烟草是产量和质量并重的经济作物，协调的土壤肥力供应是生产优质烟叶的保障，是影响和决定烟叶产量、品质和特色的主要生态因素之一^[1]。科学准确地对土壤肥力进行评价是保护土地资源、提高烟叶产量和质量、实现烤烟生产持续发展的重要保障^[2-3]。土壤肥力在空间分布上是一个连续动态的变化，肥力因子具有较强的空间自相关性^[4]。地理信息系统（GIS）可以将收集的数据进行插值计算，预测未采样区域的养分分布情况并可将包括土壤 pH 值、有机质、碱解氮等转换为可视化的图形，提升常规土壤评价结果的实用性，更直观地展示和分析土壤肥力在空间上的分布状况^[5]，为烟叶生产布局、保障烟叶质量等提供理论支持。

遵义市是贵州省烟叶生产的主要生态区之一，也是蜜甜香型烟叶的代表性烟区，在烟叶生产行业中占有重要的位置；为了充分挖掘遵义市烤烟生产潜力，彰显蜜甜香型烟叶特色，本文对遵义市主要植烟区土壤采集、检测、分析，绘制肥力指标空间分布图，为遵义市烤烟生产布局、土壤肥力改良等提供科学支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况及样品采集

遵义市位于贵州省北部，地理位置在东经 105°60′～108°21′、北纬 27°13′～29°22′，属亚热带湿润季风气候，年平均气温 13.2～21.1℃，海拔高度 800～1300 m，雨量充沛，日照充足^[6]。在遵义市主要的 13 个烤烟种植区（县）（播州区、道真县、凤冈县、红花岗区、汇川区、湄潭县、仁怀市、绥阳县、桐梓县、务川县、习水县、余庆县、正安县）的 168 个乡镇中选取能代表当地植烟生态条件、耕作制度且兼顾不同地形地貌的点位 3772 个；采样时先除去土壤表层覆盖物后用土钻采集耕层（0～20 cm）土壤，每个地块取 10 点土样混合，除去动植物残体、石子及其他杂物后用四分法留取 1 kg，自然风干、研磨、过筛后用于测定土壤理化指标。采样时用 GPS 定位仪记录采样点经纬度，经 ArcGIS 投影转换为高斯-克吕格投影，采样点分布如图1 所示。

1.2 土壤样品测定方法

土壤 pH 值使用 NY/T1121.2—2006 电位法； 土壤有机质使用 NY/T1121.6—2006 重铬酸钾氧化-容量法；土壤碱解氮使用 LY/T1228—2015 碱解扩散法；土壤有效磷使用 NY/T1121.7—2014 碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾使用 NY/ T889—2004 乙酸铵浸提-火焰光度法^[7]。

1.3 植烟土壤肥力综合评价体系

目前，国内外综合评价常用分级赋值法、主成分分析法、专家经验法、人工神经网络法、模糊数学法等^[8]。由于土壤是一个复杂的灰色系统，如果直接将养分划分阶梯等级会导致评价结论与实际相比偏高或偏低，影响评价的准确性；模糊数学法能将土壤肥力状况转化为数学模型，不仅能减少人为划分适宜性区间带来的偏差，提高评价的科学性、可操作性和准确性，还能直观地反映土壤肥力变化、进行区域间的比较，因而适合作为土壤肥力综合评价方法^[9]；遵循指标稳定性、空间变异性及指标易获取等原则^[10]，选取土壤 pH 值、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷和土壤速效钾共 5 项指标，结合烟草种植养分需求情况和遵义土壤特点，各评价指标经模糊数学法计算对应的隶属度后乘以各指标权重，加权求和计算土壤肥力综合评价得分。

1.3.1 异常值检验

由于采样及检测的不确定性，需要对测试结果进行正态分布检验后做异常值处理，参考国务院第三次全国土壤普查技术规章异常值处理方法，即按照土壤常规测试结果范围和采样点空间位置，将样点数据与总体及其邻近的 5 个样点做比较，若样点数值在总体均值的 ±5 倍标准差之外，且大于或小于邻近样点的均值 ±3 倍标准差，则视为异常值剔除。

