彭月月 余雪蓮 李啟權(quán) 馮浪 張新 王勇 王昌全

摘要：研究土壤微量元素豐缺程度及其影響因素可為煙區(qū)微肥的合理施用提供科學(xué)指導(dǎo)?；?27個(gè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用相關(guān)分析、回歸分析和地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了川西南高海拔煙區(qū)土壤鐵、錳、銅、鋅和鉬5種微量元素有效態(tài)含量的空間分布特征及影響因素。結(jié)果表明，研究區(qū)土壤有效鉬含量有19.6%的樣點(diǎn)處于缺乏或極缺乏水平，其余4種元素含量均處于豐富或極豐富水平。各元素塊金效應(yīng)在22.4%～50.0%，具有強(qiáng)烈或中等空間自相關(guān)性。土壤有效鉬表現(xiàn)為西北高、東南低的分布趨勢(shì)，其余4種微量元素含量均呈現(xiàn)出西北低、東南高的分布格局。有機(jī)質(zhì)、CEC、堿解氮及有效磷鉀對(duì)5種元素空間變異的解釋能力較強(qiáng)，土壤類(lèi)型、海拔的影響程度較弱，前茬作物對(duì)鐵、錳、銅和鉬含量影響顯著。因此，研究區(qū)應(yīng)結(jié)合各元素的空間分布特征及前茬作物，減少有效鐵、錳、銅和鋅等微量元素肥料的投入，同時(shí)適量適地增施鉬肥。

關(guān)鍵詞：微量元素；空間變異；影響因素；高海拔植煙區(qū)

土壤鐵、錳、銅、鋅和鉬等微量元素是作物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，其有效態(tài)含量是表征土壤質(zhì)量的重要因子。土壤中微量元素的含量受成土母質(zhì)、土壤類(lèi)型、地形條件等結(jié)構(gòu)性因素及人類(lèi)耕作施肥、種植制度等隨機(jī)性因素共同影響，其空間分布特征是土壤母質(zhì)和外源輸入長(zhǎng)期作用的結(jié)果，也是土壤空間異質(zhì)性的具體表現(xiàn)。煙葉生產(chǎn)中，適宜的微量元素是保障煙葉良好品質(zhì)的重要基礎(chǔ)，如錳是煙株體內(nèi)多種氧化酶的組成部分，參與體內(nèi)氧化還原代謝，對(duì)煙草的氮素吸收與代謝有直接作用：銅能使葉綠素保持穩(wěn)定，對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、糖代謝有促進(jìn)作用，能增強(qiáng)煙株對(duì)真菌病害的抗性：然而土壤中微量元素過(guò)量也會(huì)導(dǎo)致植物生理機(jī)能失調(diào)和生長(zhǎng)發(fā)育受阻，進(jìn)而影響煙葉外觀、香味等。長(zhǎng)期以來(lái)，微肥的施用使得各煙區(qū)植煙土壤中微量元素的含量和分布有所改變，準(zhǔn)確掌握植煙土壤微量元素的含量、分布及影響因素是煙田精準(zhǔn)施肥和培育優(yōu)質(zhì)煙草的基礎(chǔ)。因此，全面系統(tǒng)地分析煙區(qū)土壤微量元素的空間分布特征及其影響因素，對(duì)于煙區(qū)制定科學(xué)的微肥配方具有重要的指導(dǎo)意義。

