錢笑杰 肖靖 洪雅芳 李發(fā)林 史國強 譚茜 曾文龍 蔡海洋 熊德中

摘??要??為了了解龍巖煙區(qū)植煙土壤pH的時間和空間分布情況，本文采用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)和地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方式，進行了龍巖煙區(qū)植煙土壤pH的時空變異研究。結(jié)果表明：1982、2001、2011年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH分別為5.34、5.03、5.23，土壤酸化得到有效抑制;1982、2001、2011年土壤pH半方差函數(shù)模型分別為線性模型、線性模型、指數(shù)模型?？臻g分布上，1982、2001、2011年高值區(qū)域分別呈現(xiàn)塊狀、點狀、塊狀;不適宜種植烤煙的地區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，最適宜區(qū)面積減少。

關(guān)鍵詞??植煙土壤;土壤pH;時空變異;龍巖煙區(qū);地統(tǒng)計學(xué)中圖分類號??S572??????文獻標(biāo)識碼??A

Spatial and Temporal Variability of Soil pH in Longyan Tobacco Planting Areas

QIAN Xiaojie¹， XIAO Jing²， HONG Yafang³， LI Falin¹， SHI Guoqiang¹， TAN Qian⁴， ZENG Wenlong⁵，CAI Haiyang^4*， XIONG Dezhong⁴

1. Fujian Institute of Tropical Crops， Zhangzhou， Fujian 363004， China; 2. Fujian Eco-Tech Center for State Farm and South Subtropical Crops， Fuzhou， Fujian 350001， China; 3. Fujian Rural Work Resrarch Center， Fuzhou， Fujian 350001， China; 4. College of Resources and Environment， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350007， China; 5. Longyan Tobacco Company， Longyan， Fujian 364000， China

Abstract ?The spatial and temporal variation of pH value of tobacco-growing soil in Longyan tobacco-growing areas was studied by the combination of traditional statistics and geostatistics. pH values of tobacco planting soil in Longyan tobacco-growing areas in 1982， 2001 and 2011 was 5.34， 5.03 and 5.23， respectively， meaning soil acidification was effectively inhibited. The semi-variance function model of soil pH in 1982， 2001 and 2011 was a linear model， linear model and exponential model correspondingly. In terms of spatial distribution， the high-value areas in 1982， 2001 and 2011 was in the form of block， dot and block accordingly.?The areas that are not suitable for growing flue-cured tobacco show a trend of increasing first and then decreasing， and the area of the most suitable area is reduced.

Keywords ?tobacco planting soil; soil pH; spatial-temporal variation; Longyan tobacco area; geostatistics

DOI ?10.3969/j.issn.1000-2561.2019.10.021

近年來土壤酸化進程加速，嚴(yán)重危害熱帶和亞熱帶地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全^[1-2]。土壤酸化不利于土壤肥力的保持、土壤微生物的生長活動及養(yǎng)分循環(huán)的進行^[1，?3-4]。黃運湘等^[5]研究表明土壤酸化導(dǎo)致氮、磷、鉀供應(yīng)能力下降;王海斌等^[6]研究表明茶樹根際土壤酸化顯著影響了土壤微生物數(shù)量變化，微生物對土壤酸度具有敏感性;Manzoni 等^[7]和田永強等^[8]研究表明土壤酸化影響土壤碳、氮等元素礦化，不利于土壤養(yǎng)分的循環(huán)。此外，土壤酸化會活化土壤重金屬，王存龍等^[9]發(fā)現(xiàn)山東煙臺土壤酸化會促進Cd、Pb等的釋放與活化。土壤酸化能夠增加病害發(fā)生，樊小林等^[10]發(fā)現(xiàn)提高土壤pH能夠降低巴拿馬病（枯萎?。┑陌l(fā)病率和病情指數(shù)。土壤酸化的直接表現(xiàn)為土壤pH下降，適宜的土壤pH能夠促進土壤養(yǎng)分的有效吸收^[11]。pH是土壤酸堿性的反映，土壤的酸堿度直接影響著烤煙對營養(yǎng)元素的吸收，隨著植煙土壤酸堿度研究的深入，已引起越來越多的關(guān)注。前人研究表明，當(dāng)土壤pH值過低，微量元素的有效性較低;當(dāng)土壤pH值過高，則不利于大量元素的吸收^[12-13]。植煙土壤pH值過高或過低均不利于煙葉對于土壤礦物營養(yǎng)的吸收，不利于烤煙體內(nèi)的碳氮代謝，進而影響煙葉的生長狀況。

