涼山會理植煙土壤微量元素特征及其影響因素

王永豪，王昌全，李 冰，李啟權，杜宣延

四川農業大學資源學院，成都市溫江區公平鎮惠民路211號 611130

涼山會理植煙土壤微量元素特征及其影響因素

王永豪，王昌全*，李 冰，李啟權，杜宣延

四川農業大學資源學院，成都市溫江區公平鎮惠民路211號 611130

為明確涼山會理植煙區的土壤養分特征，采用地統計學與GIS相結合的方法，研究了四川重點煙區會理縣植煙土壤微量元素有效態含量狀況、空間分布特征及其影響因素。結果表明：微量元素鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）有效態含量豐富；鋅（Zn）和鉬（Mo）處于中等水平；硼（B）有效態含量僅為0.26 mg/kg，普遍缺乏。土壤Fe和Mo的最佳模型為指數模型，Mn、Cu、Zn和B為球狀模型，塊金系數在0.500～0.695之間，均屬中等程度空間變異，表明微量元素受結構因素和隨機因素的共同影響。從空間分布圖分析，有50.7%的植煙土壤有效B含量處于極低水平，特別在木古鄉、海潮鄉應重視B肥的補充。有效Zn具有較強的空間自相關性，僅有1/3土壤樣品有效Zn含量大于1 mg/kg，整個區域存在潛在缺鋅現象。土壤中有效Fe和Cu含量豐富，但仍有6.9%和2.2%的樣品處于較低水平，主要分布于愛民鄉和鹿廠鎮。

會理煙區；植煙土壤；微量元素；影響因素；回歸分析

微量元素是表征土壤肥力和品質的重要因子之一，也是植物生長發育所必需的營養元素，其在土壤中的含量水平與分布特征反映著特定地區的土壤營養狀況［1-4］。鐵（Fe）、錳（Mn）、銅（Cu）、鋅（Zn）、硼（B）、鉬（Mo）等微量元素是細胞結構和代謝化合物的重要組成成分，任何一種微量元素過量或缺乏都會影響植物的正常生長［5-6］。煙草所需的微量元素主要由根系從土壤中吸收，因而土壤中有效態微量元素的含量必然影響煙葉中微量元素狀況，進而影響煙葉產量和品質［7-9］。長期以來，重視大量元素而輕視微量元素的施肥模式使土壤養分不均衡狀況日益突出，微量元素缺乏現象時有發生［10-12］。王影影等［8］對山東典型植煙土壤微量元素研究表明，有效Fe和Mn含量豐富，但有效Zn含量較低；李強等［13］對曲靖植煙土壤微量元素的研究發現，曲靖植煙土壤有效B普遍極度缺乏，有效Cu、有效Fe和有效Mn含量十分豐富；劉朝科等［14］研究提出，陸良縣植煙土壤有效B處于中等水平，有效Zn含量中等，土壤有效Mo極度缺乏；劉國順等［15］對畢節地區植煙土壤有效態微量元素研究認為，植煙土壤中有效B和有效Mo較缺乏，超過1/2的土壤缺B，超過2/5的土壤缺Mo。不同植煙區土壤有效態微量元素含量與分布特征因地域環境不同而表現出明顯差異，因此不同煙區土壤微量元素的研究具有不可替代性。會理縣位于四川省涼山彝族自治州，其生態環境獨特、土壤條件錯綜復雜，是我國優質煙葉生產基地之一［12，16］。而近年來有關涼山會理植煙區土壤有效態微量元素含量與分布特征尚未見報道。為此，利用地統計分析模塊，分析土壤微量元素含量變化與分布特征、揭示其空間變異規律，并對土壤類型、前茬、海拔高度、有機質、土壤pH等與微量元素有效性之間的關系進行了探討，旨在為保障優質煙葉生長所需的良好土壤生態環境提供依據。

1 材料與方法

圖1 研究區域位置及采樣點分布Fig.1 Location and distribution of soil sampling sites in the study area

