云南德宏雪茄煙植煙土壤養分的適宜性評價

賀曉輝，郭東鋒，縱坤*，周錦龍，沈俊儒，唐旭兵，時雅琪，丁乃紅，甄安忠，張洋

云南德宏雪茄煙植煙土壤養分的適宜性評價

賀曉輝1，郭東鋒2，縱坤2*，周錦龍2，沈俊儒1，唐旭兵1，時雅琪2，丁乃紅2，甄安忠1，張洋1

(1.云南香料煙有限責任公司，云南 保山 678000；2.安徽中煙工業有限責任公司技術中心，安徽 合肥 230088)

為明確云南德宏雪茄煙植煙土壤的養分狀況，在德宏州采集雪茄煙植煙土壤樣品162份，對其主要養分指標(有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硫、有效錳、有效鋅、有效硼)進行檢測，運用云模型理論對土壤養分的適宜性進行綜合評價。結果表明：德宏植煙土壤養分含量云模型綜合評價隸屬度達到0.706 9，整體處于較高水平；植煙土壤中速效磷、速效鉀含量充足，堿解氮略顯偏低；微量元素處于較高水平，有效硫、有效鋅、有效硼元素云滴霧化狀態明顯，土壤養分分布的隨機性和模糊性(熵和超熵)稍大。表明德宏雪茄煙生產宜以適當增加土壤速效氮肥為主，部分區域適當增施硼肥，以保證植煙土壤總體養分平衡。

雪茄煙；土壤養分；云模型；適宜性評價；云南德宏

雪茄煙葉的栽培、調制直至發酵全產業鏈都與卷煙有著明顯的差別。雪茄煙的栽培生產因茄衣、茄芯使用方向而異[1]。雪茄煙生長過程中，土壤磷酸鹽和氮元素必不可少[2–5]，此外微量元素鉀、鈣、鋅等的比例為1∶0.1～1∶0.2。鑒于不確定性人工智能云模型[6–10]已在氣候適宜性評價[11]、土壤養分評價[12]、風險評估[13]、路徑規劃[14]等諸多領域得到廣泛應用。筆者以云南德宏雪茄煙植煙區土壤為研究對象，嘗試將云模型的隨機性和模糊性運用到植煙土壤養分評估，并對其進行適宜性綜合評價，現將結果報告如下。

1　材料與方法

1.1　材料

2021年12月下旬煙田冬耕曬垡后, 在云南德宏州雪茄煙規模產區(面積3.50 hm2)采集土壤樣品。為了充分體現土壤樣品的代表性，采取按土壤類型、分布區域、面積等信息分層抽樣，“S”形隨機采樣，以2～3 hm2連片為1個樣方，深度0～20 cm土層取10個樣點的樣品混合成1個土樣(1 kg)，共取土樣162份。

1.2　方法

1.2.1土壤主要養分指標的檢測

按照GB/T 19656—2006的方法測定土壤的有機質、全氮、有效磷、有效硼、有效硫；土壤堿解氮采用凱氏定氮法測定；速效鉀、有效錳、有效鋅含量按照文獻[15]的方法測定。

1.2.2土壤養分的綜合評價

選取對雪茄煙生長影響較大的土壤大量元素及中微量養分指標構建評價體系，采用主成分分析確定權重，建立基于主成分分析和云模型相結合的土壤養分綜合評價模型[12]。

1.3　數據處理

土壤樣品檢測數據在Microsoft Excel 2019中進行整理，采用拉達準則對采集數據進行清洗，如存在缺失值，則采用KNN[16]算法填補，用RStudio開源軟件進行數據統計分析和制圖。

2　結果與分析

2.1　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分的適宜區間

選取雪茄煙生產土壤的有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效硫、有效錳、有效鋅、有效硼等9項指標作為評價指標，設定評價因子集= {1，2，3，4，5，6，7，8，9}。為土壤養分綜合評價指標，a為土壤各養分指標。土壤養分的適宜區間基于雪茄煙、烤煙土壤養分研究的相關文獻[5,17–19]和全國第二次土壤普查土壤養分分級[20]來劃分，依據見表1。

