elevation difference,the county difference,the spatial distribution,and the relationship between soil pH values and available nutrients.The results show that the spatial distribution of soil pH was strip-shaped and there were two high value areas and two low value areas.To some extent,the pH values of Longyan tobacco areas were determined by exchangeable calcium,effective zinc,effective sulfur and alkaline hydrolysis nitrogen.The influencing order of other available nutrients from high to low was:exchangeable magnesium＞available K＞effective boron＞available P＞water soluble chloride＞available copper.Alkaline fertilizer should be applied more in low altitudes and the south of Changting County as well as the northwest of Shanghang County;K fertilizer should be applied more in the south of Changting and the northeast of Shanghang;a small amount of Cl fertilizer should be applied in the boundary between Zhongchi,Shifang and Yanqian of Wuping County as well as the boundary between Datong and Xinqiao of Changting;Cl fertilizer should be applied appropriately where its soil pH value is more than 6.5.

Longyan tobacco-growing areas；soil pH；spatial distribution；available nutrients；Kriging interpolation

S15

A

1672－0687（2015）03－0075－06

责任编辑：谢金春

2013－10－29

福建省烟草公司资助项目（2012052）

钱笑杰（1989-），男，江苏东台人，硕士研究生，研究方向：植物营养与施肥。

*通信联系人：熊德中（1955-），男，教授，硕士生导师，E-mail：xiongdz@126.com。