鹽源縣是四川省烤煙種植大縣，作為高海拔植煙區(qū)以盛產(chǎn)“清、甜、香”為特色的優(yōu)質(zhì)煙葉而聞名，在四川優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)中占有重要地位。近年來(lái)，研究人員圍繞鹽源植煙土壤養(yǎng)分特征開(kāi)展了大量研究，這些研究多集中在對(duì)有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等常規(guī)指標(biāo)的分析和評(píng)價(jià)，而對(duì)該區(qū)域煙葉品質(zhì)同樣具有重要影響的土壤微量元素含量特征、空間分布狀況及影響因素報(bào)道較少。因此，為更全面掌握該優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)區(qū)土壤狀況，本研究通過(guò)實(shí)地土壤樣品采集，結(jié)合植煙區(qū)土壤類(lèi)型、地形、土壤常規(guī)理化性質(zhì)和前茬作物等因素，采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)、相關(guān)分析和回歸分析方法對(duì)該縣植煙核心區(qū)土壤微量元素含量特征、空間分布格局及其影響因素進(jìn)行分析，以期為烤煙種植區(qū)劃、微肥的合理施用及煙葉品質(zhì)提升提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣中部，為該縣煙葉種植集中的區(qū)域，地理坐標(biāo)為101°12'～101°5'E，27°19'～27°53'N，面積約2600k㎡。該區(qū)域主要包括鹽源盆地及周邊部分山地，盆地內(nèi)部地勢(shì)相對(duì)平緩，有“鹽源壩子”之稱(chēng)，四周高山環(huán)繞，海拔在1626-4286 m。該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年溫差小，日溫差大，日照充足，平均氣溫12.1℃，全年無(wú)霜期201 d，年均降水量為855.2 mm。成土母質(zhì)主要為石灰?guī)r、玄武巖、紫色巖、昔格達(dá)組粉砂巖、白果灣組灰砂頁(yè)巖等形成的殘坡積物以及河流搬運(yùn)形成冰磧物和洪沖積物。煙區(qū)前茬作物主要包括海椒、烤煙、水稻、玉米和紫花苕5種類(lèi)型。

1.2樣品采集與測(cè)定

結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，在2013年2月煙田尚未施底肥和煙葉移栽前，綜合考慮地形、土壤類(lèi)型及前茬作物等因素，并兼顧代表性和隨機(jī)取樣的原則，以GPS精確定位，采用多點(diǎn)混合法采集研究區(qū)表層（0-20 cm）土壤樣品共237份（圖1），并記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度、海拔、土壤類(lèi)型和煙草前茬作物等背景信息。土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室經(jīng)自然風(fēng)干后，去雜、搗碎、碾磨，過(guò)篩，并采用DTPA浸提一原子吸收分光光度法測(cè)定土壤有效鐵、錳、銅、鋅和鉬的含量。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用三倍標(biāo)準(zhǔn)差法剔除異常值10個(gè)，實(shí)際使用樣點(diǎn)數(shù)227個(gè)。常規(guī)統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析、方差分析和回歸分析在SPSS 22.0軟件中完成。參照文獻(xiàn)制定土壤有效態(tài)微量元素分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)土壤養(yǎng)分的空間變異特征進(jìn)行分析。首先在軟件GS+7.0中進(jìn)行半方差模型擬合，再以最優(yōu)半方差模型參數(shù)在ArcGIS10.1軟件的地統(tǒng)計(jì)模塊中進(jìn)行普通克里格插值，得到研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量的空間分布圖。半方差模型的擬合參數(shù)中，變程A可表示空間變量自相關(guān)范圍：塊金效應(yīng)Co/（Co+C）反映土壤養(yǎng)分的空間自相關(guān)程度，當(dāng)比值為<25%、25%-75%和>75%時(shí)，分別表示該養(yǎng)分指標(biāo)具有強(qiáng)烈、中等和較弱的空間自相關(guān)性。

2結(jié)果

2.1土壤有效態(tài)微量元素含量的總體評(píng)價(jià)

如表2所示，研究區(qū)土壤有效鐵、錳、銅、鋅和鉬含量平均值分別為117.80、127.42、4.76、4.80和0.16 mg/kg。根據(jù)植煙土壤微量元素豐缺評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1），有效鐵、錳、銅和鋅含量主要處于豐富和極豐富水平，有效鉬含量處于較豐富水平，但有19.6%的樣點(diǎn)處于缺乏或極缺乏水平。從變異系數(shù)來(lái)看，5種微量元素有效態(tài)含量的變異系數(shù)在47.25%～92.33%，空間異質(zhì)性較強(qiáng)，變異強(qiáng)度表現(xiàn)為有效鐵>有效銅>有效鋅>有效鉬>有效錳，但均屬于中等程度的變異。K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明，有效銅、有效鉬符合對(duì)數(shù)分布，有效鐵、有效錳和有效鋅近似對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

2.2土壤有效態(tài)微量元素空間結(jié)構(gòu)特征

由表3可知，研究區(qū)土壤有效鐵和有效鋅的最佳半變異函數(shù)模型為球狀模型，有效錳、有效銅和有效鉬的最佳半變異函數(shù)模型為指數(shù)模型，其擬合度在0.45～0.82，能較好地反映土壤微量元素有效態(tài)含量的空間結(jié)構(gòu)特性。從擬合模型參數(shù)來(lái)看，土壤有效銅的塊金效應(yīng)<25%，說(shuō)明土壤有效銅具有強(qiáng)烈空間自相關(guān)性，主要受到土壤性質(zhì)等自然因素作用：其余4種微量元素的塊金效應(yīng)在38.6%～50.0%，具有中等程度的空間自相關(guān)性，表明其空間變異受自然因素和人為因素共同作用。