1.3.2 指标隶属函数类型及转折点

为了消除土壤肥力各指标间量纲的差别，模糊数学法常用隶属度函数对指标进行标准化。抛物线型指该因素对烟草生长有一个最佳适宜范围，低于或高于该范围均不利于烟草的生长（公式 1）；S 型曲线指该因素在一定的范围内与烟草产量、质量呈正相关（公式 2）。

隶属度函数：

式中，x₁、x₂、x₃、x₄ 分别对应指标的下临界值、下限最优值、上限最优值、上临界值。

参考《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》^[11]、 《贵州省烤烟土壤区划》^[12]，结合植烟实际情况和烤烟养分需求特性及前人研究^[13-16]，确定隶属度函数类型、植烟土壤 pH 值、有机质、养分等级划分（表1）及土壤因子隶属度转折点（表2）。

1.3.3 土壤肥力综合评价计算及分级

通过隶属度函数计算各因子隶属度，再与权重计算乘积后加权求和，即为土壤肥力综合指标得分（IFI）。

$IFI=\sum _{i=1}^n{M}_i{N}_i(i=\mathrm{1,\; 2},3,\cdots ,n)$

式中，n 代表参与评价因子总数，M_i 和 N_i 分别代表该因子的隶属度和权重。

各植烟土壤肥力因子经 ArcGIS插值后根据土壤肥力综合评价公式计算其 IFI值，参考《中国植烟土壤及烟草养分综合管理》^[11]、《贵州省烤烟土壤区划》^[12]，将土壤肥力 IFI从高到低划分为 5个等级，即Ⅰ级（IFI≥ 0.85）、 Ⅱ 级（0.85>IFI ≥ 0.70）、Ⅲ级（0.70>IFI ≥ 0.55）、 Ⅳ级（0.55>IFI ≥ 0.40）、Ⅴ级（IFI<0.40）^[17]。

1.3.4 数据处理

采用 Excel 2016 和 SPSS 20.0 对数据进行整理、检验、差异显著性分析、相关性分析、隶属度计算等统计学分析处理；用 ArcGIS 10.5 进行地理统计学分析，Kriging 插值法绘制植烟土壤理化性状和综合肥力评价空间分布图。

2 结果与分析

2.1 遵义市植烟土壤 pH 值和主要肥力指标统计分析

依据植烟土壤养分等级划分标准（表1），分析遵义市各植烟区土壤 pH 值和有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量差异。从表3 可知，遵义市各区县土壤 pH 值为 4.5～8.8，均值为 6.6，变异系数为 14.7%，属于一般变异，部分地区差异较大，遵义市 pH 值 <5.5 的酸性土壤占比较少，为 15.9%，pH 值大于 7.5 的碱性土壤占 21.5%，在烟草适宜酸碱度范围内的比例超过了 60%，其中播州区、道真县、凤冈县、红花岗区、汇川区、仁怀市、绥阳县、桐梓县、务川县、正安县处于烤烟生长的最适宜范围内，而湄潭县、习水县和余庆县的土壤 pH 值略高，适宜烟草种植。遵义市植烟土壤的有机质含量为 6.1～68.8 g/kg，均值为 29.5 g/kg，变异系数为 27.1%，多数区县在适宜范围内；桐梓县、绥阳县和红花岗区均值分别为 32.5、32.3 和 31.8 g/kg，除与汇川区、正安县未达显著差异外，显著高于其他区县。遵义市土壤碱解氮含量为 19.3～279.2 mg/kg，均值为 140.0 mg/kg，变异系数为 21.1%，中等变异，遵义市碱解氮含量整体处于偏高水平，碱解氮 >150 mg/kg 的占比达到 32.1%，其中绥阳县 >150 mg/kg 的比例达到了 48.9%；遵义市有效磷含量为 0.6～74.7 mg/kg，均值为 17.6 mg/kg，变异系数为 65.9%，变异程度大，遵义市有效磷含量最高与最低相差达 72.5 倍，有效磷含量为 10～20 mg/kg 的占比达到 41.4%， >10 mg/kg 的占比超过 70%，<5 mg/kg 的占比为 7.3%，其中务川县 <5 mg/kg 的占比最高，达到了 19.0%；遵义市速效钾含量为 45.7～497.1 mg/kg，均值为 221.7 mg/kg，变异系数为 41.5%，遵义市速效钾含量较高， <80 mg/kg 的占比仅为 2.7%，80～150 mg/kg 的占比为 21.7%，150～220 mg/kg 的占比为 30.0%，>220 mg/kg 的占比达到了 45.6%。从各因子的变异系数来看，有效磷和速效钾变异系数较大，分别为 65.9% 和 41.5%； 有机质和碱解氮变异系数中等，为 27.1% 和 21.1%；pH 值变异系数最小，为 14.7%。

