劉國(guó)順，臘貴曉，李祖良，翟 欣，魏躍偉，代昌明

（1.國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州 450002；2.貴州省煙草公司畢節(jié)地區(qū)公司，貴州 畢節(jié) 551700）

土壤中微量元素如銅（Cu）、鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、硼（B）和鉬（Mo）等是作物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要組成部分[1]，其在促進(jìn)作物生長(zhǎng)代謝、產(chǎn)量提高及品質(zhì)改善方面具有十分重要的作用[2]。土壤中任何一種微量元素過(guò)量或缺乏都會(huì)影響其上種植作物的生長(zhǎng)，并且在一定程度上影響人和動(dòng)物的健康。然而長(zhǎng)期以高產(chǎn)為目的的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)只注重大量元素氮（N）、磷（P）、鉀（K）等化學(xué)肥料的投入，導(dǎo)致土壤中微量元素養(yǎng)分失衡嚴(yán)重[3-4]。植煙土壤、水稻土、紅壤均被報(bào)道出存在微量元素失衡的現(xiàn)象[5-8]。微量元素失衡已經(jīng)成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[9]。分析土壤中微量元素含量及對(duì)其評(píng)估，有助于了解土壤中微量元素豐缺狀況，為合理施肥及改善品質(zhì)提供依據(jù)。筆者以畢節(jié)地區(qū)植煙土壤為研究對(duì)象，研究了植煙土壤中微量元素的含量，并進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)，旨在為畢節(jié)煙區(qū)煙草生產(chǎn)的合理施肥及提高煙葉品質(zhì)提供事實(shí)及理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

畢節(jié)地區(qū)位于貴州省西北部，地處東經(jīng)103°36'～106°43'、北緯 26°21'～27°46'，屬低緯高海拔山區(qū)，地勢(shì)西高東低，大部分地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，境內(nèi)海拔 457～2300 m。烤煙年種植面積4.67～5.33萬(wàn)hm2，產(chǎn)量9000～10000萬(wàn)kg。

1.2 土壤樣品采集

采樣在畢節(jié)煙區(qū)的織金、黔西、納雍、金沙、赫章、大方、畢節(jié)市和威寧縣等8個(gè)烤煙種植縣（市）進(jìn)行，取樣時(shí)期在烤煙收獲后進(jìn)行。樣品采集深度為0～20 cm，每個(gè)地塊取8～10個(gè)樣點(diǎn)土壤，混勻后，風(fēng)干、磨碎、過(guò)篩后待測(cè)定。根據(jù)煙區(qū)地形地貌、成土條件、種植面積，共在畢節(jié)地區(qū)8個(gè)縣（市）共采集了298個(gè)土樣樣品。

1.3 測(cè)定方法

土壤中有效態(tài)微量元素（Cu、Zn、Fe、Mn）用 DTPA 溶液浸提，ICP-OES法測(cè)定[10]；有效 B用沸水浸提，ICP-OES法測(cè)定[11]；有效鉬用pH 3.3的草酸-草酸銨提取，硫氰酸銨比色法測(cè)定[12]；pH用1:5土水比提取pH計(jì)測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定[13]。

1.4 土壤有效態(tài)微量元素評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

參考已有的國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果[14-15]，制定了畢節(jié)地區(qū)植煙土壤微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值（表1）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析[16]。

表1 有效態(tài)微量元素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值 mg/kgTable1 The classification levels and critical values of available micronutrients

2 結(jié) 果

2.1 有效態(tài)微量元素含量狀況

表2結(jié)果顯示，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效態(tài)微量元素含量變異系數(shù)在50.87%～85.16%，離散度比較大。其中有效錳的變幅最大，含量 9.03～288.08 mg/kg，最大值是最小值的31.90倍，而有效硼的變幅最小，含量在0.01～1.87 mg/kg。根據(jù)表1的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及臨界值，有效銅和有效鋅中盡管分別以高、極高和中、高等級(jí)為主，但仍分別有2.01%和5.69%的樣品低于臨界值（表3）；有效鐵和有效錳的含量均高于臨界值，且以高、極高等級(jí)為主；土壤中有效硼和有效鉬比較缺乏，低于臨界值的土壤樣本分別占57.19%和42.81%。可見(jiàn)，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效態(tài)鐵、錳、銅和鋅含量豐富，有超過(guò)1/2的土壤缺硼，超過(guò)2/5的缺鉬。