2.3土壤有效態(tài)微量元素空間分布特征

為了更直觀的更直觀地了解研究區(qū)土壤微量元素含量的空間分布特征，依據(jù)各微量元素不同含量的范圍，應(yīng)用ArcGIS10.1中空間分析（SpatialAnalysO模塊對(duì)其空間含量高低進(jìn)行分級(jí)后，再分區(qū)統(tǒng)計(jì)（表4）。

如圖2和表4所示，各微量元素含量都表現(xiàn)出較為明顯的空間分布格局。其中有效鉬空間分布則表現(xiàn)為西北高、東南低，其余元素均呈現(xiàn)西北低、東南高的分布趨勢(shì)。有效鐵大于200 mg/kg的高值區(qū)分布在研究區(qū)東部，小于60 mg/kg的低值區(qū)分布在西部，含量為100～150 mg/kg范圍面積最大，占總面積的42.50%。有效錳低于90 mg/kg的低值區(qū)分布在西北部，大于120 mg/kg的高值區(qū)分布在研究區(qū)的東南部和東北部，且所占面積最大，達(dá)到研究區(qū)總面積的52.60%。有效銅低于2.3 mg/kg的低值區(qū)分布在西北部，大于5.9 mg/kg的高值區(qū)主要在東南部，呈帶狀分布，含量為3.5-4.7 mg/kg范圍面積最大，占研究區(qū)總面積的45A2%。有效鋅含量為3.2～4.0mg/kg的低值區(qū)分布在西北部，大于5.6 mg/kg的高值區(qū)主要集中在中部，4.0～4.8 mg/kg范圍面積最大，占總面積的54.02%。有效鉬小于0.1 mg/kg的低值區(qū)分布在南部，大于0.2 mg/kg的高值區(qū)分布于西北部、東北部，含量為0.15～0.20 mg/kg范圍面積最大，占總面積的45.13%。

2.4土壤微量元素的影響因素分析

2.4.1土壤類(lèi)型表5顯示，在4種主要植煙土壤類(lèi)型中，有效鐵、錳、銅和鋅均值含量均達(dá)到了豐富或極豐富水平，都表現(xiàn)為在水稻土中的均值含量最高，紅壤最低。有效鉬均值含量也達(dá)到了豐富水平，表現(xiàn)為紅壤中的均值含量最高，水稻土和紫色土中較低。水稻土與紅壤中有效鐵、錳、鋅含量存在顯著性差異，水稻土中的有效鐵、錳、鋅含量顯著高于紅壤中的含量，但4種土壤類(lèi)型對(duì)研究區(qū)土壤有效鉬、銅無(wú)則顯著影響。從變異系數(shù)來(lái)看，5種土壤微量元素含量在各土壤類(lèi)型間均具有中等強(qiáng)度的變異性。

2.4.2地形因子和土壤性質(zhì)

由表6可知，地形因子對(duì)5種土壤微量元素有效態(tài)含量的影響并不大。土壤性質(zhì)中，有機(jī)質(zhì)與除有效鉬以外的4種元素均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)：堿解氮與5種土壤微量元素均表現(xiàn)為極顯著相關(guān)；除有效鐵以外，陽(yáng)離子交換量（CEC）與其余4種有效態(tài)微量元素的相關(guān)系數(shù)均為極顯著水平：此外，有效錳、有效鋅與速效鉀、有效磷、pH呈顯著相關(guān)，這說(shuō)明土壤常規(guī)理化性質(zhì)與土壤微量元素有效態(tài)含量關(guān)系密切。