2.2 遵义市植烟土壤 pH 值和主要肥力指标空间分布

用 ArcGIS 10.5 绘制遵义市植烟主要肥力指标空间分布图（图2），遵义市植烟土壤 pH 值总体趋势呈南高北低的趋势，整体以中性偏酸性为主，pH 值 >7.0 的区域主要在湄潭县和余庆县的大部分地区、播州区南部、习水县西部，其他区县有零散高值区，但面积不大，低值区在正安县南部、道真县北部、绥阳县北部、桐梓县中北部等地区。土壤有机质总体趋势呈中部向四周方向减少，有机质含量 40.0 g/kg 以上的区域以局部块状分布在绥阳县西南部、桐梓县东南和西南部、正安县中部、播州区中部和东部等，低值区在仁怀市全境、务川县和凤冈县大部分地区。土壤碱解氮呈现较大的区域差异化，总体上呈中部向四周逐渐降低的空间格局，与有机质空间分布重合度较高，>150 mg/kg 的区域集中在绥阳县南部、湄潭县北部、汇川区东北部、务川县西部及道真县北部，低值区在仁怀市全境、湄潭县南部、习水县西部及其他区县部分地区，碱解氮和有机质的空间分布特征高度重合。土壤有效磷空间分布呈斑块状分布，10～20 mg/kg 分布面积较大，主要在中部地区；其次是 >20 mg/kg 地区，分布在仁怀市中部、汇川区大部分地区、道真县北部及绥阳县周边，≤ 10 mg/kg 的低值区主要在务川县大部分地区、播州区西北部、道真县中部、凤冈县中部、绥阳县中部等。土壤速效钾空间分布规律明显呈条状，高值区主要分布在西南偏东北的中轴上的桐梓县、汇川区及播州区，低值区主要分布在凤冈县、湄潭县、习水县大部分地区。

注：表中同列数据后小写字母不同代表不同区县间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 遵义市植烟土壤肥力综合评价

采用 IFI 对遵义市植烟土壤进行综合评价，选取土壤 pH 值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾，结合烟草需肥规律，在烟草生长中土壤 pH 值、有机质、碱解氮等因子有最佳适宜范围，低于或高于该范围均不利于烟草的生长，因而选择抛物线型隶属度函数，土壤有效磷、速效钾等因子在一定的范围内与烟草产量、质量呈正相关，因而选择 S 型隶属度函数。

权重是评价指标对整体的相对重要程度，权重计算方法有层次分析法、多元回归法、主成分分析法、逐步回归法、灰色关联法、相关系数法等，其中相关系数法是由各指标相关性计算得出权重，能客观地表示出各指标间的重要程度、减少主观误差^[18]。使用 SPSS 对各指标进行相关性分析，从表4 可知，遵义市植烟土壤各因子间相关性均为极显著，指标权重为其相关系数与全部指标相关系数平均值总和的比值，经计算，土壤 pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的权重分别是 0.09、 0.26、0.27、0.21、0.17（表5）。