1.1 樣品的采集

于2014年在四川省會理縣植煙區采集土壤樣品，遵循均勻性、代表性原則，利用GPS精確定位，并根據實際情況適當調整。在煙草團棵期設置272個土壤采樣點，以反映施肥后采樣地塊的真實養分狀況和供肥能力，見圖 1。S型取樣，采用多點混合和四分法采集0～20 cm耕作層土壤。對樣品登記編號，并記錄采樣點的土壤類型、前茬、海拔高度等。田間土樣登記編號后帶回實驗室進行預處理，經風干、磨細、過篩、混勻、裝瓶后備用。

1.2 分析與測定

按照文獻［17］的方法進行樣品測定。采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質含量（質量分數）;采用酸度計法（水土比2.5∶1）測定土壤pH;采用火焰原子吸收分光光度法測定土壤Fe、Mn、Cu、Zn和Mo含量（質量分數）;采用姜黃色法測定土壤B含量（質量分數）。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0軟件對采樣點數據進行經典統計、K-S檢驗以及異常值的剔除和多元回歸分析。利用GS+9.0軟件進行半方差分析和模型擬合；運用Arcgis10.0完成普通Kriging空間插值，并生成空間分布圖。

2 結果與分析

2.1 土壤微量元素的描述性統計分析

有效態微量元素含量的高低，在一定程度上反映了土壤微量元素養分的供給狀況［9-11］。根據全國第二次土壤普查養分分級標準［16］，從平均含量（表1）來看，會理植煙土壤中Fe和Mn均處于極豐富水平，含量分別大于20 mg/kg和30 mg/kg；Cu處于豐富水平（1.0～1.8 mg/kg），Zn（1.5～3.0 mg/kg）和Mo（0.15～0.20 mg/kg）處于中等水平，B處于低水平（0.25～0.50 mg/kg）。微量元素含量變異系數在46.15%～131.24%之間，其中Fe、Zn和Cu變異性較大，變異系數均大于100%；Mn、Mo和B 3種元素屬中等程度變異。

正態檢驗結果（K-S，P＞0.05）表明，6種有效態微量元素均不服從正態分布。對土壤有效態Fe、Zn和Cu原始數據進行自然對數變換、對土壤有效態Mn、Mo和B原始數據進行指數變換后基本服從正態分布，可滿足地統計分析的要求。

2.2 土壤微量元素的空間變異分析

利用GIS軟件平臺，對研究區6種有效態微量元素分別進行了模型擬合。微量元素的半方差函數模型及其擬合參數見表2。從擬合的理論模型可知，土壤Fe和Mo的最佳模型為指數模型，Mn、Cu、Zn和B為球狀模型，其中擬合效果最佳的是Mn，決定系數為0.953。塊金系數集中在0.500～0.695 之間，且 Zn＞Fe＞Mn＞B＞Mo＞Cu，均表現為中等強度的空間自相關性。變程是空間變異自相關范圍的度量，微量元素中Mo、Fe、Zn和B的變程較大，分別為213.0、186.0、181.5和161.3 m，而Cu和Mn的空間自相關距離最小，僅為65.78和35.56 m。杜娟等［18］的研究顯示，Cu和Fe均為中等程度的空間相關性，而Zn空間相關性強。李強等［13］研究表明，在曲靖煙區土壤中Zn、Fe、Mn、B和Cu空間相關性處于中等水平，而Mo較弱。以上研究結果表明，各因子對微量元素的作用強度不同，結構性因子會導致較強的空間相關性，而頻繁的人為活動只會減弱其空間相關性，使其朝均一化方向發展［19-20］。

表1 土壤微量元素的描述性統計分析（n=272）Tab.1 Descriptive statistics of soil trace elements

表2 土壤微量元素函數模型及擬合參數Tab.2 Semivariogram models and parameters of soil trace elements