2.4.3前茬作物

由表7看出，不同前茬作物下有效鐵、錳、銅、鋅、鉬的均值含量均屬于中等及豐富以上水平。前茬作物為烤煙時(shí)，有效鐵均值含量最高，為玉米時(shí)最低，但差異不顯著。前茬作物為水稻時(shí)，有效錳均值含量最高，為玉米時(shí)最低。前茬作物為水稻時(shí)有效錳的含量顯著（p<0.05）高于前茬作物為玉米時(shí)的含量，但與其他3種前茬作物下的差異不顯著：前茬作物為水稻、海椒時(shí)，有效銅的均值含量較高，為玉米、紫花苕時(shí)的均值含量較低。前茬作物為水稻、海椒時(shí)有效銅的含量顯著（p<0.05）高于前茬作物為玉米、紫花苕時(shí)的含量：前茬作物為紫花苕時(shí)，有效鋅的均值含量最高，為玉米時(shí)最低。前茬作物為紫花苕時(shí)有效鋅的含量顯著（p<0.05）高于前茬作物為玉米時(shí)的含量，但與其他3種前茬作物下的差異不顯著：前茬作物為紫花苕、烤煙時(shí)，有效鉬的均值含量較高，為水稻、海椒時(shí)的均值含量較低。前茬作物為紫花苕、烤煙時(shí)有效鉬的含量顯著（p<0.05）高于前茬作物為水稻、海椒時(shí)的含量。從變異系數(shù)看，當(dāng)前茬作物為玉米時(shí)，有效鐵的變異系數(shù)最大，屬于強(qiáng)變異。當(dāng)前茬作物為其他4種作物時(shí)，有效鐵、錳、銅、鋅、鉬均屬于中等程度的變異。

2.4.4不同影響因素回歸分析由表8可知，有機(jī)質(zhì)、堿解氮和前茬作物均顯著影響有效鐵含量，其獨(dú)立解釋能力分別為3.4%、1.7%、1.3%，解釋能力不高，說(shuō)明其受耕作措施和施肥差異等其他因素的影響較大。有機(jī)質(zhì)、速效鉀、有效磷、堿解氮、CEC、pH和前茬作物均對(duì)有效錳有顯著影響，其中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、CEC的獨(dú)立解釋能力分別為27.5%、21.6%、21.7%，明顯高于其他影響因素，說(shuō)明有效錳含量主要受到有機(jī)質(zhì)、堿解氮和CEC的影響。有機(jī)質(zhì)、堿解氮和CEC對(duì)有效銅的獨(dú)立解釋能力分別為23.1%、32.7%和12.3%，其解釋能力較強(qiáng)：有機(jī)質(zhì)、有效磷和堿解氮對(duì)有效鋅的影響程度較大。堿解氮、CEC和前茬作物對(duì)有效鉬有顯著影響，其獨(dú)立解釋能力分別為2.9%、2.7%、1.9%，解釋能力較弱，再結(jié)合其空間自相關(guān)為中等程度（表3），說(shuō)明其受耕作措施和局部施肥差異等因素的影響較大。

3討論

煙草生長(zhǎng)所需的微量元素，對(duì)煙葉的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗病能力有很大影響。這些微量元素主要來(lái)自土壤和施肥供給，微量元素的供給狀況將直接影響烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育和煙葉品質(zhì)。因此，平衡植煙土壤微量元素含量，制定科學(xué)、合理施肥方案對(duì)培育優(yōu)質(zhì)、特色、高產(chǎn)煙葉具有重要意義。本研究中，鹽源植煙土壤有效態(tài)鐵、錳、銅、鋅含量豐富，其含量高于四川西南植煙區(qū)平均值。這可能與微肥的長(zhǎng)期施用有關(guān)。同時(shí)，該區(qū)域土壤質(zhì)地以壤土和黏土居多，土壤保水保肥性較好，有效態(tài)微量元素不容易流失，使得有效態(tài)鐵、錳、銅和鋅等微量元素在耕層大量富集，這可能對(duì)烤煙產(chǎn)生毒害，抑制烤煙生長(zhǎng)。研究區(qū)有效鉬的含量雖然較豐富，但有19.6%的樣點(diǎn)處于缺乏或極缺乏水平，有效鉬的缺乏不僅會(huì)降低煙葉的光合速率，還會(huì)減少煙葉油分。因此，研究區(qū)應(yīng)該控制鐵、錳、銅和鋅的投入，但在鉬含量缺乏的區(qū)域可適當(dāng)補(bǔ)充鉬肥，以維持煙株正常生長(zhǎng)。