表1　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分指標的適宜區間

2.2　云南德宏植煙土壤養分適宜度的云模型

借鑒文獻[15]，按照逆向云模型算法，得到植煙土壤養分指標的云模型數字特征值，列于表2。其中，熵1為期望下限的熵；熵2為期望上限的熵；超熵為熵1和熵2的熵。德宏雪茄煙植煙土壤養分指標的熵從高到低依次為速效鉀、堿解氮、有效硫、速效磷、有效錳、有效鋅、有機質、全氮、有效硼。德宏雪茄煙生產土壤養分指標的超熵大小依次為速效鉀、堿解氮、有效硫、速效磷、有效錳、有效鋅、有機質、有效硼、全氮，超熵值越大，說明受人為因素影響越大。堿解氮、速效鉀、有效硫的熵和超熵變異均較大，說明德宏雪茄煙生產植煙區的施肥除了氮、磷、鉀外，還應注重施用硫肥，在平衡大量元素與中微量元素的基礎上，保證雪茄煙生產的養分均衡。

表2　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分指標適宜性評價云模型參數

采用主成分分析法[15]，將各個公因子方差對公因子方差總和的貢獻率作為單項評價指標的權重，最終確定權重因子集{1，2，3，4，5，6，7，8，9}={0.100 5，0.117 2，0.184 7，0.103 3，0.097 2，0.104 8，0.101 5，0.097 7，0.093 1}，其權重值表示該項指標對土壤肥力的貢獻率。

將單指標云模型特征值和權重值運用虛擬云理論中綜合云算法計算，得到土壤養分綜合云模型及其數值特征值。結合評價結果和德宏雪茄煙生產土壤養分實際情況，并基于云模型理論，定義∈[0，1]為植煙土壤養分適宜性評價的定量評價，綜合云期望值(土壤養分等級的中心值，即云計算結果的隸屬度值)，計算結果見表3。評價語義集合為半開半閉區間(0.80，1.00]，隸屬度值從高到低表示土壤養分評價由優到劣。

表3　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分指標的綜合評價語集

運用云模型對土壤養分指標的描述統計結果見表4。土壤養分指標變異系數均超過30%，表明德宏雪茄植煙土壤養分波動較大，其中，有效錳、有效硫的變異系數超過60%，表明這2項指標在土壤樣點間波動較大；堿解氮變異系數超過35%，堿解氮均值為85.90 mg/kg，變幅為14.00～191.00 mg/kg，變幅較大且處于適宜偏低的水平。

表4　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分指標的描述統計

從土壤單項養分指標(Ex為對應評價指標統計均值)來看，大部分樣品的土壤有機質含量處于適宜范圍，高含量和偏低含量的土壤樣品分布相對較少；土壤全氮含量處于適宜至很高的范圍內，高含量和偏低含量的土壤樣品分布相對較少；堿解氮含量大多處于低至適宜的范圍，少量土壤樣本含量處于高或者偏高范圍；速效磷含量基本處于適宜至很高的范圍內，少數樣本土壤速效磷含量處于偏低區間；速效鉀含量處于適宜至很高的范圍內，極少數樣本土壤速效鉀含量處于偏低區間，說明德宏雪茄煙植煙土壤速效鉀含量整體較高；有效硫、有效錳、有效鋅(中微量元素)均處于適宜到很高的范圍內，未見有偏低樣本存在，尤其是錳、鋅元素在德宏土壤中含量充足；有效硼含量基本處于適宜范圍內，高含量和偏低含量的土壤樣品分布相對較少。結合2指標的云滴霧化狀態(圖1)可知，有效硫、有效錳、有效鋅隨機性(En)和模糊性(He)增加[10,15]，兩項指標在高含量區間的分布形態較為離散，與描述統計分析中這2項指標變異較大的統計參數數據分布趨勢基本一致。