2.3 土壤微量元素的空間分布特征

土壤中微量元素有效態含量的空間分布（圖2）顯示，會理煙區土壤中微量元素呈現明顯的區域差異性和趨勢性。土壤有效Fe、Mn空間差異性最大，分布特點顯著。有效Fe、Mn極高值（280.00和166.76 mg/kg）集中于白雞鄉、鳳營鄉、關河鄉、黎溪鎮和魚鲊鄉等海拔在1 700～2 100 m的西南部山區。有效Cu最低值不足0.2 mg/kg，主要分布于愛民鄉、鹿廠鎮和海潮鄉等海拔在1 700～1 900 m之間的紫色土區域。有效B地域差異不明顯，平均含量僅為0.26 mg/kg，因此應注意B肥的補給。有效Mo除西南和東北部局部地區含量適宜煙草生長外，其余大部分地區均較缺乏。

2.4 土壤微量元素的影響因素分析

2.4.1 土壤類型

不同土壤類型具有不同的成土過程和發育程度，導致土壤微量元素含量差異明顯（表3）。會理煙區不同土壤類型對土壤中有效Fe、Mn和Cu含量影響強烈，而對有效Zn、B和Mo含量影響不顯著。土壤有效Fe以水稻土含量最高，紫色土含量最低，分別為103.84 mg/kg和19.99 mg/kg；有效Mn含量最高的是紅壤，最低為紫色土，且兩者差異明顯；水稻土有效Cu含量高達4.79 mg/kg，而紫色土、黃棕壤含量不足1 mg/kg。由于強烈的土壤發育過程與頻繁的人為耕作活動的影響，不斷發生水熱更替，致使水稻土中積累了豐富的有效態Fe、Mn 和 Cu［12］；研究區水熱條件豐富，紫色土在高溫高濕環境中風化程度強，微量元素流失嚴重，導致會理縣植煙紫色土中微量元素含量偏低。

圖2 土壤微量元素空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of soil trace elements

表3 不同土壤類型的土壤微量元素含量比較①Tab.3 Contents of trace elements in soils of different types （mg·kg-1）

2.4.2 前茬作物

表4結果表明，前茬作物為水稻的植煙土壤（主要為水稻土）微量元素有效Fe、Zn、Cu和Mo平均含量均最高；前茬為小麥的植煙土壤有效Mn含量最高為51.97 mg/kg；土壤中微量元素有效B含量最高的植煙土壤前茬為綠肥（光葉紫花苕為主）。而在會理煙區被廣泛種植玉米前茬的植煙土壤中，有效Zn和Mo含量最低，分別為0.71 mg/kg和0.12 mg/kg，難以滿足煙株生長對營養的需求。結合優質煙葉土壤養分分級標準［5］，前茬為甘薯的植煙土壤，養分均衡，且甘薯經過深刨復收，改善了煙株土壤環境，有利于煙株生長；前茬為小麥、綠肥的土壤微量元素含量較為適中，且與煙草基本沒有同源病蟲害，接下來種植煙草有利于土壤養分的平衡和煙草品質的提高；雖然前茬為水稻的植煙土壤微量元素含量豐富，但水熱更替頻繁的水稻土易使煙株感病。因此，甘薯、小麥和綠肥是煙草的良好前茬，有利于改善植煙土壤環境，提高煙葉品質。

2.4.3 海拔高度

將土壤樣品按不同海拔高度分為6組，見表5。對海拔高度和微量元素的方差分析結果（表5）顯示，不同海拔梯度下土壤有效Cu和Mn差異極顯著，有效Fe差異顯著，有效Zn、B和Mo差異不顯著。研究區內隨著海拔高度的上升，有效Zn和Mo平均含量逐漸升高；當海拔低于1 500 m時，有效Mo嚴重缺乏，僅為0.09 mg/kg；當海拔上升到2 100 m以上時，土壤嚴重缺Zn，有效鋅平均含量低于臨界值1.0 mg/kg，與張隆偉等［10］的研究結果一致，隨著海拔的增加，缺Zn面積逐漸增大。