除有效鉬外，其余4種元素與有機(jī)質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，這與前人的研究具有一定相似性，這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)可與微量元素形成可溶或難溶性的配合物，作為微量元素可溶絡(luò)合劑的來(lái)源，且有機(jī)質(zhì)在分解過(guò)程中不僅會(huì)釋放微量元素，同時(shí)其分解產(chǎn)生的有機(jī)酸還會(huì)增強(qiáng)土壤中微量元素的有效性。同時(shí)，堿解氮與5種微量元素都呈顯著正相關(guān)，一方面是因?yàn)檠芯繀^(qū)有機(jī)質(zhì)含量較高，有機(jī)質(zhì)礦化后可釋放大量的N、P、S及微量元素供作物生長(zhǎng)需要，使得堿解氮與微量元素呈現(xiàn)大致相同的變化趨勢(shì)，另一方面由于碳氮循環(huán)關(guān)系密切，使得堿解氮和有機(jī)質(zhì)與有效態(tài)微量元素含量的相關(guān)關(guān)系高度相似。江厚龍等研究結(jié)果顯示，海拔高度的變化常導(dǎo)致溫度、濕度、光照、降水及大氣成分等因子的顯著變化，這些因素的變化勢(shì)必會(huì)干擾土壤養(yǎng)分的礦化過(guò)程，影響土壤養(yǎng)分的釋放。而本研究表明，地形因素如坡度、坡向、海拔對(duì)5種土壤有效態(tài)微量元素的影響并不顯著，這是由于本研究區(qū)雖然處于高海拔地段，但煙葉種植區(qū)的海拔在2300-2500 m，海拔變化幅度并不大，加之長(zhǎng)期耕作施肥，削弱了地形因素對(duì)微量元素的影響。

總體而言，研究區(qū)土壤微量元素有效態(tài)含量表現(xiàn)為中等程度的空間自相關(guān)性，與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、CEC以及有效磷、速效鉀的關(guān)系密切，其次為土壤類(lèi)型和前茬作物，這與四川西南煙區(qū)的研究結(jié)果基本一致，這是因?yàn)橹矡熗寥朗苋藶楦蓴_相對(duì)較大，微量元素作為煙草配方肥料中的必需元素在煙田中長(zhǎng)期使用，外源輸入削弱了土壤微量元素的空間自相關(guān)性：另一方面，微量元素含量與土壤堿解氮和有效磷、速效鉀等速效養(yǎng)分間關(guān)系的密切程度總體上高于土壤類(lèi)型和前茬作物，由于氮磷鉀速效養(yǎng)分與施肥有關(guān)，進(jìn)而說(shuō)明局部施肥差異是研究區(qū)有效態(tài)微量元素空間變化的主要影響因素，也削弱了不同土壤類(lèi)型間微量元素含量差異。同時(shí)，不同前茬作物對(duì)微量元素存在不同的需求量，而前茬作物非煙草作物一般不施用微肥，因而前茬作物也對(duì)微量元素含量變異產(chǎn)生了顯著的影響，精準(zhǔn)的煙草配方肥中微元素的施用比例仍需考慮前茬作物的影響。

4結(jié)論

鹽源植煙土壤有效鐵、錳、銅和鋅含量均處于豐富或極豐富水平，19.6%的樣點(diǎn)有效鉬含量處于缺乏或極缺乏水平。研究區(qū)有效銅的塊金效應(yīng)<25%，具有強(qiáng)烈空間自相關(guān)性，主要受到結(jié)構(gòu)性因素作用：其余4種微量元素的塊金效應(yīng)在38.6%-50.0%，具有中等程度的空間自相關(guān)性，受土壤類(lèi)型和海拔等結(jié)構(gòu)因素和種植制度等人為因素的共同影響。空間分布上，土壤有效鉬表現(xiàn)為西北高、東南低的分布趨勢(shì)，其余4種微量元素含量均呈現(xiàn)出西北低、東南高的分布格局?？傮w來(lái)看，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮以及有效磷、速效鉀等常規(guī)速效養(yǎng)分對(duì)各有效態(tài)微量元素含量空間分布的影響較強(qiáng)，土壤類(lèi)型、海拔和前茬作物的影響相對(duì)較弱。對(duì)此，應(yīng)結(jié)合各養(yǎng)分的空間分布特征，在考慮前茬作物差異的情況下，減少有效鐵、錳、銅和鋅微量元素肥料的投入，同時(shí)適量適地增施鉬肥，進(jìn)一步推進(jìn)植煙區(qū)土壤微量元素的合理、精準(zhǔn)施用，以提升煙區(qū)煙葉品質(zhì)。