圖1　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分云模型評價單指標云圖

土壤養分云模型綜合評價結果見圖2?；谔摂M云算法[6]，最終綜合評價云模型德宏植煙土壤綜合評價隸屬度Ex=0.706 9，處于較高水平評價區間；但從云模型可視化結果來看，云滴霧化狀態明顯，說明雖然綜合評價結果較高，但土壤養分仍存在較明顯的離散性，此結果與養分總體統計描述變異系數基本一致?；谕寥鲤B分綜合分析，結合土壤養分單項指標分析可知，德宏植煙土壤中堿解氮含量偏低，全氮、堿解氮含量云滴霧化狀態明顯，中微量元素有效硫、有效硼含量云滴霧化狀態明顯，表明德宏雪茄煙植煙土壤養分含量變化的隨機性和模糊性較大。

圖2　云南德宏雪茄煙植煙土壤養分綜合評價云模型的可視化

3　結論

德宏雪茄煙植煙土壤養分云模型綜合評價隸屬度為0.706 9，在(0.60，0.80]區間，整體評價處于較高范圍。其中堿解氮含量略顯偏低，云模型云滴霧化明顯，且樣點間變異系數超過30%；結合速效磷、鉀元素分析，在德宏雪茄煙生產區域，施肥可考慮以增補速效氮肥為主，兼顧平衡磷、鉀肥，以保證土壤養分平衡。

從中微量元素來看，有效硫、有效鋅、有效硼元素的云滴霧化狀態較明顯，土壤樣點變異較大，結合云模型圖示數據可知，德宏雪茄煙生產土壤養分中微量元素處于較高水平，基于煙株正常生長的實際狀況，部分區域可適當補充硼肥。

由于雪茄煙生產對于環境條件、土壤、栽培措施等要求較高，筆者僅研究了德宏雪茄煙植煙土壤養分的適宜性，不同雪茄煙植煙區域生態、土壤、栽培等因素差異較大，有必要對其進行更精細化、更具針對性的適宜性綜合評價。