2.2 有效態(tài)微量元素分布

根據(jù)海拔及烤煙質(zhì)量，將畢節(jié)煙區(qū)分為東部，西部和東部3個(gè)煙區(qū)。東部煙區(qū)主要包括金沙、黔西和織金，中部煙區(qū)主要包括大方、畢節(jié)和納雍，西部主要包括威寧和赫章。由表4可知，畢節(jié)各區(qū)植煙土壤平均含量變異系數(shù)為43.01%～86.57%，其中除有效銅含量在畢節(jié)東部和畢節(jié)中部變異系數(shù)小于50%外，其他微量元素在畢節(jié)的3個(gè)煙區(qū)變異系數(shù)均大于50%。畢節(jié)各植煙煙區(qū)土壤有效銅、鋅、鐵和錳含量豐富。有效銅、鐵和錳主要屬高或者極高的水平，但由于離散度較大，在畢節(jié)中部和西部仍有一部分土壤中有效銅的含量處于低或極低的水平；而土壤中有效鋅的含量在畢節(jié)東部和中部以中和高水平為主，在畢節(jié)西部以中、高和極高3個(gè)水平為主。畢節(jié)3個(gè)煙區(qū)植煙土壤中有效硼和鉬含量均缺乏，且土壤中有效鉬的缺乏程度比有效硼嚴(yán)重；從畢節(jié)東部到西部植煙土壤中有效硼和鉬的缺乏程度呈明顯的規(guī)律性，即缺乏嚴(yán)重程度：畢節(jié)西部＞畢節(jié)中部＞畢節(jié)東部，畢節(jié)西部土壤中有近 3/4的土壤缺鉬、將近1/2的土壤缺硼。

表2 畢節(jié)地區(qū)植煙土壤微量元素養(yǎng)分含量Table2 The content of available micronutrients in the tobacco-grown soil of Bijie

表3 畢節(jié)地區(qū)植煙土壤有效態(tài)微量元素含量 %Table3 The evaluation of available micronutrients in tobacco-grown soil of Bijie

表4 畢節(jié)地區(qū)各片區(qū)植煙土壤有效態(tài)微量元素含量統(tǒng)計(jì)Table4 The available micronutrient contents of tobacco-grown soil in different Bijie aeras

2.3 有效態(tài)微量元素含量與pH的關(guān)系

土壤中有效態(tài)微量元素含量受土壤特性影響，如土壤 pH、金屬總量、離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量和土壤的礦化能力等[17-19]。室內(nèi)模擬試驗(yàn)表明，上述影響因素中土壤pH對(duì)土壤中有效態(tài)微量元素的影響最為顯著[20]。由表5可知，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效鐵和有效錳的含量與土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（rFe=-0.4216，rMn=-0.4616，n=298）；有效鋅含量與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（rZn=-0.1399，n=298）；而有效鉬的含量與土壤pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.1853，n=298）。有效銅和有效硼的含量也呈現(xiàn)出隨著 pH 的增加而降低的現(xiàn)象（rCu=-0.0145，rB=-0.0156，n=298），但是二者的負(fù)相關(guān)關(guān)系并不顯著。

表5 土壤中有效態(tài)微量元素含量與pH的關(guān)系Table5 The relationships between available micronutrient contents and pH in tobacco-grown soil

2.4 有效態(tài)微量元素含量與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系

研究表明，土壤有效硼、鋅 60%～80%來(lái)自土壤有機(jī)質(zhì)的分解，而且有機(jī)質(zhì)保護(hù)多種微量元素免遭固定和淋失[21]。由表6可知，土壤中有效鋅、有效鐵、有效錳和有效硼的含量都與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r分別為0.1252、0.2091、0.1772和0.2705（n=298），而有效銅和有效鉬含量也隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而增加，但是二者的正相關(guān)關(guān)系并不顯著，r分別為0.0917和0.1077（n=298）。

表6 土壤中有效態(tài)微量元素與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系Table6 The relationships between available micronutrient content and organic matter content in tobacco-grown soil

