曹明鋒，鄧 勇，祝 利，龍世平，張方旭，彭斯文，廖超林

（1. 常德市煙草公司，湖南 常德 425000；2. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，湖南 長沙410125；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學，湖南 長沙 410128）

土壤微量營養(yǎng)元素的豐缺關系到烤煙對微量元素的吸收、積累，進而影響烤煙的生理功能及品質(zhì)，已成為制約某些煙田烤煙生長的限制因素[1]。海拔是影響土壤微量營養(yǎng)元素豐缺的因子之一，主要通過影響氣溫、降雨及土壤風化而影響土壤有效營養(yǎng)元素分布[2]。柏松等[3]研究發(fā)現(xiàn)，隨海拔的增加，土壤中Fe 等微量元素也增加；Magnani 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，耕層土壤Co、Zn、Cr 和Ni 有效態(tài)含量與海拔呈顯著負相關關系；Hardy 等[5]卻提出了相反的變化規(guī)律，認為耕層土壤有效態(tài)Cu、Zn 和Mn 等微量元素與海拔呈顯著正相關關系，其含量隨著海拔的增加而升高。

湖南石門縣具有悠久的烤煙種植歷史，已成為湖南省主要烤煙產(chǎn)區(qū)之一，其植煙土壤的海拔跨度較大，但至今尚未見有關海拔對土壤主要微量元素影響的報道。因此，研究在石門縣9 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的28 個村采集了429 個植煙土壤樣本，分析了不同海拔高度的植煙土壤有效態(tài)Fe、Zn、Cu、B 及水溶性Cl 的分布特征及其與海拔的相關關系，以期為山地煙區(qū)烤煙種植區(qū)劃、微肥的合理施用及煙葉品質(zhì)提升提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測定

于煙田翻耕前，在石門縣9 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的28 個村選擇均為石灰?guī)r風化母質(zhì)發(fā)育的多年植煙土壤，采集0～20 cm 耕層土壤樣品 429 個，其中大同山鎮(zhèn)、壺瓶山鎮(zhèn)、南鎮(zhèn)鎮(zhèn)、三圣鄉(xiāng)、所街鎮(zhèn)、太平鎮(zhèn)、維新鎮(zhèn)、新鋪鎮(zhèn)、皂市鎮(zhèn)的采集樣本數(shù)量分別為 35、54、33、55、62、24、64、42 和60 個。按每10 hm2左右的種植面積采集1 個樣本，每個樣本由5～10 點土樣混合而成；GPS 記錄的多點海拔均值為代表樣海拔。土樣室內(nèi)自然風干，去雜、碾磨，過篩備用。微量元素測定方法參見文獻[6-7]。

1.2 植煙土壤微量元素適宜性分級

參考1985 年在西安召開的微量元素肥料工作會議所制定的全國農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的土壤速效微量元素豐缺指標，同時結合已有的研究結果[8]，將植煙土壤有效Fe、Zn、Cu、B 和水溶性Cl 含量劃分為極低、低、適宜、高和極高5 個等級（表1）。依據(jù)各等級比例對植煙土壤微量元素豐缺狀況進行診斷。

表1 植煙土壤主要微量元素含量等級 （mg/kg）

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel 2016、SPSS 22.0 軟件進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、最優(yōu)線性回歸和作圖。

2 結果與分析

2.1 石門縣植煙土壤主要微量元素含量的分布情況

石門植煙土壤主要微量元素含量如表2 所示，土壤有效Fe 含量為適宜等級的樣本僅占3.42%，高和極高等級分別占73.50%和23.08%；土壤有效Zn 含量為適宜以上等級的樣本占67.51%，低和極低等級分別占25.64%和6.84%；有效Cu 含量為適宜及高等級的樣本分別占39.32%和41.88%，可滿足烤煙生長發(fā)育需要；土壤有效B 含量為適宜等級的樣本占19.66%，高等級以上占69.23%；水溶性Cl 含量為適宜等級的樣本僅占1.71%，極低和低等級分別占59.83%和38.46%，土壤缺Cl 嚴重。從變異系數(shù)看，石門植煙土壤5 種微量元素指標均為強變異，其排序依次為有效Cu ＞有效Fe ＞有效Zn ＞水溶性Cl ＞有效B。