不同區(qū)域土壤pH的影響因素不盡相同，開展區(qū)域土壤pH的豐缺評價能夠因地制宜指導(dǎo)區(qū)域土壤改良^[14]。近年來對土壤pH區(qū)域內(nèi)部差異、時間尺度變化等研究較多^[15-17]，但對熱帶亞熱帶農(nóng)用地作物優(yōu)勢種植區(qū)土壤pH的時空變異研究較少^[18]，3個時期的時間尺度pH變化研究鮮有報道^[19]。福建地區(qū)丘陵、山地較多，基于復(fù)雜地貌下的縣域特色農(nóng)業(yè)的影響因素不同。煙草產(chǎn)業(yè)一直是龍巖市農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，龍巖煙區(qū)土壤也是典型的亞熱帶紅壤區(qū)農(nóng)用地土壤，開展近30年土壤pH的時空變異研究，對煙稻輪作系統(tǒng)下的土壤養(yǎng)分綜合管理具有指導(dǎo)意義。

1??材料與方法

1.1資料收集

1982年第2次土壤普查資料的收集。收集了龍巖煙區(qū)永定縣、上杭縣、武平縣、連城縣、長汀縣、漳平市6個縣（市）的1∶5萬土壤圖、土壤剖面樣品采樣點分布圖，土壤普查總結(jié)，土樣理化性狀分析匯總數(shù)據(jù)資料等。根據(jù)龍巖煙區(qū)現(xiàn)有烤煙種植區(qū)域，選擇具有代表性的土壤樣點共354個，并收集整理354個樣點的耕層土壤pH數(shù)據(jù)。

2001年龍巖煙區(qū)植煙土壤平衡施肥相關(guān)資料的收集。收集了2001年龍巖煙區(qū)平衡施肥數(shù)據(jù)資料（2001年在福建省煙草公司統(tǒng)一部署下，龍巖煙區(qū)開展了平衡施肥工作，共測試分析了1362個土壤樣品的理化性狀）。本次研究以第2次土壤普查354個代表性土壤樣點分布為依據(jù)，選取與其采樣點相近點的相同土壤類型的樣點數(shù)據(jù)，共360個，收集整理了360個樣點的耕層土壤pH數(shù)據(jù)。

1∶15萬龍巖市行政區(qū)圖、1∶15萬龍巖市土地利用現(xiàn)狀圖及數(shù)據(jù)庫資料等。土壤樣品的采集：采樣地點以第2次土壤普查354個代表性土壤樣點分布為依據(jù)，選取與其采樣點相近點的相同土壤類型的樣點366個，采集耕層土壤。2011年12月采樣時，采用GPS定位記錄了樣點的地理坐標(biāo)，經(jīng)Arcview投影轉(zhuǎn)換后生成龍巖煙區(qū)植煙土壤采樣點分布圖（圖1）。

1.2測定方法及植煙土壤pH分級指標(biāo)的確定

土壤pH測定方法：采用NY/T 1121.2-2006《土壤檢測?第2部分：土壤pH的測定》中的電位法。

本文參考唐莉娜等^[20]、陳朝陽^[21]等對福建煙區(qū)植煙土壤pH的研究，適宜煙草生長的pH范圍為5.0～7.0，其中最適宜煙草生長的pH范圍為5.5～6.5，因此龍巖市植煙土壤pH分級指標(biāo)按表1來劃分。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)和地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的方法。統(tǒng)計分析采用SPSS 18和Excel 2007軟件完成，其中半方差函數(shù)模型擬合在GS+9.0中實現(xiàn)，克里格插值和插值圖繪制選擇在ArcGIS 9.3軟件完成。在得出龍巖煙區(qū)植煙土壤3個時段的土壤pH，通過ArcGis軟件功進一步得出土壤pH的時空變異狀況。

對所研究區(qū)域的不同時期的土壤樣品應(yīng)用Geostatiscal Analyst模塊中的Explore Data工具中的Histogram和Normal QQ plot進行正態(tài)分布檢驗，GS+9.0軟件進行半方差模型的擬合和地統(tǒng)計學(xué)分析，運用Geostatistical Wizard中的Kriging分析模塊進行克里格插值，制作土壤pH的插值空間分布圖。將利用克里格插值方法得到的1982、2001和2011年土壤pH賦值到耕地圖斑上，然后建立研究區(qū)耕地土壤pH數(shù)據(jù)庫，最終出圖。龍巖煙區(qū)為煙稻輪作系統(tǒng)，植煙土壤區(qū)以龍巖六縣（市）水田圖斑為控制區(qū)域，對土壤pH分區(qū)后的柵格圖層以龍巖煙區(qū)1.75萬hm²進行面積評差，最終確定1982、2001、2011年3個時期土壤pH的面積以及比重。