2.4.4 土壤pH

土壤pH除直接影響微量元素在土壤中的活性以及微量元素在土壤剖面的縱向移動能力之外，還影響微量元素的存在形態，從而間接改變其遷移活性［21］。會理煙區土壤中有效Fe和Mn含量隨著pH升高而降低（pH＞5.5時），有效B和Mo含量也隨pH的升高而減小，見表6，與王影影等［8］對山東典型植煙土壤的研究、史文嬌等［22］對黑龍江省南部黑土區微量元素研究結果基本一致。從表6可以看出，當pH＞8.0時，研究區植煙土壤會出現極度缺Mu、B和Mo癥狀，將嚴重阻礙煙株的正常生長；當pH＜6.5時，研究區植煙土壤有效Zn含量開始缺乏，存在潛在的土壤缺Zn現象；當pH處于5.5～8.0之間時，土壤微量元素含量較均衡，適宜種植煙草。

表4 不同前茬土壤微量元素的有效態含量比較Tab.4 Contents of trace elements in soils with different preceding crops （mg·kg-1）

表5 不同海拔高度的土壤微量元素有效態含量比較Tab.5 Contents of trace elements in soils at different altitudes （mg·kg-1）

2.4.5 土壤有機質

將土壤樣品按不同有機質含量分為6個梯度來分析土壤有機質與土壤微量元素之間關系。表7表明，土壤有效Mn與土壤有機質含量變化關系復雜，當有機質含量＜30 g/kg時，土壤有效Mn隨著有機質含量的增加而增加；當有機質＞30 g/kg時，土壤有效Mn隨著有機質含量的增加而減少，可能是由于土壤有機質對微量元素含量具有絡合固定作用，過多的有機質會降低其生物有效性所致［12］。當研究區土壤有機質含量＜15 g/kg時，其有效Zn和B驟降，低于臨界值，導致煙株生長受阻，影響煙葉品質；當有機質含量＞40 g/kg時，其有效Fe和Cu平均含量極高，易引起煙株元素中毒。因此，當有機質含量在15～40 g/kg之間時，土壤微量元素養分能滿足優質煙葉生產的要求。

2.4.6 影響因素的回歸分析

回歸分析結果（表8）顯示，土壤微量元素的影響因素與土壤有效Fe、Mn、Cu和Mo含量呈極顯著相關（P＜0.01），與土壤有效Zn和B呈顯著相關（P＜0.05）。其中，決定系數R2最大的是有效Fe，為0.481；最小的為有效B，僅為0.032。土壤類型、pH、有機質、海拔均影響土壤有效Fe含量，以土壤類型對其影響最為顯著；pH對土壤有效Mn含量影響最強烈，其次是土壤類型；有效Cu受幾種因素的混合影響，其中土壤類型影響最大、海拔高度影響最不顯著；前茬作物是影響土壤有效Zn的最主要因素，其次是有機質含量與海拔高度；土壤pH、有機質含量共同影響土壤有效Mo含量。

表6 不同pH條件下土壤微量元素有效態含量比較Tab.6 Contents of trace elements in soils at different pH levels （mg·kg-1）

表7 不同有機質含量的土壤有效態微量元素含量比較Tab.7 Contents of trace elements in soils with different SOM levels （mg·kg-1）

表8 土壤微量元素多元回歸方程及相關參數Tab.8 Multiple regression equation and correlation coefficients of soil trace elements

3 結論

（1）會理煙區土壤有效態Fe和Mn均處于極豐富水平，含量分別大于20 mg/kg和30 mg/kg，Cu處于豐富水平，Zn和Mo處于中等水平，B處于低水平。Fe、Zn和Cu變異性較大，Mn、Mo和B 3種元素為中等變異。

