基于主成分分析和聚类分析的牟定植烟土壤养分特征分析

摘要 ［目的］探索牟定县各乡镇的轮作植烟土壤养分状况，为改善楚雄州烤烟产质量和植烟土壤可持续化利用水平提供理论依据。［方法］基于长期对牟定县植烟区耕作制度调查数据的基础上，于2018年对全县7个乡镇的植烟土壤进行0～20 cm取样。检测并分析土壤有机质、pH、电导率、总氮、水解性氮、速效磷和水溶性氯。［结果］ 全县植烟土壤有机质含量属于云南省植烟土样同类指标的中上水平，变异较小；牟定县植烟土壤pH平均值为6.43，符合优质烤烟栽培要求，其中33.85%的土样满足烤烟最适pH区间，变异较小；全县植烟土壤电导率变异较大，但有利于水溶态离子运动和烤烟生长；全县植烟土壤养分含量变异较大，较云南省植烟土样同类指标而言，其中有机质、速效磷属于中上水平，碱解氮、全氮属于较高水平，水溶性氯属于适宜水平；全县各乡镇中，以江坡镇最能代表全县pH和养分含量水平，安乐乡次之。根据主成分分析和聚类分析结果，牟定县植烟土壤可以分为4种类型。［结论］ 牟定县植烟区土壤pH和主要养分含量适宜优质烤烟生产，但应控制氮、磷化肥的过量施用，减小各乡镇的养分差异，保证烟叶的稳定优产。

关键词 植烟土壤；pH；有机质；养分；牟定县

中图分类号 S 158  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）01-0151-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.01.034

Analysis of Soil Nutrients Characteristics Based on Principal Component Analysis and Cluster Analysis in Mouding Tobacco Growing Area

LIU  Yi-nan， WANG Ying-hua， XIAO Yi-wei  et al

（Chuxiong Company of Yunnan Provincial Tobacco Corporation， Chuxiong， Yunnan 675000）

Abstract ［Objective］To explore the soil nutrient status of tobacco plantation in each township of Mouding County， and to provide scientific and theoretical basis for improving the quality of flue-cured tobacco production and sustainable utilization of tobacco plantation soil in Chuxiong.［Method］Based on the long-term survey data of the cultivation system in the tobacco planting area of Mouding County， the soil of tobacco planting in seven townships in the county was sampled from 0-20 cm in 2018.Soil organic matter， pH， electrical conductivity， total nitrogen， alkali hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and water-soluble chlorine content were detected and analyzed.［Result］The soil organic matter content of tobacco-planted soils in the county was in the middle to upper level of similar indicators of tobacco-planted soils in Yunnan Province，with small variation.The average pH of soil planted with tobacco in Mouding County was 6.43， which met the requirements of high-quality flue-cured tobacco cultivation， of which 33.85% of the soil samples met the conditions of the optimum pH range for roasted tobacco， with small variation.The soil electrical conductivity of tobacco-planted soils in the county was highly variable， but it was favorable to the movement of water-soluble ions and the growth of flue-cured tobacco.The nutrient content of tobacco-planted soils in the county was highly variable， among which soil organic matter and available phosphorus were in the middle to upper level， alkali hydrolyzed nitrogen and total nitrogen were in the higher level， and water-soluble chloride was in the appropriate level compared with similar indicators of tobacco-planted soil samples in Yunnan Province.Among the townships in the county， Jiangpo Township best represented the county’s pH， soil organic matter and nutrient content levels，and Anle Township was second.According to the results of principal component analysis and cluster analysis， the soil for tobacco planting in Mouding County could be divided into four types.［Conclusion］The soil pH， soil organic matter and main nutrient content of the tobacco planting area in Mouding County were suitable for high-quality flue-cured tobacco production， but the excessive application of nitrogen and phosphorus fertilizers should be controlled to reduce the nutrient differences between townships and ensure stable and excellent tobacco production.

Key words Tobacco planting soils;pH;Organic matter;Nutrients;Mouding County

基金项目 中国烟草总公司云南省公司科技项目（2020530000242029，2022530000241029）。

作者简介 刘羿男（1985—）男，彝族，云南姚安人，助理农艺师，农业推广硕士，从事烟草农业技术推广工作。

收稿日期 2022-02-21

适宜条件的植烟土壤是优质烟叶生产的基础，土壤养分是衡量土壤综合生产力的重要指标［1］，优质烟叶的生产与植烟土壤的养分状况有着密切联系，直接影响烟叶的外在和内在质量评价［2］。

楚雄州是云南省重要的植烟地州之一，其海拔和气候因子适宜优质烟叶原料的生产［3-4］。牟定县作为楚雄州光、热、降水条件较好的县份之一，是楚雄州主要的植烟区。牟定县2020年烟叶种植面积2 733 hm2，收购烟叶110.7 t，上等烟比例70%以上，烟叶收购等级合格率80%以上，综合等级纯度90%以上，国家局工商交接合格率达到全省平均水平，等级质量和品种纯度符合工业卷烟配方需要［5］。