2??結(jié)果與分析

2.1龍巖煙區(qū)植煙土壤pH的空間變化

1982、2001、2011年土壤pH數(shù)據(jù)經(jīng)對數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)Arcgis 9.3中的Geostatiscal Analyst模塊中的Explore Data工具中的Histogram和Normal QQ plot檢驗，符合正態(tài)分布。為了解1982、2001、2011年土壤pH局部變異特征，對3個時期土壤pH進行半方差模型擬合，研究其空間特征。圖2、圖3、圖4和表2為3時期土壤pH半方差模型最優(yōu)模型擬合結(jié)果，其中1982、2001年土壤pH為線性模型，2011年土壤pH為指數(shù)模型。1982、2001、2011年土壤pH塊金效應(yīng)分別為85.47%、94.90%、44.62%。塊金效應(yīng)<25%為強空間依賴性，25%<塊金效應(yīng)<75%為中等空間依賴性，塊金效應(yīng)>75%為弱空間依賴性，可知1982、2001年土壤pH為弱空間依賴性，2011年土壤pH為中等空間依賴性?？臻g的依賴性呈現(xiàn)先變?nèi)踉僮儚姷奶攸c。

通過半方差函數(shù)模型的模擬，本文選用普通克里格插值方法，對龍巖市煙區(qū)1982、2001、2011年土壤pH進行插值。龍巖煙區(qū)pH一直以偏酸性為主，1982年空間分布上（圖5），主要高值區(qū)分

布在長汀縣西北部地區(qū)、連城縣的中北部地區(qū)、以及上杭縣的南部地區(qū)，呈現(xiàn)塊狀分布。2001年龍巖煙區(qū)空間分布上（圖6），主要高值區(qū)各縣市均有零星點狀分布，其中在長汀縣的西北部、上杭縣的南部地區(qū)、漳平市的中部地區(qū)存在較大范圍的高值區(qū)。2011年龍巖煙區(qū)空間分布上（圖7），高值區(qū)主要在3個地區(qū)：長汀縣以新橋鎮(zhèn)為中心的區(qū)域、上杭縣以中赤鄉(xiāng)和十方鎮(zhèn)為中心的區(qū)域、以及漳平市的東北部。3時期的高值區(qū)在上杭縣南部以中赤鄉(xiāng)和十方鎮(zhèn)為中心的區(qū)域均有分布，表明該區(qū)域土壤pH的影響主要是自然原因。1982年龍巖煙區(qū)植煙土壤低值區(qū)域主要在漳平市大部分地區(qū);2001年龍巖煙區(qū)植煙土壤低值區(qū)域主要在漳平市的西北部地區(qū)以及永定縣的西南地區(qū);2011年龍巖煙區(qū)植煙土壤低值區(qū)域主要在永定縣的西南地區(qū)，以及永定與上杭縣的北部交界處。

本文通過預(yù)測誤差來檢驗所得結(jié)果是否符合，通過檢驗（表3）發(fā)現(xiàn)，1982、2001、2011年3時期土壤pH的預(yù)測誤差的均值、預(yù)測誤差的均方根、平均預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差、平均標(biāo)準(zhǔn)差均較小;標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差均接近于1。因此，龍巖煙區(qū)植煙土壤pH選用普通克里格插值方法結(jié)果滿足要求。

2.2龍巖煙區(qū)植煙土壤pH的時間變異

由表4可知，2001年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH

注：同列不同小寫字母表示不同時間pH間存在顯著差異（P<0.05）;不同大寫字母表示不同時間pH間存在極顯著差異（P<0.01）。

比1982年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH平均值下降0.31，2011年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH比2001年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH上升0.20。經(jīng)Duncan差異分析，3時期土壤pH均達極顯著差異。1982、2001、2011年土壤pH主要范圍為5.0～5.5，處于適宜烤煙生長的范圍。

從表5可知，pH<5.0（不適宜種植烤煙區(qū)）龍巖煙區(qū)植煙土壤的面積，1982年為2828.00?hm²;2001年為6592.25 hm²;2011年為1438.50 hm²。2001年比1982年的不適宜植煙土壤面積比重增加了21.51%，2011年比2001年的不適宜植煙土壤面積減少了29.45%。至2011年，龍巖煙區(qū)植煙土壤面積的91.78%均為適宜烤煙生長或者最適宜烤煙生長的區(qū)域。2011年、1982年土壤pH最適宜區(qū)域面積比較，龍巖煙區(qū)最適宜植煙土壤面積下降了14.05%，且最適宜植煙面積的絕對面積較小。由圖8可知，1982—2001年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH下降較嚴(yán)重區(qū)域（pH下降大于0.5），在2001–2011年土壤pH的變化圖中，絕大多數(shù)地區(qū)均表現(xiàn)為pH上升。其中永定縣的中部地區(qū)、武平縣的東南部地區(qū)上升較明顯（pH上升大于0.5個單位）。其中漳平市東部地區(qū)2個時間段中均表現(xiàn)為pH上升較明顯區(qū)。同時，長汀縣的中南部地區(qū)、上杭縣的東南部地區(qū)在2個時期中均表現(xiàn)為較小的下降（pH下降為0～0.5之間），應(yīng)引起關(guān)注。