表2 石門縣植煙土壤主要微量元素含量的分布情況

2.2 海拔與土壤主要微量元素含量的關系

將 樣 本 按 海 拔200～300、300～400、400～500、500～600、600～700、700～800、800～900、900～1 000、1 000～1 100 和1 100～1 200 m 分為10 組，各組樣本數(shù)量分別為41、33、43、51、42、50、35、57、54、23，分別統(tǒng)計不同海拔組主要微量元素平均值及適宜性樣本分布頻率（表3～7）。

2.2.1 有效Fe 10 個組的土壤有效Fe 均值范圍為17.00～62.77 mg/kg；不同海拔組的土壤有效Fe 含量差異顯著，其中海拔200～600 m 間的4 個組土壤有效Fe 含量顯著低于海拔600 m 以上的6 個組，海拔600～700 m 組顯著低于海拔1 100～1 200 m 組（表3）。從適宜性分布看，各海拔組土壤有效Fe 含量均無低和極低等級的樣本。海拔200～500 m 間3 個組存在土壤有效Fe 含量為適宜等級的樣本，占比為17.65%～21.43%，而海拔500 m 以上7 個組土壤樣本的有效Fe 含量均為高和極高等級。將分組后的土壤有效Fe 含量與海拔進行線性擬合（圖1），其最優(yōu)回歸方程為Y=0.047 2x+5.527 0（R2=0.746 0，F(xiàn)=21.780），說明土壤有效Fe 含量有隨海拔增加而升高的趨勢。

圖1 海拔與土壤有效Fe 含量的關系

表3 不同海拔植煙土壤的有效Fe 含量分布

2.2.2 有效Zn 10 個組的有效Zn 含量均值范圍為1.02～1.97 mg/kg；方差分析表明，海拔200～500 m 間3 個組土壤有效Zn 含量顯著低于海拔600 m 以上6 個組的有效Zn 含量（表4）。土壤有效Zn 含量為適宜及高等級的樣本比例，以海拔500～800 m 間的3 個組較高；海拔200～500 m 間3 個組土壤有效Zn 含量為低和極低等級的樣本比例較高；而海拔800～1 200 m間4 個組土壤有效Zn 含量在高和極高范圍的樣本比例較高。將分組后的土壤有效Zn 含量與海拔進行線性擬合（圖2），其最優(yōu)回歸方程為Y=0.000 9x+0.832 9（R2=0.694 9，F(xiàn)=18.004），表明土壤有效Zn 含量有隨海拔增加而升高的趨勢。

表4 不同海拔植煙土壤的有效Zn 含量分布

圖2 海拔與土壤有效Zn 含量的關系

2.2.3 有效Cu 10 個組的土壤有效Cu 含量均值范圍為0.96～1.78 mg/kg；方差分析表明，1 000～1 200 m 間2 個組的土壤有效Cu 含量顯著低于200～600 m 間的4 個組和700～800 m 組（表5）。不同海拔組間土壤有效Cu 適宜樣品比例以海拔1 000～1 100 m 組和1 100～1 200 m 最較高；海拔200～500 m 間的3 個組土壤有效Cu 含量存在較大比例低和極低等級的樣本；海拔700 m 以上的樣本土壤有效Cu 含量均處于適宜和高等級范圍。將分組后的土壤有效Cu 含量與海拔進行線性擬合（圖3），其最優(yōu)回歸方程為Y=-0.000 9x+2.056 9（R2=0.714 0，F(xiàn)=19.974），表明土壤有效Cu 含量有隨海拔增加而降低的趨勢。

圖3 海拔與土壤有效Cu 含量的關系

表5 不同海拔植煙土壤的有效Cu 含量分布

2.2.4 有效B 10 個組的土壤有效B 均值范圍為0.42～1.08 mg/kg；方差分析表明，海拔200～600 m 間4 個組的土壤有效B 含量顯著低于800～1 200 m 間的4 個組（表6）。200～600 m 海拔間4 個組的土壤有效B 含量均存在較高比例適宜、低和極低等級的樣本，而海拔600 以上的6 個組土壤有效B 含量均以高和極高等級的樣本為主。將分組后的土壤有效B 含量與海拔進行線性擬合（圖4），其最優(yōu)回歸方程為Y=0.000 5x+0.411 4（R2=0.618 7，F(xiàn)=12.978），表明土壤有效B 含量有隨海拔增加而升高的趨勢。