酸碱度是土壤化学性质和综合肥力的重要指标之一，直接影响土壤物理结构稳定性、养分转化及有效性和微生物群落多样性结构［6］。烤烟作为喜偏酸土壤的作物，优质烤烟的土壤pH是5.5～6.5［7］。土壤电导率是反映盐分、水分、温度、有机质含量和质地结构的重要指标之一，对于土壤养分综合评价和盐基离子转运规律具有指导性意义［8-10］。

土壤养分是土壤肥力的主要基础指标，包括有机态、水溶态和交换态等［11］。烤烟生长过程所需的养分较多，其中有机质、氮、磷和钾作为较为主要的养分，对烤烟的生长发育起到关键性作用［12］。近年来对于云南省各植烟区的土壤养分研究较多［13-16］，但针对楚雄州牟定县植烟土壤pH和主要养分特征分析的研究较少，科学、准确地了解牟定县植烟土壤肥力状况，对更好地利用楚雄州植烟土壤资源、改善土壤肥力、调节土壤养分供给、指导烤烟合理施肥和促进烤烟可持续生产发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

牟定县位于云南省中北部，楚雄彝族自治州中部。地跨101°19′～101°51′E、25°09′～25°40′N，境内最低海拔1 140 m，最高海拔2 897 m，县城所在地共和镇平均海拔1 758 m；牟定县总面积1 464 km2，下辖4个镇3个乡。牟定县地处亚热带季风气候区，常年平均气温为15.8 ℃，年平均降雨量为872 mm，无霜期238 d，全年日照时数为2 359 h。日照充足，气候温和。

1.2 云南省主要植烟区土壤养分调查

收集并分析了云南省［2］、大理州［17］、丽江市［18］、施甸县［19］、昆明市［20］等植烟区土壤的养分含量，并与牟定县的同类别指标进行对比。

1.3 样品采集

2018年3—4月，在前茬作物采收后，烤烟移栽前，根据地貌和植烟区域分布情况，选择有代表性的地块，在全县植烟区域取样195个，分别是安乐乡14个、凤屯镇29个、共和镇60个、江坡镇43个、蟠猫乡8个、新桥镇31个、戌街乡10个。

采用梅花采样法，在植烟地块表层0～20 cm采集5个土样，四分法取约1 kg混合土样装于样品袋中。

前作以冬闲田、蚕豆、油菜、小麦为主，其中，前作为冬闲田的取样点有105个，前作为蚕豆的取样点有34个，前作为油菜的有22个，前作为小麦的有11个，前作为其他的有23个。

1.4 样品检测方法

土样经自然风干后研磨过60目筛，送入云南省烟草农业科学研究院实验室进行测定。有机质、pH、电导率、总氮、水解性氮、有效磷和水溶性氯分别按照 NY/T 1121.6—2006（有机质）、NY/T 1121.7—2014（有效磷）、HJ 962—2018（pH）、HJ 802—2016（电导率）、LY/T 1228—2015（总氮）、DB64∕1734—2020（水解性氮）、NY/T 1378—2007（水溶性氯）规范测定。

1.5 数据分析

运用 IBM Statistics SPSS 22.0和 Excel 2010 对试验数据进行描述统计分析、方差分析、主成分分析和聚类分析。主成分分析，首先对同一类别指标在对数据进行正态性检验后，采用Z-Score消除量纲来解释原变量的协方差结构；其次采用因子分析判定KMO检验统计量（Kaiser-Meyer-Olkin Measure of Sampling Adequacy.）>0.5，且Bartlett’s Test of Sphericity相伴概率P＜0.05，表明所有数据通过检验可用于主成分分析。根据初始特征值>1和累计贡献率>80%的原则，筛选各分析类别的主成分数目。多重比较采用Student-Newman-Keuls方法。

2 结果与分析

2.1 牟定县与云南省主要植烟区土壤养分比较

由表1可知，牟定县植烟土壤pH、有机质、速效磷、全氮、水解性氮、水溶性氯等各项指标均处于云南省主要植烟区同类指标适中范围内。

2.2 牟定县植烟土壤养分状况 由表2可知，牟定县植烟土壤pH平均值为6.43，对烤烟种植而言较为适宜；有机质、速效磷含量中上，全氮含量较高，但水解性氮相对缺乏，水溶性氯在适宜范围内。水溶性氯和电导率变异系数较大，分别为124.62%和80.57%，空间变异较大。

2.3 牟定县各乡镇土壤养分状况

在综合分析楚雄州烟区烟草实际生产和多年烟草专用肥试验的基础上，参照云南植烟土壤养分评价标准和相关研究［21］，确定了土壤养分丰缺评价体系（表3）。