3??討論

塊金效應(yīng)大小反映的是土壤性質(zhì)對空間的依賴性強弱，是土壤性質(zhì)空間變異的結(jié)果，Liu等^[22]研究表明，空間依賴性越強，受自然因素影響越大，受人類活動影響越小。龍巖煙區(qū)1982、2001、2011年塊金效應(yīng)分別為85.47%、94.90%、44.62%，隨時間變化，人類活動是其結(jié)構(gòu)因子變化的主要原因。pH高值區(qū)域空間分布變化為塊狀—點狀—塊狀，反映的是耕作制度變化對土壤pH的影響。1982—2001年，耕作制度（家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制）的變化讓龍巖煙區(qū)空間變異依賴性減弱。21世紀(jì)初期起，龍巖市煙草公司開展統(tǒng)一的配方施肥、土壤改良以及龍巖市煙區(qū)種植戶減少、土地流轉(zhuǎn)加速^[23]，煙區(qū)煙草種植趨向連片，均一化方向發(fā)展，外因（土壤管理）的影響削弱，內(nèi)因（土壤形成因素）對土壤pH的空間變異的貢獻更大^[24]。郝紅瑞等^[25]指出，變程（Range）是最為重要的參數(shù)，2011年pH變程（Range）相對1982、2001年減小，也是塊金效應(yīng)變小的可能原因。

1982—2001年，耕作制度的變化帶來的化學(xué)肥料施用量的過量施用是龍巖煙區(qū)植煙土壤pH下降的主要原因。2001—2011年，龍巖煙區(qū)生石灰、測土配方施肥的推廣^[26]，促進龍巖煙區(qū)土壤pH均值在該時期有所提高。龍巖煙區(qū)在2001—2011年，土壤酸化現(xiàn)象得到了一定的抑制，但亞熱帶地區(qū)自然現(xiàn)象（強烈淋溶作用）和酸沉降、化肥施用、作物吸收陽離子等人類活動因素在本區(qū)

域持續(xù)影響土壤酸化^[1]。周曉陽等^[27]認(rèn)為南方水旱輪作模式也會出現(xiàn)土壤酸化，鄧小華等^[28]研究表明水土流失狀況顯著影響植煙土壤pH，水土流失嚴(yán)重的植煙土壤容易酸化。因此，龍巖煙區(qū)應(yīng)合理注意有機肥配施化肥，定期注重土壤改良劑進行調(diào)酸。同時，長汀縣是福建省水土流失典型縣域單元，本研究發(fā)現(xiàn)在長汀縣的中南部地區(qū)、上杭縣的東南部地區(qū)兩時期均出現(xiàn)土壤pH下降現(xiàn)象，該區(qū)域更需關(guān)注水土流失治理，以達到改良土壤酸堿度的目的。

4??結(jié)論

（1）1982、2001、2011年3年土壤pH均值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，土壤pH分別為5.34、5.03、5.23，土壤pH在煙葉適宜生長的范圍之內(nèi)。

（2）半方差函數(shù)模型擬合表明，1982、2001年土壤pH為線性模型，2011年土壤pH為指數(shù)模型。1982、2001年土壤pH為弱空間依賴性，2011年土壤pH為中等空間依賴性，空間依賴性呈現(xiàn)先變?nèi)踉僮儚姷奶攸c。

（3）pH高值區(qū)域空間分布上，1982、2011年土壤pH呈現(xiàn)塊狀分布特征;2001年土壤pH呈現(xiàn)點狀分布特征。

（4）時間變化上，不適宜種植烤煙的地區(qū)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，1982、2001、2011年龍巖煙區(qū)植煙土壤不適宜種植烤煙區(qū)面積分別為2828.00、6592.25、1438.50 hm²。最適宜區(qū)面積減少，與1982年相比，2011年龍巖煙區(qū)最適宜植煙土壤面積下降了14.05%，且最適宜植煙的面積的絕對面積較小。

（5）近30年龍巖煙區(qū)植煙土壤pH有酸化現(xiàn)象，pH整體略微下降，土壤酸化得到了有效的抑制。

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