注：** 表示显著性水平为极显著，P<0.01。

根据各因子权重，运用公式计算遵义市土壤肥力综合评价得分（表6），遵义市平均得分 0.73，处于较高等级，变异系数为 16.8%，中等变异；遵义市综合评价等级为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级的分别占 17.22%、42.85% 和 33.31%，达到 93.38%， Ⅳ 级及以下的占比为 6.62%，遵义市植烟土壤肥力状况较好，适宜烟草种植。遵义市各区县差异明显，仁怀市平均得分 0.88，显著高于其他区县，遵义市Ⅰ级占比超过 20% 的区县有 4 个，分别为汇川区、仁怀市、桐梓县和正安县，其中仁怀市占比达到 61.15%；道真县和汇川区Ⅱ级占比超过了 50%，其他区县差异不大；红花岗区、汇川区、仁怀市和桐梓县Ⅲ级及以上等级占比超过 99%，分别为 99.8%、99.9%、100.0% 和 99.6%；Ⅴ级占比较少，仅余庆县和绥阳县超过 1%，分别为 3.34% 和 1.13%。各区县植烟土壤综合肥力变异系数为 11.4%～19.4%，属一般变异，绥阳县变异系数最大，为 19.4%。对植烟土壤肥力综合评价结果绘制土壤肥力综合评价空间分布图（图3），结果显示，土壤肥力在空间上表现较明显的分布格局，Ⅰ、Ⅱ 级主要分布在仁怀市、桐梓县、正安先、道真县、仁怀市北部、湄潭县南部及播州区的部分地区。综合得分较低的在习水县全区、红花岗区全区、桐梓县西部、绥阳县南部、湄潭县北部和其他区县的零散地区。

3 讨论

经过统计数据分析表明各区县间的肥力状况差异较大。烟草适宜 pH 值为 5.5～7.0，当土壤 pH 值较低时，土壤中交换性钙、镁、钾等易被置换出来，可溶性磷易与铁、铝等结合而降低磷的有效性，随着 pH 值的上升，烟叶中烟碱、钾、锌含量随之下降，钙的吸收上升^[19]，土壤 pH 值通过影响土壤中矿质的转化效率、养分吸收的有效性和烟株根系吸收活力等因素进而影响烟株养分的吸收和烟叶产量、质量；遵义市土壤 pH 值整体的变异系数超过各个区县的变异系数，达到 14.7%，烤烟养分管理过程中需要注意各个区县之间的差异，目前遵义市植烟土壤 pH 值以弱酸性为主，部分地区偏碱性，处于烟草适宜生长区间，偏高区分布于遵义市南部的湄潭县、余庆县和播州区，面积占 21.5%，土壤 pH 值较高的区域宜使用生理酸性肥料，结合耕作和相应施肥措施，降低土壤碱性。

氮素是烤烟生长的必需养分，烤烟对氮素的需求是前高后低，前期需要吸收足够的氮素以保障正常快速生长，后期以碳代谢为主，过高的氮素供应会造成烟株贪青晚熟，烟叶品质下降，商品性差^[10，20]。土壤有机质关系到土壤的结构、保水性、耕性等物理性质及肥力供应能力等，对于一般作物而言，有机质含量越高，土壤供肥能力越好，作物产量、质量越高；但烟草需肥规律为有机质过低或过高都不利于高品质烟叶的生产；土壤有机质过低时，土壤长期大量缓慢供应养分的能力较弱，土壤结构相对较差；有机质过高时易引起烤烟生长后期氮素供应量过多，引起烟叶经济产值下降^[21]。遵义市植烟土壤有机质平均为 29.5 g/kg，碱解氮平均为 140 mg/kg，土壤有机质和碱解氮高于推荐植烟适宜范围，在今后的烤烟生产中，要控制有机物料及氮素的投入、使用充分腐熟的有机肥等，也可以通过在轮作时施用有机肥，而在烟草种植时不施或少施有机肥，以维持适宜的有机质水平，减少烟草生长后期氮素供应过量的风险^[22]。