3 討 論

土壤中有效態(tài)微量元素除受土壤自身特性的影響外，還受耕作制度、施用肥料、環(huán)境污染等人為因素的影響[22]。由于長(zhǎng)期重視土壤中大量及中量元素，而不重視微量元素的補(bǔ)給，或者單一施肥，使土壤中微量元素含量失衡，現(xiàn)已成為限制作物高產(chǎn)、高質(zhì)的重要因素[23-24]。本研究結(jié)果表明，畢節(jié)地區(qū)土壤中Fe、Mn、Cu、Zn含量豐富或極豐富，這可能與畢節(jié)煙區(qū)土壤pH大多以酸性或酸性偏中為主、當(dāng)?shù)責(zé)煵莘N植大量施用自制農(nóng)家肥以及采礦造成的負(fù)面影響有關(guān)，具體的原因還有待進(jìn)一步研究。而有效硼和有效鉬的含量比較缺乏，有超過(guò)1/2的土壤缺硼，超過(guò)2/5的土壤缺鉬；且從畢節(jié)東部到西部，土壤中B和Mo的缺乏程度加重。鉬通過(guò)自身化合物的變價(jià)參與植物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)，對(duì)氮、磷和碳水化合物的轉(zhuǎn)化和代謝有密切的關(guān)系[25]；硼促進(jìn)煙株體內(nèi)碳水化合物的代謝和運(yùn)輸，參與蛋白質(zhì)和生物堿的合成[26]。大量研究表明[27-28]，在缺鉬、缺硼土壤上增施鉬肥和硼肥能顯著提高煙株的抗病性，提高煙葉的產(chǎn)值。因此，在以后的煙草種植過(guò)程中畢節(jié)煙區(qū)應(yīng)該適當(dāng)加大B和Mo肥的補(bǔ)給?？梢酝ㄟ^(guò)施用硼砂和鉬酸銨做基肥或者后期作為葉面肥進(jìn)行噴施[29-30]。

土壤中微量元素含量與土壤pH及有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系研究的較多[3,5,8,17,19]。大多數(shù)研究認(rèn)為[3,5,16]，隨著土壤中pH的升高，土壤中Fe、Mn、Cu、Zn和B的有效性會(huì)降低，但兩者的相關(guān)性的顯著程度卻因元素種類、土壤類型、成土母質(zhì)的不同而有所差異。在酸性條件下，隨著 pH的升高，有效 Cu和Zn含量隨之減少，且元素Cu比Zn更易受到pH變化的影響，有效Cu的含量在pH超過(guò)5.5時(shí)其有效性就大大降低，而元素Zn則在pH超過(guò)6.2時(shí)有效性才大大降低[17]。土壤中鐵的溶解度受土壤 pH的影響很大，三價(jià)鐵的沉淀主要是由pH決定的[31]。當(dāng)土壤pH＞7.5時(shí)，土壤pH每升高一個(gè)單位，土壤溶液中Fe的活性就將降低1000倍[32,34]。B在酸性條件下以離子態(tài)存在，在堿性條件下發(fā)生固定作用，有效性降低，而Mo與B則相反[5]。在對(duì)畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中微量元素與pH關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，土壤中有效態(tài)Zn、Fe和Mn的含量與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而有效Mo的含量與pH呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這和前人研究結(jié)果一致[5,17]。但是土壤中有效Cu含量與pH之間并沒(méi)呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有一定面積的土壤偏堿性，在這部分土壤中有效銅的有效性大大降低，降低了兩者的負(fù)相關(guān)程度。土壤中有機(jī)質(zhì)是微量元素的重要儲(chǔ)備庫(kù)。本研究中發(fā)現(xiàn)，畢節(jié)地區(qū)植煙土壤中有效Zn、Fe、Mn和B的含量與有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而有效銅和有效鉬的含量卻與有機(jī)質(zhì)無(wú)顯著的相關(guān)關(guān)系，這與李曉寧等[5]的研究結(jié)果有差別，這可能與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、成土母質(zhì)、施肥措施以及試驗(yàn)條件等有關(guān)。

微量元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的元素，但并不是含量越多越好，若土壤中微量元素過(guò)多就會(huì)對(duì)土壤造成污染，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)及品質(zhì)的形成[34]。如當(dāng)土壤中銅含量嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)銅毒害，銅毒害抑制光合電子轉(zhuǎn)移，而且破壞光系統(tǒng)Ⅱ，導(dǎo)致作物光合作用及其產(chǎn)量下降[34]。同時(shí)如果植煙土壤中一些微量元素含量過(guò)高，也會(huì)造成煙葉中某些重金屬含量過(guò)高，影響煙葉的吸食品質(zhì)[35]。因此，對(duì)土壤中含量豐富的微量元素Cu、Zn、Fe、Mn可以通過(guò)控制煙草生產(chǎn)中這些元素的攝入量或者通過(guò)在酸性較大的地方增施石灰的辦法來(lái)降低其有效態(tài)的含量，避免造成土壤的污染。

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