圖4 海拔與土壤有效B 含量的關系

表6 不同海拔植煙土壤的有效B 含量分布

2.2.5 水溶性Cl 10 個組的土壤水溶性Cl 含量均值范圍為3.60～6.00 mg/kg；方差分析表明，海拔200～500 m 間3 個組土壤水溶性Cl 含量明顯高于600 以上6 個組（表7）。從不同海拔組間植煙土壤水溶性Cl適宜樣品比例看，除海拔800～900 m 僅分布有8.33%土壤水溶性Cl 含量為適宜等級的樣本外，其他海拔組土壤水溶性Cl 含量均無適宜等級以上的樣本；同時，海拔200～600 m 間4 個組的土壤水溶性Cl 含量極低等級樣本比率明顯低于海拔600 m 以上的6 個組，低等級樣本比率則相反。將分組后的土壤水溶性Cl 含量與海拔進行線性擬合（圖5），最優(yōu)回歸方程為Y=1 E-08x3-2 E-05x2+0.007 5x+5.387 2（R2=0.775 6，F(xiàn)=25.186），表明海拔與水溶性Cl 含量存在顯著曲線關系。在海拔200～900 m 間，土壤水溶性Cl 含量隨著海拔的增加而下降；而海拔在900～1 200 m 間，植煙土壤水溶性Cl 含量隨著海拔的增加而上升。

圖5 海拔與土壤水溶性Cl 含量的關系

表7 不同海拔植煙土壤水溶性Cl 含量分布

2.3 土壤主要微量元素間的相關關系

由表8 可知，土壤中Fe、Zn、Cu、B 這4 種元素的有效含量兩兩呈顯著或極顯著正相關關系，而水溶性Cl 含量與前4 者相關性不顯著。

表8 土壤主要微量元素間的Pearson 相關關系

3 小結和討論

3.1 植煙土壤主要微量元素分布特征

適宜的微量元素是保障煙葉良好品質(zhì)的基礎。石門植煙土壤有效Fe、Cu、Zn 含量相對較高，其原因可能與石門煙區(qū)成土作用相對較強有關，該區(qū)以紅壤、黃紅壤及黃壤等鐵鋁氧化物含量較高的土壤為主，有效Fe 含量相對豐富[9]；而土壤Zn 和B 主要來源于土壤母巖母質(zhì)，由于該區(qū)土壤類型以石灰性土壤為主，pH 值偏堿性，在堿性土壤中Zn 和B 的淋溶作用弱，成土過程中相對積累而富集，含量相對升高[10]。土壤有效Cu 整體上來講可以滿足烤煙生長發(fā)育需要，但未出現(xiàn)較大比例的極高等級樣本，可能與成土母質(zhì)Cu 含量較低以及Cu 遷移能力較強有關，同時外源Cu 輸入少也是原因之一[11]。研究區(qū)植煙土壤的水溶性Cl 缺乏嚴重，一方面與石灰?guī)r母質(zhì)含Cl 較低，淋溶較強，同時外源Cl 輸入量少等有關[12]；另一方面與石門煙區(qū)地處湖南西北山區(qū)，工業(yè)降塵和降雨輸入量低有關；同時，煙區(qū)常年不施Cl 肥也導致該區(qū)植煙土壤缺Cl 嚴重。因此，石門煙區(qū)在制定微肥施用策略時，一是要適當增施有機肥、餅肥，合理調(diào)控土壤反應，使土壤有效Zn 和B 含量調(diào)至合理范圍；二是要防止外源Cu 輸入，避免土壤Cu 積累過量；三是要適當施用氯肥（KCl 等），促進烤煙高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。