磷素是形成细胞核内遗传物质的重要组成元素，在保持植物生长发育中发挥着不可替代的作用。磷供应不足时，植株体内代谢紊乱，烟株生长受阻，叶片狭小、叶色暗绿、推迟叶片成熟且影响烟株对氮、钾、镁等元素的吸收，导致叶片易脱落和含镁量下降^[23]。烟草是典型的喜钾作物，钾的吸收对烟叶外观、燃烧性、油分和总糖含量等都有影响，充足的钾能促进烟叶落黄、提高烟叶品质，缺钾叶片皱缩不舒展、燃烧性差，充足的钾是优质烟叶生产的重要条件^[1，24]。遵义市各区域有效磷和速效钾养分较高，植烟区有效磷含量 >10 mg/kg 的比例达到 70% 以上，不同区县间差异明显，有效磷含量较低的地区需要注意增施磷肥；速效钾含量 >100 mg/kg 占比超过 92.8%，土壤速效钾含量较高，习水县土壤速效钾含量最低，但均值也达到了 136.7 mg/kg。多数地区有效磷和速效钾均处于烟草种植适宜区，能满足优质烟草的生产需求，这与邹焱等^[25]的研究结果基本一致。

通过模糊数学法综合评判，遵义市植烟土壤肥力等级Ⅲ级及以上占比超过 93%，其中部分区县占比达到 99%，遵义市植烟肥力适宜指数较高，遵义市植烟土壤肥力较好；经过土壤肥力综合评价空间分布图与土壤肥力因子空间分布图对比，得分高的区域土壤有机质和碱解氮含量相对较低，有效磷和速效钾含量相对较高，得分低的区域与此相反，结合上文数据分析可知，主要受土壤有机质和碱解氮偏高、速效钾含量偏低的影响。综合得分较低的区域是植烟土壤保育的重点，各区县可根据土壤养分状况合理安排种植、调整栽培栽培管理，因地制宜，做好土壤保育，使之朝着有利于烟叶生产的方向发展。

植烟土壤肥力综合得分仅代表遵义市当前肥力状况，各区域可参考本文结论，对所在区域进行细化分析研究。由于本次土壤肥力评价范围较大，取样点未能均匀覆盖，部分区域结果可能有些偏差，如仁怀市综合评价得分最高且各因子变异系数低，这是由于在该区域采样点相对集中、采样点偏少引起的，因而在大范围评价时，需要将采样点均匀覆盖以减少误差。

4 结论

（1）通过对遵义市 13 个县（区）168 个乡镇 3772 份土壤样品进行分析，遵义市植烟土壤中 pH 值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量相互间为极显著关系，其中土壤 pH 值与碱解氮、有效磷、速效钾为极显著负相关。

（2）绘制肥力指标空间分布图，实现了肥力指标空间分布可视化，遵义市植烟土壤各肥力指标具有明显的空间变异特征，在不同区域差异较大，是采样的随机性因素与土壤结构空间分布性因素共同作用的结果；遵义市植烟区土壤 pH 值基本呈南高北低状分布，土壤碱解氮含量较高，分布呈现一定的区域特性，有 74.2% 的土壤碱解氮含量偏高；有机质、碱解氮和有效磷为斑块状分布态势，有机质与碱解氮分布基本一致，呈现极大的关联性，土壤有效磷呈中部向周边降低趋势，地区间差异较大； 速效钾呈块状分布，土壤速效钾含量较高，遵义市养分含量适合优质烤烟生长需求；有效磷、速效钾变异系数超过 40%，变异程度较大，不同区域间差异较大。

（3）遵义市植烟土壤肥力综合评价 IFI 平均得分为 0.73，平均变异系数为 16.8%，Ⅰ～Ⅲ级合计占比超过 93%，遵义市植烟植烟土壤肥力状况较好。不同地区影响土壤综合肥力的因子不同，一般得分较低的地区有机质和碱解氮的含量偏高。不同区域可根据当地情况制定土壤改良措施，改善土壤肥力状况，提升烟叶品质，增加植烟农户收益。

参考文献