[1] 閆新甫，王以慧，雷金山，等．國產雪茄分類探討及其實際應用分析[J]．中國煙草學報，2021，27(5)：100–109．

[2] 徐祥玉，樊俊，王瑞，等．雪茄煙田間生長期干物質及氮、磷、鉀積累規律分析[J]．湖北農業科學，2022，61(16)：18–23．

[3] 邢云飛，劉旭東，覃飚，等．施氮水平對懷化雪茄煙生長、氮肥吸收利用及煙葉品質的影響[J]．山東農業科學，2023，55(4)：97–101．

[4] 管慶林，樸晟源，秦艷青，等．中微量元素配施對雪茄煙葉中性致香成分及非揮發性有機酸含量的影響[J]．山東農業科學，2023，55(2)：110–118．

[5] 劉利平，王劍，施友志，等．來鳳縣雪茄煙葉礦質元素與感官質量的關系分析[J]．湖北農業科學，2022，61(18)：100–102．

[6] 李德毅．知識表示中的不確定性[J]．中國工程科學，2000，2(10)：73–79．

[7] 劉常昱，李德毅，杜鹢，等．正態云模型的統計分析[J]．信息與控制，2005，34(2)：236–239．

[8] 李德毅，劉常昱，杜鹢，等．不確定性人工智能[J]．軟件學報，2004，15(11)：1583–1594．

[9] 李德毅，劉常昱．論正態云模型的普適性[J]．中國工程科學，2004，6(8)：28–34．

[10] 劉常昱，李德毅，潘莉莉．基于云模型的不確定性知識表示[J]．計算機工程與應用，2004，40(2)：32–35．

[11] 李德，周文麟，孫義，等．基于云模型的黃河故道碭山酥梨氣候適宜性分析[J]．中國農業氣象，2017，38(5)：308–320．

[12] 郭東鋒，張福建，張繼光，等．基于云模型的皖南植煙土壤養分適宜性評價[J]．煙草科技，2020，53(9)：18–24．

[13] 郭芝韻，蘇懷智，劉炳銳，等．基于云模型與證據理論的大壩安全綜合評估方法[J]．水利水電技術，2017，48(3)：99–103．

[14] 張欣欣，薛金林．基于云模型的農業移動機器人人機合作路徑規劃[J]．華南農業大學學報，2017，38(6)：105–111．

[15] 魯如坤．土壤農業化學分析方法[M]．北京：中國農業科技出版社，2000．

[16] 阮嘉琨，蔡延光，蔡顥，等．基于優化最大偏差相似性準則的KNN缺失數據填充算法[J]．自動化與信息工程，2020，41(2)：8–15．

[17] 陳江華，李志宏，劉建利，等．全國主要煙區土壤養分豐缺狀況評價[J]．中國煙草學報，2004，10(3)：14–18．

[18] 王育軍，周冀衡，孫書斌，等．云南省羅平縣煙區土壤肥力適宜性評價及養分時空變異特征[J]．土壤，2015，47(3)：515–523．

[19] 武偉，唐明華，劉洪斌．土壤養分的模糊綜合評價[J]．西南農業大學學報，2000，22(3)：270–272．

[20] 武淑霞，張維理，徐愛國，等．不同分級標準下土壤養分圖的整合模型構建[J]．中國農業信息，2019，31(5)：110–120．

Soil nutrients suitability evaluation for cigar tobacco producing areas in Dehong of Yunnan based on Dehong of Yunan

HE Xiaohui1，GUO Dongfeng2，ZONG Kun2*，ZHOU Jinlong2，SHEN Junru1，TANG Xubing1，SHI Yaqi2，DING Naihong2，ZHEN Anzhong1，ZHANG Yang1

(1.Yunnan Oriental-Tobacco Co. Ltd, Baoshan, Yunan 678000, China; 2.Technology Center of Anhui Cigarette Industrial Co. Ltd, Hefei, Anhui 230088, China)

In order to evaluate the soil nutrients of cigar tobacco planting lands, soil nutrients of 162 soil samples sampled from cigar planted fields in Ruili City of Dehong had been surveyed and evaluated. Soil nutrients including organic matter, total nitrogen, alkali hydrolyzed nitrogen, available phosphorus, available potassium, available sulphur, available manganese, available zinc and available boron were tested and the cloud model algorithm had been used to evaluate the nutrients suitability of cigar tobacco planted soil. The results showed that nutrients suitability of cigar tobacco planted soil appeared at high level, the Ex(expectation) of the parameters simulated by the cloud model reached 0.706 9. In the tobacco soils, the contents of available phosphorus and available potassium were abundant, while the content of alkali hydrolyzed nitrogen showed a little bit low; trace elements were at high level, while available sulphur, available zinc and available boron showed obvious cloud droplet status; and the distribution of soil nutrients showed slightly more randomness and fuzziness(entropy and hyper entropy). In conclusion, the fertilization strategy for cigar tobacco producing area in Dehong could be carried out by improving the available nitrogen application, meanwhile the boron fertilizer should be improved in some areas to ensure nutrient balance.

cigar tobacco; soil nutrients; cloud model; suitability evaluation; Dehong of Yunnan

S572.061

A

1007–1032(2023)04–0400–05

10.13331/j.cnki.jhau.2023.04.004

2023–01–29

2023–05–20

云南香料煙有限責任公司項目(2021530000242028)；安徽中煙工業有限責任公司項目(JS2021156、JS2022012)

賀曉輝(1981—)，男，河南三門峽人，碩士，高級農藝師，主要從事雪茄煙生產技術研究，75350507@qq.com；*通信作者，縱坤，高級工程師，主要從事雪茄煙產品研發及配方技術研究，188660260@qq.com

賀曉輝，郭東鋒，縱坤，周錦龍，沈俊儒，唐旭兵，時雅琪，丁乃紅，甄安忠，張洋．云南德宏雪茄煙植煙土壤養分的適宜性評價[J]．湖南農業大學學報(自然科學版)，2023，49(4)：400–404．

HE X H，GUO D F，ZONG K，ZHOU J L，SHEN J R，TANG X B，SHI Y Q，DING N H，ZHEN A Z，ZHANG Y．Soil nutrients suitability evaluation for cigar tobacco producing areas in Dehong of Yunnan based on Dehong of Yunan[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2023，49(4)：400–404．

http://xb.hunau.edu.cn

責任編輯：羅慧敏

英文編輯：羅維