3.2 植煙土壤主要微量元素與海拔之間的關系

海拔是影響土壤微量營養(yǎng)元素豐缺的重要因子。石門煙區(qū)海拔200～600 m 間的植煙土壤有效Fe 和B含量顯著低于海拔600 m 以上的植煙土壤，且海拔600 m 以上有效Fe 和B 含量為高等級以上水平的樣本比例較高，同時有效Zn 含量以海拔500 m 為節(jié)點，表現(xiàn)出相同的變化特征；最優(yōu)曲線回歸表明，有效Fe、Zn、B 含量均隨著海拔的增加而顯著升高。其原因在于，隨著海拔降低，土壤淋溶及脫硅富鋁化作用漸強，雖然導致全Fe、游離Fe 含量升高[13]；但較高的海拔區(qū)，土壤有機質(zhì)分解慢，其含量相對較高，較豐富的無定形鐵氧化物強烈吸附有機質(zhì)，阻礙鐵氧化物晶核形成，促進了Fe 活化[14]。研究表明，鐵氧化物對微量元素的吸附或共沉淀作用決定了其是土壤中Zn、B 等微量元素的主要載體[15]；相關分析表明，土壤Fe、Zn、Cu 和B 元素間有效含量兩兩呈顯著或極顯著正相關關系，說明這4 種微量元素具有同源性，印證了鐵氧化物對微量元素的影響。由于低海拔地區(qū)結晶好的針鐵礦和赤鐵礦豐富，加上土壤粘粒含量高，吸附了大量的Zn、B 等微量元素，導致低海拔區(qū)土壤有效態(tài)Zn、B 含量降低，而高海拔區(qū)其含量相對較高。

低海拔地區(qū)雖因鐵氧化物及土壤粘粒含量高，增加了Cu 元素的吸附及共沉淀比率，但石門植煙土壤有效Cu 則表現(xiàn)出較低海拔具有較高含量的特征。其原因在于，Cu 元素主要存在于黏土礦物中[16]，海拔顯著影響土壤黏土礦物的類型和含量；高海拔區(qū)土壤黏土礦物復雜，以2 ∶1 型的伊利石為主外，還有少量蛭石、綠泥石和蒙脫石，這些礦物的吸附固定能力強；而低海拔區(qū)則以1 ∶1 型的高嶺石為主，吸附固定能力弱[17]，且高海拔區(qū)降雨量大，土壤濕度大，Cu 的淋溶遷移能力強。因此，有效Cu 含量隨著海拔升高而降低。

隨著海拔的增加，水溶性Cl 則表現(xiàn)出曲線變化特征。湘西北山區(qū)土壤中Cl 含量主要受成土過程、水分淋失等因自然因素的影響，同時Cl 不易被粘粒礦物及土壤膠體所吸附，移動性較強。因此，土壤中水分的運動決定了土壤中Cl 的分布狀況[18]。隨著海拔的升高，氣候條件會發(fā)生規(guī)律性的更替，加上局部小氣候的影響，土壤水分及其動力學差異性變化明顯，導致石門煙區(qū)土壤中水溶性Cl 含量隨海拔的升高而呈現(xiàn)曲線變化特征。

通過對石門縣植煙土壤主要微量元素與海拔之間相互關系的分析，得到以下結論：（1）石門縣植煙土壤有效Fe、Zn、B 含量整體豐富，有效Cu 可滿足烤煙生長發(fā)育需要，水溶性Cl 含量顯著缺乏；（2）海拔與植煙土壤有效Fe、Zn、Cu 和B 含量呈顯著線性關系，與水溶性Cl 含量呈顯著曲線關系；植煙土壤有效Fe、Zn 和B 含量隨海拔的升高而顯著增加，有效Cu 則相反；水溶性Cl 含量在海拔200～900 m 間，隨海拔的增加而下降；而在海拔900～1 200 m 間，隨海拔的增加而上升；（3）石門縣低海拔區(qū)植煙土壤有效Zn、Cu、B 含量為極低和低等級的比例較大，需適當施用Zn、Cu、B 等微肥；石門縣植煙土壤整體水溶性Cl 缺乏，其中海拔700 m 以上的植煙土壤尤為顯著，因此補施氯肥這一措施可在高海拔煙區(qū)先行先試。