（2）會理煙區Kriging插值圖有效地反映了其植煙土壤有效態微量元素的空間分布格局。研究區土壤有效態Fe、Mn、Cu、Zn、B 和Mo含量均呈現西北部高東南部低的分布趨勢。其中，以Fe、Mn和Zn的分布規律尤為明顯，在西南-東北沿線含量豐富，呈階梯形變化；在東南部表現為自四周向中部逐漸降低，存在潛在的缺乏風險。因而，對整個區域植煙土壤微量元素調控應有針對性地分區進行。

（3）會理煙區土壤類型、土壤pH、土壤有機質和前茬作物等因素對土壤微量元素含量的影響程度有所不同。結構性因素中，土壤類型與pH對有效態Fe和Mn影響較大，當pH＞8.0時，土壤出現極度缺Mu、B和Mo癥狀；當pH＜6.5時，土壤有效Zn含量開始缺乏；當pH處于5.5～8.0之間時，土壤微量元素含量較均衡，適宜煙草生長。隨機性因素中，土壤有機質對有效態Cu、Zn和Mo影響顯著，當有機質含量＜15 g/kg時，其有效Zn和B低于臨界值；當有機質含量在15～40 g/kg之間時，土壤微量元素養分能滿足優質煙葉生產要求。從前茬作物來看，甘薯、小麥和綠肥是煙草的良好前茬，有利于改善植煙土壤環境，提高煙葉品質。

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Microelement Characteristics of Tobacco Planting Soil in Huili,Liangshan and Influencing Factors Thereof

WANG Yonghao,WANG Changquan*,LI Bing,LI Qiquan,and DU Xuanyan College of Resources,Sichuan Agricultural University,Chengdu 611130,China

For clarifying the nutrient characteristics of tobacco planting soil in Huili,a major tobacco planting county in Sichuan,the available contents and spatial distribution characteristics of microelements in tobacco planting soil in Huili and their influencing factors were analyzed by combining geostatistics with GIS method.The results showed that the soil contained rich available Fe,Mn,Cu and moderate Zn and Mo;while the available content of B was only 0.26 mg/kg,which was deficient in general.The optimal models for Fe and Mo in soil were exponential,for Mn,Cu,Zn and B in soil were spherical,the nugget coefficient ranged from 0.500 to 0.695,all belonged to medium spatial variability,it indicated that the microelements were affected by both structural and random factors.Viewing from spatial distribution charts,50.7%of the soil contained available B at an extremely low level,especially in Muji Village and Haichao Village more attention should be paid to B supplement.The content of available Zn had strong spatial autocorrelation,only in 1/3 of the soil samples available Zn content was higher than 1 mg/kg,it implied that available Zn would become deficient in the whole area.The contents of available Fe and Cu were rich,but still 6.9%and 2.2%of samples were at a lower level,mainly in Aimin Village and LuchangTown.

Huili County;Tobacco planting soil;Microelement;Influencing factor;Regression analysis

S572.06

A

1002-0861（2015）12-0020-07

10.16135/j.issn1002-0861.20151204

2015-04-24

2015-07-23

中國煙草總公司四川省公司重點項目“基于3S技術的四川煙區生態環境要素時空特征提取及應用”（SCYC201402006）；“四川烤煙肥料減施增效技術研究”（201202004）；“四川植煙土壤質量監測評價及退化阻控技術研究”（201202005）。

王永豪（1990—），在讀碩士研究生，研究方向：土壤質量與資源環境可持續的研究。E-mail：340598146@qq.com；*

王昌全，E-mail：w.changquan@163.com

王永豪，王昌全，李冰，等.涼山會理植煙土壤微量元素特征及其影響因素［J］.煙草科技，2015，48（12）：20-26.WANG Yonghao,WANG Changquan,LI Bing,et al.Microelement characteristics of tobacco planting soil in Huili,Liangshan and influencing factors thereof［J］.Tobacco Science&Technology,2015,48（12）：20-26.

責任編輯 董志堅